風(fēng)冷技術(shù)VS液冷技術(shù)

風(fēng)冷技術(shù)VS液冷技術(shù)

因?yàn)殡姵責(zé)崽匦?，熱管理成為電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵一環(huán)。從產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量拆分來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)中電池成本占比約55%，PCS占比約20%，BMS和EMS合計(jì)占比約11%，熱管理約占2%-4%。熱管理價(jià)值量占比相對(duì)較低，但卻起著至關(guān)重要的作用，是保證儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)熱管理技術(shù)主要有兩種主流方案，分別為風(fēng)冷系統(tǒng)和液冷系統(tǒng)，本文將分為上下兩期來(lái)對(duì)兩種冷卻系統(tǒng)從壽命、溫控、能耗、設(shè)計(jì)復(fù)雜程度、空間利用率、噪音、生產(chǎn)安裝、售后、運(yùn)維和成本10個(gè)方面做出對(duì)比分析。

名詞解釋

熱管理技術(shù)：包括風(fēng)冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻，其中后兩者尚處實(shí)驗(yàn)室階段。

風(fēng)冷：風(fēng)冷系統(tǒng)的主要設(shè)備包括空調(diào)、風(fēng)道及模組風(fēng)扇等，風(fēng)扇安裝于模組正前方的位置。模組風(fēng)扇將模組內(nèi)電芯散出熱量帶出至預(yù)制艙風(fēng)道，預(yù)制艙內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)熱對(duì)流的方式散熱。

液冷：液冷系統(tǒng)指使用液體作為熱量傳導(dǎo)媒介，通過(guò)冷卻液與發(fā)熱部件直接或間接接觸的方式換熱，將發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量帶走的一種散熱技術(shù)。

01 壽命對(duì)比

以A品牌 100Ah（P1、P2）、B品牌 100Ah（P3）為例，0.5C充放電，電池衰減曲線(xiàn)如下所示：

1、從P1-P2衰減曲線(xiàn)可看出：P1---25℃ 6500次@80%EOL（A品牌電芯)，P2---45℃ 2500次@80%EOL(A品牌電芯)，溫度提升20℃，循環(huán)壽命減少了4000次；

2、P3主要體現(xiàn)了25℃ 5000次@80%EOL（B品牌電芯)， 45℃ 2000次@80%EOL  (B品牌電芯)，溫度提升20℃，循環(huán)壽命減少了3000次；

3、最后從P4---主要零部件使用壽命對(duì)比可得出：液冷主要零部件使用壽命較短；電芯的運(yùn)行環(huán)境溫度對(duì)電芯的循環(huán)壽命影響較大，隨著電池運(yùn)行溫度的升高電池的循環(huán)次數(shù)會(huì)相應(yīng)減少。

02 溫控對(duì)比

總結(jié)：

1、風(fēng)冷系統(tǒng)（EnerArk2.0）電池在運(yùn)行時(shí)，溫度約為31-38℃，液冷系統(tǒng)參考廠(chǎng)商A(30℃)、廠(chǎng)商B（30℃），正常電池最佳運(yùn)行溫度為30-35℃，可見(jiàn)在電池運(yùn)行溫度上面，風(fēng)冷相較液冷具有同樣的優(yōu)勢(shì)；

2、液冷系統(tǒng)溫差：廠(chǎng)商A(＜5℃)、廠(chǎng)商B（＜3℃）；風(fēng)冷系統(tǒng)溫差（EnerArk＜7℃）。電芯工作溫度差太大，電芯一致性會(huì)越來(lái)越差，風(fēng)冷通過(guò)改善風(fēng)道能夠?qū)崿F(xiàn)溫差＜4℃（EnerArk2.0目標(biāo)值），那么風(fēng)冷液冷對(duì)電池效果都是一樣的。

03 能耗對(duì)比

以英維克相同制冷量3kW為例：

Take Envicool with the same cooling capacity of 3kW as an example:

總結(jié)：

1、對(duì)比換熱能力可以看到：液冷的換熱能力是風(fēng)冷的6倍：可以理解為風(fēng)冷空調(diào)全力制冷6小時(shí)，液冷機(jī)組只需要制冷1小時(shí)；

2、同等電池均溫下：例如起始溫度為20℃開(kāi)始工作，同等工況運(yùn)行2h后，即使系統(tǒng)停止充放電，風(fēng)冷系統(tǒng)仍需要繼續(xù)工作制冷以確保電芯溫度能夠趨于正常值，而液冷系統(tǒng)趨于正常值的時(shí)間則為風(fēng)冷系統(tǒng)的1/6；

3、風(fēng)冷功耗：空調(diào)+電氣倉(cāng)風(fēng)扇；液冷功耗：液冷機(jī)組+電氣倉(cāng)風(fēng)扇（部分廠(chǎng)家為整機(jī)液冷）。

4、同等條件下，維持同等溫度，風(fēng)冷的功耗高于液冷。

04 設(shè)計(jì)復(fù)雜程度對(duì)比

（1）風(fēng)冷系統(tǒng)

以EnerArk2.0為例，風(fēng)冷儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是安裝散熱風(fēng)扇和空氣流通路徑的設(shè)計(jì)。

1、風(fēng)冷的核心是空調(diào)和風(fēng)道?？照{(diào)制冷，風(fēng)道交換熱量；

2、在儲(chǔ)能項(xiàng)目的應(yīng)用中，由于不同儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池能量密度、擺放位置、容量大小等有所不同，因此需要運(yùn)用風(fēng)道對(duì)系統(tǒng)內(nèi)空氣流向進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。

(2) 液冷系統(tǒng)

液冷設(shè)計(jì)通常更復(fù)雜，需要考慮液體循環(huán)系統(tǒng)的布局、泵的選擇、冷卻液的循環(huán)和維護(hù)等問(wèn)題。

1、熱源處安裝的液冷冷卻板（也叫水冷散熱板），配合熱交換器和換熱泵，以流體循環(huán)方式散熱；

2、一般情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)冷卻機(jī)組液冷技術(shù)應(yīng)用在強(qiáng)制對(duì)流或相變系統(tǒng)不能達(dá)到散熱效果特別是在熱能量密度高的環(huán)境中。

(3) 設(shè)計(jì)復(fù)雜程度---風(fēng)冷VS液冷

結(jié)論：液冷系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上較風(fēng)冷系統(tǒng)更為復(fù)雜。

05 空間利用率對(duì)比

風(fēng)冷液冷廠(chǎng)家空間利用率對(duì)比：

總結(jié)：

1、相同占地面積，液冷可以做到更高能量集成；

2、相同能量（200kWh）集成，風(fēng)冷系統(tǒng)優(yōu)于液冷系統(tǒng)。