Es gibt vier Wärmemanagementlösungen für globale Energiespeicherung Systeme: Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Wärmerohrkühlung und Phasenwechselkühlung. Derzeit werden nur die Luft- und die Flüssigkeitskühlung in großem Maßstab eingesetzt, während sich die Wärmerohrkühlung und die Phasenkühlung noch im Laborstadium befinden. Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung Technologie haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und eignen sich auch für unterschiedliche Anwendungsszenarien.
1. Was ist Flüssigkeitskühlung?
Die Flüssigkeitskühlung bezieht sich auf die Methode der Kühlung durch Flüssigkeitskontakt mit der Wärmequelle. Je nach den verschiedenen Methoden der Wärmeübertragung zwischen Kühlflüssigkeit und Server kann sie in direkte und indirekte Flüssigkeitskühlung unterteilt werden.
Die indirekte Flüssigkeitskühlung basiert hauptsächlich auf der Technologie der Kühlplattenkühlung, die direkte Flüssigkeitskühlung auf der Technologie der Tauchkühlung. Wenn Sie sich für Flüssigkeitskühlsysteme interessieren, schauen Sie bitte unter Top 10 der Hersteller von Flüssigkühlsystemen für die Energiespeicherung in der Welt.
Die Kühlplatten-Flüssigkeitskühlung nutzt eine verbesserte Mikrokanal-Wärmeübertragungstechnologie mit extrem hoher Wärmeableitungsleistung. Sie leitet die Wärme in das Kühlmittel, indem sie es durch eine Metallkühlplatte leitet, die in direktem Kontakt mit dem Gerät steht.
- Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung
- Vorteile: Einfache Installation, geringe Größe, hohe Wärmeableitung, weniger Änderungen an bestehenden Server-Chip-Komponenten und Zusatzkomponenten, bessere Bedienbarkeit, derzeit die ausgereifteste und am weitesten verbreitete Lösung.
- Benachteiligungen: Es ist eine regelmäßige Wartung erforderlich, um einen reibungslosen Kühlmittelfluss zu gewährleisten, und die Kühlplatten müssen möglicherweise für verschiedene Geräte angepasst werden, was die Kosten erhöht.
Bei der Tauchflüssigkeitskühlung wird das wärmeerzeugende Gerät eingetaucht, so dass es zum Wärmeaustausch in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit steht. Die Kühlflüssigkeit ist das Wärmeaustauschmedium des Rechenzentrums, das eine hohe Isolierung, niedrige Viskosität und hohe Kompatibilität aufweist und das Hauptmedium der Tauchflüssigkeitskühlung ist.
- Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung
- Vorteile: Ermöglicht eine vollständige Wärmeableitung, eignet sich für Geräte mit hoher Leistungsdichte und hat einen niedrigeren Geräuschpegel.
- Benachteiligungen: Die Installation und Wartung sind relativ kompliziert, und die Wasserdichtigkeit der Anlage sowie die Reinigung und der Austausch des Kühlmittels müssen berücksichtigt werden.
Zu den grundlegenden Komponenten des Flüssigkeitskühlsystems des Energiespeichers gehören: Flüssigkeitskühlplatte, Flüssigkeitskühleinheit (Heizung optional), Flüssigkeitskühlleitung (einschließlich Temperatursensor, Ventil), Hoch- und Niederspannungskabel; Kühlflüssigkeit (wässrige Ethylenglykol-Lösung) usw.
2. Was ist Luftkühlung?
Bei der Luftkühlung handelt es sich um eine Kühlmethode, bei der Luft mit niedriger Temperatur als Medium verwendet wird und durch natürlichen Wind oder Ventilatoren eine Wärmekonvektion mit den Batteriezellen erzeugt wird, wodurch die Temperatur der Batterie gesenkt wird. Je nach der Energiequelle des Luftstroms kann die Luftkühlung in natürliche Luftkühlung und erzwungene Luftkühlung unterteilt werden.
Die freie Luftkühlung nutzt Temperaturschwankungen, um eine Luftzirkulation zu erzeugen, die Wärme abführt. Wenn die Luft in der Nähe des Energiespeichers, z. B. des Energiespeichercontainers, erwärmt wird, steigt die Temperatur an und die Dichte nimmt ab. Die warme Luft steigt in den oberen Teil des Rechenzentrums auf, wodurch ein Druckunterschied entsteht, so dass die kalte Luft auf natürliche Weise zu den Energiespeichern strömt.
Obwohl die natürliche Luftkühlung einfach und energiesparend ist, ist der Luftdurchsatz gering, der Konvektionswärmeübertragungseffekt nicht offensichtlich, der Kühleffekt schlecht und die Energienutzungseffizienz gering, so dass sie nach und nach abgeschafft wurde.
Im Gegensatz dazu ist die forcierte Luftkühlung eine technische Methode, bei der kalte Luft zwangsweise durch ein Gebläse strömt und zur Kühlung auf den Energiespeicher geblasen wird. Mit dieser Methode kann eine gute Kühlleistung erreicht werden, indem die Wärmeabgabefläche des Energiespeichers vergrößert oder die Luftstromgeschwindigkeit erhöht wird.
Studien haben gezeigt, dass der Energieverbrauch von zwangsgekühlten Energiespeichern um etwa 20% gesenkt werden kann, wenn Technologien wie eine vernünftige Organisation des Luftstroms, eine intelligente Belüftung, eine präzise Luftzufuhr, ein intelligenter Wärmeaustausch, Klimageräte mit Kältespeicher, Klimatisierungszusätze und eine Kältemittelsteuerung von Klimakompressoren eingesetzt werden. .
- HauptkomponentenDas Gerät besteht hauptsächlich aus einer Inneneinheit (einschließlich Kompressor, Verdampfer, Expansionsventil usw.) und einer Außeneinheit (Kondensator usw.), wobei die Inneneinheit mit der Außeneinheit einzeln verbunden ist;
3. Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung
Im Falle von thermischen Runaway-Vorläufern kann sich die Flüssigkühlung im Vergleich zur Luftkühlung auf einen großen Kühlmittelfluss stützen, um den Batteriesatz zur Wärmeableitung zu zwingen und eine Wärmeumverteilung zwischen den Batteriemodulen zu realisieren, was die kontinuierliche Verschlechterung des thermischen Runaways schnell unterdrücken und das Risiko des Runaways verringern kann.
Gleichzeitig hat die Flüssigkeitskühlung gegenüber der Luftkühlung die Eigenschaften eines einfachen Systems, niedriger Herstellungskosten und einer einfachen Installation. Es gibt immer noch viele Anwendungen, bei denen die Energiedichte der Batterie gering ist und die Lade- und Entladegeschwindigkeit langsam ist.
Unter dem Gesichtspunkt des Kühleffekts (Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung) hat die Luftkühlung einen größeren Vorteil als die Flüssigkeitskühlung.
3.1 Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung: Temperatur des Akkupacks
Wie in der nachstehenden Abbildung dargestellt, beträgt die Temperatur des flüssigkeitsgekühlten Akkupacks bei gleicher Einlasstemperatur, Windgeschwindigkeit und Durchflussmenge im Vergleich zur Luftkühlung 30-40 Grad Celsius, während die Temperatur des luftgekühlten Akkupacks 37-45 Grad Celsius beträgt. Die Temperaturgleichmäßigkeit der Flüssigkeitskühlung ist besser.
3.2 Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung: Betriebsenergieverbrauch
Experimentellen Untersuchungen zufolge benötigt die Luftkühlung einen 2-3 Mal höheren Energieverbrauch als die Flüssigkeitskühlung, um die gleiche durchschnittliche Akkutemperatur zu erreichen (Flüssigkeitskühlung gegenüber Luftkühlung). Bei gleichem Stromverbrauch ist die Höchsttemperatur des Akkupacks bei Luftkühlung 3 bis 5 Grad Celsius höher als bei Flüssigkeitskühlung. Die Flüssigkeitskühlung verbraucht weniger Energie.
3.3 Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung: Gefahr des thermischen Durchgehens der Batterie
Aufgrund von Faktoren wie der spezifischen Wärmekapazität von Luft und dem kleinen konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten, der Flüssigkeitskühlung im Vergleich zur Luftkühlung ist die Wärmeübertragungseffizienz der Batterie-Luftkühlungstechnologie gering, und die von der Batterie erzeugte Wärme steigt, was dazu führt, dass die Temperatur der Batterie zu hoch ist und die Gefahr eines thermischen Durchgehens besteht; die Batterie-Flüssigkeitskühlsystem kann das Risiko eines thermischen Durchgehens der Batterie erheblich verringern.
3.4 Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung: Investitionen in Sachanlagen
Nach Angaben des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den Vereinigten Staaten liegen die Investitionskosten pro kWh für ein 4-Stunden-Batteriespeichersystem derzeit bei 1.900 RMB (300 US-Dollar), und das Wärmemanagementsystem macht schätzungsweise 2-4% der Batteriekosten aus.
Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung System ist einfacher, um sicherzustellen, dass die Batterie bei einer angenehmen Temperatur arbeitet. Im Vergleich zur Luftkühlung wird die Lebensdauer der Batterie um mehr als 20% verlängert. Bezogen auf den gesamten Lebenszyklus ist die Investition in die Flüssigkeitskühlung geringer.
4. Schlussfolgerung
Im Allgemeinen hat die Flüssigkeitskühlung gegenüber der Luftkühlung den Vorteil, dass die Anfangsinvestition gering ist, die Wartungskosten niedrig und die Wartung unterschiedlich ist, und sie ist besser für das Wärmemanagement kleiner ziviler oder kommerzieller Batterien geeignet.
Die Flüssigkeitskühlung hat sich jedoch allmählich zur Hauptmethode der Batteriekühlung in großen Erdkraftwerken und anderen Bereichen mit großer Kapazität und hohem Energieverhältnis entwickelt.
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