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摘要：全球能源消耗不斷增加，電化學(xué)新型儲能系統(tǒng)在平衡能源供應(yīng)與需求中起到關(guān)鍵作用。隨著新型儲能系統(tǒng)規(guī)模的擴大，系統(tǒng)運行造成的溫度問題極大地影響了系統(tǒng)的性能和安全使用，而合理的熱管理方案與系統(tǒng)控制策略能良好地保持儲能系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性與安全性。從儲能系統(tǒng)熱管理需求出發(fā)，對主流使用熱管理方案的特點及應(yīng)用進(jìn)行分析，總結(jié)了各種方案的未來發(fā)展趨勢，重點介紹了儲能系統(tǒng)溫度控制策略，并對儲能熱管理技術(shù)的未來研究方向給出了建議與展望。
關(guān)鍵詞：電池儲能；熱管理系統(tǒng)；儲能系統(tǒng)；電池安全
為應(yīng)對不斷增加的能源需求與環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)，我國提出了“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，加速了清潔能源的規(guī)?；l(fā)展，推動能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳方向深度轉(zhuǎn)型。隨著可再生能源的快速增長，儲能系統(tǒng)正成為平衡能源供應(yīng)與需求、促進(jìn)可再生能源融入電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。儲能技術(shù)包括機械儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能等[1]。在多元化儲能技術(shù)中，電化學(xué)儲能具有能量轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快和模塊化等顯著優(yōu)勢，已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)重點發(fā)展的儲能解決方案。電能以電化學(xué)方式存儲在電池中，在低需求時段儲存多余的能量，并在高峰期釋放能量。電池儲能系統(tǒng)可以通過優(yōu)化配置、調(diào)度和控制，提高能效、促進(jìn)管理便利性與使用靈活性。其中，鋰離子電池儲能系統(tǒng)因在相同體積下能存儲更多的能量，且具備壽命長、質(zhì)量輕和適應(yīng)性強的優(yōu)勢，在電能存儲中占據(jù)重要地位。在電池類型中，磷酸鐵鋰電池因具有較好的安全性和良好的綜合性能，成為電化學(xué)儲能系統(tǒng)的首選。鋰離子儲能電池系統(tǒng)主要由電池系統(tǒng)、變流器、能量管理系統(tǒng)等組成，如圖1所示[2]。電池模塊是鋰離子電池儲能系統(tǒng)中的核心組件，通過電化學(xué)反應(yīng)儲存來自電網(wǎng)或可再生能源系統(tǒng)的多余電能，并在電力需求高峰或系統(tǒng)負(fù)荷不平衡時，及時釋放儲存的電能以供使用，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電的可靠性。因此，鋰電池的技術(shù)進(jìn)步也推動了儲能系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和商業(yè)模式的發(fā)展。
圖1 鋰離子電池儲能系統(tǒng)[2]
然而，隨著儲能系統(tǒng)的快速發(fā)展，儲能電池的體積熱流密度越來越大，其安全性引起了極大的關(guān)注，如何有效地解決電池模組內(nèi)熱流分布均衡性與熱安全性問題，直接關(guān)系到儲能電站長期運行的可靠性[3]。鋰離子電池的最佳工作溫度區(qū)間為20~35 ℃，且單體電池間溫差不宜大于5 ℃[4]。儲能系統(tǒng)運行溫度過低時，鋰離子電池將面臨電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)遲緩和鋰離子傳輸受阻的問題，同時會引起負(fù)極析鋰現(xiàn)象，導(dǎo)致電池容量和循環(huán)壽命受損。當(dāng)溫度超出電池的耐受溫度時, 短路、高溫會觸發(fā)電池內(nèi)部材料鏈?zhǔn)礁狈磻?yīng)而產(chǎn)生熱-溫循環(huán)，最后導(dǎo)致熱失控發(fā)生。因此，為了確保儲能電池具有安全穩(wěn)定的運行環(huán)境，研發(fā)合理且高效的熱管理系統(tǒng)尤為關(guān)鍵。
1 儲能系統(tǒng)熱管理方案
電池儲能系統(tǒng)朝著高功率密度、長循環(huán)壽命方向不斷發(fā)展，但由此產(chǎn)生的熱需求劇增。在電池簇高密度排列場景和暴露的工作環(huán)境下，儲能系統(tǒng)的熱管理面臨著加熱、散熱雙向熱力學(xué)調(diào)控的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的儲能系統(tǒng)熱管理很多是電動汽車衍生的溫控方案，難以適配大規(guī)模儲能系統(tǒng)復(fù)雜的運行環(huán)境[5]。因此，探索高效的熱管理方案成為提升電池儲能系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性和使用壽命的迫切需求。
1.1 散熱方案
儲能系統(tǒng)熱管理技術(shù)主要有風(fēng)冷、液冷和相變材料冷卻的方案，各方案的優(yōu)缺點如表1所示。風(fēng)冷和液冷是電化學(xué)儲能電站中常用的熱管理技術(shù)[6]。相變材料冷卻受限于高設(shè)計成本和能效衰減問題，工程化驗證不足，目前主要處于研究階段，未商業(yè)化推廣[7]。
表1 熱管理方案的優(yōu)缺點比較
1.1.1風(fēng)冷
風(fēng)冷方案是以空氣為冷卻介質(zhì)，通過強制或自然空氣流動帶走電池產(chǎn)生的熱量，從而降低電池的溫度，避免電池在工作過程中發(fā)生過熱。其中自然風(fēng)冷依賴空氣溫差驅(qū)動被動散熱，散熱效果差。而強制風(fēng)冷則通過風(fēng)機主動增強氣流交換效率，其核心結(jié)構(gòu)由風(fēng)扇、風(fēng)道及空調(diào)組成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、安全性好等特點[8]。風(fēng)冷技術(shù)廣泛應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的熱管理，是經(jīng)濟性優(yōu)先場景下的主流選擇。
在風(fēng)冷式技術(shù)發(fā)展中，散熱風(fēng)道的優(yōu)化和設(shè)計是提升熱管理系統(tǒng)散熱效率的重點。白亞平等[9]利用由空調(diào)和風(fēng)道組成的儲能系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)，針對額定容量為500 kWh的集裝箱式鋰電池儲能系統(tǒng)，對風(fēng)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重點研究，其設(shè)計涵蓋了與空調(diào)連接的軟風(fēng)道、主風(fēng)道及多個風(fēng)道出口，以確保氣流均勻分布，設(shè)計的風(fēng)道如圖2所示。實驗結(jié)果顯示，儲能系統(tǒng)在額定功率下運行，電池的工作溫度能夠保持在17.5和32.6 ℃之間，且溫差不超過5 ℃?？捣济鞯萚10]針對大容量儲能電池的熱管理需求，通過多維度參數(shù)優(yōu)化研究了風(fēng)道結(jié)構(gòu)對散熱的影響，驗證了該結(jié)構(gòu)在10 m/s風(fēng)速下可實現(xiàn)1.55 ℃的溫差控制。楊金亮等[11]也驗證了增加風(fēng)道可以提升集裝箱式儲能系統(tǒng)在制熱和制冷模式下的熱交換效率。
圖2 風(fēng)道設(shè)計模型[9]
上述研究顯著提升了空氣冷卻效率，但受限于儲能系統(tǒng)的空間，儲能散熱面臨氣流場分布不均勻和阻力特性大的問題，因此，研究者們開始探索增設(shè)導(dǎo)流板以及風(fēng)道進(jìn)出口位置優(yōu)化來改善散熱效果。Xu等[12]使用Soildworks建立儲能系統(tǒng)，如圖3所示。在集裝箱的入口附近增加了導(dǎo)流板，能夠阻擋進(jìn)氣道氣流，改變電池艙內(nèi)氣流場分布，使空氣在整個電池艙內(nèi)流動，從而提升電池模塊的散熱效果。仿真結(jié)果顯示，增加導(dǎo)流板后，儲能集裝箱內(nèi)溫度分布更加均勻，相比優(yōu)化前，平均溫度、最高溫度和溫差分別降低了4.57、4.3和3.65 ℃。
圖3鋰離子電池儲能艙模型[12]
圖4 儲能系統(tǒng)散熱方案[13]
該解決方案可以增強特定幾何配置中的氣流分布，但是缺乏通用性。Lin等[13]發(fā)現(xiàn)儲能系統(tǒng)在架構(gòu)和形狀上與數(shù)據(jù)中心相似，均為堆疊在存儲機架中的可擴展單元集群，于是提出了布局重構(gòu)的廣義解決方案，如圖4所示。圖中藍(lán)色和紅色部分分別代表冷空氣供應(yīng)和熱空氣回風(fēng)口，圖4(a)為原始方案，采用天花板送風(fēng)和地板回流；圖4(b)為地板送風(fēng)和天花板回風(fēng)；圖4(c)為風(fēng)道送風(fēng)和天花板回風(fēng)。實驗分析表明，修改后的布局，圖4(b)中溫差下降到了3.5 ℃，制冷系數(shù)從8.5增加到了34.8；圖4(c)中平均溫度下降到24.2 ℃，最大溫差下降到7.7 ℃。Yan等[14]針對緊湊型電池儲能系統(tǒng)，建立了四種冷卻空氣進(jìn)出口方案，實驗結(jié)果也表明，將進(jìn)出風(fēng)口配置在機柜的同一側(cè)熱管理性能更好。
以上研究主要集中在儲能散熱系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，缺乏對電池箱體內(nèi)部的熱性能考慮。Zhang等[15]研究了儲能系統(tǒng)中電池模塊內(nèi)部電池單體之間的距離對散熱的影響，結(jié)果顯示，對于系統(tǒng)的冷卻能力和電池的布置而言，存在一個最優(yōu)的電池間距以達(dá)到最佳的冷卻效果，電池間距太小或者太大都會降低熱管理系統(tǒng)能力。徐鑫甜等[16]創(chuàng)新性地引入電池盒側(cè)壁開孔調(diào)控策略，實現(xiàn)了電池堆內(nèi)部溫度場與流場的協(xié)同優(yōu)化，顯著提升電池箱和電池架的均溫性，電池溫差分別降低28.2%和43.6%。李明飛等[17]針對儲能系統(tǒng)電池單體多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提出了電池模塊的多孔介質(zhì)?；椒ê喕到y(tǒng)的熱管理數(shù)值分析，兼顧了電池艙與電池模塊跨尺度熱流場耦合的相互作用，研究目標(biāo)為1 MW集裝箱式電池儲能裝置，如圖5所示。實驗發(fā)現(xiàn)，電池模塊的溫度均勻性受電池模塊內(nèi)部空氣流量分布和電池艙流場、溫度場共同影響。
圖5 電池艙內(nèi)部空氣流向示意圖[17]
風(fēng)冷散熱作為儲能系統(tǒng)熱管理的主流方案之一，憑借其結(jié)構(gòu)簡單、部署靈活、維護(hù)成本低等優(yōu)勢，在中低功率應(yīng)用場景中表現(xiàn)出良好的適用性；但該方式受限于空氣介質(zhì)的低比熱容，存在散熱效率較低、溫度均勻性差及受環(huán)境因素的影響大等技術(shù)難點。因此，目前鋰電池儲能風(fēng)冷方案的研究集中在散熱風(fēng)道的設(shè)計優(yōu)化、導(dǎo)流板增設(shè)、進(jìn)出風(fēng)口的布局以及電池箱熱性能優(yōu)化等方面，以提高風(fēng)冷方案的熱管理能效。但對于高功率、高能量密度且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)而言，風(fēng)冷難以滿足系統(tǒng)散熱需求，影響系統(tǒng)的安全性和使用壽命。未來發(fā)展應(yīng)當(dāng)聚焦于多冷卻方式的耦合，保留風(fēng)冷經(jīng)濟性優(yōu)勢的同時，探索與其他散熱方式的混合熱管理方案，以滿足不斷增長的電池儲能需求。
1.1.2液冷
低效的熱管理方式是制約儲能系統(tǒng)功率密度和充放電倍率的重要因素。風(fēng)冷的低導(dǎo)熱性限制了其在較高環(huán)境溫度下的使用，可能存在散熱能力不足的情況[18-19]。相比之下，液冷技術(shù)由于冷卻介質(zhì)的高導(dǎo)熱性和較大的比熱容，具有更高的冷卻效率[20]。液冷技術(shù)可分為直接接觸式液體冷卻和間接接觸式液體冷卻[21]。間接冷卻是指冷卻液和電池之間通過管道或冷卻板進(jìn)行熱交換，而直接液冷是指冷卻液與電池直接接觸進(jìn)行熱交換。
1.1.2.1間接液冷
間接液冷系統(tǒng)主要由散熱器、水泵、冷卻液和相關(guān)閥門管路系統(tǒng)組成。冷卻液在水泵驅(qū)動下經(jīng)液冷管道流入液冷板，吸收或者釋放熱量對電池進(jìn)行溫度控制，隨后流至熱交換器，通過強制對流或者相變與外部環(huán)境進(jìn)行熱交換。加熱和散熱通常共用一循環(huán)回路，通過閥門切換實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換。
相較于風(fēng)冷系統(tǒng)，通過流體介質(zhì)的溫度與流量的調(diào)節(jié)可以更穩(wěn)定地維持電池工作溫度區(qū)間，提高儲能系統(tǒng)的整體效能。張維江等[22]針對一個儲能機柜的電池模塊，搭建了物理模型和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行風(fēng)冷方案和液冷方案的對比和優(yōu)化，如圖6所示。風(fēng)冷方案通過優(yōu)化儲能模塊的串并行式，降低了電池單體之間的溫差，提高了溫度均勻性；液冷系統(tǒng)相比風(fēng)冷的進(jìn)口溫度更低，且系統(tǒng)能耗僅為43.68 W，遠(yuǎn)低于風(fēng)冷方案的272.75 W。帥昌俊[23]以液冷集裝箱式儲能系統(tǒng)為對象，通過理論建模和工程驗證，證明液冷方案可以實現(xiàn)較好的電池溫度控制。雷博等[24]在4 C的高倍率工況和儲能系統(tǒng)實際AGC調(diào)頻工況下的研究也表明，液冷方案能夠維持系統(tǒng)長時間運行可靠。
圖6 風(fēng)冷和液冷方案[22]
液冷板因其結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效率高，在間接冷卻中得到了廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)的差異化設(shè)計和放置形式直接影響著電池簇的熱均衡性。陳晨等[25]提出了一種多流道強化散熱液冷板設(shè)計方案，如圖7所示。液冷板采用左進(jìn)右出多分支流道布局，結(jié)合后端圓柱狀擾流點陣列，改善冷卻液的接觸面積和流動均勻性。在儲能系統(tǒng)長時間高功率的工況下，維持最大溫度差在5 ℃內(nèi)。Xu等[26]針對儲能用的大容量方形電池，提出了三種蜂窩狀的冷卻板，研究表明減少入口處液冷板面積的方案，在冷卻效率、系統(tǒng)功耗和傳熱性能方面均具優(yōu)勢。但是以上依賴經(jīng)驗的液冷板設(shè)計在流阻和溫度分布方面存在一定的局限性。相較于經(jīng)驗驅(qū)動的流道設(shè)計，拓?fù)鋬?yōu)化通過數(shù)學(xué)建模全局優(yōu)化流道分布，可以更加全面地提升散熱系統(tǒng)的效能。Hou等[27]以冷板表面平均溫度和流阻功耗為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。將拓?fù)鋬?yōu)化液冷板與傳統(tǒng)矩形通道冷板對比，顯著降低了儲能系統(tǒng)的溫差和冷卻系統(tǒng)的流阻。目前儲能系統(tǒng)中的液冷板普遍放置在電池簇底部，在高倍率充放電工況下，熱量堆積會造成垂直方向溫度差異過大。因此李許一等[28]提出了冷板側(cè)置的方案，如圖8所示，將冷板從水平放置改為豎直放置，并增大與電池的接觸面積后，顯著減少了電池之間的溫差。
圖7 液冷板示意圖[25]
圖8 電池簇液冷散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[28]
盡管液冷結(jié)構(gòu)優(yōu)化與布置方式已顯著提升局部換熱效率，但是儲能液冷系統(tǒng)的全局熱均衡性仍高度依賴于管路網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計。王瑞清等[29]針對光伏儲能電站構(gòu)建了冷源-集裝箱-電池簇-插箱的四級管路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)冷卻介質(zhì)在管路中均勻分配，維持電池在合理的溫度范圍內(nèi)。Zhou等[30]基于液冷技術(shù)路線，改進(jìn)了儲能電池柜的結(jié)構(gòu)，如圖9所示，2只管路并聯(lián)2個儲能變流器，剩余管路分別供應(yīng)8個電池簇，結(jié)果顯示與傳統(tǒng)風(fēng)冷相比，該結(jié)構(gòu)使電池溫差更小，降低了能耗。
圖9 冷卻管路示意圖[30]
儲能系統(tǒng)的間接液冷方案通過冷卻液循環(huán)與熱交換器協(xié)同作用，實現(xiàn)了對電池溫度的調(diào)控。其核心優(yōu)勢在于通過流體介質(zhì)的高效傳熱特性穩(wěn)定電池在適宜溫度區(qū)間，同時簡化了內(nèi)部風(fēng)道結(jié)構(gòu)，散熱能效和系統(tǒng)的空間利用率實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化。液冷板作為間接液冷的核心部件，研究集中在其結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化和布置方式上。傳統(tǒng)依賴經(jīng)驗的設(shè)計模式仍存在一定的局限性，需要通過拓?fù)鋬?yōu)化等數(shù)學(xué)建模方法實現(xiàn)設(shè)計全局性能提升。此外，目前大部分液冷板的優(yōu)化目標(biāo)是新能源汽車的動力電池，缺乏對儲能系統(tǒng)整體規(guī)模級應(yīng)用、長時間運行和高壽命需求的針對性。在儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層面，多級管路的構(gòu)建和優(yōu)化直接影響著散熱效能。然而，液冷方案部件的增多提高了整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，間接液冷傳熱環(huán)節(jié)多，電池單體和冷板間的界面熱阻已經(jīng)成為制約散熱性能進(jìn)一步提升的關(guān)鍵阻礙，因此應(yīng)當(dāng)開展對浸沒式液冷方案的深度研究，為未來儲能系統(tǒng)的發(fā)展提供更具潛力的熱管理方案。
1.1.2.2浸沒式液冷
浸沒式液冷是儲能系統(tǒng)熱管理的前沿技術(shù)，根據(jù)冷卻液是否發(fā)生相變，可以分為單相浸沒式液冷和兩相浸沒式液冷，原理如圖10所示[31]。單相浸沒式液冷通過冷卻液與電池模組的直接接觸傳熱，傳熱過程中冷卻液始終保持液態(tài)，在密封浸沒艙內(nèi)完全包裹電池模組，通過循環(huán)水泵驅(qū)動形成定向流動，實現(xiàn)熱量交換。相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷及間接液冷系統(tǒng)，該技術(shù)具有優(yōu)越的導(dǎo)熱效能、高儲熱流密度和溫度均衡性。Satyanarayana等[32]對比了自然風(fēng)冷、強制風(fēng)冷與單相浸沒式冷卻，發(fā)現(xiàn)在3 C放電倍率下浸沒式液冷的冷卻效果最好，是一種安全高效的熱管理技術(shù)，適用于高能量密度和大電流運行工況下的鋰離子電池。Wu等[31]設(shè)計制造了一種基于硅油的單相浸沒式液冷，以30并28串的鋰離子電池模組為研究對象進(jìn)行實驗，結(jié)果顯示直接接觸式液冷相比于間接液冷散熱系統(tǒng)集成率更高，最大溫升和最大溫差顯著降低。然而單相液冷從電池單體和模組遷移到大規(guī)模、高密度的儲能系統(tǒng)中還需要諸多實驗驗證。冷卻介質(zhì)的流動傳熱機制需與高密度電池簇的儲能結(jié)構(gòu)動態(tài)適配，優(yōu)化冷卻液流速控制和黏度參數(shù)等方面實現(xiàn)系統(tǒng)功耗和散熱表現(xiàn)的平衡。綜合考慮冷卻液選型、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計和運行成本，兼顧熱管理效率與運行周期的經(jīng)濟性。
圖10 浸沒式冷卻原理[31]
兩相浸沒式液冷技術(shù)基于液-氣相變傳熱機制，通過低沸點冷卻液的汽化潛熱實現(xiàn)儲能電池的散熱。如圖10(b)所示，當(dāng)電池溫度超過冷卻液飽和點，液體吸收熱量發(fā)生沸騰，產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝器液化回流至封閉艙。相比于單相浸沒式液冷，兩相液冷的實驗條件更加復(fù)雜，適用范圍更窄，需要考慮沸點和壓力的設(shè)置問題[33]；但是兩相浸沒式液冷具有更優(yōu)越的散熱能力和溫度均勻性。Wang等[34]對比了自然冷卻、強制冷卻、礦物油單相浸沒式冷卻和六氟丁烯(SF33)兩相浸入式液冷，結(jié)果表明在10 C放電倍率下，SF33也能將電池保持在33~34 ℃。Li等[35]針對電池單體和模組進(jìn)行了不同冷卻方式的性能研究，在5 C放電倍率或外部短路狀態(tài)下，兩相浸沒式液冷均能限制電池溫升且具有更好的溫度均勻性。兩相浸沒式液冷在應(yīng)對電池極端工況中具有獨特優(yōu)勢，通過相變顯著抑制電池溫升，并提升溫度穩(wěn)定性，在散熱需求和能量密度日益上升的儲能場景中具有非常大的應(yīng)用潛力。在未來發(fā)展中，兩相浸沒式液冷應(yīng)著重研制低沸點、高化學(xué)惰性及環(huán)境友好的冷卻液，緩解常用介電流體氟化液的環(huán)境風(fēng)險和密封性設(shè)計壓力，同時考慮與電站熱負(fù)荷匹配的沸騰工質(zhì)壓力動態(tài)調(diào)節(jié)、高密度冷卻液引發(fā)的系統(tǒng)增重與運行維修成本高等問題。
在浸沒式熱管理系統(tǒng)中，冷卻液的物理性質(zhì)直接主導(dǎo)著電池簇的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，冷卻液的參數(shù)優(yōu)化成為電池安全性與經(jīng)濟性的核心，是未來研究的重點[35]。因此在鋰電池儲能領(lǐng)域，浸沒式液冷技術(shù)應(yīng)對冷卻介質(zhì)的性能提出嚴(yán)苛要求，其需兼具介電常數(shù)低、傳熱效率高、難燃特性、化學(xué)惰性以及低毒性和低黏度，以適配電芯直接接觸的儲能場景，目前研究的冷卻液種類有氟化液、碳?xì)浠衔?、硅油類、酯類和水基類，具體參數(shù)見表2[31, 33]。然而，當(dāng)前市場尚未形成統(tǒng)一的選型標(biāo)準(zhǔn)，氟化液、硅油等候選介質(zhì)仍處工程驗證階段，產(chǎn)業(yè)化成熟產(chǎn)品稀缺。
表2 浸沒式冷卻液的性能參數(shù)
浸沒式液冷系統(tǒng)受限于特種介電流體的高昂采購成本、高黏度流體循環(huán)引發(fā)的泵送功耗上升，以及浸沒模塊化設(shè)計導(dǎo)致的電池系統(tǒng)質(zhì)量密度上升等制約，其規(guī)?；I(yè)應(yīng)用尚未全面開展，但前沿工程實踐已經(jīng)推出[33]。2023年3月6日，我國首個也是全球首個浸沒式液冷儲能電站——南方電網(wǎng)梅州寶湖儲能電站正式投入運行，實現(xiàn)了電化學(xué)儲能安全技術(shù)的迭代升級，電池散熱效率較傳統(tǒng)方式提升50%。梅州寶湖儲能電站的每個浸沒式液冷電池艙容量為5.2 MWh，能夠?qū)崿F(xiàn)電池運行溫升不超過5 ℃，不同電池溫差不超過2 ℃[36]。
相比于間接冷卻，浸沒式液冷使介電流體與電池直接接觸，降低了熱阻，結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳熱面積更大，可以有效提高電池的熱安全性[37]。但是冷卻液與電池殼體、密封材料的長期相容性缺乏驗證，儲能系統(tǒng)的密封性也應(yīng)通過極端工況的實驗優(yōu)化。冷卻液選型和應(yīng)用仍處于物性參數(shù)與場景適配試驗期，需要加強冷卻液黏度和功率的耦合關(guān)系以及環(huán)保和經(jīng)濟性平衡的相關(guān)研究。
1.1.3相變材料冷卻
相變材料(phase change material，PCM)冷卻是通過相變過程中吸收和釋放潛熱，保證電池模塊長時間的溫度均勻[37]。相變材料具有能量密度高和溫度均一性優(yōu)異的特點，尤其適配儲能場景的輕量化與低功耗需求。歐陽葉郁等[38]針對光伏儲能混合系統(tǒng)中的電池?zé)岚踩裕芯苛丝諝饫鋮s和相變材料冷卻兩種熱管理方案，結(jié)果顯示風(fēng)冷方案的散熱能力和風(fēng)速成正比，但是無法維持電池溫度分布的均勻性。復(fù)合相變材料能夠把電池的溫差保持在0.88 K內(nèi)。然而，相變材料導(dǎo)熱系數(shù)低，無法保證儲能系統(tǒng)長時間運行，當(dāng)溫度低于313.65 K時相變材料可能導(dǎo)致電池溫度上升。
為確保高熱量產(chǎn)生環(huán)境下電池的安全性，需要一個補充冷卻系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合散熱[39]。張雅新等[40]開發(fā)了一種新型應(yīng)用于集裝箱式儲能的相變液冷耦合方案。該液冷系統(tǒng)利用冷卻工質(zhì)相變潛熱，能夠使輸送管道中的進(jìn)、出口溫度保持一致，進(jìn)一步提高電池組的均溫性；假如發(fā)生泄漏也會瞬間汽化，保證電池的安全性。研究結(jié)果表明，兩相冷板液冷系統(tǒng)在整個充放電過程中能夠有效降低電池的溫升，并將全艙電池的最大溫差從傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)的 4.17 ℃降低至 3 ℃以內(nèi)。實驗還發(fā)現(xiàn)在靜置階段，電池溫度難以自然散發(fā)，會導(dǎo)致電池溫度較高和電池間溫度差異變大，因此需持續(xù)開啟冷卻系統(tǒng)以確保電池在安全溫度范圍內(nèi)運行。Hou等[27]針對單一散熱方案無法滿足高功率的條件下，基于相變漿液(phase chang slurry，PCS)和液冷板結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行數(shù)值研究，相比于純水液冷方案，PCS的液冷散熱具有更優(yōu)越的冷卻性能和溫度均勻性，結(jié)構(gòu)如圖11所示。
圖11 基于PCS的液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[27]
相變換熱技術(shù)由于材料本征的局限性，在儲能領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用面臨著許多挑戰(zhàn)。一方面，PCM存在低導(dǎo)熱性、極端溫度下性能衰退及相變體積膨脹等缺陷，需要與其他冷卻系統(tǒng)聯(lián)用優(yōu)化散熱性能；另一方面，復(fù)合系統(tǒng)長期運行的可靠性、工程成本以及系統(tǒng)增重需要在經(jīng)濟性和熱管理系統(tǒng)效能之間進(jìn)行平衡。目前相變冷卻技術(shù)的應(yīng)用主要集中在汽車動力電池領(lǐng)域，在鋰離子電池儲能方面研究較少，未來應(yīng)當(dāng)集中在材料性能改進(jìn)與復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計上，同時加強對于儲能系統(tǒng)的針對性，以推動PCM技術(shù)從動力電池向大容量儲能場景的應(yīng)用。
1.2加熱方案
電池加熱是保障儲能系統(tǒng)性能、壽命及安全性的關(guān)鍵技術(shù)。在低溫環(huán)境中運行儲能電池會導(dǎo)致鋰離子擴散受阻、反應(yīng)動力學(xué)減緩、電池容量衰減、電池內(nèi)阻增大、循環(huán)壽命下降等電化學(xué)性能的顯著降低[41-42]。這不僅限制了極端環(huán)境下儲能系統(tǒng)的充放電倍率，更可能誘發(fā)熱失控等安全隱患。因此需要開發(fā)適配的儲能加熱技術(shù)，維持鋰離子電池在適宜的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定高效地運行。
面向規(guī)模級儲能系統(tǒng)的加熱方式通常分為外設(shè)加熱器和熱泵空調(diào)加熱兩種。加熱器加熱主要依托電阻式加熱元件與對流換熱的方式實現(xiàn)電池組的加熱。如圖12所示，加熱器將傳熱介質(zhì)加熱，通過風(fēng)扇和水泵將熱空氣、熱液體與儲能電池組進(jìn)行熱量交換[42]。楊藝云等[43]基于加熱器和空調(diào)設(shè)計熱管理系統(tǒng)，當(dāng)集裝箱內(nèi)溫度低于5 ℃時，開啟加熱器進(jìn)行空氣加熱對電池進(jìn)行溫控，該方法簡單易用，在儲能項目中取得了良好效果。正溫度系數(shù)(positive temperature coefficient，PTC)電加熱器因結(jié)構(gòu)簡單、成本低，成為低溫加熱器的主要選擇。如程鵬飛[44]和帥昌俊[23]等人通過冷卻液回路和冷媒回路構(gòu)建熱管理回路，在低溫工況下關(guān)閉冷媒回路，啟動PTC加熱器將電能轉(zhuǎn)換成熱能，通過功率控制達(dá)到合適的冷卻液運轉(zhuǎn)溫度，隨后由水泵驅(qū)動沿管路流經(jīng)電池組實現(xiàn)與集裝箱內(nèi)儲能單元的換熱。
圖12 加熱器原理[42]
盡管PTC電加熱器加熱迅速、控制簡單，能夠快速響應(yīng)熱需求，但其低能效比制約了其在大規(guī)模部署中長時間的應(yīng)用。因此具有反向卡諾循環(huán)特性的熱泵系統(tǒng)也受到關(guān)注。熱泵空調(diào)通過壓縮機將制冷劑增壓為高溫高壓氣態(tài)，在冷凝器內(nèi)釋放潛熱加熱空氣或冷卻液等載熱介質(zhì)，隨后經(jīng)蒸發(fā)器吸收環(huán)境熱量汽化再進(jìn)入壓縮機形成閉環(huán)回路，最終借助風(fēng)扇和水泵將熱量輸送至電池模組。張建府[45]以儲能電站為目標(biāo)設(shè)計熱管理系統(tǒng)，如圖13所示，通過設(shè)置四通閥實現(xiàn)系統(tǒng)的冷卻和加熱。在制熱模式下，制冷劑流經(jīng)換熱器相變加熱冷卻液，然后依靠循環(huán)水泵將冷卻液泵入各個儲能集裝箱內(nèi)換熱。Kwon等[46]設(shè)置了三臺熱泵空調(diào)組成熱管理系統(tǒng)，研究導(dǎo)風(fēng)板角度和熱泵出風(fēng)角度對于集裝箱儲能系統(tǒng)最高溫度和平均溫度的影響。
圖13 加熱器原理圖[45]
當(dāng)前儲能電站或者集裝箱的低溫加熱研究仍處于探索階段，現(xiàn)有文獻(xiàn)多聚焦于冷卻散熱技術(shù)的優(yōu)化，對低溫加熱機理的解析與工程化方案的創(chuàng)新較為缺乏。既有的研究主要應(yīng)用外置式電加熱和熱泵空調(diào)加熱等傳統(tǒng)的技術(shù)方案，存在能耗和加熱能力矛盾問題，對于儲能電站的規(guī)模級應(yīng)用和動態(tài)工作狀態(tài)缺乏針對性研究。未來儲能場景中的低溫加熱可以借鑒極端溫度下動力電池的技術(shù)方案，如直流加熱[46]、交流加熱[47]和加熱膜加熱[48]等方法，實現(xiàn)在儲能系統(tǒng)加熱速率、運行穩(wěn)定性和溫度場均勻性的協(xié)同優(yōu)化。
2 儲能系統(tǒng)熱管理的控制方案
在熱管理系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化中，控制策略發(fā)揮著重要作用。通過控制策略驅(qū)動系統(tǒng)硬件如空調(diào)、水泵和壓縮機等部件協(xié)同作用，使得系統(tǒng)在實現(xiàn)較好能耗的同時具有更高效的熱管理性能。合理穩(wěn)定的控制策略能夠有效降低系統(tǒng)的最高溫度，并改善電池間溫度分布均勻性，提升鋰電池設(shè)備的工作效能和安全性[49]。目前的控制策略是以傳統(tǒng)開關(guān)控制為主導(dǎo)，通過預(yù)設(shè)溫度閾值進(jìn)行熱管理系統(tǒng)模式的切換和部件的調(diào)控。但儲能系統(tǒng)在動態(tài)工況下的熱負(fù)載變化具有非線性特點，因此預(yù)測型算法被引入，以采集電池的溫度和電池間溫差對儲能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
2.1開關(guān)控制策略
開關(guān)控制作為經(jīng)典的控制策略，其核心機理在于基于預(yù)設(shè)閾值觸發(fā)系統(tǒng)部件的響應(yīng)，具有應(yīng)用簡單、可靠性高的特點。該策略通過定義儲能系統(tǒng)模式的切換閾值實現(xiàn)邏輯控制。在以空氣為傳熱介質(zhì)的熱管理方案中，開關(guān)控制憑借構(gòu)建多級溫度閾值觸發(fā)機制，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)熱需求的協(xié)同匹配。通過傳感器實時采集儲能系統(tǒng)的運行溫度，當(dāng)監(jiān)測值突破預(yù)設(shè)的模式切換值時，啟動制冷機組或者結(jié)合加熱器進(jìn)行冷卻、加熱，這構(gòu)成了該策略典型的應(yīng)用形式。向嘉強等[50]針對高海拔環(huán)境下的儲能集裝箱提出雙模式切換的溫度控制策略，當(dāng)箱體內(nèi)部溫度低于12 ℃或超過28 ℃，便分別進(jìn)入制熱或制冷模式，實驗結(jié)果顯示調(diào)整空調(diào)的開閉能夠穩(wěn)定維持儲能系統(tǒng)在合理的溫度范圍內(nèi)運行。但是這種傳統(tǒng)的應(yīng)用形式只考慮冷熱兩種模式的切換，僅以集裝箱內(nèi)部的溫度作為設(shè)定溫度閾值的單一因素，無法動態(tài)適配系統(tǒng)在不同運行狀態(tài)的熱負(fù)荷需求，同時限制了熱管理系統(tǒng)能耗效率。王志偉等[51]同時考慮儲能集裝箱的運行溫度和運行狀態(tài)，提出了多閾值的冷卻模式開關(guān)控制策略，如圖14所示，分別針對待機、普通和高倍率運行工況提出不同的冷卻模式開啟溫度值，結(jié)果顯示相比于單一的溫度設(shè)定，優(yōu)化后的策略降低熱管理能耗約33.0%。付長江[52]也考慮儲能集裝箱的動態(tài)放電倍率設(shè)置不同的冷卻模式開啟溫度，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)間歇運行，顯著降低空調(diào)系統(tǒng)的散熱能耗。儲能集裝箱的熱管理系統(tǒng)往往由多臺空調(diào)組成，系統(tǒng)運行的溫度依賴對回風(fēng)口溫度的監(jiān)測，這會出現(xiàn)靠近回風(fēng)口的溫度率先達(dá)到切換閾值，不同位置的空調(diào)模式切換不協(xié)同，從而造成集裝箱內(nèi)的溫度場分布不均勻，增大電池溫差。因此，謝金元等[53]提出以電池單體的溫度和充放電狀態(tài)動態(tài)調(diào)整溫控目標(biāo)，并且統(tǒng)一調(diào)節(jié)空調(diào)運行狀態(tài)的開關(guān)控制策略。工作態(tài)采用精準(zhǔn)溫控，電池超過27 ℃強制制冷，低于14 ℃強制制熱。靜置態(tài)放寬溫度區(qū)間切換狀態(tài)閾值分別為40和8 ℃。該策略使電池堆溫差最高降低1.4 ℃，空調(diào)能耗降低了62%。
圖14 集裝箱系統(tǒng)運行策略[51]
在液冷熱管理方案中，開關(guān)控制通過壓縮機、水泵和閥體的協(xié)同啟停與溫度分梯度調(diào)控，實現(xiàn)冷卻介質(zhì)與儲能熱負(fù)載需求的動態(tài)耦合。程鵬飛等[44]提出液冷集裝箱熱管理策略，通過設(shè)置上下限值實現(xiàn)多模式切換的開關(guān)控制。當(dāng)溫度超過33 ℃時，壓縮機和水泵同時運轉(zhuǎn)進(jìn)行散熱直至溫度低于28 ℃；當(dāng)溫度小于12 ℃時，開啟PTC和水泵加熱模式直至最低溫度大于15 ℃。實驗結(jié)果顯示該設(shè)計有效保障了電池?zé)岚踩耘c溫度一致性。除了穩(wěn)定與安全，在儲能系統(tǒng)的應(yīng)用中，控制策略也影響著儲能系統(tǒng)的實際效率，能量效率的優(yōu)化是提升經(jīng)濟性和可靠性的重要研究方向?；羰仔堑萚54]通過實驗揭示了儲能電池柜能量效率與制熱模式中溫度設(shè)定的關(guān)系，提出依據(jù)電池最小溫度設(shè)置三檔模式，分級進(jìn)行電池柜的加熱，最終確定進(jìn)水口溫度分別設(shè)定為30、24和22 ℃時電池柜效率最優(yōu)。然而現(xiàn)有研究多聚焦于集裝箱和儲能柜級分散式熱管理設(shè)計，獨立溫控單元間缺乏整體的調(diào)控，會導(dǎo)致電站級別的全局熱力學(xué)協(xié)同優(yōu)化不足。張建府[45]針對儲能電站的整體熱安全性，提出了一種壓縮冷水機組和閉式水循環(huán)組成的集中式液冷換熱系統(tǒng)，溫度調(diào)控方案如圖 15所示。以各獨立儲能單元的加權(quán)溫度，進(jìn)行熱管理模式的切換，調(diào)控冷卻液的溫度和流量進(jìn)行獨立冷卻或加熱。
基于上述研究成果可見，當(dāng)前開關(guān)控制策略通過閾值和模式切換的協(xié)同優(yōu)化，在保證儲能系統(tǒng)熱安全性的同時能夠降低系統(tǒng)能耗。在儲能熱管理中采用固定閾值啟停策略，但這種被動式控制存在響應(yīng)滯后、溫度波動大等問題。需要進(jìn)一步融合預(yù)測算法，實現(xiàn)熱管理系統(tǒng)的超前補償和自適應(yīng)優(yōu)化，提升控制效果。
圖15溫度控制策略[45]
2.2預(yù)測型控制策略
傳統(tǒng)基于閾值觸發(fā)的開關(guān)控制策略因缺乏對儲能系統(tǒng)熱需求波動性與工況動態(tài)特性的考量，難以實時響應(yīng)電池非線性熱需求，易導(dǎo)致散熱延遲、溫度場分布不均及熱管系統(tǒng)能效比失衡等問題，制約著儲能系統(tǒng)運行的可靠性。而預(yù)測型控制策略通過融合歷史運行數(shù)據(jù)、實時工況參數(shù)及仿真模擬信息，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的非線性映射模型，可實現(xiàn)對電池溫度趨勢的準(zhǔn)確預(yù)測。如Feng等[55]建立了電化學(xué)模型與熱模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過大量的實驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練，能夠準(zhǔn)確估計出－10~40 ℃環(huán)境下的電池溫度。Wang等[56]以環(huán)境溫度、放電電流、荷電狀態(tài)(SOC)和冷卻空氣流量作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，電池的溫差和平均溫度作為輸出，對比了反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和簡單遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對鋰電池溫度的預(yù)測，結(jié)果顯示簡單遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性和泛化性更強。同時在預(yù)測域中，主動優(yōu)化制冷/制熱強度與能耗分配，在降低電池溫差的同時實現(xiàn)熱管理系統(tǒng)能效的提升，從而維持電池最佳工作區(qū)間并抑制熱失控風(fēng)險。Zhuang等[57]通過模型預(yù)測算法預(yù)測電池的平均溫度，并以電池的平均溫度為狀態(tài)變量，控制熱管理系統(tǒng)的進(jìn)氣口風(fēng)速的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，結(jié)果表明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)降低溫差和熱管理系統(tǒng)能耗的目的。Guo等[58]提出了一種復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來預(yù)測電池的產(chǎn)熱，在預(yù)測域內(nèi)通過動態(tài)規(guī)劃算法求解最優(yōu)的冷卻液流量、溫度和流向，使熱管理能耗降低了56.48%。
但是以上這些研究都集中在電池單體或電池模組的熱管理系統(tǒng)設(shè)計上，針對整個儲能集裝箱或者儲能電站的預(yù)測控制策略研究相對匱乏。林達(dá)等[59]為了解決儲能電站運行過程中電池單體之間散熱需求不一致的問題，建立了鋰離子電池的集中熱模型和電池與電池艙熱量流動的耦合模型，電池艙的主要結(jié)構(gòu)如圖16所示?；趦δ芗b箱的歷史數(shù)據(jù)和建立模型的計算結(jié)果，預(yù)測出集裝箱內(nèi)熱量分布，進(jìn)行風(fēng)向和風(fēng)速調(diào)整，有效改善了儲能艙內(nèi)溫度不一致性以及艙內(nèi)的散熱環(huán)境。Huang等[60]建立了儲能系統(tǒng)的簡化模型，如圖17所示。該方案利用決策樹算法驗證了冷卻空氣流量對電池組件的最高溫度和溫差均有顯著影響，而入口溫度僅影響最高溫度；并通過支持向量機預(yù)測了電池在不同運行條件下的安全性，最后提出了一種分布式進(jìn)氣設(shè)置策略，該策略通過單獨調(diào)節(jié)兩側(cè)進(jìn)氣口的冷卻空氣溫度，成功將電池的溫度和儲能系統(tǒng)的功耗分別降低了8.6%和40%。這些研究標(biāo)志著預(yù)測型算法在系統(tǒng)級儲能熱管理中的初步探索，通過結(jié)合動態(tài)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動，在儲能系統(tǒng)熱管理中實現(xiàn)了安全性和能效的提升。但是現(xiàn)有研究任然存在一定的局限性：對于部件控制對象較為單一，未充分研究協(xié)同調(diào)控?zé)峁芾硐到y(tǒng)中其他關(guān)鍵部件，如壓縮機轉(zhuǎn)速、膨脹閥開度等；此外，訓(xùn)練數(shù)據(jù)多依賴電池本體參數(shù)，而忽略環(huán)境溫濕度、地理氣象參數(shù)及電網(wǎng)調(diào)度指令等外部擾動因子，可能導(dǎo)致策略泛化能力不足。未來應(yīng)當(dāng)構(gòu)建多層級的物理模型與數(shù)據(jù)融合的儲能系統(tǒng)預(yù)測型控制框架，充分考慮熱管理系統(tǒng)多部件能耗耦合，依據(jù)電池、環(huán)境和電網(wǎng)運行狀態(tài)多維度的數(shù)據(jù)，構(gòu)建高適應(yīng)性和魯棒性的預(yù)測型控制策略，實現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的控制，在儲能系統(tǒng)復(fù)雜運行環(huán)境中穩(wěn)定滿足系統(tǒng)熱需求。
圖16 儲能電站集裝箱設(shè)備布置[59]
圖17 儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[60]
綜上所述，儲能系統(tǒng)大部分控制策略是基于閾值觸發(fā)的開關(guān)控制，少量研究引入預(yù)測型的控制策略，動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化冷卻參數(shù)。但是當(dāng)前儲能系統(tǒng)熱管理控制算法研究較少，需要加強基于規(guī)則和優(yōu)化的控制算法的應(yīng)用，如模糊控制、群優(yōu)化算法及模型預(yù)測算法等。在控制目標(biāo)層面應(yīng)對熱管理中關(guān)鍵部件的功耗和效率的動態(tài)耦合進(jìn)行深入優(yōu)化，達(dá)到功耗與效率平衡。通過控制策略動態(tài)調(diào)節(jié)熱管系統(tǒng)的啟停、制冷/制熱等運行參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)能耗、提升控制精度、延長儲能系統(tǒng)的使用壽命。
3 總結(jié)
儲能系統(tǒng)的熱管理至關(guān)重要，特別是對于使用鋰離子電池的電化學(xué)儲能而言。鋰離子電池在充放電過程中釋放的熱量容易導(dǎo)致溫度不均，甚至局部高溫；而低溫環(huán)境下，電池內(nèi)部離子遷移速率降低、內(nèi)阻增大，可能加速鋰枝晶生長并誘發(fā)析鋰現(xiàn)象，若無法實現(xiàn)有效的溫度調(diào)控，將導(dǎo)致電池電化學(xué)性能和循環(huán)壽命衰減，甚至誘發(fā)熱失控等連鎖反應(yīng)。因此，設(shè)計和實施高效的熱管理是確保儲能系統(tǒng)持續(xù)高效運行的關(guān)鍵因素之一。本文通過對儲能系統(tǒng)的熱管理分析得出以下結(jié)論：
(1)當(dāng)前大多數(shù)鋰離子電池儲能系統(tǒng)的熱管理研究集中于單艙體的溫控需求，這可能導(dǎo)致儲能系統(tǒng)整體協(xié)同調(diào)控失配。儲能系統(tǒng)為長期運行的設(shè)施，且大多長時間處于高功率運行狀態(tài)，易受環(huán)境影響。集裝箱級別的冷卻設(shè)計往往只能解決局部熱點問題，并不能有效應(yīng)對整個系統(tǒng)內(nèi)部和周圍環(huán)境的溫度、濕度變化。
(2)風(fēng)冷熱管理方案技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但在儲能系統(tǒng)長時間高負(fù)荷運行場景下，換熱效率存在一定的局限性，難以滿足高功率儲能系統(tǒng)的需求。相比之下，液冷技術(shù)因其優(yōu)異的散熱性能、較低的實施成本和較高的工程可行性，正逐步成為儲能熱管理領(lǐng)域的主流方案，但仍需在冷卻液選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計與能耗控制上做出優(yōu)化改進(jìn)。
(3)在儲能系統(tǒng)復(fù)雜多樣的運行工況下，單一散熱技術(shù)由于性能的局限性，難以全面滿足冷卻需求。此外，低溫加熱技術(shù)也亟待深入研究傳熱機理與拓展方法，突破加熱速率、系統(tǒng)穩(wěn)定性與溫度均勻性的協(xié)同優(yōu)化的瓶頸?；诖?，可以結(jié)合多種冷卻、加熱方式，形成多技術(shù)協(xié)同的熱管理方案，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，還可以引入浸沒式液冷等新型技術(shù)，提高儲能系統(tǒng)整體性能。
(4)在控制策略方面，儲能熱管理系統(tǒng)對風(fēng)扇、水泵和壓縮機等能耗設(shè)備的綜合研究和控制有一定的局限性，未能充分利用控制算法和優(yōu)化算法精確調(diào)控這些關(guān)鍵部件的運行。面對復(fù)雜的儲能環(huán)境和多變的能源需求，應(yīng)實施高精度的實時調(diào)控，以提高能源利用效率和系統(tǒng)整體性能。
