直冷横空出世！储能温控或迎新一轮技术变革
发布日期：2024/9/27
玩笑言之，储能温控领域，初代是风冷，二代也是时下之主为冷板式液冷，浸没式液冷还在努力成为三代的路上，直冷突然横空出世，并高调入局，共竞三代接班人之位。
中国储能产业，已进入高速发展阶段，而持续的技术创新与多元技术路线同频，正是处于这一时期的重要表现之一。
特别是随着储能电芯向大容量演进，系统集成朝更大规模、更高能量密度趋势发展，应用场景又愈发复杂多元，这都对储能系统的寿命、安全、成本等要素提出了更高的要求。从系统集成，到包括电芯、3S、温控消防等在内的核心部件，技术迭代正在持续上演。
作为储能系统中的关键一环，温控系统对储能的安全、效率、寿命等起着至关重要的作用，尤其是随着长时储能、高倍率储能等应用需求的增加，更整体拔高了对于温控部件的性能指标。
从第一代风冷，到当下的主流路线冷板式液冷，再到正被广泛关注的浸没式液冷，围绕电池易受热影响和温度分布不均匀等问题的持续优化，近年来温控技术端可谓多管齐下。
月初，又有一则大消息传来，中车株洲所联合英维克、海信网络能源、同飞股份、美的等14家产业链企业发布了一款面向未来的6.9MWh系统，其中温控环节首次采用了12kW储能直冷机组。此消息一出，即引发行业侧目。
原本应用于新能源汽车领域的直冷技术就此声势浩大的进入储能，高调支持的声音有之，提出异议的声音亦有之。
直冷剑指储能温控3.0？
过去两年来，全球可再生能源装机量迅猛增长，据国际能源署发布的《2023年可再生能源》年度市场报告显示，2023年，全球可再生能源新增装机容量较2022年增长50%，装机容量增长速度已超过去30年。在此背景下，储能产业发展迎来了愈加广阔的市场天地。
与此同时，中国储能企业身陷内卷漩涡，要破局突围，技术是最核心的竞争力，而高安全、低成本、高效率，则是储能技术升级最重要的门槛。
特别是在电芯大型化、储能系统集成功率密度不断提升的趋势下，电池的工作效率，以及热失控的风险，更成为行业重点攻关的方向。而这其中，温控系统发挥着重要作用。
细看储能温控技术的进阶之路，初代的风冷系统简单、制造成本低、便于安装；二代冷板式液冷开始采用液体作为换热媒介，载热量大、换热效率高；而今尚处于发展初期的浸没式液冷，具备有效防止热失控，极致均温性等优势，但困于成本较高的难题，尚未尘埃落定。
处在行业快速发展，技术疾速迭代的当口，直冷突然高调下场。据悉，上述12kW储能直冷机组，采用了冷媒直冷技术，降低了换热损失，令系统能效更高，且降低了成本；同时，采用无需水路循环设计，漏液风险为“零”，且机组体积更小，噪音更低，能够在有限空间内提供更大的制冷量，契合储能系统能量密度渐趋增大、可利用空间愈发减小的发展趋向。
有供应链企业表示，直冷温控技术将为储能行业的发展提供更多的选择与方向，并有望成为未来储能热管理领域的主要发展趋势。
海信网络能源温控事业部总经理刘文琼更公开提出，温控技术的迭代路径是从风冷1.0到液冷2.0再到直冷3.0，储能温控直冷时代已开启。
对于这样的观点，也有一些行业人士提出了异议，在中国储能网的走访中，有企业直言，因为电芯发热量并不够聚集，单位面积的发热量不是很大，还不需要直冷这样的高强传热的制冷技术来解决。
最大优势是高换热效率
直冷到底是什么？根据公开资料的解释，直冷就是采用无需水路循环的极简冷却设计，使制冷剂通过氟冷板直接冷却电芯，通过热交换将产生的热量迅速带走。
这里将直冷与其他几种温控技术进行一下简单对比。
目前较为常见的温控技术主要以风冷和冷板式液冷为主，浸没式液冷仍处于发展初期。上表所示四种温控技术，除风冷是以空气为冷却介质外，冷板式液冷、浸没式液冷以及直冷均采用的是液体。
在这三种液冷技术中，只有浸没式采用的是将电芯直接泡在浸没液里，中间没有导热环节的直接接触方式。而冷板式液冷和直冷采用的都是间接接触。
从结构形式上来看，直冷和冷板式液冷比较接近，有行业人士介绍，传统冷板式液冷技术，是通过将冷水进到液冷板，实现给电池底部散热，而直冷则是将冷板式液冷中的水，换成了制冷剂，再通过氟冷板冷却电芯。
不过虽然形式相似，但这两种技术的换热原理却不尽相同。
EK储能温控总经理樊小虎在接受中国储能网记者采访时表示，传统的冷板式液冷，是利用较低温度的水或乙二醇水溶液，为较高温度的电芯进行降温，实现温差换热，两者之间通过液冷板导热。
而在直冷中，一方面利用了温差换热，因为制冷剂温度较低，同时制冷剂本身具有远大于水的比热容，能够实现更高的换热效率；另一方面，直冷还利用了蒸发吸热的原理，通过制冷剂从液态转变为气态，来吸收周围的热量。
对此，也有行业人士解释为，“将电池冷却系统与空调系统的高度耦合，相当于将空调系统中的蒸发器直接放入电池包中。”
由此可见，直冷以这样的双重换热方式所能带走的热量，远超单纯靠温差换热的冷板式液冷。
樊小虎也表示，在不同的运行原理之下，直冷相较于传统液冷，最大的优势就在于换热效率的提升。
优秀的换热能力和整机效率，确实令直冷在储能领域看起来颇具市场空间。
除中车株洲所联合14家供应链企业重磅打造直冷储能系统外，清安储能技术（重庆）有限公司此前也发布了直冷储能产品。
今年1月，其全球首发了新一代直冷储能解决方案——Luminary ultra系列储能系统；9月13日，其又举办了Luminary Ultra系列规模化商用启动仪式，以此标志该系统成功将直冷技术应用于储能的实际场景。
直冷仍处于技术储备阶段
事实上，将直冷温控技术应用于储能领域的想法，很早就有被提出过，只是相关产品及应用较为少见，甚至在新型研究的应用中都很少见。究其原因，在于直冷技术仍存在多个方面的问题尚未突破。
在直冷温控产品的宣传中，安全往往被放在非常突出的位置上，据悉，一旦发生泄露，制冷剂将自动蒸发为气体，使漏液零风险，可有效避免常规冷却介质泄露后导致的电气短路及热失控情况发生。
然而在中国储能网的采访中，有温控企业负责人直言，对于整个储能系统而言，是否漏液对于安全的影响其实并不大，而且直冷虽然不漏液，但却可能漏氟，这同样存在泄露的风险。
另外值得关注的是，直冷系统要面临更大的压力强度。一方面，氟的压力相对于水要大得多，水压不过几公斤，但是氟压比之要高出几十公斤；另一方面，制冷剂蒸发的压力一般会达到3-4个大气压，而液冷板的工作压力一般在1.3个大气压以内。
因此直冷对冷板、接头、管路的承压强度要求会大幅度提升，比如目前常规的尼龙管就根本无法承受这样的压力。而直冷板的耐压等级至少要达到蒸发压力的4倍。
此外，直冷对于冷板的密封性要求也会比传统液冷高很多。
这种种，将让供应链企业面临很大的技术迭代难度，同时零部件成本也会相应提升。
在系统控制上，直冷也更为复杂，因为要顾及不同PACK之间的流量分配，蒸发温度的控制，以及冷板流道的设计等等。
以直冷板中冷媒的流向设计为例，由于电池包不光要保证电芯工作在合理温度下，同时还要控制不同的模组之间的温差，一般要求电芯温差不超过5℃，因此保证电池冷板本身的温度均匀尤为重要，是以，通过优化直冷板中冷媒的流向，提升储能电池温度均匀性正是直冷系统需要突破的难点。
由此可见，直冷技术要真正应用于储能领域仍然问题重重，要实现规模化应用还需要不短的时日。
直冷在未来储能中究竟会扮演什么样的角色，我们暂且不论，“但就目前来看，直冷仍然处在技术储备的阶段。”有行业人士如此对中国储能网记者说道。
来源：中国储能网
