什么是儲能系統熱管理？

儲能系統熱管理是確保儲能系統高效運行和延長其使用壽命的關鍵。熱管理旨在防止儲能系統過熱，并確保其工作在適宜的溫度范圍內。

儲能系統在充電和放電過程中會產生大量的熱量，如果這些熱量沒有得到有效的管理，會導致儲能系統過熱，不僅會影響其工作效率，還會縮短其使用壽命。此外，過高的溫度還會導致儲能系統中化學反應速率的增加，從而加劇電池的衰老。因此，對儲能系統進行熱管理至關重要。

儲能熱管理系統的構成

儲能熱管理系統通常包括熱傳感器、冷卻系統（可能是液態或氣態冷卻介質）、熱交換器、控制單元等部分組成。

傳感器：監測電池組內各個單體的溫度，并將數據實時反饋給控制單元。

冷卻介質：常見的有空氣冷卻、液態冷卻（例如水/乙二醇混合物）、相變材料等。選擇冷卻介質時需要考慮其導熱性能、安全性和成本等因素。

熱交換器：負責將電池產生的熱量傳導至冷卻介質中，實現熱量的迅速分散。

控制單元：根據傳感器提供的溫度信息進行分析，動態調節冷卻系統的工作狀態，以維持電池操作在理想的溫度區間。

熱管理技術的作用

熱管理技術在儲能系統中扮演著至關重要的角色。它負責控制和調節儲能設備的溫度，確保系統在最佳狀態下運行。良好的熱管理可以：

提高系統效率：通過維持適宜的工作溫度，減少能量損耗。

延長設備壽命：避免過熱導致的材料老化和性能下降。

保障系統安全：防止溫度異常引發的安全隱患。

儲能系統熱管理的主要方法

1.被動式熱管理

被動式熱管理是一種簡單有效的熱管理方法，其依賴于自然對流和輻射來散熱。在被動式熱管理中，通常使用導熱性能良好的材料來增強儲能系統的散熱效果。然而，由于其散熱效率較低，對于高功率的儲能系統，這種熱管理方法可能無法滿足散熱要求。

2.主動式熱管理

主動式熱管理是一種更加高效的熱管理方法，它通過使用主動散熱裝置來加快熱量散發。其中，最常用的方法包括風扇、散熱器、冷卻劑等。主動式熱管理能夠顯著提高儲能系統的散熱效率，并保持其工作在適宜的溫度范圍內。然而，這種方法需要更多的電力支持，同時也增加了系統的復雜性和成本。

儲能熱管理技術路線

儲能熱管理較為成熟的技術路線為風冷和液冷，其中風冷在目前儲能系統中占主流，液冷方案在未來滲透率料將不斷上升。

熱管理成為儲能系統核心，風冷與液冷是目前成熟的技術路線。儲能熱管理的冷卻方式主要有以下三大技術路線：風冷（空氣冷卻）、液冷和相變冷卻。

三大熱管理技術對比

風冷技術
以其結構簡單、安全可靠且易于實現的特點，在功率密度較小的集裝箱儲能系統和通信基站儲能系統中得到了廣泛應用。特別是當儲能系統對能量密度和空間的要求不如動力電池系統那么嚴苛時，通過增加電池數量來降低工作倍率和產熱率成為一種有效的策略。

風冷系統優點是結構較為簡單，系統鋪設方案成熟，整體成本和維護成本較低。缺點在于冷卻介質比熱容較低，風冷的換熱系數較低（25~100），易導致電池簇間溫差，整體散熱效率低于液冷方案，同時通道占地更大，對預留面積要求更高。

液冷技術

利用水、乙醇、硅油等冷卻液，通過液冷板上的導流槽與電芯間接接觸來散熱。這種技術的優勢在于其高效制冷能力和占地面積的節省，非常適合未來大型儲能電站的需求。此外，由于減少了風扇等機械部件，液冷系統的故障率更低，同時噪聲小、自耗電少，更為環境友好。

其優點包括：

靠近熱源，高效制冷；

與相同容量的集裝箱風冷方案相比，液冷系統不需要設計風道，占地面積節約50%以上，更適合未來百MW級以上的大型儲能電站；

相比風冷系統，由于減少了風扇等機械部件的使用，故障率更低；

液冷噪聲低，節省系統自耗電，環境友好。

相變冷卻技術

利用相變材料在相變過程中吸收熱量的原理來進行冷卻。這種技術具有優異的熱傳導性能、高可重復使用性，以及體積小、重量輕的特點，非常適合高溫高密度的環境。然而，相變材料的使用壽命有限，其冷卻效果也會受到溫度和壓力的影響，同時需要依賴其他散熱系統如液冷或風冷來導出吸收的熱量。

相變冷卻技術具有以下優點：

優異的熱傳導性能。

可重復使用性高。

體積小，重量輕。

適用于高溫高密度的環境。

但其也存在一些缺點，如相變材料使用壽命有限、冷卻效果會受溫度和壓力的影響，其散熱能力差 ，吸收的熱量需要依靠液冷系統、風冷系統等導出。

儲能熱管理發展歷程

儲能熱管理的發展歷程可以分為幾個階段，從初步的風冷系統到現代的高效液冷技術：

風冷時代

在2021年之前，風冷系統是儲能熱管理的主流技術。這種方法通過空調產生的冷風來冷卻電池，具有系統簡單、成本低和安裝方便的優點。然而，風冷的散熱效果較差，主要適用于電池能量密度較低、充放電速度慢的場景，如通信基站等。

液冷時代

2021年起，液冷技術開始成為主流。液冷主要通過冷板式液冷實現，使用液體作為換熱媒介，具有載熱量大、換熱效率高的特點。這種技術適用于電池包能量密度高、充放電速度快、環境溫度變化大的場景。

浸沒式液冷時代：浸沒式液冷是液冷技術的進一步發展，它將電芯整個浸沒在絕緣、化學惰性的冷卻液中，實現了電芯與空氣、水分的完全隔離。這種方式徹底解決了電池在過充過放等情況下的熱失控問題，實現了兩度以內的溫差，使均溫性能達到極致，同時提高了容量、壽命、衰減等性能指標。