空冷式BESSと液冷式BESS：効率、メンテナンス、気候の限界

冷却の選択はキャビネットのサイズではなく熱フラックスから始まる

空冷は、熱密度と周囲の条件が管理可能な中程度の出力のC&I BESSアプリケーションにおいて通常は簡単な選択肢です。液冷は、出力密度、サイクリング強度、温度均一性の要件、または高温環境への露出が増加するにつれて、より魅力的になります。購入者は、温度分布、補助電力、出力制限、メンテナンス負担、ライフサイクル性能を比較すべきであり、液冷が自動的に「優れている」と仮定すべきではありません。

NRELのバッテリー熱管理の作業は、物理的なトレードオフを明確に説明しています：空冷はシンプルさ、部品の少なさ、冷却液漏れのリスクがないことを提供しますが、空気の熱容量と熱伝達能力が低いため、液冷よりも温度均一性が難しくなります。

それが私が最初に始めるエンジニアリングの違いです。

キャビネット内の空気の流れを追う

空冷式キャビネットでは、冷却空気は同じ温度のままではありません。

空気は入り、セルやモジュールから熱を吸収し、より温かくなって出て行きます。

熱設計者はダクトの形状、空気の流れの分布、ファン制御、熱交換を改善できますが、基本的な問題は残ります：冷却媒体はバッテリーを通過する際に温度が変化します。

それは重要です。なぜなら、バッテリーパックは許容可能な平均温度だけでなく、セルとモジュール間の小さな温度差も好むからです。NRELは、不均一なパック温度が異なる充電/放電挙動やパック性能の低下を引き起こす可能性があることに注意しています。

したがって、空冷はキャビネットが以下を組み合わせるとますます困難になります：

高出力密度

頻繁なサイクリング

高い周囲温度

およびコンパクトなセル間隔.

しかし、それには強い利点があります：シンプルさ。

ポンプ、ホース、シール、冷却回路が少ないため、液体システムの部品を検査する必要が少なくなります。

液冷は熱の流れを変える

液冷式システムは、バッテリーモジュールの周りのキャビネットの空気の流れに主に依存するのではなく、冷却プレートや別の液体熱インターフェースを介して熱を移動させます。

これにより、はるかに大きな熱伝達能力が提供され、温度分布がより均一になります。

現在のDawniceの例は、その125 kW / 261.248 kWh ハニーシリーズオールインワンESSです。公表された仕様は、インテリジェントな液冷を使用し、バッテリー温度差が≤3°Cで、最大充電/放電率が0.5Cであると述べています。

これは有用な仕様です。

しかし、それは次の主張に変わるべきではありません：

液体冷却は常にバッテリー寿命を延ばします。

温度の均一性は劣化に影響を与える要因の一つに過ぎません。セルの化学、SoCウィンドウ、Cレート、カレンダー劣化、周囲の条件、制御戦略も重要です。

より防御可能な声明は次の通りです：

より良い熱の均一性は、不均一な劣化の重要な原因の一つを取り除きます。

効率は「液体が勝つ」よりも複雑だ

ある冷却方法が自動的にBESSの往復効率を数パーセント向上させると主張するパンフレットには注意が必要です。

冷却はエネルギーを消費します。

空冷システムはファンを使用し、アーキテクチャによっては空調設備も使用します。

液体システムはポンプ、ファン、熱交換器、時にはチラーを使用することがあります。

勝者は運転ポイントによります。

温暖な周囲温度と適度なバッテリー出力では、シンプルな空冷システムは比較的少ない冷却エネルギーを必要とするかもしれません。

高い熱負荷では、密なキャビネットを通してより多くの空気を強制することが大きな気流を必要とし、同時に大きな温度勾配を許すことができます。その場合、液体冷却はセルから熱を運ぶのにより効果的になるかもしれません。

調達のために、私は次のことを求めます：

BESSの往復効率

補助消費

試験周囲温度

充電/放電出力

およびHVAC/冷却エネルギーが公表された効率の境界に含まれているかどうか。

その境界がなければ、比較することは90%対92%異なる2つの測定を比較しているかもしれません。

メンテナンスは空冷が復讐する場所だ

液体冷却は別のシステムを追加することで一つの工学的問題を解決します。

空冷BESSは通常、メンテナンスチームに次のことを監視するよう求めます：

フィルター

ファン

空気通路

熱交換器

ほこりの蓄積

気流の制限

液体冷却システムは別の語彙を追加します：

冷却液

ポンプ

流れ

圧力

ホースと接続部

冷却プレート

漏れ検出

冷却液の状態

それは液体冷却が信頼性がないという意味ではありません。

それはO&Mチームが管理する熱システムコンポーネントが増えることを意味します。

例えば、ダウニスの現在の261 kWh液体冷却DC側製品には、自動冷却液補充機能が含まれており、メーカーがそのメンテナンス負担を軽減しようとしていることを示しています。ダウニスはこのプラットフォームの温度均一性を≤3°Cと公表しています。

比較すると、ダウニスのBS09-225-Dは225.07 kWhのDC側システムで、インテリジェント空冷を使用し、公開された動作温度範囲は55°Cまでです。

同じ商業製品ファミリー内に両方のアーキテクチャが存在すること自体が有用な証拠です。

普遍的な勝者はいません。

「45°C定格」は「45°Cでの降格なし」を意味しない

これはRFQの際に挑戦したい仕様の一つです。

仮にキャビネットのデータシートに次のように記載されているとします：

動作温度：−30°Cから55°C

それは、製品が指定された条件下で動作することが許可されている範囲を示しています。

それは自動的に50°Cでバッテリーが同じ

kW

電流

使用可能なエネルギー

またはサイクル寿命の期待値

を25°Cで行うのと同じように提供できるとは限りません。

したがって、暑い気候のプロジェクトの場合、熱的降格曲線を要求し、次のように尋ねます：

私たちの設計環境では、どの連続充電/放電電力が利用可能ですか？

セルの温度分布はどのくらいになると予想されますか？

冷却に必要な補助電力はどのくらいですか？

ファンまたはポンプが1つ故障した場合、何が起こりますか？

その回答は、最大環境温度の数値よりも有用です。

私は稼働サイクルから決定を下すだろう

バイヤーの比較は比較的短く保つことができます：

私は「以下の1 MWh、液体冷却を使用」と言う線を引いていないことに注意してください。

「1 MWhを超える場合、液体冷却を使用。」

システムエネルギーだけでは、良い熱的基準とは言えません。

穏やかに運転する2 MWhのBESSは、コンパクトな265 kWhのキャビネットが高出力を繰り返し提供する場合とは異なる冷却問題を呈する可能性があります。

Ruibit/Dawniceプロジェクトの場合、私は次のことを考慮します：環境温度プロファイル、期待されるCレート、日次サイクリングパターン、キャビネットの電力密度、メンテナンス能力冷却アーキテクチャを選択する前に製品仕様の横に置きます。

より良い質問は次のとおりです：

空気か液体か？

それは：

このBESSはどれだけの熱を除去しなければならず、どのような環境条件下で、何時間、そしてプロジェクトの性能と寿命要件を満たすためにどれだけ均等に除去しなければならないのか？

よくある質問

1. 商業用BESSにおいて液冷は常に空冷より優れているのか？

いいえ。空気冷却は、シンプルなアーキテクチャとメンテナンスを提供しますが、液体冷却はより強力な熱伝達能力と厳密な温度均一性を提供します。より良い選択は、電力密度、デューティサイクル、気候、メンテナンス要件に依存します。

2. 購入者はいつ液冷式BESSを検討すべきか？

液体冷却は、高電力密度システム、頻繁なサイクリング、コンパクトな設置、厳しい熱気候での運用に対してより魅力的になります、特にセル間の温度差を小さく保つことが重要な場合に。

3. 液冷はBESSの効率を改善するのか？

潜在的には、しかし自動的にはそうではありません。両方の冷却アーキテクチャは補助エネルギーを消費します。バイヤーは比較すべきです：同じ環境温度と充放電電力下での往復効率と冷却補助消費。.

4. どのBESS冷却システムがメンテナンスが少ないか？

空気冷却は一般的にシンプルで、メンテナンスは主にファン、フィルター、気流経路、熱交換器に焦点を当てています。液体冷却はポンプ、冷却剤、冷却プレート、接続、流量管理、漏れ検出を追加します。

5. 暑い気候に設置されるBESSについて購入者が確認すべきことは？

最大運転温度の評価だけに頼らないでください。次の情報を要求してください：熱的デレーティング曲線、設計環境温度での利用可能な電力、期待されるバッテリー温度分布、冷却補助消費、冷却システムの故障挙動。.