中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：玩笑言之，儲(chǔ)能溫控領(lǐng)域，初代是風(fēng)冷，二代也是時(shí)下之主為冷板式液冷，浸沒(méi)式液冷還在努力成為三代的路上，直冷突然橫空出世，并高調(diào)入局，共競(jìng)?cè)影嗳酥弧?
中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，已進(jìn)入高速發(fā)展階段，而持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與多元技術(shù)路線同頻，正是處于這一時(shí)期的重要表現(xiàn)之一。
特別是隨著儲(chǔ)能電芯向大容量演進(jìn)，系統(tǒng)集成朝更大規(guī)模、更高能量密度趨勢(shì)發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景又愈發(fā)復(fù)雜多元，這都對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命、安全、成本等要素提出了更高的要求。從系統(tǒng)集成，到包括電芯、3S、溫控消防等在內(nèi)的核心部件，技術(shù)迭代正在持續(xù)上演。
作為儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵一環(huán)，溫控系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的安全、效率、壽命等起著至關(guān)重要的作用，尤其是隨著長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、高倍率儲(chǔ)能等應(yīng)用需求的增加，更整體拔高了對(duì)于溫控部件的性能指標(biāo)。
從第一代風(fēng)冷，到當(dāng)下的主流路線冷板式液冷，再到正被廣泛關(guān)注的浸沒(méi)式液冷，圍繞電池易受熱影響和溫度分布不均勻等問(wèn)題的持續(xù)優(yōu)化，近年來(lái)溫控技術(shù)端可謂多管齊下。
月初，又有一則大消息傳來(lái)，中車株洲所聯(lián)合英維克、海信網(wǎng)絡(luò)能源、同飛股份、美的等14家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)發(fā)布了一款面向未來(lái)的6.9MWh系統(tǒng)，其中溫控環(huán)節(jié)首次采用了12kW儲(chǔ)能直冷機(jī)組。此消息一出，即引發(fā)行業(yè)側(cè)目。
原本應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域的直冷技術(shù)就此聲勢(shì)浩大的進(jìn)入儲(chǔ)能，高調(diào)支持的聲音有之，提出異議的聲音亦有之。
直冷劍指儲(chǔ)能溫控3.0？
過(guò)去兩年來(lái)，全球可再生能源裝機(jī)量迅猛增長(zhǎng)，據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的《2023年可再生能源》年度市場(chǎng)報(bào)告顯示，2023年，全球可再生能源新增裝機(jī)容量較2022年增長(zhǎng)50%，裝機(jī)容量增長(zhǎng)速度已超過(guò)去30年。在此背景下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)了愈加廣闊的市場(chǎng)天地。
與此同時(shí)，中國(guó)儲(chǔ)能企業(yè)身陷內(nèi)卷漩渦，要破局突圍，技術(shù)是最核心的競(jìng)爭(zhēng)力，而高安全、低成本、高效率，則是儲(chǔ)能技術(shù)升級(jí)最重要的門檻。
特別是在電芯大型化、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成功率密度不斷提升的趨勢(shì)下，電池的工作效率，以及熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，更成為行業(yè)重點(diǎn)攻關(guān)的方向。而這其中，溫控系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。
細(xì)看儲(chǔ)能溫控技術(shù)的進(jìn)階之路，初代的風(fēng)冷系統(tǒng)簡(jiǎn)單、制造成本低、便于安裝；二代冷板式液冷開(kāi)始采用液體作為換熱媒介，載熱量大、換熱效率高；而今尚處于發(fā)展初期的浸沒(méi)式液冷，具備有效防止熱失控，極致均溫性等優(yōu)勢(shì)，但困于成本較高的難題，尚未塵埃落定。
處在行業(yè)快速發(fā)展，技術(shù)疾速迭代的當(dāng)口，直冷突然高調(diào)下場(chǎng)。據(jù)悉，上述12kW儲(chǔ)能直冷機(jī)組，采用了冷媒直冷技術(shù)，降低了換熱損失，令系統(tǒng)能效更高，且降低了成本；同時(shí)，采用無(wú)需水路循環(huán)設(shè)計(jì)，漏液風(fēng)險(xiǎn)為“零”，且機(jī)組體積更小，噪音更低，能夠在有限空間內(nèi)提供更大的制冷量，契合儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度漸趨增大、可利用空間愈發(fā)減小的發(fā)展趨向。
有供應(yīng)鏈企業(yè)表示，直冷溫控技術(shù)將為儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展提供更多的選擇與方向，并有望成為未來(lái)儲(chǔ)能熱管理領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)。
海信網(wǎng)絡(luò)能源溫控事業(yè)部總經(jīng)理劉文瓊更公開(kāi)提出，溫控技術(shù)的迭代路徑是從風(fēng)冷1.0到液冷2.0再到直冷3.0，儲(chǔ)能溫控直冷時(shí)代已開(kāi)啟。
對(duì)于這樣的觀點(diǎn)，也有一些行業(yè)人士提出了異議，在中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)的走訪中，有企業(yè)直言，因?yàn)殡娦景l(fā)熱量并不夠聚集，單位面積的發(fā)熱量不是很大，還不需要直冷這樣的高強(qiáng)傳熱的制冷技術(shù)來(lái)解決。
最大優(yōu)勢(shì)是高換熱效率
直冷到底是什么？根據(jù)公開(kāi)資料的解釋，直冷就是采用無(wú)需水路循環(huán)的極簡(jiǎn)冷卻設(shè)計(jì)，使制冷劑通過(guò)氟冷板直接冷卻電芯，通過(guò)熱交換將產(chǎn)生的熱量迅速帶走。
這里將直冷與其他幾種溫控技術(shù)進(jìn)行一下簡(jiǎn)單對(duì)比。
目前較為常見(jiàn)的溫控技術(shù)主要以風(fēng)冷和冷板式液冷為主，浸沒(méi)式液冷仍處于發(fā)展初期。上表所示四種溫控技術(shù)，除風(fēng)冷是以空氣為冷卻介質(zhì)外，冷板式液冷、浸沒(méi)式液冷以及直冷均采用的是液體。
在這三種液冷技術(shù)中，只有浸沒(méi)式采用的是將電芯直接泡在浸沒(méi)液里，中間沒(méi)有導(dǎo)熱環(huán)節(jié)的直接接觸方式。而冷板式液冷和直冷采用的都是間接接觸。
從結(jié)構(gòu)形式上來(lái)看，直冷和冷板式液冷比較接近，有行業(yè)人士介紹，傳統(tǒng)冷板式液冷技術(shù)，是通過(guò)將冷水進(jìn)到液冷板，實(shí)現(xiàn)給電池底部散熱，而直冷則是將冷板式液冷中的水，換成了制冷劑，再通過(guò)氟冷板冷卻電芯。
不過(guò)雖然形式相似，但這兩種技術(shù)的換熱原理卻不盡相同。
EK儲(chǔ)能溫控總經(jīng)理樊小虎在接受中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)記者采訪時(shí)表示，傳統(tǒng)的冷板式液冷，是利用較低溫度的水或乙二醇水溶液，為較高溫度的電芯進(jìn)行降溫，實(shí)現(xiàn)溫差換熱，兩者之間通過(guò)液冷板導(dǎo)熱。
而在直冷中，一方面利用了溫差換熱，因?yàn)橹评鋭囟容^低，同時(shí)制冷劑本身具有遠(yuǎn)大于水的比熱容，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的換熱效率；另一方面，直冷還利用了蒸發(fā)吸熱的原理，通過(guò)制冷劑從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，來(lái)吸收周圍的熱量。
對(duì)此，也有行業(yè)人士解釋為，“將電池冷卻系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的高度耦合，相當(dāng)于將空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器直接放入電池包中。”
由此可見(jiàn)，直冷以這樣的雙重?fù)Q熱方式所能帶走的熱量，遠(yuǎn)超單純靠溫差換熱的冷板式液冷。
樊小虎也表示，在不同的運(yùn)行原理之下，直冷相較于傳統(tǒng)液冷，最大的優(yōu)勢(shì)就在于換熱效率的提升。
優(yōu)秀的換熱能力和整機(jī)效率，確實(shí)令直冷在儲(chǔ)能領(lǐng)域看起來(lái)頗具市場(chǎng)空間。
除中車株洲所聯(lián)合14家供應(yīng)鏈企業(yè)重磅打造直冷儲(chǔ)能系統(tǒng)外，清安儲(chǔ)能技術(shù)（重慶）有限公司此前也發(fā)布了直冷儲(chǔ)能產(chǎn)品。
今年1月，其全球首發(fā)了新一代直冷儲(chǔ)能解決方案——Luminary ultra系列儲(chǔ)能系統(tǒng)；9月13日，其又舉辦了Luminary Ultra系列規(guī)?；逃脝?dòng)儀式，以此標(biāo)志該系統(tǒng)成功將直冷技術(shù)應(yīng)用于儲(chǔ)能的實(shí)際場(chǎng)景。
直冷仍處于技術(shù)儲(chǔ)備階段
事實(shí)上，將直冷溫控技術(shù)應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域的想法，很早就有被提出過(guò)，只是相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用較為少見(jiàn)，甚至在新型研究的應(yīng)用中都很少見(jiàn)。究其原因，在于直冷技術(shù)仍存在多個(gè)方面的問(wèn)題尚未突破。
在直冷溫控產(chǎn)品的宣傳中，安全往往被放在非常突出的位置上，據(jù)悉，一旦發(fā)生泄露，制冷劑將自動(dòng)蒸發(fā)為氣體，使漏液零風(fēng)險(xiǎn)，可有效避免常規(guī)冷卻介質(zhì)泄露后導(dǎo)致的電氣短路及熱失控情況發(fā)生。
然而在中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)的采訪中，有溫控企業(yè)負(fù)責(zé)人直言，對(duì)于整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，是否漏液對(duì)于安全的影響其實(shí)并不大，而且直冷雖然不漏液，但卻可能漏氟，這同樣存在泄露的風(fēng)險(xiǎn)。
另外值得關(guān)注的是，直冷系統(tǒng)要面臨更大的壓力強(qiáng)度。一方面，氟的壓力相對(duì)于水要大得多，水壓不過(guò)幾公斤，但是氟壓比之要高出幾十公斤；另一方面，制冷劑蒸發(fā)的壓力一般會(huì)達(dá)到3-4個(gè)大氣壓，而液冷板的工作壓力一般在1.3個(gè)大氣壓以內(nèi)。
因此直冷對(duì)冷板、接頭、管路的承壓強(qiáng)度要求會(huì)大幅度提升，比如目前常規(guī)的尼龍管就根本無(wú)法承受這樣的壓力。而直冷板的耐壓等級(jí)至少要達(dá)到蒸發(fā)壓力的4倍。
此外，直冷對(duì)于冷板的密封性要求也會(huì)比傳統(tǒng)液冷高很多。
這種種，將讓供應(yīng)鏈企業(yè)面臨很大的技術(shù)迭代難度，同時(shí)零部件成本也會(huì)相應(yīng)提升。
在系統(tǒng)控制上，直冷也更為復(fù)雜，因?yàn)橐櫦安煌琍ACK之間的流量分配，蒸發(fā)溫度的控制，以及冷板流道的設(shè)計(jì)等等。
以直冷板中冷媒的流向設(shè)計(jì)為例，由于電池包不光要保證電芯工作在合理溫度下，同時(shí)還要控制不同的模組之間的溫差，一般要求電芯溫差不超過(guò)5℃，因此保證電池冷板本身的溫度均勻尤為重要，是以，通過(guò)優(yōu)化直冷板中冷媒的流向，提升儲(chǔ)能電池溫度均勻性正是直冷系統(tǒng)需要突破的難點(diǎn)。
由此可見(jiàn)，直冷技術(shù)要真正應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域仍然問(wèn)題重重，要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用還需要不短的時(shí)日。
直冷在未來(lái)儲(chǔ)能中究竟會(huì)扮演什么樣的角色，我們暫且不論，“但就目前來(lái)看，直冷仍然處在技術(shù)儲(chǔ)備的階段?！庇行袠I(yè)人士如此對(duì)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)記者說(shuō)道。
