热管理，是储能的下一道大题吗？

温控系统是电化学储能系统中的重要组成部分。作为新能源体系的关键环节之一，电化学储能在提高可再生能源消纳比例、保障电力系统安全稳定运行等方面发挥着重要作用。

电化学储能系统由多个关键组件组成，包括柜体、散热系统、PCS储能变流器、电池组、EMS能量管理系统、储能高压箱、消防系统和安全辅助系统等。

散热系统在电化学储能系统中扮演着重要的角色。它的主要功能是确保储能系统始终处于最佳运行温度范围，并防止系统过热而失控。

温控系统在电化学储能系统中扮演着至关重要的角色，尤其随着储能装机量的快速增长。随着储能电池单体容量和功率的增加，高功率密度要求对散热系统提出了更高的要求。

同时，储能系统内部可能会出现电池产热和温度分布不均匀等问题，这增加了安全隐患。

根据GGII的不完全统计，过去10年全球储能安全事故接近90起，其中2022年发生了17起储能安全事故，2023年更是超过10起。因此，温控系统对于储能系统的寿命和安全性至关重要。

■ 2022-2023 年储能电站事故统计（部分）

03. 事故发生原因

1）内部电芯失效，引发电池与模组的热失控，最后引起整个储能系统的着火或爆炸

这种故障通常呈现为先起火，然后发生爆炸的现象。例如，2019年发生在美国亚利桑那州的McMicken电站和2021年发生在中国北京丰台电站的事故都是在起火后发生了爆炸。

这种现象的产生是由于单个电芯失效，引发内部化学反应，释放热量（放热反应），导致温度持续上升，并传播到附近的电池和模组，最终引发火灾甚至爆炸。

电芯的失效模式通常由过充或控制系统故障、热暴露、外部短路以及内部短路等引起。这些失效可能由各种情况引发，例如压痕或凹痕、材料杂质、外部物体渗透等。

2）外部辅助系统故障引发的储能系统故障

通常情况下，由辅助系统故障引发的储能系统故障发生在电池系统的外部，可能导致外部元器件的燃烧或冒烟。然而，如果系统能够及时监测和响应，这些故障不会对电池系统的电芯产生失效或热失控的影响。

在2021年的Vistra Moss Landing一期和2022年的二期事故中，由于当时处于调试阶段，故障监控和电气故障安全装置被关闭，无法及时响应，导致了冒烟和火灾的发生。

这种火焰燃烧通常从电池系统的外部开始，并最终蔓延到电芯的内部。因此，它不会引起剧烈的放热反应或可燃气体的聚集，通常不会发生爆炸。此外，如果喷淋系统能够及时启动，也可以避免大面积设施损坏的发生。

04. 电池失控本质

锂离子电池热失控的本质是在滥用条件下引发电池内部的链式副反应。储能用锂离子电池的热失控机理可以总结如下：在滥用条件下，电池温度异常升高，首先导致电池内部负极表面的保护层（SEI膜）分解，电解液发生还原/氧化反应，从而使电池内部温度逐渐上升。

当温度达到150-160℃时，隔膜开始收缩和熔化，然后发生内部短路，导致电解液蒸气压增加，进而引起安全阀的开启。随着电池温度的升高，链式放热反应发生，负极的活性锂与电解液反应并释放出巨大的热量，同时磷酸锂正极会释放氧气并与电解液反应，进一步释放热量。

在更高温度下，剩余的锂与黏合剂发生反应，进一步提高电池温度，直至发生热失控。尽管电池材料体系和热失控触发方式等因素的变化可能导致上述链式反应的反应顺序和反应温度区间有所差异，但本质上是由上述链式反应相互交替、叠加而引发的。

■ 储能用锂电池热失控机理图

05. 电池最佳工作温度

为确保锂电池的高效性和安全性，最佳工作温度被认为是在10~35℃范围内。在这个温度范围内，锂电池能够正常运行，过低的温度不会导致电解液凝固和阻抗增加，而过高的温度则不会降低电池的容量、寿命和安全性。

储能系统具有容量大、功率高和散热要求高的特点。同时，储能系统内部存在电池易受热影响和温度分布不均匀的问题。

这些特性要求储能系统必须进行有效的热管理，以确保电池的正常性能，避免热失控并防止安全事故的发生。

■ 锂电池的最佳工作温度为 10-35℃（左）1.0℃放电倍率下的单体电池温度与表面热通量（右）