Die Kühlmethode des Energiespeichersystems hängt mit der Sicherheit, den Kosten und der Effizienz des Energiespeichersystems zusammen. Gegenwärtig sind die Hauptkühlmethoden natürliche Kühlung, Zwangsluftkühlung und Flüssigkeitskühlung, die jeweils in unterschiedlichen Fällen angewendet werden. Bei der groß angelegten Anwendung von Energiespeichern in großen Containern erhält das Energiespeichersystem mit Flüssigkeitskühlung mehr Aufmerksamkeit. Die Auswahl verschiedener Kühlmethoden erfordert dann eine umfassende Berücksichtigung von Sicherheit, Effizienz, Wirtschaftlichkeit und anderen Aspekten des Systems.
(1) Natürliche Kühlung. Natürliche Kühlung ist eine Kühlmethode, die die hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallmaterialien nutzt, um Wärme abzuleiten und an die Luft abzugeben. Es bezieht sich auf natürliche Konvektion ohne besondere Anforderungen an die Windgeschwindigkeit. Der verwendete Kühlkörper besteht aus Kupfer und Aluminium.
(2) Zwangsluftkühlung. Zur Wärmeabfuhr wird erzwungene Konvektion genutzt. Bei besonderen Windgeschwindigkeiten kann die Windgeschwindigkeit eine Konvektion durch die Ventilatoren bewirken. Die Konfiguration aus Lüfterkühler, hochdichter Kühlkörperplatte und Wärmetauscher kann eine Umgebung mit entgegengesetztem oder kreuzendem Luftstrom schaffen, um die Wärmeabfuhr zu beschleunigen und die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern.
(3) Flüssigkeitskühlungstechnologie. Unter Flüssigkeitskühlungsanwendungen versteht man die Verwendung vonFlüssigkeitskühlplatten(auch bekannt als wassergekühlte Kühlplatten), die an der Wärmequelle installiert sind, um mit der Kühlkörpereinheit zusammenzuarbeiten und die Wärme durch Flüssigkeitszirkulation abzuleiten. Im Allgemeinen wird die Flüssigkeitskühlungstechnologie hauptsächlich in Phasenwechselsystemen mit erzwungener Konvektion oder in Umgebungen eingesetzt, in denen die Wärmeenergiedichte extrem hoch ist und kein Wärmeableitungseffekt erzielt werden kann.
Im Energiespeichersystem nutzen die aktuellen Systeme mit geringem Stromverbrauch wie Netzteile, Mobiltelefone, Laptops usw. im Allgemeinen die natürliche Wärmeableitung. Systeme mit mittlerer Leistung, wie tragbare Stromversorgungen, Energiespeichersysteme für Haushalte, USV-Systeme sowie Energiespeicher für kleine und mittelgroße Industriecontainer, verwenden im Allgemeinen eine erzwungene Luftkühlung. Das Energiespeichersystem von Elektrofahrzeugen verwendet im Allgemeinen die Wasserkühlungstechnologie. Derzeit beginnen auch mittlere und große Energiespeichersysteme mit der Wasserkühlungstechnologie.
Das Energiespeichersystem bezieht sich hauptsächlich auf das Batterieenergiespeichersystem, das im Allgemeinen aus einem Batteriesystem, einem PCS-System, einem BMS-System, einem Überwachungssystem usw. besteht. Das Batteriesystem besteht aus einzelnen Batterien in Reihe und parallel. Laut dem derzeit üblichen luftgekühlten 40-Fuß-Energiespeichercontainer mit 2,5 MWh sind etwa 6510 120Ah-Zellen, 2790 280Ah-Zellen und Tausende von Zellen zusammengestapelt. Der Lade- und Entladewirkungsgrad des Energiespeichersystems liegt bei etwa 90 %, wodurch während des Betriebs viel Wärme erzeugt wird und diese Wärme rechtzeitig verteilt werden muss. Andernfalls wird die Batterielebensdauer beeinträchtigt und es kommt sogar zu einem thermischen Durchgehen , was Brandgefahr birgt.
Die Luftkühlungs-Wärmeableitung bringt die vom elektrischen Kern erzeugte Wärme durch den Lüfter nach außen, und die Flüssigkeitskühlungs-Wärmeableitung leitet die Wärmekonvektion durch das Kühlmittel. Aufgrund ihrer einfachen Struktur, ausgereiften Technologie und niedrigen Kosten, die eine schnelle Lieferung und Bereitstellung ermöglichen, wurde die Luftkühlungstechnologie erstmals in großem Umfang in Energiespeichersystemen eingesetzt. Das Luftkühlsystem hat jedoch ein großes Volumen und wird stark von der äußeren Umgebung beeinflusst. Es gibt viele Probleme in Bezug auf Systemsicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Das Aufkommen von Energiespeichern mit Flüssigkeitskühlung löst die oben genannten Probleme.
Flüssigkeitskühlsystem zur Energiespeicherung
1. Prinzip des Energiespeicher-Wasserkühlsystems
Flüssigkeitskühlsysteme sind derzeit eine wichtige Forschungsrichtung für das Wärmemanagement von Leistungsbatterien. Der beste Betriebstemperaturzustand des Batteriesatzes kann erreicht werden, indem die Leistung der großen Wärmekapazität des Kühlmittels und die Fähigkeit, überschüssige Wärme des Batteriesystems durch Zirkulation abzuleiten, genutzt werden. Zu den Grundkomponenten des Flüssigkeitskühlsystems gehören: Flüssigkeitskühlplatte, Flüssigkeitskühleinheit, Flüssigkeitskühlleitung, Hoch- und Niederdruckkabelbaum; Kühlmittel usw.
2. Hauptvorteile des Energiespeicher-Flüssigkeitskühlsystems
(1) Sicherer. Mit der kontinuierlichen Zunahme des Bauumfangs von Energiespeicherprojekten werden die Kapazität einer einzelnen Batterie und die Energiedichte des Systems entsprechend zunehmen. Selbst wenn Zellen mit großer Kapazität zum Einsatz kommen, werden immer noch Hunderttausende oder sogar Hunderttausende Zellen benötigt, um ein 100-MW-Energiespeicherprojekt zu bauen, was mehr Wärme erzeugt und höhere Anforderungen an das Temperaturmanagement des Energiespeichers stellt System. Die Energiespeichertechnologie mit Flüssigkeitskühlung hat einen hohen Inhalt. Durch die Konvektion des Kühlmittels kann die Wärme direkt vom elektrischen Kern abgeleitet werden. Die Methode ist kontrollierbar und wird nicht durch äußere Bedingungen beeinflusst. Darüber hinaus ist die Wärmeableitungseffizienz hoch und die Temperaturregelung genauer. Aufgrund der geringen spezifischen Luftwärmekapazität, des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten und anderer Faktoren weist die Luftkühlungstechnologie der Batterie eine geringe Wärmeübertragungseffizienz auf und die Wärmeerzeugung der Batterie nimmt zu, was zu einer hohen Batterietemperatur und dem Risiko eines thermischen Durchgehens führt. Das Flüssigkeitskühlungsschema kann den Batteriesatz dazu zwingen, Wärme abzuleiten und die Wärmeumverteilung zwischen Batteriemodulen zu realisieren, indem es auf einen großen Kühlmediumfluss setzt, was die kontinuierliche Verschlechterung des thermischen Durchgehens schnell verhindern und das Risiko eines Durchgehens verringern kann.
(2) Wirtschaftlicher. Die integrierte Gestaltung des Energiespeichersystems sollte neben der Sicherheit auch den Betrieb und die Wartung über den gesamten Lebenszyklus hinweg berücksichtigen. Das flüssigkeitsgekühlte Energiespeichersystem ist wirtschaftlicher. Der Betrieb des Energiespeichersystems erzeugt große Wärme und eine ungleichmäßige Wärmeableitung, was nicht nur die Sicherheit des Batterieenergiespeichersystems gefährdet, sondern auch die Batterielebensdauer beeinträchtigt. Durch den Cluster-Level-Controller und die intelligente Temperaturausgleichsregelungstechnologie kann das Energiespeicher-Flüssigkeitskühlsystem die Temperatur des elektrischen Kerns durch die Einstellung von Rohren und Flüssigkeitsströmen gleichmäßiger gestalten. Um die gleiche durchschnittliche Batterietemperatur zu erreichen, erfordert die Luftkühlung einen 2-3-mal höheren Energieverbrauch als die Flüssigkeitskühlung. Bei gleichem Stromverbrauch ist die maximale Temperatur des Akkus bei Luftkühlung um 3-5 Grad höher als bei Flüssigkeitskühlung, und der Stromverbrauch bei Flüssigkeitskühlung ist niedriger.
(3) Besser geeignet für die langfristige Energiespeicherung. Wenn das 4-Stunden-Batteriespeichersystem weiterhin die Luftkühlungs-Wärmeableitungstechnologie nutzt, obwohl sein Aufbau einfach und seine Kosten niedrig sind und die von der Batteriezelle erzeugte Wärme direkt über den Lüfter nach außen geleitet wird, hat es Nachteile Aufgrund des niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten, der langsamen Abkühlgeschwindigkeit und der Notwendigkeit einer großen Fläche des Wärmeableitungskanals wird seine Fläche sehr groß sein. Die Flüssigkeitskühlungstechnologie bietet die Vorteile einer hohen Wärmeleitfähigkeit, einer gleichmäßigeren Wärmeableitung, eines geringeren Energieverbrauchs und einer geringeren Stellfläche. Die Containerlösung des Flüssigkeitskühlungs-Energiespeichersystems weist eine hohe Wärmeableitungseffizienz auf. Im Vergleich zum herkömmlichen luftgekühlten Container wird die Leistungsdichte um 100 % erhöht und die Stellfläche um mehr als 40 % eingespart. Es eignet sich besser für groß angelegte und langfristige Energiespeicherszenarien.
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