热管理

新一代的ChaoJi充电技术路线发端于电动汽车大功率充电需求，现已发展成为面向下一代的传导充电技术整体解决方案，是一套包括充电连接组件、控制及导引电路、通信协议、充电系统安全、热管理等的完整的电动汽车直流充电系统技术路线。ChaoJi技术解决了国际上现有充电系统存在的一系列缺陷和问题，适应大、中、小功率充电，考虑了充放电及车网互动要求，满足家用及各类公共充电场景，从根本上解决了中国现有2015版标准不满足基本电击防护（IPXXB）要求、不兼容未来的通信升级等固有缺陷，为世界提供一个统一的、安全的、可靠的、低成本充电系统解决方案。中国牵头主导的ChaoJi充电接口、车辆适配器已经纳入国际标准，为未来ChaoJi成为具有全球兼容性的通用标准奠定基础。

锂离子电池被广泛应用于化学储能系统，然而由于该电池固有的产热特性，热失控成为了化学储能电站的一大安全隐患。因此优化设计电池热管理系统，有效避免热失控现象，对化学储能系统安全运行至关重要。文中设计了一种兼具串联折返与并联分支结构的新型并联蛇形流道液冷板，通过仿真实验，研究液冷板流道结构、液冷系统布置、冷却液入口流速对最高温度、温度分布均匀性、进出口压降的影响,以达到优化液冷系统的目的。结果表明，相同冷却液入口流速下，与传统并联流道相比，新型流道的最高温度降低0.284 9 K、模组组内温差降低0.466 3 K，与传统蛇形流道相比，其进出口压降减小40.18%；基于并联蛇形流道液冷板，液冷系统的最佳布置方案为冷却液二分口注入+液冷板交错布置；不同液冷板流速差异化设置，即两侧液冷板入口流速设定为0.1 m/s,居中液冷板入口流速设定为0.2 m/s，较四板保持相同流速为0.2 m/s的方案，电池模组组内温差降低13.62%，列间温差降低82.59%，能耗降低44.87%，达到“降本增效”的优化效果。合理的流道结构、交错的液冷板布置以及差异化的入口流速设计可以优化电池模组的液冷系统，增加电池模组运行的安全性。

储能预制舱由电池系统、电池管理系统、储能变流器等组成，系统额定能量2MWh，额定功率1MW。采取模块化设计，单元化装配的思路，集能量存储、能量变换、电池管理设备和热管理、消防、安防系统于一体，具有高安全、高可靠、长寿命等优点，安全方便，实施周期短。可广泛应用于电网侧储能、用户侧储能、光储充等多种场景。

概括分析了锂离子电池应用前景与火灾形势，介绍了锂离子电池热失控特性及其演化机制，以及锂离子电池火灾多级预警防控技术方法。未来锂离子电池储能是集高效热管理、故障诊断、预警和灭火协同的一体化技术，是基于互联网云数据下的智能安全管理技术。

近年来，利用相变材料(phase change material，PCM)提升半导体热电发电器(thermoelectric generator，TEG)输出性能及维持TEG长效运行受到广泛关注。针对现有PCM-TEG结合方式复杂且缺乏统一认识的现状，建立了PCM-TEG耦合数学模型，对比了PCM布置在TEG热侧、冷侧及双侧时的系统性能，提出了骨架PCM设计并验证了其有效性。结果表明：骨架PCM设计通过实现TEG热管理，在一定程度上能提升器件的输出能力，并能利用自身蓄热能力有效地避免热电器件失效；骨架PCM设计优于常规无骨架PCM-TEG的系统性能；热侧PCM-TEG和双侧PCM-TEG设计能有效维持TEG的稳定运行；增强TEG冷侧换热能力，可弥补热侧PCM-TEG系统性能的不足。研究结果可以为下一步PCM-TEG应用研究提供参考。

近日，云南电科院承担的氢储能项目完成，云南首批氢动力汽车上路运行和光伏电解制氢的调试成功，实现了可再生能源制氢-氢储能-用氢一体化示范应用、解决了风/光能源制氢、长短时长储氢与氢能综合利用问题，建成了国内首个具备综合热管理能力的固态合金储氢发电和液、固结合的氢储能系统，实现了氢能的安全存储和高效利用。

项目基于AI/IoT/CAE核心技术，由云庐科技自主设计、独立研发，实时在线分析架空及埋地供热管道内介质流动、传热过程，建立供热管网水力、热力多物理场耦合仿真机理模型以提高精度，基于MPI的超大规模并行计算技术，可实现分钟级在线计算速度，适用于以蒸汽或热水为热媒的多类型供热系统。

电池热管理系统（BTMS）是保障储能电池在不同工况下安全高效运行的重要方法。基于相变材料高潜热与热管高导热特性，设计了一种热管耦合相变材料的新型锂离子BTMS，该系统可实现全气候条件下电池保温与散热一体化。采用数值模拟对BTMS的保温与散热性能进行研究。在低温环境下，通过模拟电池放电过程和放电结束后电池温降过程，分析了保温层厚度和初始温度对保温性能的影响；在常温和高温环境下，基于相变材料、热管、双层冷却通道耦合手段提出了相应的散热方案，有效保障了锂离子电池在放电倍率0.5C~2.0C下的安全稳定运行。设计的BTMS可实现不同环境温度下的保温或散热需求，为实现全气候锂离子电池热管理技术提供理论参考。

在多能互补独立微电网关键技术研究中主要面临 3 大技术问题：①缺少适应高寒、高海拔地区低能耗的预制舱热管理系统。现有技术方案为加强物理保温，增加空调、加热器等，该方案对温度不敏感的蓄电池（铅炭、铅酸）虽能起到保温、散热作用，但加热器、空调等保温设备功率大，耗能多，而且效果差。②多能互补独立微电网系统，其电源一致性和电能平衡管控是多电源独立微电网的难点，也是独立微电网系统管控的重大技术挑战。现有技术采用超短期发电和负荷功率变化的预测，其时间长且准确率低，不能满足平抑波动的要求，影响微电网的稳定运行。转子发电系统如柴油发电机组、水力发电投入到运行独立的微电网中，缺少无缝切换成功的案例。③多能互补独立微电网运营管理平台尚处萌芽阶段，微电网整体性能监测与预警缺乏成功经验。现有的平台，不能监测系统的整体性能、预防故障，发现故障也无法及时处理，影响储能系统的性能及安全。上述技术问题阻碍我国多能互补独立微电网的建设与运营进程，亟需突破高寒高海拔多能互补独立微电网稳定运行关键技术，提升我国微电网技术水平，切实改善和保障民生、助力偏远无电地区发展。 依托国家实现能源转型的政策、精准扶贫的科技项目，项目团队产学研用协同攻关，历时 2年，突破了传统预制舱热管理技术、多电源发电一致性和电能平衡管控技术、运维远程控制等关键技术。主要创新：①研发了适应高寒高海拔地区预制舱热管理系统，优化预制舱内风道设计，提出了利用峰值发电来蓄热技术，实现了预制舱内储能电池表面温度均匀分布，提高了储能电池效率，降低了站用电率；②研制反向协同调控装置，提出了储能重叠追踪调控投切技术，实现了光伏等可再生能源平抑波动、平稳供电、多电源无缝切换的目的；③提出了基于双向指标的独立微电网运维远程管理平台。研发了一套可用于评估多能互补独立微电网及其子系统（子模块）的性能状态量化指标，实现了多能互补独立微网的整体性能监测与预警运维远程管理平台。项目荣获国家发明专利 26 项，实用新型 12 项，科技论文 38 篇，参与国家标准 5 项，行业标准 3 项，企业标准 1 项，专著 2 项，软著 5 项。项目研发的预制舱热管理系统、储能重叠追踪调控投切技术、微电网运维远程管理平台，已成功应用于我国 23 项高寒高海拔多能互补独立微电网工程，确保了数十亿投资的稳定收益，实现科研成果向生产应用的快速转化，推动我国多能互补独立微电网技术的快速健康发展，经济和社会效益显著。

近年来，利用相变材料(phase change material，PCM)提升半导体热电发电器(thermoelectric generator，TEG)输出性能及维持TEG长效运行受到广泛关注。针对现有PCM-TEG结合方式复杂且缺乏统一认识的现状，建立了PCM-TEG耦合数学模型，对比了PCM布置在TEG热侧、冷侧及双侧时的系统性能，提出了骨架PCM设计并验证了其有效性。结果表明：骨架PCM设计通过实现TEG热管理，在一定程度上能提升器件的输出能力，并能利用自身蓄热能力有效地避免热电器件失效；骨架PCM设计优于常规无骨架PCM-TEG的系统性能；热侧PCM-TEG和双侧PCM-TEG设计能有效维持TEG的稳定运行；增强TEG冷侧换热能力，可弥补热侧PCM-TEG系统性能的不足。研究结果可以为下一步PCM-TEG应用研究提供参考。