来源：快猛电池 发布日期：2026-05-30 10:17:24

可再生动力具有天然的间歇性和波动性，这凸显了储能技能的重要性。在各类动力方式中，热能与社会生产活动的联系最为严密，同时也是动力转换进程中最常见的耗散方式[1]。在此背景下，热能贮存（TES）技能正成为废热收回与利用范畴极具远景的解决方案。在众多TES技能中，潜热储能（LTES）因其技能成熟度与本钱效益优势而被以为具有特别使用价值[2]。越来越多的研讨证明了LTES在修建节能[3][4]和工业废热利用[5]等使用场景中明显的低碳效益与动力调理潜力。
为提高低温储能体系（LTES）的热功能，很多研讨聚集于传热强化[6][7]与运转优化[8][9]等基础问题。在传热强化研讨中，学者们探求了高导热资料[10]、翅片结构[11]以及多性向PCM排列[12]的运用。根据这些传热强化技能，已催生出若干具有远景的使用与实践测验。Koželj等[13]将封装相变资料整合入水箱。试验成果表明，与传统水箱相比，仅用相变资料替换15%的储罐容积即可使储热才能提高70%。Lu等[14][15]针对根据峰谷电价的低温储热供暖体系进行了优化研讨，证明非均匀翅片设计与级联相变资料构型可明显提高热功能，其储热与释热功率分别最高提高53.0%与66.3%。这些研讨充分展示了强化传热型低温储热体系在热能利用范畴的巨大潜力。经过长期研讨与使用验证，翅片结构已成为强化传热范畴常用且可靠的解决方案[16]。
虽然传热强化是影响低温储能单元热功能的关键要素，但运转优化相同至关重要。研讨者已测验经过操作参数调理来自动操控传热进程。Marccarini等人[17]证明，在相变资料换热器中采用自动泵送流体循环可明显下降热阻并改进释热进程。将这一概念延伸至低温储能体系，此类自动活动操控技能展示出满足瞬时高需求热水供应的巨大潜力。Yang等[9]开发了一种用于工业废热深度收回的梯级LTES体系。作者研讨了一种经过调理传热流体流速的自动运转战略，在该战略下体系能以53.6°C的均匀温度稳定供热，证明了此类根据相变资料的储热单元使用于修建供暖的可行性。虽然这些自动运转战略展示出良好远景，但要最大化其效能仍需与体系实践能级完成动态同步。
LTES体系的传热进程本质上是瞬态的。随着进程推进，相变资料（PCM）与传热流体（HTF）之间逐渐减小的温度梯度导致传热速率与熔化速率下降[18]。当LTES装置挨近其额外容量极限[19][20]时，这种功能衰减尤为明显，此刻体系处于极端读档状况。为加速充能/读档进程，有必要躲避这些低效阶段。因而，对LTES状况进行精确表征至关重要。目前，LTES单元的状况首要经过传热速率、贮存容量、功率等参数进行描绘[21]。但是，这些点评规范无法精确表征读档状况，因其属于过后指标且高度依赖热力学边界条件[22]。LTES体系亟需一种动态监测办法以完成瞬时状况评价。在此背景下，用于量化可用贮存能量的LTES单元荷电状况（SOC），成为评价LTES运转状况的有用办法。
Beyne等人[23]提出了充电时刻能量分数(CTEF)办法，该办法经过将充电时刻与归一化储能分数相相关，从试验校准中预测LTES的输出状况。作者团队[24]进一步提出了一种根据传热流体稀少进出口数据及换热器外表面温度的SOC估算办法。该相变资料储能估算器的均匀偏差为0.6%，证明了估算器的适用性。在后续研讨中[25]，CTEF办法经过引入热损耗要素得到改进，然后提高了实践工况下的计算精度。Waser等学者[26][27]根据SOC理论开发了LTES单元的模仿模型。模仿与试验成果呈现高度一致性，证明了该模仿模型在充/放热进程功能模仿中的适用性。Bastida团队[28][29]则提出了一种根据一维动态传热模型和非线性状况观测器的LTES单元SOC简易估算法。相较于试验丈量，该办法能以均方根差错小于4.6%、均匀绝对差错小于3.6%的精度完成SOC的精确估算。
根据LTES单元的SOC状况，可进一步探求读档状况对其热功能的影响。该单元在预设温度限值间以额外热容量运转时称为满读档，低于额外热容量的运转则视为部分读档。Woods等[30]对LTES单元充电进程进行了模仿研讨与评价。随着SOC下降，相变资料逐渐固化，导致热阻增大。本研讨根据电化学体系中放电速率的概念，为LTES单元的设计与优化供给了新见地。Gasia等人[31]探讨了累积能量比（RAE）对LTES单元热功能的影响。RAE本质上与SOC相似，用于表征可用热能。成果表明，RAE的下降会明显缩短充能时长；但是对于放能进程而言，较低的RAE会导致传热速率下降。充放电功能之间存在此消彼长的相关效应，表明需经过优化读档状况以完成双进程功能平衡。Arena等[32]采用LTES单元液相分数作为状况指示参数，探求了部分读档条件下的储热功能。研讨成果表明：部分读档运转可明显缩短充放电持续时刻，在热量损失30%的情况下可完成充电时刻缩减50%。液相分数被用于评价读档状况，该参数在模仿工作中易于获取。在试验进程中，该指标或可用SOC代替。
LTES单元的SOC值能够直观反映当前读档状况与可用热能。虽然具有实用价值，SOC对传热进程的影响机制仍不明确，这限制了热电池实践运转管理中SOC区间的选择。此外，现有研讨大多仅关注充电或放电单一进程，而实践使用中这两个进程存在严密耦合联系且不可分割[33]。这些局限性构本钱研讨的首要动机：探求SOC对热功能的影响机制，并开发统筹充电与放电进程的SOC优化办法。
本研讨建立了三维数学模型，用于探讨SOC对翅片壳管式LTES单元在充放电进程中热功能的影响。两个进程的理想SOC区间并不重合，这强调了SOC优化及充放电进程协同强化的必要性。经过呼应面法（RSM）对SOC区间进行优化后，充热通量和放热通量分别提高139.7%和171.8%，但由于可用热量减少导致运转频率添加113%。所提出的根据SOC的热容管理办法完成了充放电进程热通量的协同增强，为热电池供给了先进操控战略，有助于构建高能效修建体系。