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《《储能科学与技术》推荐 | 李岳峰 等:储能锂电池包浸没式液冷系统散热设计及热仿真分析》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： 武春亮
  • 发布时间：2024-11-26

  • 本文亮点：1.设计了一种新型的直接浸没式储能电池包液冷冷却系统，有效解决了以往间接冷板式液冷技术在冷却电池时存在的电芯温差过大等问题，且显著提升了电池包整体温度性能；2.探究了浸没冷却液流量、电芯间距和喷射孔数量对浸没电池包温度场的影响，为今后储能电池浸没式的创新研究和实际开发提供一定的设计参考思路和热流场规律总结。

    摘 要 作为最主流的储能电池液冷技术，间接冷板冷却技术相比风冷技术虽然实现了在电池换热和均温效果上的突破，但仍存在着电芯顶底区域温差过大、液冷管路循环阻力过大和功耗过高等问题。为解决这些问题，本工作以某型电池包作为研究对象，设计了一种新型的直接浸没式电池包冷却系统，即采用直接浸没式冷却技术将电池包直接置于冷却液中冷却。通过数值仿真对该浸没式系统进行了温度场和流场特性的评估，并与冷板式冷却系统进行对比。接着分别探究了浸没冷却液流量、电芯间距和喷射孔数量对于浸没电池包温度场的影响。研究发现：相比于冷板冷却系统，浸没式冷却系统下电池包顶面最高温度和最大温差均明显下降，系统整体冷却性能显著提升；同时浸没电芯顶底区域最大温差大幅度缩小，有效解决了冷板冷却时存在的顶底区域温差过大的问题；随着冷却液流量和电芯间距的增加，电池包顶面最高温度和最大温差均不同程度下降，但其温度下降率逐渐下降；喷射孔数量的增加使得电池包顶面最高温度略微下降，但最大温差明显提升。

    关键词 储能电池包；直接浸没式冷却；热特性

    DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0186
  • 原文来源：https://news.bjx.com.cn/html/20241125/1412787.shtml
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  • 《2025锂电池储能十大技术进化趋势“预测”》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
    • 编译者：郭楷模
    • 发布时间：2025-02-18
    • 随着全球能源转型加速，锂电池储能技术正经历前所未有的革新。2025年，储能市场将从“规模扩张”转向“价值重构”，技术创新成为行业竞争的核心变量。 海内外市场2025年第一展开展在即，将开启了一年一度产品、技术比拼的“盛大狂欢期”。此文将罗列锂电池储能十大技术进化趋势预测，涵盖热管理、系统架构、材料迭代等多个维度，也欢迎业界留言。 趋势一：组串式架构将主导大储系统设计 组串式储能系统凭借“一簇一管理”的精细化控制，加速替代传统集中式架构，成为大储领域的主流选择。 每个电池簇独立连接PCS，避免簇间环流和热失控扩散，系统安全等级提升至IP67标准。华能集团2025年4.5GWh构网型储能招标明确要求组串式方案。 模块化设计支持按需扩容，单机功率达215kW的组串式PCS可并联扩展至百兆瓦级。三峡能源肇东100MW/200MWh项目即采用此方案。 此外，组串式系统通过减少并联损耗和冗余设备，初始投资成本大幅降低，全生命周期放电量提升。 例外，阳光电源PowerTitan2.0实现全生命周期放电量提升8%。 趋势二：热管理技术向“智能液冷+全域温控”跃迁 热管理系统(TMS)将从传统的风冷、液冷分离式设计，向高度集成化、智能化的多源协同方向发展。 智能液冷+全域温差控制技术，采用矩阵式热管理设计，是重要风向之一。例如，天合储能即将亮相英国储能峰会(Energy Storage Summit 2025)Elementa 2 Pro配备了智能温控系统，采用混合冷却技术，即使在极端条件下也能将电芯温差控制在≤2.5°C，确保每个电芯都能在最佳温度下运行，从而延长系统寿命并提升效率。 AI动态调控成热管理技术的核心跃升点，可通过AI算法实时预测热负荷，优化空调群组调度指令。 华为在去年的工商储新品采用风液智冷技术;而阳光电源PowerTitan2.0采用液冷PACK+液冷PCS“全液冷”散热，并搭载AI仿生热平衡技术，具备速冷、微冷、加热三种控温模式。 趋势三：构网型储能与电网深度融合 储能变流器(PCS)采用虚拟同步发电机技术，模拟发电机组的转动惯量和阻尼特性，以平稳渡过并离网切换的黑障盲区，具备故障穿越能力。 构网型储能系统能够自主设定电压参数，输出稳定的电压与频率，既可并网也可离网运行，为电力供应提供更大的灵活性和自主性。 多家企业如阳光电源、南瑞继保、华为、金风零碳、远景储能等都在构网型储能技术方面取得了显著的进展，并成功落地了构网型储能项目。如阳光电源干细胞电网技术，已经助力英国、广西等海内外多个项目实现构网。 趋势四：半固态/固态电池迈向应用元年，或将成为300Ah+升级方向。 固态电池在能量密度(400Wh/kg以上)与安全性(无电解液泄漏风险)上的突破，将重塑储能技术路线。 储能领域，海博思创与合作伙伴深入合作，采用行业领先的无机-有机复合固化技术，成功解决了传统固态电池固-固接触离子导电性差和界面不稳定的问题，首次实现了半固态技术在大容量储能产品中的工程化应用。 更进一步，宁德时代、比亚迪、清陶能源等企业推进硫化物固态电解质技术，循环寿命加速突破，2025年有望实现兆瓦级示范项目。 据高工储能不完全统计，从2024年开始至2025年开年，储能招投标已累计释放近1GWh的固态电池采购需求。固态电池凭借在安全、能量密度、循环寿命等多个方面的综合提升，也成为第二代300Ah+储能电池升级的核心方向之一。 趋势五：钠离子电池开启“低成本储能”时代 钠电池凭借资源丰富性(钠储量是锂的420倍)和低温性能优势(-40℃容量保持率≥80%)，成为众多储能场景的理想选择。高工产业研究院(GGII)预测，预计2024年我国钠离子电池出货量超1.5GWh，同比增长达200%。2025年出货量超4.5GWh，2030年出货量有望超30GWh。 钠储示范项目超百兆瓦时的项目也相继落地。2024年5月，我国首个大容量钠离子电池储能电站——广西南宁伏林钠离子电池储能电站正式建成投运，该项目总容量超过100MWh;同月，我国首个百兆瓦时级别的钠电池储能项目——湖北大唐100MW/200MWh钠离子新型储能电站一期工程也建成投运，投产规模达到50MW/100MWh;2024年6月，广州发展集团在湖北洪湖市亦开工建设了一座100MW/200MWh的钠离子储能示范项目等等。 未来，混合储能系统或将出现，锂钠混用技术(如宁德时代AB电池系统)兼顾能量密度与经济性，度电成本可降低30%。 趋势六：大容量、长循环寿命技术走向纵深 “光储同寿”是行业共同追求的目标，目前业界常用的磷酸铁锂电池循环寿命如何突破“万次门槛”，常规化学体系无法满足，材料改性(如补锂)、系统协同才能改变“循环寿命停留在宣传上”。 此外，极致降本仍是行业重要趋势，大容量、长寿命电池仍是锂电池储能进化的两个核心的方向。从2024年的技术竞逐来看，多款500Ah+、600Ah+，甚至1000Ah+相继问世，这亦将是 2025电池新品的重要看点之一。 以远景动力(AESC)为例，其于2021年行业率先推出305Ah储能电芯，随后又发布315Ah、350Ah两款电芯。2024年，远景动力又推出全新一代700+Ah储能电芯，预计将于2026年量产。远景动力认为，大容量、长寿命仍将是储能电池进化的重要方向。 趋势七：智能化运维驱动全生命周期降本 AI与物联网技术深度赋能储能运维，实现“预测性维护+资产增值”。 数字孪生技术可应用于储能系统的全生命周期管理，包括设备监测、数据分析和控制策略。通过虚拟仿真和实时监控，数字孪生技术可以帮助运维人员提前识别安全风险，实现少人、无人值守，故障迅速响应和解决，极大降低运维成本。 比如，天合储能Elementa 2 Pro通过一键远程升级和实时监控功能，运维人员可以远程管理设备，使运维效率提升高达90%。 值得注意的是，通过“区块链+共享储能”的模式，可实现供需关联互动和“发-储-配-用”精准调配、安全校核和自主交易。这种模式有助于推动储能资源在全国范围内的优化配置，提高能源利用效率，或将成为2025年进化重要方向之一。相关案例显示，通过数据上链实现储能资产透明化管理，提升融资可信度，降低资金成本2-3个百分点。 趋势八：交直流一体设计推动“储能安装革命” 交直流一体储能系统是一种集成了直流侧电池单元和交流侧PCS(电力转换系统)的创新设计。这种设计不仅简化了储能系统的结构，还大幅提升了系统的效率、性能和安全性。 由于交直流一体储能系统在出厂前即可完成预安装和预调试，现场只需进行简单的并网操作，大大缩短了并网时间。这意味着设备到站后即可迅速投入运行，提高了项目的响应速度和效率。 阳光电源Powertitan 2.0、远景储能5.6MWh交直流一体系统、力神电池5MWh交直流一体液冷集装箱——LS-C5M-A，直流线缆不出柜，安装时间大幅缩短。2月13日，Fluence官宣的7.5MWhSmartstack也是AC储能系统(交流模块)，即在同一集装箱内集成了电池和PCS。 趋势九：安全技术从“被动防护”转向“主动防御” 多层级安全防护体系成为行业标配。 一是消防系统升级，Pack级全氟己酮+舱级气溶胶的多级灭火方案，响应时间<3秒，复燃率降至0.1%以下。 二是AI风险预警，通过电压、温度、气体浓度多参数融合分析，提前48小时预测热失控风险。 三是，电池管理系统升级迭代，采用双向主动均衡算法，电池簇间容量差异控制在2%以内，系统可用容量提升8%。 例如，根据科陆电子在德州站点经过三年的数据监控，使用Smart Scales(智能天平)主动均衡技术，比使用被动均衡的站点，电池SOH提升2%以上。 趋势十：高度集成化加速“光储平价时代” 一方面，储能系统与光伏、充电设施深度耦合，构建能源自洽生态。 比如，华为数字能源推出集成BMS、PCS、EMS的“All-in-One”方案，协调控制延时<10ms，光储联动效率提升12%。 另一方面，面对储能项目越来越贴近闹市，储能系统环境友好性也成为高度集成化的一个重要方向。比如，Elementa 2 Pro采用紧凑的肩并肩、背靠背设计，节省占地面积;同时通过先进的噪音控制技术，将运行音量降至最低70dB，适配城市及近郊场景。 2025年，锂电池储能技术进化将围绕“安全、效率、成本”三大核心展开，从热管理的智能化到组串式架构的普及，从固态电池的量产到钠电的成本革命，技术迭代正在突破传统储能的应用边界。 未来，储能企业需在技术研发、场景适配与商业模式创新中寻找平衡，方能在全球储能竞赛中占据先机。
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  • 《2025锂电池储能十大技术进化趋势“预测”》
    • 来源专题：能源情报网监测服务平台
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    • 发布时间：2025-02-26
    • 随着全球能源转型加速，锂电池储能技术正经历前所未有的革新。2025年，储能市场将从“规模扩张”转向“价值重构”，技术创新成为行业竞争的核心变量。海内外市场2025年第一展开展在即，将开启了一年一度产品、技术比拼的“盛大狂欢期”。此文将罗列锂电池储能十大技术进化趋势预测，涵盖热管理、系统架构、材料迭代等多个维度，也欢迎业界留言。 趋势一：组串式架构将主导大储系统设计 组串式储能系统凭借“一簇一管理”的精细化控制，加速替代传统集中式架构，成为大储领域的主流选择。 每个电池簇独立连接PCS，避免簇间环流和热失控扩散，系统安全等级提升至IP67标准。华能集团2025年4.5GWh构网型储能招标明确要求组串式方案。 模块化设计支持按需扩容，单机功率达215kW的组串式PCS可并联扩展至百兆瓦级。三峡能源肇东100MW/200MWh项目即采用此方案。 此外，组串式系统通过减少并联损耗和冗余设备，初始投资成本大幅降低，全生命周期放电量提升。 例外，阳光电源PowerTitan2.0实现全生命周期放电量提升8%。 趋势二：热管理技术向“智能液冷+全域温控”跃迁 热管理系统(TMS)将从传统的风冷、液冷分离式设计，向高度集成化、智能化的多源协同方向发展。 智能液冷+全域温差控制技术，采用矩阵式热管理设计，是重要风向之一。例如，天合储能即将亮相英国储能峰会(Energy Storage Summit 2025)Elementa 2 Pro配备了智能温控系统，采用混合冷却技术，即使在极端条件下也能将电芯温差控制在≤2.5°C，确保每个电芯都能在最佳温度下运行，从而延长系统寿命并提升效率。 AI动态调控成热管理技术的核心跃升点，可通过AI算法实时预测热负荷，优化空调群组调度指令。 华为在去年的工商储新品采用风液智冷技术;而阳光电源PowerTitan2.0采用液冷PACK+液冷PCS“全液冷”散热，并搭载AI仿生热平衡技术，具备速冷、微冷、加热三种控温模式。 趋势三：构网型储能与电网深度融合 储能变流器(PCS)采用虚拟同步发电机技术，模拟发电机组的转动惯量和阻尼特性，以平稳渡过并离网切换的黑障盲区，具备故障穿越能力。 构网型储能系统能够自主设定电压参数，输出稳定的电压与频率，既可并网也可离网运行，为电力供应提供更大的灵活性和自主性。 多家企业如阳光电源、南瑞继保、华为、金风零碳、远景储能等都在构网型储能技术方面取得了显著的进展，并成功落地了构网型储能项目。如阳光电源干细胞电网技术，已经助力英国、广西等海内外多个项目实现构网。 趋势四：半固态/固态电池迈向应用元年，或将成为300Ah+升级方向。 固态电池在能量密度(400Wh/kg以上)与安全性(无电解液泄漏风险)上的突破，将重塑储能技术路线。 储能领域，海博思创与合作伙伴深入合作，采用行业领先的无机-有机复合固化技术，成功解决了传统固态电池固-固接触离子导电性差和界面不稳定的问题，首次实现了半固态技术在大容量储能产品中的工程化应用。 更进一步，宁德时代、比亚迪、清陶能源等企业推进硫化物固态电解质技术，循环寿命加速突破，2025年有望实现兆瓦级示范项目。 据高工储能不完全统计，从2024年开始至2025年开年，储能招投标已累计释放近1GWh的固态电池采购需求。固态电池凭借在安全、能量密度、循环寿命等多个方面的综合提升，也成为第二代300Ah+储能电池升级的核心方向之一。 趋势五：钠离子电池开启“低成本储能”时代 钠电池凭借资源丰富性(钠储量是锂的420倍)和低温性能优势(-40℃容量保持率≥80%)，成为众多储能场景的理想选择。高工产业研究院(GGII)预测，预计2024年我国钠离子电池出货量超1.5GWh，同比增长达200%。2025年出货量超4.5GWh，2030年出货量有望超30GWh。 钠储示范项目超百兆瓦时的项目也相继落地。2024年5月，我国首个大容量钠离子电池储能电站——广西南宁伏林钠离子电池储能电站正式建成投运，该项目总容量超过100MWh;同月，我国首个百兆瓦时级别的钠电池储能项目——湖北大唐100MW/200MWh钠离子新型储能电站一期工程也建成投运，投产规模达到50MW/100MWh;2024年6月，广州发展集团在湖北洪湖市亦开工建设了一座100MW/200MWh的钠离子储能示范项目等等。 未来，混合储能系统或将出现，锂钠混用技术(如宁德时代AB电池系统)兼顾能量密度与经济性，度电成本可降低30%。 趋势六：大容量、长循环寿命技术走向纵深 “光储同寿”是行业共同追求的目标，目前业界常用的磷酸铁锂电池循环寿命如何突破“万次门槛”，常规化学体系无法满足，材料改性(如补锂)、系统协同才能改变“循环寿命停留在宣传上”。 此外，极致降本仍是行业重要趋势，大容量、长寿命电池仍是锂电池储能进化的两个核心的方向。从2024年的技术竞逐来看，多款500Ah+、600Ah+，甚至1000Ah+相继问世，这亦将是 2025电池新品的重要看点之一。 以远景动力(AESC)为例，其于2021年行业率先推出305Ah储能电芯，随后又发布315Ah、350Ah两款电芯。2024年，远景动力又推出全新一代700+Ah储能电芯，预计将于2026年量产。远景动力认为，大容量、长寿命仍将是储能电池进化的重要方向。 趋势七：智能化运维驱动全生命周期降本 AI与物联网技术深度赋能储能运维，实现“预测性维护+资产增值”。 数字孪生技术可应用于储能系统的全生命周期管理，包括设备监测、数据分析和控制策略。通过虚拟仿真和实时监控，数字孪生技术可以帮助运维人员提前识别安全风险，实现少人、无人值守，故障迅速响应和解决，极大降低运维成本。 比如，天合储能Elementa 2 Pro通过一键远程升级和实时监控功能，运维人员可以远程管理设备，使运维效率提升高达90%。 值得注意的是，通过“区块链+共享储能”的模式，可实现供需关联互动和“发-储-配-用”精准调配、安全校核和自主交易。这种模式有助于推动储能资源在全国范围内的优化配置，提高能源利用效率，或将成为2025年进化重要方向之一。相关案例显示，通过数据上链实现储能资产透明化管理，提升融资可信度，降低资金成本2-3个百分点。 趋势八：交直流一体设计推动“储能安装革命” 交直流一体储能系统是一种集成了直流侧电池单元和交流侧PCS(电力转换系统)的创新设计。这种设计不仅简化了储能系统的结构，还大幅提升了系统的效率、性能和安全性。 由于交直流一体储能系统在出厂前即可完成预安装和预调试，现场只需进行简单的并网操作，大大缩短了并网时间。这意味着设备到站后即可迅速投入运行，提高了项目的响应速度和效率。 阳光电源Powertitan 2.0、远景储能5.6MWh交直流一体系统、力神电池5MWh交直流一体液冷集装箱——LS-C5M-A，直流线缆不出柜，安装时间大幅缩短。2月13日，Fluence官宣的7.5MWhSmartstack也是AC储能系统(交流模块)，即在同一集装箱内集成了电池和PCS。 趋势九：安全技术从“被动防护”转向“主动防御” 多层级安全防护体系成为行业标配。 一是消防系统升级，Pack级全氟己酮+舱级气溶胶的多级灭火方案，响应时间<3秒，复燃率降至0.1%以下。 二是AI风险预警，通过电压、温度、气体浓度多参数融合分析，提前48小时预测热失控风险。 三是，电池管理系统升级迭代，采用双向主动均衡算法，电池簇间容量差异控制在2%以内，系统可用容量提升8%。 例如，根据科陆电子在德州站点经过三年的数据监控，使用Smart Scales(智能天平)主动均衡技术，比使用被动均衡的站点，电池SOH提升2%以上。 趋势十：高度集成化加速“光储平价时代” 一方面，储能系统与光伏、充电设施深度耦合，构建能源自洽生态。 比如，华为数字能源推出集成BMS、PCS、EMS的“All-in-One”方案，协调控制延时<10ms，光储联动效率提升12%。 另一方面，面对储能项目越来越贴近闹市，储能系统环境友好性也成为高度集成化的一个重要方向。比如，Elementa 2 Pro采用紧凑的肩并肩、背靠背设计，节省占地面积;同时通过先进的噪音控制技术，将运行音量降至最低70dB，适配城市及近郊场景。 2025年，锂电池储能技术进化将围绕“安全、效率、成本”三大核心展开，从热管理的智能化到组串式架构的普及，从固态电池的量产到钠电的成本革命，技术迭代正在突破传统储能的应用边界。 未来，储能企业需在技术研发、场景适配与商业模式创新中寻找平衡，方能在全球储能竞赛中占据先机。
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