液冷技术在储能行业中应用简述

液冷技术在储能行业中应用简述

随着锂离子电池技术的进步和成本的降低，大规模锂离子电池储能电站从示范逐渐走向商业化应用。电池热管理系统的优化设计是提升储能系统集成综合性能的关键技术，通过温度的控制不仅可以有效延长储能电池寿命、放电容量等性能，还是确保电站安全运行的重要因素。电池作为大型电化学储能电站的载体，热安全性问题刻不容缓。

储能系统的组成

储能系统由电池、电器元件、机械支撑、加热和冷却系统（热管理系统）、双向储能变流器（PCS）、能源管理系统（EMS）以及电池管理系统（BMS）共同组成。电池通过排列，连接组装成电池模组，再和其他元器件一起固定组装到柜体内构成电池柜体。

温度对电芯性能的影响

主要体现在以下几个方面：

（1）容量：高温会导致电池内阻增加，活性锂离子流失。若长期处于高温状态，电池容量会大幅偏离标称容量。温度越高，锂离子电池的容量衰减越快。而低温环境下，电解质的传输性能大幅降低，也会导致锂电池容量降低，磷酸铁锂电池的容量保持率在0 ℃下为60%～70%，而在−20 ℃时则降低到20%～40%。

（2）寿命：温度变化导致电池内阻、电压变化，影响电池寿命。研究发现，温度每升高 1 ℃，电池寿命则减少约 60 d。

（3）热稳定性：高温会导致电池内部材料发生分解反应，影响电池安全稳定运行。高温环境下，SEI 膜可能发生分解，进而导致锂离子通道闭塞、正负极接触短路、产生大量热。同时会伴随产生大量气体，导致电池鼓包、破裂等热失控现象。而低温环境下，电池负极可能出现锂枝晶，甚至刺穿SEI 膜，影响电池安全。

目前普遍认为锂电池的最佳工作温度区间为10-35℃。

液冷方案成为主流趋势

目前，当前储能领域热管理有风冷散热、液冷散热等解决方案。据分析，2025年国内储能温控出货价值量将达到165亿元。随着储能能量和充放电倍率的提升，中高功率储能产品使用液冷的占比将逐步提升，液冷有望成为未来主流方案，其中液冷技术到 2025 年渗透率有望达到 45%左右。

中国储能温控及液冷市场规模预测(亿元)

业内专家认为，风冷散热通过风扇将电芯产生的热量带到外部，具有结构简单、成本低的优势，但换热系数低,冷却速度较慢，且需要大面积的散热通道，能耗相对较高；液冷散热通过冷却液对流换热，降低电池温度，导热率高，散热更为均匀，能耗较低。液冷又分为冷板式液冷和浸没式液冷。

风冷

是利用自然风压或利用空调系统对电池进行散热，虽然结构简单、便于安装，但冷却效率不高，电池散热不均匀，电池组之间温差较大(4℃—8℃)。

风冷式储能方案组成

冷板式液冷

是把装有循环流动冷却液的冷却板放置在电芯下方，给电芯接触部位降温，冷却液不与电芯直接接触，是一种间接式冷却方式，存在降温速度慢、时间长等不足。而且，两种冷却方式直接降低电芯温度、减少电芯运行温度差异性能力不足。

冷板式储能方案组成

浸没式液冷

电池储能是将储能电池直接浸没在冷却液中，电芯与冷却液直接接触，完全与氧气隔离，实现对电池直接、快速、充分冷却降温，确保电池在最佳温度范围内运行，能有效延长电池的使用寿命，整体提升储能电站的安全性能。

储能系统热管理的“三阶段”

第1阶段，2021年以前，储能市场呈风冷散热“一枝独秀”的局面。“风冷”以空气为媒介，通过空调设备，使空气在电池组中进行不断循环，利用电池模块和空气之间的温差进行热传递。其缺点是散热效果比较差，主要应用于小型民用或者商用储能电站。

第2阶段，2021年至今，冷板式液冷散热技术“异军突起”，市场占率不断提升。“液冷”，以液体作为换热媒介，有比空气更高的比热容、更高的导热率，且冷却速度很快，对降低局部最高温度、提升电池模块温度一致性效果显著。所以，液冷越来越受到业界的关注。

第3阶段，冷板式液冷和风冷散热“平分秋色”，全浸没液冷散热“大有可为”。传统的冷板式液冷技术存在着局限。因为电芯的发热部位主要是极耳，板式液冷的冷却板是在电芯底部，所以不能直接对极耳进行降温。但是，目前要让液冷板贴着极耳进行冷却降温难度很大，会对电芯温度、电压的测量采集产生影响。-公众号-新能源电池热管理-随着液冷技术的迭代升级，全浸式液冷技术的诞生，就像忽如一夜春风来，给液冷技术发展带来了新的气息。