儲能系統(tǒng)熱管理 | 耐高溫導熱絕緣氮化硼墊片

什么是儲能系統(tǒng)熱管理？

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

儲能系統(tǒng)在充電和放電過程中會產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進行熱管理至關(guān)重要。

儲能熱管理系統(tǒng)的構(gòu)成

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

傳感器：監(jiān)測電池組內(nèi)各個單體的溫度，并將數(shù)據(jù)實時反饋給控制單元。

冷卻介質(zhì)：常見的有空氣冷卻、液態(tài)冷卻（例如水/乙二醇混合物）、相變材料等。選擇冷卻介質(zhì)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(chǎn)生的熱量傳導至冷卻介質(zhì)中，實現(xiàn)熱量的迅速分散。

控制單元：根據(jù)傳感器提供的溫度信息進行分析，動態(tài)調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以維持電池操作在理想的溫度區(qū)間。

熱管理技術(shù)的作用

熱管理技術(shù)在儲能系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。它負責控制和調(diào)節(jié)儲能設(shè)備的溫度，確保系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行。良好的熱管理可以：

提高系統(tǒng)效率：通過維持適宜的工作溫度，減少能量損耗。

延長設(shè)備壽命：避免過熱導致的材料老化和性能下降。

保障系統(tǒng)安全：防止溫度異常引發(fā)的安全隱患。

儲能系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，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(fā)。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(tǒng)的散熱效率，并保持其工作在適宜的溫度范圍內(nèi)。然而，這種方法需要更多的電力支持，同時也增加了系統(tǒng)的復雜性和成本。

儲能熱管理技術(shù)路線

儲能熱管理較為成熟的技術(shù)路線為風冷和液冷，其中風冷在目前儲能系統(tǒng)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(tǒng)核心，風冷與液冷是目前成熟的技術(shù)路線。儲能熱管理的冷卻方式主要有以下三大技術(shù)路線：風冷（空氣冷卻）、液冷和相變冷卻。

三大熱管理技術(shù)對比

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

風冷系統(tǒng)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較為簡單，系統(tǒng)鋪設(shè)方案成熟，整體成本和維護成本較低。缺點在于冷卻介質(zhì)比熱容較低，風冷的換熱系數(shù)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(shù)

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(shù)的優(yōu)勢在于其高效制冷能力和占地面積的節(jié)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(tǒng)的故障率更低，同時噪聲小、自耗電少，更為環(huán)境友好。

其優(yōu)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(tǒng)不需要設(shè)計風道，占地面積節(jié)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(tǒng)，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(jié)省系統(tǒng)自耗電，環(huán)境友好。

相變冷卻技術(shù)

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(shù)具有優(yōu)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(huán)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(tǒng)如液冷或風冷來導出吸收的熱量。

相變冷卻技術(shù)具有以下優(yōu)點：

優(yōu)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(huán)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(tǒng)、風冷系統(tǒng)等導出。

儲能熱管理發(fā)展歷程

儲能熱管理的發(fā)展歷程可以分為幾個階段，從初步的風冷系統(tǒng)到現(xiàn)代的高效液冷技術(shù)：

風冷時代

在2021年之前，風冷系統(tǒng)是儲能熱管理的主流技術(shù)。這種方法通過空調(diào)產(chǎn)生的冷風來冷卻電池，具有系統(tǒng)簡單、成本低和安裝方便的優(yōu)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(shù)開始成為主流。液冷主要通過冷板式液冷實現(xiàn)，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(shù)適用于電池包能量密度高、充放電速度快、環(huán)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(shù)的進一步發(fā)展，它將電芯整個浸沒在絕緣、化學惰性的冷卻液中，實現(xiàn)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(xiàn)了兩度以內(nèi)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。