液冷机在储能电站热管理系统的应用NO1

行业背景

2021 年 4 月，北京国轩福威斯储能电站发生火灾爆炸，经调查，起火原因是 LFP 电池发生内短路，引发电池热失控起火。同年 7 月，搭载特斯拉 Megapack 储能系统的澳大利亚“维多利亚大电池”项目在测试过程中因冷却系统泄露，引发电池仓起火。频繁出现的起火事件凸显出热管理已成为保障储能电站安全运行必不可少的重要组件。

温度对电化学储能系统中的锂电池容量、功率和安全性等性能都有很大的影响。与动力电池系统相比，储能系统聚集的电池数目更多，电池容量和功率也更大。大量的电池紧密排列在一个空间内，运行工况复杂多变，时而高倍率，时而低倍率，容易造成产热不均匀、温度分布不均匀、电池间温差较大等问题。而这些问题可能会导致部分电池的充放电性能、容量和寿命等下降，从而影响整个储能系统的性能，严重时会引发热失控，造成安全事故

·        容量衰减：高温下活性锂离子电池损失，导致磷酸铁锂电池的容量衰减，使得电池储能系统的实际运行容量快速衰减；

·        热失控：在电池的充放电过程中，一部分化学能（放电）或电能（充电）会转变成热能，若热能无法及时散出、在电池内部积聚形成高温，可能会导致正负极发生短路，引起燃烧、爆炸等安全问题。一个电池热失控，可能引发连锁效应，造成重大事故；

·        低温特性：低温下电解质的传输性能、锂的扩散速度、电极和电解质界面处的电荷转移速度均会显著下降，锂电池在低温下循环可能会导致锂在负极析出、积聚，形成锂枝晶，轻则造成不可逆的容量损失、降低电池的容量和热安全性，重则刺破隔膜造成短路

在储能系统中，温控的要求包括：控制单体电池的表面温湿度：保持**工作温湿度，1）温度+15°C-+35°C；2）相对湿度在5%-95%之间且无冷凝水；避免电池系统中产生局部热点：电池间的温差不超过5°C，避免产生局部热点。

温控技术

目前，大容量锂电池储能系统可采用的温控技术主要包括四种，分别适用于产热率、环境温度不同的应用场景：

·  
风冷：以空气为介质进行热交换。主要特点为结构简单、成本低，但散热速度和效率较低，适用于电池产热率不高的储能项目；

·   液冷：以液体为介质进行热交换。主要特点为散热速度和效率更高，但结构更复杂、成本更高，同时需考虑冷却介质泄露的风险；

·   热管冷却（尚处于实验室阶段）：依靠管内冷却介质发生相变来实现换热。主要特点为散热速度和效率高于液冷，冷却介质泄露风险更低，但成本更高；