В домашних и небольших коммерческих накопителях батареи охлаждает воздух. Когда ёмкость переваливает за сотни киловатт-часов, а система работает в частых циклах, воздух перестаёт справляться, и тепло с модулей снимают жидкостью. Разбираем, как устроен такой контур, сколько он выигрывает по плотности и ресурсу, как защищён от пожара и что с ним происходит при −30 °C.
В накопителе с воздушным охлаждением тепло с батарейных модулей сдувают вентиляторы. В жидкостном вокруг модулей по контуру гоняют теплоноситель: деионизированную воду или специальную жидкость. Модули греются при заряде и разряде, жидкость забирает тепло, уходит в теплообменник, остывает и возвращается обратно.
Жидкость отводит тепло намного быстрее воздуха, поэтому ячейки спокойно работают на высокой мощности. Охлаждающая пластина прижата к модулю напрямую и снимает тепло равномерно по всей площади. В воздушной системе отдельные ячейки перегреваются локально и стареют быстрее соседних. Здесь риск локального перегрева намного ниже, и батарея живёт дольше: срок службы вырастает более чем на 30 %.
Температурой управляет система термоменеджмента: датчики, контроллер и блок охлаждения. BMS (система управления батареей) читает температуру каждого модуля в реальном времени и меняет расход теплоносителя. В новых системах термоменеджмент подстраивается под режим работы с помощью ИИ-алгоритмов.
Батарею держат в диапазоне 20–35 °C, где LiFePO4 работает лучше всего. Разброс температуры между ячейками внутри блока держат в пределах 5 °C, а в промышленных контейнерах — до 2,3 °C.
Внешние условия система компенсирует от −30 до +55 °C: один и тот же контейнер держит и ростовское лето с +40, и зиму с −30.
Воздушному охлаждению нужны воздуховоды и зазоры между модулями. Жидкостному нет: модули стоят вплотную, охлаждающие пластины встроены между ними и заодно придают блоку жёсткость. Энергии на квадратный метр помещается до 40 % больше, чем в воздушной системе, а места контейнер занимает до 23 % меньше. На площадке завода или парковке торгового центра разница заметная.
BMS здесь — центр управления: она отслеживает напряжение и температуру каждой ячейки. Ячеек в жидкостном блоке обычно больше, чем в воздушном, поэтому BMS обрабатывает больше данных, чтобы точно считать уровень заряда (SoC) и состояние батареи (SoH).
Кроме балансировки ячеек и управления температурой BMS обменивается данными с контуром охлаждения, системой пожаротушения и силовым преобразователем. Данные системы видны с телефона или компьютера — для мониторинга и обслуживания.
Пожаротушение встроено в контейнер и работает вместе с термоменеджментом. Датчики по всему объёму ловят скачок температуры или дым, пока проблема не разрослась. При перегреве система изолирует проблемный участок и включает тушение только в нём: тепловой разгон останавливают на одном модуле, не теряя всю установку. Коммерческие системы сертифицируют по UL 1973, UN 38.3 (транспортные испытания литиевых батарей), CE и IEC.
Защита в контейнере многослойная:
Каждый батарейный блок работает независимо: отказ одного не задевает остальные. Система от этого надёжнее, а обслуживать её проще.
Жидкостное охлаждение ставят там, где плотность мощности высокая и температуру надо держать жёстко: на сетевых накопителях, у производств, дата-центров и торговых центров. Типичный диапазон ёмкости: от 208 кВт·ч до 5 МВт·ч.
Сценариев в основном три.
Срезание пиков. Накопитель разряжается в часы максимальной нагрузки предприятия и заряжается, когда тариф ниже. Счёт за электроэнергию от этого меньше, в России в первую очередь из-за платы за мощность. Как это считается для предприятия на вводе 380 В, разобрано в статье про срезание пиков для бизнеса.
Регулирование частоты. Сетевому оператору нужна мгновенная реакция: система за миллисекунды переключается с заряда на разряд и обратно и помогает удерживать в сети 50 Гц. Воздушную батарею такие циклы перегревают.
Солнце и ветер. Выработка панелей и ветряков скачет, накопитель сглаживает её и работает в частых циклах, причём летом в самую жару. Жидкостный контур держит ячейки в рабочем окне там, где воздушное охлаждение уже не вытягивает.
Мороз до −30 °C жидкостной системе не помеха, холод даже помогает: нагрузка на охлаждение падает. Но контур надо готовить к зиме, чтобы жидкость не замёрзла: теплоноситель на гликолевой основе, циркуляционные насосы, которые не останавливаются даже в простое, утеплённые трубопроводы и греющий кабель. У новых систем зимний режим включается сам, по датчикам температуры.
Сама химия LiFePO4 на морозе ведёт себя одинаково что в контейнере, что в домашней стойке: BMS запрещает заряд ниже нуля по своему датчику температуры. Подробнее — в статье про АКБ зимой.
Перевести существующий воздушный накопитель на жидкостное охлаждение нельзя. У жидкостных систем другая архитектура и другая конструкция батарейных блоков, переделка экономически не оправдана. Единственный вариант — расширение: рядом с воздушными блоками ставят новые жидкостные, с раздельной интеграцией по BMS и изоляцией между двумя системами.
Сейчас в каталоге накопители с воздушным охлаждением: высоковольтные стойки BOS-G Pro на LiFePO4 — BOS-G25-PRO на 25,6 кВт·ч, BOS-G60-PRO на 61,44 кВт·ч и BOS-G80-PRO на 81,92 кВт·ч. Они работают в паре с трёхфазными гибридными HV-инверторами SUN-50K-SG01HP3 на 50 кВт и SUN-125K-SG02HP3 на 125 кВт. Для магазина или цеха с вводом 380 В, где задача — резерв и срезание пиков, этого достаточно.
Жидкостное охлаждение у Deye — это контейнерные системы на сотни киловатт-часов и мегаватт-часы. В каталоге их нет: их собирают под конкретный объект и поставляют под заказ. Если у вас производство с большим пиком мощности или объект, которому нужен резерв на сотни киловатт-часов, начните с раздела для производств: там описано, с каких данных начинается расчёт такой системы.
Источник: блог Deye (Liquid Cooled Energy Storage System: Technology, Benefits & Applications). Перевод и адаптация для российских условий — deye.shop.
Да. Рабочий диапазон от −30 до +55 °C, на морозе нагрузка на охлаждение только падает. Готовить к зиме надо сам контур: гликолевый теплоноситель, циркуляционные насосы, которые не встают в простое, утеплённые трубы и греющий кабель. У новых систем зимний режим включается сам по датчикам температуры.
Нет. У жидкостных систем другая архитектура и другая конструкция батарейных блоков, переделка экономически не оправдана. Единственный вариант при расширении: поставить жидкостные блоки рядом с воздушными, с раздельной интеграцией по BMS и изоляцией между двумя системами.
До 40 % больше энергии на квадратный метр и до 23 % меньше места, чем у воздушной системы. Разброс температуры между ячейками не выше 5 °C, в промышленных системах до 2,3 °C, срок службы батареи вырастает более чем на 30 %.
Нет. Его ставят на системы от 208 кВт·ч до 5 МВт·ч, которые работают в частых циклах: срезают пики на производстве, регулируют частоту в сети, сглаживают выработку солнца и ветра. Дому и объекту с инвертором до 125 кВт хватает воздушного охлаждения, как у стоек BOS-G Pro из каталога.
Конфигуратор посчитает инвертор и ёмкость накопителя по вашим цифрам, инженер ответит на вопросы.
