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液冷储能系统热管理设计

相较于传统的风冷系统，液冷系统有着更强的安全性能，这也是

液冷集装式储能系统被广泛推广的原因之一。

液冷锂电池通常包括电池舱和电气舱两个部分，电池舱由电池簇、

液冷系统、消防系统等多种设备组成，而电气舱由交流器、变压器、

控制柜等部分组成。在整个锂电池储能系统的设计过程中，往往需要

对电池包、电池簇以及电池舱等进行全方位的设计。

在储能系统电芯中，电池主要为串联的形式，其中每一个电池组

包含48块电池，因此电池的电容量可以达到43kW・ho为确保储

能系统容量被控制在2.75MW-h,对应的额定电压为1228V,就需

要将这些电池进行串联，以电池簇一般由8个电池包组成为例。电

池舱的尺寸通常为标准的集装20尺6.058mX2.438mX2.896mo

(a)电池包(Pack)(b)电池簇(Rack)

(1)对于液冷漏液问题的处理，可以将液冷接头使用车规级的

防漏液冷却管进行连接。

(2)对液冷集装式储能系统中的膨胀水进行设置时，需要

对液位传感器进行设置，才能确保在出现液漏情况时，防护包装设计

为IP67o

(3)对于储能系统中的电池包设计，可以采用“S”型流道的方

式，同时，所使用的冷却液为50%的水+50%的乙二醇。

(4)当。C、25°C时，液冷机组进入制冷模式，反之，当°C、22°C

时，停止制冷模式。而当。C、15°C时，液冷机组进入制热模式；反之，

当。C、23°C时，停止制热模式。

在进行储能系统液冷回路的选择时，通常采用并联的方式，这是

因为并联的方式能够最大限度地实现对不同路段流量的控制计算，才

能使电池冷却液的流速满足均衡需求。

根据电芯功率电芯温升发热进行计算，I为电芯容量，R为电芯

直流电阻。设定的充放电倍率为0.5°C,那么在0.5°C的情况下对电

芯LF280K进行充电发热时，对应的平均值通常在12.5W左右，而

放电发热功率在9.5W左右［5］。但是鉴于液冷集装的储能系统电

芯数量一般会被设置为n个。

P=nXP0=12.5X3072W=38400W

在设置电芯的最大温度左T二10°C为时，电芯的质量为m=5.42

X3072kg=16650.24kg,电芯温升发热量可以计算。

Q=CmAT

式中，C为电池的比热容，通常取值为1.055kJ/

(kg・°C)。将其代入式中，可以计算出电芯温升发热量为

175660.03kJo而电池本体吸收热功率的计算公式

P1二Q/t

在充放电2h后，即t二7200s,经计算得到P1=24397WO

当液冷机组的制冷负荷时P2(P-P1)•k,其中k为安全系数，

取值在1.2〜1.5之间，所以可以得出P219.6kW,这也使得液冷

机组的制冷功率的设定一般控制在20kW即可。但是，锂电池的正常

工作温度在-20〜50°C,其舒适充电温度范围一般为0〜50°C,所以当

锂电池需要在低温环境下工作时，必须对锂电池进行预热处理，只有

这样，才能有效提升锂电池的电芯温度。并且当锂电池的环境温度为

-30°C时，对应的电池吸收热量计算方式。

Ql=CmATI

AT1=-3O°C电池吸收的热量最终经过计算为526980.09kJ,而电

池的吸热功率计算公式

P2=Ql/tl

tl=12h,P2=12.2kWo由此可以计算得到对应的制热功率为14kWo