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作家：吴超王罗亚 袁子杰 马昌龙 叶季蕾吴宇平 刘丽丽皇冠现金体育官方app娱乐

单元：南京工业大学动力科学与工程学院

援用：吴超, 王罗亚, 袁子杰, 等. 液冷散热技能在电化学储能系统中的研究进展[J]. 储能科学与技能, 2024, 13(10): 3596-3612. 

DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0290

本文亮点：1、从温降、温差、系统复杂度、散热效用等方面综合分析, 液冷技能更得当大领域储能系统应用 2、冷板步地、冷却液和通说念等参数优化对液冷效用有很大的影响 3、液冷控制计谋应从算法的鲁棒性和求解时期方面纠正。

摘 要跟着锂离子电板技能的突出和资本的贬低，大领域锂离子电板储能电站从示范渐渐走向营业化应用。电板热管制系统的优化瞎想是擢升储能系统集成综合性能的要津技能，通过温度的控制不仅不错灵验延迟储能电板寿命、擢升放电容量等，况且不错确保电站安全运行。电板看成大型电化学储能电站的载体，热安全问题的科罚刻阻抑缓。本文对比了风冷、液冷、相变材料冷却和热管冷却4种散热技能的温降、温度均一性、系统结构、技能老练度等，液冷散热系统在大容量锂离子电板储能系统中更具上风。液冷散热系统瞎想包括冷却剂通说念、冷板步地、冷却液等要津参数瞎想，并可通过与其他散热款式进行复合优化瞎想，进一步擢升系统的电热性能；通过控制想法、控制算法的优化，可竣事电板模块温度的智能化、精确化控制，并提高热管制系统效用。液冷散热技能仍需从系统要津参数瞎想、控制计谋优化、应用需求进行多角度优化，从而既能竣事温度控制的效用，又能得志经济高效的应用想法。

要津词液冷；热管制；参数优化；散热性能；计谋优化

跟着新式电力系统构建和动力低碳转型，储能技能看成一种紧要的新式电力系统技巧，大致天真诊治资源，可领略不同时间举止的电力电量均衡作用，相沿大领域新动力并网，缓解局部电网供需叛逆衡。凭据中关村储能产业技能定约(CNESA)不完全统计，甘休2023年底，中国已投运电力储能神气累计发电86.5 GW，新式储能同比增长了18.2%，其中锂电由2022年的94%擢升至97.3%，占主要隘位。锂离子电板因其能量密度高、寿命长等优点，得到新式储能电站大批应用。在顶点环境下，锂离子电板会受到影响，温渡过低时，电板的可用容量减小，并会出现锂枝晶；温渡过高时，电板里面的热量快速聚积，会激发烧失控。以10 MWh的锂离子储能电站为例，若收受单体容量280 Ah的磷酸铁锂电板，则电站中单体电板数目高达数万个。渊博的电板数目对储能电站性能以及安全性管制建议了巨大挑战。

近些年来，宇宙电板储能电站生气事件屡有发生。通过调研分析，主要生气原因归纳见表1。凭据事故分析来看，里面短路是形成失火的主要原因。发生内短路后有三个阶段：第一阶段是发生极为从容的自放电，温度无赫然变化；第二阶段是电压下落很快，温度发生赫然高潮；第三阶段是热失控的出现。采纳合理高效的锂离子电板热管制计谋不仅可幸免热失控的发生，况且可擢升电站中电板温度分散均匀性，成心于延迟电板运行寿命。

表1   储能电站生气事件原因分析

为推辞热失控风景的发生，科研东说念主员已开展多类型散热技能研究。图1从温度一致性、温降、散热效用、系统粗浅进度等方濒临比了万般散热技能的应用效用。关于不同散热款式进行赋分，满分5分，越接近5分标明散热技能性能越好。

不同散热技能效用对比

风冷和液冷是电化学储能电站主流的热管制款式。相对风冷而言，液冷系统较复杂，主要包括制冷剂系统和防冻液系统，与电板模块有告成战斗和迤逦战斗两种款式，里面含水冷板、水冷管、水冷系统、换炎风机等。液体比热容和热导率比空气高，更得当应用于高功率的储能系统、数据中心、新动力汽车等。在大领域储能系统中，液冷技能更成心于擢升系褪色致性和集成度。

1 单一/复合液冷散热系统瞎想要津成分

液冷散热系统主要由冷却液、散热器构成，影响液冷系统的主要成分有：冷板步地、冷却液温度、冷却液介质、冷却液通说念等。目下的研究主要聚焦在上述成分的优化及液冷与其他款式的复合瞎想上。

1.1　单一液冷散热系统

1.1.1　冷却剂通说念

（1）液冷通说念

液冷通说念是液冷电板热管制系统(battery thermal management system，BTMS)的紧要构成部分，通过液冷通说念竣事电板与外界的热量交换贬低电板组温度。通过对液冷通说念的纠正，不错提高传热效用、降粗劣耗。微通说念因其强灵验的传热性情、小尺寸瞎想以及精确的温控智商，成为面前研究热门之一。Zhao等]建议了一种基于微通说念镶嵌的圆形液冷BTMS，仿真发当今5C高倍率放电下，最高温度仍不错保握在40 ℃以内。微通说念瞎想主要触及对几何尺寸以及不同流向优化，An等建议在电板两侧均匀交接微通说念，仿真发现沿着电板厚度标的会比沿着长度标的的温度梯度大好多，单侧冷却大致灵验控制系统最大温差小于3 ℃，同期贬低资本。Lan等为了探究电板温度变化情况，瞎想了5种不同流向的微通说念，见图2。仿真终端标明：第一种有谋略下电板最高温度以及温差最小。

收受不同流向瞎想的微通说念(蓝色箭头代表流入，橙色箭头代表流出)

（2）液冷通说念数

在液冷系统中，通说念数对系统液冷性能至关紧要。液冷通说念数是决定冷却液流量的要津成分，探讨到系统温度以及能耗等多方面成分，较多研究报说念了液冷通说念数对散热性能的影响律例。Mao等建议了微通说念液冷电板热管制系统，通过仿真研究发现通说念数对最高温度的影响呈现先高潮后下落的趋势。Liu等为改善温度均一性，建议了通说念数参数对电板温度的影响，收受四成分水公说念交实验进行仿真。通说念数从10增多到16时，仿真终端标明：通说念数为15时，20 Ah袋式锂离子电板最高温度和温差永诀下落了1.12 ℃和1.64 ℃。更有学者在冷板步地和通说念数上进一步优化，找出更得当的通说念数。Zhang等探究了通说念数对直说念和斜说念冷板性能影响，建议在直槽冷板的基础上瞎想斜槽。仿真终端标明：通说念数为奇数时，压力失掉较小，更成心于散热。

（3）冷却通说念长宽比

在液冷系统中，冷却通说念长宽比告成影响热交换性能的要津参数。一般而言，较大的长宽比会提供更多的名义积，从而增强热交换的智商，但与此同期系统阻力以及能耗会随之增多。Ding等对不同通说念长宽比的液冷系统进行研究，探讨6种长宽比：1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、9∶1、20∶1。在3C和5C放电速率下进行仿真模拟。终端标明：跟着长宽比的增大，温度弧线呈现先下过期高潮的趋势。Rehman等在通说念转弯处交接不同步地散热片，仿真发现通说念长宽比进行优化瞎想后，液冷系统的传热效用擢升了24%。

1.1.2　冷板步地

液冷板步地的不同，会更动冷却液在流说念中流过的面积、冷却液流速以及冷却液分派，从而影响散热效用。纵贯说念冷却板诚然结构粗浅，但其冷却效用时常未能如东说念主所愿，因此许多学者关怀于研究其他步地的冷却板，建议了一系列新式的冷却板瞎想，用于改善散热效用。目下，冷板步田主要包括直行、波形、蛇形以及斜翅片形，波形冷板与圆柱形电板贴合度高，有一定的战斗角，大致确保电板的散热。蛇形冷板有经济性好、流动失掉小的优点，但存在压力失掉大、功率高的问题。与传统的直行冷板比拟，斜翅片形冷板不错增大传热通盘，从而提高传热的智商。

（1）波形冷板

波形冷板是一种波澜形结构的散热板，其步地与U形接近，波澜结构大致灵验增多空气与冷板的战斗，从而提高冷却智商。Li等为考证波形冷板冷却智商优于直行冷板，进行数值模拟。终端标明：在5C高放电倍率下，波形通说念瞎想会比传统直说念瞎想的最高温度和温差永诀贬低12.8 ℃和5.3 ℃。也有学者开展了这项研究，Dong等瞎想了波形来增强热交换。仿真终端标明：该瞎想与传统直说念瞎想比拟，最高温度和温差会贬低6.8%和41%。为进一步改善波形冷板的冷却效用，Cao等拓荒三维数值模子，收受波形液冷通说念，曲率与锂电板相匹配。仿真终端标明：在流量为36 L/min的2C放电倍率下，最高温度和温差永诀为39 ℃和11 ℃，在保管电板温度方面推崇出色。

（2）蛇形冷板

文件报说念蛇形冷板不错大大改善冷却液流量分散不均匀的问题，从而擢升电板组内温度均匀性。Jarrett等以乙二醇水溶液看成冷却剂并通过里面通说念步地优化擢升了冷却效用。仿真终端标明：冷却液流量和步地通过优化瞎想可达到最好冷却效用，温度下落约15%。Deng等研究电动汽车用液态水看成冷却剂，瞎想蛇形结构冷板。仿真终端标明：冷板步地和通说念流动标的可通过合理瞎想使得最高温度仅为40.796 ℃。E等瞎想了一种具有可变性情的蛇形冷板，界说了通说念宽度lw和通说念迤逦半径ri两个变量。仿真终端标明：若lw与ri之比大，热阻以及压力失掉小，冷却效用最好。

（3）斜翅片形冷板

研究标明，斜翅片形冷板可灵验改善冷却液流动现象，并能通过参数优化擢升冷却性能。Jin等针对电板名义温渡过高的问题，建议对斜翅片角度和宽度进行优化。实验终端标明：优化后的斜翅片形冷板可将电板名义温度控制在50 ℃以下。Fu等为改善温度不均一性，建议对斜翅片鳍角(15°、30°、45°)和鳍长(8 mm、10 mm、12 mm)进行优化。仿真终端发现：鳍角为30°和鳍长为8 mm的斜翅片温差以及压力失掉最小，灵验改善了温度分散不均匀。Xia等为了进一步增强散热，建议了增多斜翅片、冷却剂提高热导率和增大电板与冷板的战斗面积等次第。仿真和实验终端标明：优化后电板组的最高温度和温度差永诀贬低了1 ℃和2 ℃，大致灵验起到制冷作用。Aldosry等收受斜翅片和不同类型的冷却剂来达到强化换热的效用。实验终端标明：斜翅片和冷却液的优化瞎想可达到最好散热效用，电板名义温度保握在50 ℃以内。

针对液冷板的步地及参数优化瞎想，表2总结了典型液冷板的性能性情。

表2   典型冷板性能性情

1.1.3　冷却液

冷却液在液冷系统中饰演着紧要脚色，既是热量传递的介质[35]，亦然竣事电板组温度控制的紧要成分。目下，研究较多的冷却液包括水、乙二醇水溶液、矿物油。此外，还有一些新式冷却液正在研究拓荒，如1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、氢氟醚和纳米流体冷却液。

（1）R134a

R134a为无色透明液体，有淡乙醚气息，沸点影响其相变过程，而热导坦爽接决定传热速率。Al-Zareer等收受R134a为电板组冷却剂，构建全浸没的电板组模子。终端标明：在5C放电速率下，电板最高温度和最大温差永诀保握在40 ℃和7 ℃。Wang等为改善电板组温度的均匀性，建议用R134a 看成冷却剂，拓荒电板组模子。仿真终端标明：在2C放电速率下，电板组温度均匀性保握在5 K之内。Wang等建议了一种基于R134a制冷剂的BTMS，用于改善座舱热并得志低温时加热电板要求，同期也要得志电板散热要求。仿真终端标明：电板最大温差5.2 ℃，不错很好保管电板里面的温度均匀性。

（2）氢氟醚

氢氟醚是一种无色、易蒸发的液体，因其能快速蒸发，给与周围环境热量，从而起到降温的作用。Tan等建议在快充电板组用氢氟醚看成冷却剂。实验发现：收受多层和交叉流动时，最大温差贬低了18.1%。Hirnao等建议将锂电板串联形成电板组告成浸入氢氟醚液体中。实验终端标明：在20C高倍率放电速率下，电板温度不错很好地保管在35 ℃傍边。An等将电板通过铜件串联起来形成电板组，冷板中以氢氟醚看成冷却液。实验终端标明：氢氟醚看成冷却剂的系统具有很好的冷却效用，电板组最高温度和最大温差永诀不错保管在40 ℃和4 ℃。

（3）纳米流体

纳米流体最早由好意思国Argonne实验室的Choi等当先建议，纳米流体中的颗粒尺寸较小，便于流动，从而灵验提高了热传导性能。Mondal等建议了一种含有Al2O3或CuO纳米颗粒胶体悬浮液的纳米流体冷却剂。仿真终端标明：纳米流体的热导率优异提高了冷却性能，纳米流体的热导率约为水的55倍。Huo等为了优化圆形电板冷却系统的散热性能，收受Al2O3-水纳米流体看成冷却剂。仿真终端标明：体积分数为0.04的冷却剂会比纯水看成冷却剂的系统平均温度贬低7%。

表3列出了R134a、氢氟醚以及Al2O3纳米流体3种冷却液的物资参数及冷却性能，不错看出Al2O3颗粒纳米流体热导率很高，但适用温度范围很窄。

表3   3种冷却液性能分析

1.1.4　典型冷却系统瞎想

表4通过对电板类型、冷板步地以及冷却液进行对比，对不同步地的电板进行实验和研究，不错发现针对不同步地的电板，瞎想出具有针对性的通说念步地并遴荐得当的冷却液詈骂常紧要的。通过优化通说念步地和冷却液类型，不错灵验地改善电板温度控制，提高电板的性能并延迟命命。关于液冷系统冷却性能的擢升，可调整冷板步地里面尺寸成分(长宽、半径、角度等)，也可通过调整外部成分来贬低充放电倍率和提高冷却液流量等。文件[45-47]标明：在热管制瞎想中，不仅应试虑温度控制的效用，还应充分探讨热管制系统的综合能耗。优化电板热管制系统时，应揣测贬低电板温度和由于温控带来的能耗资本之间的关系。

表4   不同变量对温度的影响

1.2　复合液冷散热系统

单一散热款式王人有各自的优缺陷，如风冷容易受外界环境的影响，换热智商差；液冷能耗较高，可能出现浮现的问题。通过不同散热系统的复合，可领略单一散热款式的上风，改善冷却效用。目下，复合液冷系统主要步地有：液冷与相变材料(PCM)复合、液冷与热管复合和液冷与风冷复合。

1.2.1　风冷与液冷结合

风冷与液冷相结合的散热系统不仅不错凭据动态工况进行实时诊治，况且大致更好得当不同温度和工况下的热管制需求。Wang等建议了一种强制将空气与液冷板相结合的冷却次第，与冷板散热比拟，电板组最高温度和温差永诀贬低了3.45 K、3.88 K。Yang等针对圆形锂离子电板温度沿冷却液流动标的升高的问题，建议了一种液冷与风冷相结合的电板热管制系统。通过增多冷板和通说念数目擢升冷却性能，与此同期，凭据电板模块温度控制电扇，从而竣事风冷与液冷相结合。仿真终端标明：收受风冷与液冷相结合的夹杂系统，最高温度贬低至304.98 K，最大温差不错控制在5 K以内。Li等针对电板模组散热和温度不均匀，建议了多通说念并联液冷和风冷结合的电板热管制系统。拓荒风冷与液冷模子，空气流过电板裂缝的同期，水看成液冷板中的制冷剂灵验散热，从而改善冷却效用。仿真终端标明：电板组的最高温度不错控制在45 ℃以内，温差控制在2 ℃以内。

1.2.2　相变材料与液冷结合

液冷与相变材料结合的电板热管制系统，不错科罚电板组在高强度充放电工况下的散热问题。相变材料高强度运行时，冷却性能不得志要求，时常通过与液冷相结合的款式来科罚散热问题。为了破碎热失控传播，Zhang等建议了一种基于PCM和液冷结合的BTMS。在发生热失控的情况下，PCM起到热缓冲作用，通过液冷系统散热，幸免了热失控的传播。仿真终端标明：PCM与液冷结合的夹杂系统不错科罚由PCM热导率升高而引起的热失控传播的问题，电板最高温度为93.3 ℃，比拟单一液冷系统，温度下落63.5 ℃。探讨到相变材料具有很强的蓄热智商，以及液冷优良的冷却效用，有学者建议将相变材料与液冷相结合的技能应用于电动汽车。Rao等建议将PCM与微通说念相结合的电板热管制系统。仿真终端标明：仅有PCM冷却时预计最高温度为335.4 K，但该夹杂系统的预计最高温度为320.6 K。由于圆柱形电板名义迤逦且应用于电板热管制系统时所需数目较多，因此有学者建议蜂窝状电板，在散热时相变材料不错很好地包裹电板组，辅之液冷大致将电板组温度保管在合适的范围内。Yang等建议了一种液冷微通说念和PCM集成的六边形蜂窝状BTMS，拓荒六边形蜂窝状的电板组模子。仿真终端标明：与矩形冷板比拟，该夹杂系统最高温度和温差永诀下落0.36 K、2.3 K。

1.2.3　热管与液冷结合

基于热管传热效用高以及分量较轻的性情，渐渐将其引入电板热管制系统中，有学者建议热管与液冷相结合的次第。He等收受正交瞎想和缺乏灰色关联分析看成评价次第，拓荒液冷模子。仿真终端标明：铝板的掩饰角度对系统冷却效用的影响最大，而对热管的掩饰角度影响最小，最高温度和温差永诀为37.58 ℃、3.67 ℃。为了提高电板模块温度均匀性，Tang等拓荒了方形电板单体模子。仿真终端标明：与单向流动比拟，该夹杂系统最高温度和温差永诀贬低了8.7%、13.5%。在液冷与热管相结合散热时，有学者对冷却剂通说念进行优化，Li等用LiFePO4电板为实验对象，实验与仿真终端吻合较好。通过正交实验瞎想，优化通说念高度、通说念长度和通说念迤逦的管径来提高冷却性能。终端标明：与原瞎想比拟，电板最高温度和温差永诀贬低了6.95%、11.08%。

总的来说，不错抽象为以下几个重点。

①风冷是复合系统的紧要构成部分，因其技能老练度高、工程造价低、难度小，得到了等闲应用。

②液冷可更好地得志大型储能电站的温度均匀性要求，也可灵验科罚高倍率放电问题，亦然特定场景中复合系统的优选技能。

③相变材料针对出奇场景可看成接济系统使用，但目下尚未工程化，存在永久使用后材料性能可能出现下滑以及资本较高档未知成分。

④热管对出奇场景效用权贵，但存在尺寸及分量控制以及资本较高档成分，目下尚未工程化。

2 热管制控制计谋

热管制系统是保证储能电站安全运行的要津，而热管制计谋是热管制系统瞎想的紧要构成部分，同期热管制计谋的竣当事者张便是对温度的灵验控制。储能热管制系统包括硬件和软件，硬件是竣事温度控制的奉行者，包括温度传感器和散热器等。软件即控制计谋，是通过集成算法等，竣事对温度的动态监测。面前，热管制控制计谋主要研究标的为控制想法、控制计谋算法等。

2.1　控制想法

电板热管制控制通过算法以及硬件之间的配合，将电板组的温度保管在生机使命范围内，贬低电板组里面温度的不均匀性，延迟电板寿命。目下，热管制系统的控制想法主要有四类：一是电板健康状态(SOH)，二是电板组间温度相反，三是能耗，四是分量。

Xie等收受由MPC(模子预计控制)控制器、车辆速率预计器(VSP)、电板想法温度自得当器(SABTT)和BTMS性能模子构成的BTMS智能控制计谋。实验终端标明：电板实质温度与想法温度最大差值仅为0.66 ℃，平均温差为1.03 ℃，能耗降了14.1%。这标明BTMS智能控制计谋不仅有很好的温控智商，还有更长的寿命(延迟约0.010%)。此外，Fan等收受SOH、电板间温差以及系统能耗的权重通盘法，建议动态辩论与遗传算法相结合的控制计谋，其中系统能耗是以风量和制冷功率为策画的。实验终端标明：电板SOH衰减率减小到3.7%、电板间容量一致性提高了23.3%，温差贬低了20.2%，单次行驶周期能耗量入制出了24%。Guo等探讨模块高冷却率和轻量化，将最高温度、温差和系统分量看成优化想法，通过非掌握排序遗传算法奉行多重优化函数。仿真终端标明：在3C放电速率下，最高温度和温差不错控制在36 ℃和0.65 ℃，系统分量放松10.25%。

2.2　控制计谋算法

诸多的控制计谋算法可分为单一控制算法和复合控制算法。在这些算法的优化上，主要针对电板温度以及算法优化时期开展研究。逻辑门限值适用于粗浅的开关控制，比例-积分-微分(PID)算法适用于经典的反馈控制，MPC算法适用于需要探讨将来预计和收敛条目的系统，智能控制算律例适用于复杂的非线性和不细目性系统。

2.2.1　单一控制算法

单一控制计谋指只收受一种算法来进行温度控制，最常见的有逻辑门限值、PID算法、MPC算法以及智能控制算法。

（1）逻辑门限值

逻辑门限值是输入的信号，通过逻辑运算，凭据终端输出信号。Wang等建议使用粗浅的开关控制应用于高温电板热管制系统。通过热电偶参考温度与预设温度差值的高低限，控制器调整阀门的开关，从而竣事电板组的冷却。实验标明：这种款式不错使得系统能耗贬低83%~92%，缺陷在于会使电板旯旮的最高温度高潮1 ℃。

（2）PID

PID是由比例、积分和微分构成的算法，具有操作粗浅且适用面等闲等优点。PID可竣事差错自动诊治，一朝有偏差出现，则比例诊治起作用,用来减少偏差；差错出现，积分诊治一直进行到无差错为止；微分诊治是不错意想偏差变化情况的，提前在偏差出现前摈斥，有学者将其用于电板管制系统温度控制算法中。Cen等建议了一种PID控制环路算法来控制电板模块的实时热举止。实验成就包括空长入BTMS系统，两个电子扩张阀(EEV)由驱动板驱动。系统通过PID算法诊治节流阀的开度竣事BTMS的温度控制，该算法通过汇集面前数据是否需要诊治阀门进行。实验终端发现：PID控制次第可使不同倍率下电板组实时温差较小。

（3）MPC

MPC通过拓荒动态系统模子进行预计，将预计终端与参考轨迹进行对比，讹诈优化算法求解最优控制序列。为科罚电动汽车中延迟电板寿命和能耗最小的优化问题，Zhang等建议了分层MPC次第用于延迟电板寿命以及减少能耗。分层MPC是通过表层的速率辩论器优化速率轨迹，然后传递给基层的热管制控制器，从而竣事最好的能量管制。仿真终端标明：分层MPC的计谋不错使电板寿命延迟了29.15%，同期使能耗贬低了3.38%。针对BTMS系统热电模子高度的非线性和时变的性情，Zhu等建议了一种基于有限集模子的预计控制计谋(finite set model predictive control，FSMPC)来减少冷却/加热能耗。FSMPC计谋可通过预计模子，来预计电板温度和荷电状态，讹诈函数来评判关连性能，遴荐出优化后的组合，使电板温度在合理范围内，并减少动力的糜费。实验标明：与传统的BTMS次第比拟，建议的FSMPC的BTMS不错量入制出30%以上的电能且电板温度性能不会下落。Guo等为提高动力讹诈效用，建议MPC控制计谋。MPC在预计区间寻找最粗劣耗，使温度保管在想法温度近邻，贬低冷却液温度等，从而竣事能量失掉贬低。实验终端标明：与传统开关计谋比拟，MPC控制计谋加热能耗贬低20.95%，总能耗贬低2.84%。

（4）智能控制

①深度强化学习。深度强化学习是深度学习和强化学习的结合，借助了深度学习科罚建模问题，同期也讹诈了强化学习界说问题和优化想法，可处理复杂时序交互性情问题。在BTMS中，科罚电板组急剧升温问题是保证电板安全的要津。Cheng等用COMSOL软件模拟出1600组数据用于实践，以温差、最高温度以及平均温度看成想法，通过深度强化学习(DRL)算法、遗传算法以及多想法优化算法将优化后终端进行比较。终端标明：DRL优化后的温差贬低了1.3%、最高温度贬低了0.2%以及平均温度贬低了0.3%。为缓解电动汽车中能量管制问题，Huang等建议了基于DRL的算法。通过门控轮回单元(GRU)提真金不怕火出车辆的特征，从而建议双深度Q汇集(DQN)算法。在城市工况(FTP-75)、高速工况(HWFET)和浓烈驾驶工况(US06)三种工况下进行比较。终端标明：在暴力驾驶时DQN会比缺乏控制算法降粗劣耗18.8%。

②神经汇集。为推辞热失控风景发生，需要保管得当的温度范围。然则，电板温度受到表里部成分的影响，因此难以准确预见。Wang等建议将东说念主工神经汇集次第应用于温度预见，电板高低名义的泡沫铝用于散热，对比了BP-NN(反向传播神经汇集)、RBF-NN(径向基函数神经汇集)和Elman-NN(Elman神经汇集) 3种常用的科罚非线性的神经汇集，将3种次第诞生了一样的实践参数进行样本工况以及未知工况的性能测试。仿真终端标明：Elman神经汇集具有很好的得当性且实践时期大幅镌汰。为科罚高倍率以及电流工况下电板发烧量高的问题，Chen等建议了基于液冷的东说念主工神经汇集归来模子，从最高温度、温度举止差以及能耗3个方面进行对比分析，讹诈归来模子预计，从预计数据中遴荐出最优的充电款式，大大提高了充电效用同期减少了能耗。

表5给出了单一控制计谋在电板管制系统中应用的优缺陷。在实质工程应用中，咱们不错凭据单一控制计谋的性情进行合理遴荐，以优化系统的散热效用和褂讪性。

表5   单一控制计谋优缺陷

2.2.2　复合控制算法

（1）PID与智能控制结合

为科罚传统的PID控制算法鲁棒性差问题，建议复合控制计谋。复合控制计谋指收受两种及以上的单一计谋相结合的次第，举例PID与缺乏算法相结合、PID与神经汇集算法相结合等。马彦等建议了一种基于缺乏PID算法的电板组液冷计谋，电板组实质温度与想法温度所形成的温差e和温差变化率ec看成控制器的输入，进行缺乏化、缺乏推理、解缺乏化等处理，获取了PID的关连修正量ΔKp(比例诊治通盘，提高系统反映速率和诊治精度)、ΔKi(积分诊治通盘，摈斥残差)，ΔKd(微分诊治通盘，改善系统动态性能)，修正后的PID控制器凭据温差e的大小求出冷却液流速，得志所需的电板组温度要求。拓荒缺乏控制轨则需要探讨电板组冷却的性情，细目了表6的缺乏轨则表。仿真终端标明：缺乏PID次第在传统PID基础上，镌汰了冷却的诊治时期(收受缺乏PID次第可将传统PID诊治时期由361 s镌汰至215 s)，贬低了温度的不一致性(收受缺乏PID次第可将传统PID温度偏差由1.24 K贬低至0.14 K)，使得系统得当运行温度的变化、招架电流扰动的智商提高，具有更好的冷却效用。Chang等为推辞电板组温渡过高，建议缺乏PID双层控制计谋。热电冷却器可凭据需要更动，为锂电板提供冷却或加热的智商，通过双层相助控制器控制热电冷却器，竣事对温度的诊治。终端标明：这种计谋不错使电板性能和寿命进一步擢升，电板里面温度均一性较好，最大温差仅为1.65 K。Liu等针对电板快速充电温度控制，建议缺乏PID算法。实验终端标明：热失控或处在零下状态的电板组到达25 ℃的时期永诀为280 s和185 s。

表6   ΔKp、ΔKi、ΔKd缺乏轨则表

注：NB、NS、ZO、PS、PB为5个缺乏子集。

也有学者将PID与神经汇集相结合，Xie等建议了控制念念想结合神经汇集模子，定名为CNN-LSTM-PID。图3(a)是CNN-LSTM-PID电板虚构热感知框架，将该虚构传感器与电板名义温度预计相结合，讹诈获取的数据对电板性能进行研究。CNN-LSTM模拟了在预定使命条目下电板名义温度分散相配随时期变化的机理，在脱机PID诊治模式以及较早时期步长想法可用的情况下，凭据想法温度变化的智商对PID参数进行整定。PID控制集成精度擢升技能，如图3(b)所示。上头为脱机PID诊治模式，底下为在线预计模式。模拟BESS(电板储能系统)里面温度分散时序数据的特征，收受卷积长短期操心神经汇集(CNM-LSTM)提高数据检测和预计的智商，具体的汇集架构，如图3(c)所示。温度分散变化轨迹的追踪需要配合PID，PID积分在预计过程中的机理，如图3(d)所示。结合以上性情建议了CNM-LSTM-PID的次第。仿真终端标明：建议的虚构传感器与超参数诊治对平均有余差错(MAE，从35.52%下落到30.18%)和预计诡计时期(从18.78%下落到14.06%)有很好的诊治效用，提高了精度和诡计效用，加强了热管制和运行安全。

(a) BTMS智能控制计谋；(b) 传热模子；(c) 迷惑仿真有谋略；(d) PSO科罚NLP问题过程

（2）智能控制间结合

文件[75-80]永诀商量了风冷与液冷、相变材料与液冷以及热管与液冷相结合的复合系统，均建议遗传算法进行优化瞎想。除了上述结合次第外，有学者建议非掌握排序遗传算法-2(NSGA2)与神经汇集相结合的次第。Chen等为了改善电板散热性能，用COMSOL和诡计流膂力学(CFD)永诀进行二维与三维仿真，对比两者温度终端发现差错最大为0.2 K。仿真终端标明：经过NSGA2算法优化后，最高温度贬低了7.5 K，功耗减少了26%。Zhu等收受了迭代动态辩论(IDP)计谋，结合模子预计控制次第使得实时BTM计谋有更好的温度诊治智商，其控制经过图，如图4所示。算法的预计范围为30 s，采样时期为1 s，仿真电子控制单元(ECU)可在1 s内奉行，实时性权贵提高。实验终端标明，所建议的实时BTM计谋不错灵验贬低驱动周期的冷却/加热能耗(14.8%)。Zhou等针对温度控制及系统反映，建议逻辑缺乏和强化学习相结合的控制计谋。电板运行过程中，实时监测冷却回路中冷却液温度和流量，通过计谋控制冷却液流量，从而竣事电板温度的诊治。仿真终端标明：液冷温度控制计谋得到赫然的改善，与传统PID比拟，温度贬低3 K，反映时期快了136 s。

IDP次第经过图

（3）MPC与智能控制相结合

传统的PID算法不成得志工业上非线性、时变等要求，MPC与智能控制算法相结合的系统应时而生。Ma等建议了一种非线性模子预计(nonlinear model predictive control, NMPC)次第来优化电板组的冷却过程。在AMESIM(advanced modeling environment for simulation of engineering systems)和MATLAB迷惑仿真中，收受PSO求解NLP问题，得到冷却液速率后，在AMESIM上钩算出电板温度，将汇集到的温度数据传输到MATLAB。仿真终端标明：NMPC次第不错保证电板在不同工况下，与想法温度偏差仅有0.5 K，电板组模块内温度不一致性小于1.2 K。Zhuang等建议缺乏模子预计控制用于散热和能耗的诊治，在FSMPC基础上，等效电路-热模子收受缺乏模子，不错很好控制电板温度。仿真终端标明：与传统冷却次第比拟，该次第不错节能76.4%，同期电板间最大温差贬低0.9 ℃。

表7从控制想法、控制算法及控制效用对文件进行了总结归纳。

表7   控制计谋抽象总结

温度是热管制系统中控制计谋的想法，在保证温度效用的前提下，提高系统的能效，控制计谋从算法上进行优化。单一的控制算法时常不成得志工程应用上的要求，应凭据各算法优缺陷以及应用模样进行合理的优化。举例，针对复合控制算法，其更多的是对多想法问题的优化，优秀的BTMS系统不单是局限于控制温度的范围，还需探讨电板寿命、系统能耗、算法的诊治时期等等。

3 结 论

跟着锂离子电板储能电站的发展，热失控风景的通常发生，是以要保险锂离子电板在想法温度范围内运行，偏离时要实时控制温度从而保证电板安全褂讪运行。本文先容了4种不同电板散热技能性能，对连年来热管制技能进展进行了系统梳理。本文主要论断如下。

（1）从温降、温差、系统复杂度、散热效用等方面进行综合分析，液冷技能更得当大领域储能系统应用。

（2）冷板步地、冷却液和通说念等参数优化对液冷效用有很大的影响，应凭据电板步地以及高倍率充放电等出奇实质工况进行优化瞎想。

（3）液冷控制计谋应从算法的鲁棒性和求解时期方面纠正，从而竣事电板寿命、系统能耗和电板组间温差等多想法优化。

对大领域储能系统而言，不仅不错对其散热系统进行瞎想优化，还不错通过控制计谋竣事电板组温度保管在生机使命范围内。在实质应用上，需探讨资本、电板组分量、体积等多方面成分，瞎想合理粗劣耗的热管制系统。单一的散热款式在工程上时常不成得志所需的冷却要求，需与其他散热款式进行复合，从而讹诈各自上风竣事最好冷却性能，且此过程需要均衡散热性能与能耗之间的关系。与此同期，还可通过控制计谋算法来竣事多想法优化，多种散热技能复合的热管制系统也将是将来发展的标的之一。

第一作家：吴超（1999—），男，硕士研究生，研究标的为储能电板热管制，E-mail：wu1207655278@163.com；

通信作家：叶季蕾，西宾，研究标的为储能电板安全管制及能量优化，E-mail：yejilei@njtech.edu.cn。

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