一、

熱管理概述

1、熱管理的必要性

在鋰電池的充放電過程中，部分化學能或電能會轉化為熱能。如果儲能系統的散熱效果不佳，可能導致熱失控現象，進而引發(fā)電池的短路、鼓包以及明火等問題，最終可能導致火災或爆炸等安全事故。據中國新能源產業(yè)協會（CNSEA）的不完全統計，過去十年全球發(fā)生了60多起儲能安全事故，截至今年4月底，全球已發(fā)生了8起儲能安全事故。這些頻繁發(fā)生的事故突顯了熱管理在確保儲能電站安全運行方面的重要性。

鋰電池的熱性能與其放電倍率密切相關，同時也決定了電池的運行效率、安全性和可靠性。當電池的放電倍率增加時，電池可釋放的容量減少，同時放電平臺也降低，使得電池變得不穩(wěn)定，并導致溫度升高。在高倍率放電（即1.5倍倍率以上）的情況下，鋰電池的工作溫度可能會超過理想的工作溫度范圍。目前，高倍率放電正逐漸成為一種趨勢，這進一步加大了對電池熱管理的需求。

因此，儲能系統中的熱管理至關重要，它能夠控制電池溫度，確保電池處于安全的工作范圍內，并提高電池的壽命和性能。有效的熱管理解決方案可以包括散熱設計、溫度傳感器、熱傳導材料、冷卻系統等，以提供穩(wěn)定的溫度控制和熱量分散。通過優(yōu)化熱管理系統，可以降低熱失控風險，提高儲能系統的安全性和可靠性，從而保障電池和整個儲能系統的正常運行。

熱管理具體指什么呢？

熱管理是根據不同對象（如電池系統、基站、數據中心、新能源汽車）的需求，通過加熱或冷卻等方式對溫度或溫差進行調節(jié)和控制的過程。以鋰離子電池為例，它們在15-20℃的溫度范圍內能夠實現最佳的工作效率和壽命。如果電池的工作溫度超過50℃，其壽命將迅速減少，并且可能引發(fā)安全事故。

熱管理在儲能系統設計中至關重要。它包括保持電池表面溫度在合適范圍內和控制電池之間的溫差。儲能電站中，熱管理占據了約3%的成本比例，但對于延長電池壽命、提高系統效率和可靠性以及降低安全風險至關重要。因此，在儲能系統設計和運營中，熱管理需要被充分考慮，并采取散熱系統、溫度傳感器和冷卻系統等措施來控制電池的工作溫度。同時，減小電池之間的溫差可以提高電池組的均衡性和整體性能。合理的熱管理設計有助于提高系統性能、壽命和安全性。

熱管理在儲能中的必要性都有哪些呢？

(1) 儲能系統產生大量熱量，但散熱空間有限，自然通風無法有效控制溫度，可能損害電池的壽命和安全。儲能系統的電池功率和數量較大，產生更多熱量，而電池緊密排列導致散熱受限，熱量難以迅速均勻散發(fā)，可能導致電池組之間熱量積聚和溫差過大等問題，最終影響電池的壽命和安全。

(2) 鋰電池放電倍率與產熱量正相關，儲能系統容量不斷增加，需要更強的熱管理系統配備。隨著儲能系統參與調峰調頻并具備高倍率和高容量的發(fā)展趨勢，熱管理系統的重要性也不斷提升，因為高倍率高容量會顯著增加產熱量。

（3）熱管理是保證儲能系統持續(xù)安全運行的關鍵。理想情況下的熱管理設計可以將儲能系統內部的溫度控制在鋰電池運行的最佳溫度區(qū)間（10-35℃），并保證電池組內部的溫度均一性，從而降低電池壽命衰減或熱失控的風險。

2、熱管理處于電化學儲能產業(yè)鏈的中游

電化學儲能產業(yè)鏈分為上游設備商、中游集成商、下游應用端三部分。

上游設備包括電池組、儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、能量管理系統（EMS）、熱管理和其他設備等，多數從業(yè)者為其他相近領域延伸而來；中游環(huán)節(jié)核心為系統集成+EPC；下游主要分為發(fā)電端、電網端、戶用/商用端、通信四大場景。儲能產業(yè)鏈多數企業(yè)參與其中1-2個細分領域，少數企業(yè)從電池到系統集成，甚至EPC環(huán)節(jié)全參與。

不同電池類型在儲能系統中有各自的優(yōu)勢，其中鋰電池和鈉電池具有巨大潛力。從全生命周期成本角度考慮，鋰離子電池相比鉛酸電池和液流電池，在后期維護方面具有成本優(yōu)勢。鈉硫電池雖然產業(yè)鏈尚未成熟，但有望成為一種成本較低的技術。不同電池類型在儲能系統中的選擇將根據能量密度、功率密度、成本和安全性等因素進行評估。這些技術的發(fā)展將為可持續(xù)能源和能源存儲領域提供更多選擇。

不同類型電池對比

下游客戶集中度較高，熱管理貨值相對較低，易形成上下游綁定關系。儲能系統中電池成本占比約55%，PCS占比約20%，BMS和EMS合計占比約11%，熱管理約占2%-4%。熱管理價值量占比相對較低，下游廠商更看重熱管理方案的穩(wěn)定性及安全性，價格敏感程度相對較低，且易于與方案提供商形成綁定關系，更換供應商的頻率更低，賽道龍頭更容易享受行業(yè)擴容紅利。

3、熱管理賽道橫向對比

儲能熱管理技術與精密空調、家用空調以及新能源車熱管理系統技術確實存在相似之處。

目前，一些主要企業(yè)已經開始涉足儲能熱管理領域，并積累了相關的業(yè)務和技術經驗。然而，儲能熱管理領域仍處于初級階段，競爭格局尚未完全確定。通過對這四個熱管理領域的橫向比較，可以幫助我們了解不同參與者的競爭優(yōu)勢，并對未來發(fā)展進行展望。這將有助于誰能夠抓住機遇并擁有最具創(chuàng)新性的產品和服務，從而在儲能熱管理領域取得成功。

儲能熱管理：

儲能系統的熱管理方案常見于一些偏遠地區(qū)，如草原和沙漠等。這些地區(qū)通常面臨風沙等惡劣環(huán)境條件，維護工作相對困難。因此，儲能系統對于熱管理方案的穩(wěn)定性、安全性和可靠性有較高的要求，一般壽命要求在10-20年。在價格方面，由于風冷方案已經比較成熟，因此在價格上通常更加敏感，比液冷方案更具有競爭力。

精密空調：

儲能系統的熱管理方案在行業(yè)中對溫度控制的精度要求較高。它主要應用于數據中心、通訊基站等領域。在機柜類控溫和大制冷量需求的集裝箱控溫方面，熱管理方案可能具有更強的競爭優(yōu)勢。此外，這些方案通常要求使用壽命在15年以上。

家用空調、商用空調：

應用場景為建筑空間內散熱，維護難度低，整套配件一般壽命要求6-8年。

新能源汽車熱管理：

安全性要求高，對于電池、電機的散熱的可靠性要求很高。

4、熱管理在其他領域的應用

新能源汽車銷量不斷提高，提升熱管理需求

2021年全球新能源汽車銷量大幅增長，達到670萬輛，同比增長102.4%。其中，中國市場銷量達到354.8萬輛，同比增長160.1%。預計到2030年，全球新能源汽車銷量將達到4780萬輛，占新車銷量比例接近50%。

隨著新能源汽車銷量的增加，對動力電池的溫控系統需求也日益提升。在動力電池的熱管理中，液冷技術顯示出優(yōu)越的性能。由于新能源動力電池的能量密度和功率密度的提高，傳統的風冷技術已經難以滿足對電池系統冷卻的需求。因此，采用電池液冷系統來管理熱量已經成為必要的選擇。液冷技術能夠提高電池系統溫度的一致性，確保將電池系統溫度控制在較佳的范圍內。一些汽車制造商，如特斯拉，已經采用了液冷技術作為主要的動力電池冷卻方式。

高功率充電樁對熱管理的需求

液冷技術是高功率充電樁熱管理可靠的解決方案。如銳速在2021年成功研發(fā)出500kW的液冷超級快充充電樁。2020年特斯拉投放的V3超級充電樁，充電15分鐘實現最高250km續(xù)航，也是采用液冷技術。

數控中心（IDC）對熱管理的需求

2021年數據中心市場規(guī)模達到3012億元，過去幾年增速在30%以上。根據信通院的測算，按照數據中心機架數量計算，2019年我國大型以上數據中心占比已經從2016年的39.5%提升至75.23%，而數據中心單機柜熱密度隨數據中心大型化不斷在提高。IT設備和溫控系統的功耗約占數據中心總能耗的80%以上。

傳統上，IDC機房主要采用傳統的風冷技術，但液冷技術在提高機房能效指數（PUE）方面具有顯著優(yōu)勢。隨著我國信息產業(yè)的快速發(fā)展，數據中心的整體需求不斷增加，單個機柜的功率密度也在不斷提高。

隨著云計算、大數據、人工智能等技術的發(fā)展和廣泛應用，數據中心規(guī)模不斷擴大，整體能耗也隨之增加。研究表明，采用液冷技術可以有效降低IDC機房的PUE值（即數據中心總設備能耗與IT設備能耗的比值）。IBM公司的SuperMUC就采用了液冷技術，取得了大幅降低數據中心損耗率的效果。

政府部門對高能耗問題提出更嚴格的管理要求。目前我國數據中心的PUE較高，《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》要求到2022年數據中心PUE達到1.4以下，將進一步提升液冷市場需求。

5G基站對熱管理的需求

5G基站數量迅速增長，未來規(guī)模將遠超4G。截至2021年底，我國已建成并開通了142.5萬個5G基站，同比增加超過65萬個。相較于4G基站，5G基站傳輸量和速率更高，基站數量、功率和發(fā)熱量也更大。預計未來5G基站規(guī)模可能超過現有3倍以上（2021年底4G基站約590萬個），對溫控節(jié)能設備和散熱產品的市場需求將大幅增加。

根據三大運營商數據，5G基站的能耗遠高于4G基站，約為4G的3-4倍甚至更多。目前大部分基站采用家用空調和自然通風方式，耗電量占總耗電量的40%以上。即使使用專用基站空調，大多數基站的能效比（PUE）仍超過2.0。因此，液冷技術有望成為5G基站的主流解決方案。

目前，液冷技術在基站中的應用相對較少，但隨著技術發(fā)展，預計其將得到廣泛應用。噴淋式液冷和浸沒式液冷是常見的液冷方式，主要應用于5G基站中的BBU設備。

液冷技術的推廣已有一些進展。例如，2017年，諾基亞在MWC展示了貝爾實驗室的液冷基站技術。2020年，芬蘭運營商Elisa宣布部署了全球首個商用液冷5G基站，其能耗降低30%，二氧化碳排放量降低80%。

綜上所述，隨著5G基站能耗的增加，液冷技術有望逐漸成為5G基站的主流解決方案，為提高基站能效和減少環(huán)境影響發(fā)揮重要作用。

其他領域對于熱管理的需求

除了上述提到的IDC、基站、移動通信設施和新能源汽車領域，熱管理技術在軌道交通、冷鏈、石化、新能源發(fā)電、數控機床和電力電子設備等行業(yè)也得到廣泛應用。不同公司在這些細分領域的布局和競爭格局相對分散。通用熱管理解決方案和專用熱管理技術并存，行業(yè)拓展是發(fā)展趨勢。

在某一領域中，早期布局并積累了行業(yè)專業(yè)知識的公司具備較強的競爭能力。儲能作為一個新興行業(yè)，那些具備熱管理競爭優(yōu)勢的企業(yè)有望從行業(yè)發(fā)展中獲益。隨著儲能行業(yè)的迅速發(fā)展，熱管理技術的需求將進一步增加，為有競爭優(yōu)勢的企業(yè)帶來機遇。

二、

技術路線及市場空間

儲能熱管理技術路線主要分為風冷、液冷、熱管&相變冷卻，其中熱管和相變冷卻技術尚未成熟。目前儲能熱管理的主流技術路線是風冷和液冷。

風冷：通過氣體對流降低電池溫度。具有結構簡單、易維護、成本低等優(yōu)點，但散熱效率、散熱速度和均溫性較差。適用于產熱率較低的場合。

液冷：通過液體對流降低電池溫度。散熱效率、散熱速度和均溫性好，但成本較高，且有冷液泄露風險。適用于電池包能量密度高，充放電速度快，環(huán)境溫度變化大的場合。

熱管&相變：分別通過介質在熱管中的蒸發(fā)吸熱和材料的相態(tài)轉換來實現電池的散熱。

1.風冷系統：方案成熟，應用廣泛

風冷是一種利用空氣作為介質的散熱方法，通過利用空氣中的溫差來產生熱對流，實現散熱效果。風冷散熱可以分為自然風冷和強制風冷兩種方式。

自然風冷是利用自然的氣流、空氣溫差和空氣密度差來實現電池的散熱，包括對電池模組和電池箱進行散熱處理。然而，由于空氣的換熱系數較低，自然對流散熱往往難以滿足電池的散熱需求。

強制風冷則需要額外安裝空調和鼓風機等設備，通過控制外部空氣通過電芯間隙或底部流過，并通過空調系統調節(jié)整體環(huán)境溫度，以滿足電池的工作溫度需求。強制風冷通過增加空氣流動的速度和強度，提高了散熱效果。

（1）風冷系統與傳統的空調系統構成相似

風冷系統的核心零部件包括：壓縮機、電機、冷凝器、蒸發(fā)器，主要材料包括冷軋板、鍍鋅板、銅、鋁等。其中壓縮機成本占比最高，電機和電控次之。目前儲能熱管理中風冷應用占比最高。

（2）2021年儲能風冷系統成本約為3000萬元/GWh

風冷系統有以下優(yōu)點：結構簡單、系統鋪設方案成熟、整體成本和維護成本較低。然而，風冷系統的缺點是冷卻介質的比熱容較低，換熱系數也較低（25~100），容易導致電池簇之間的溫差，整體散熱效率低于液冷方案。此外，風冷系統的通道占地面積較大，對預留面積的要求更高。

2.液冷系統：高效散熱，滲透率有望大幅提升

液冷較風冷優(yōu)勢明顯，或是未來的主流儲能溫控發(fā)展方向：

（1）可容納更高能量密度的儲能系統

鋰電池向更高能量密度發(fā)展，液冷方案可容納更高能量密度的儲能系統。

（2）更小占地面積

以科華S3液冷儲能系統為例，配備1500V儲能電池，裝機容量達3.44MWh，集裝箱尺寸僅為20寸，較傳統40寸風冷系統不僅能量密度提升100%，能耗也降低了30%+，同時支持儲能系統拼裝，可節(jié)省占地面積40%以上。

（3）均勻降溫，精準控溫

液冷系統方案更靠近熱源，整體溫度均勻，有利于延長電池壽命，比風冷更能適合戶外環(huán)境。液冷系統同時具有更精準控溫的能力，已有產品可以將柜內所有電芯的溫差精準控制在2.5℃以內，提高電池充放電效率。

目前，在儲能熱管理領域，液冷方案受到更高關注，有望引領中長期的發(fā)展方向。液冷系統的單套系統價值較高，市場上已有成熟的方案，且有眾多新進入者加入，主流供應商也在加速研究和迭代。因此，液冷方案有望成為未來儲能熱管理的主流溫控方案。

液冷方案利用液體作為冷卻介質，通過對流換熱的方式將電池產生的熱量帶走。液體具有高換熱系數、較大的比熱容和快速冷卻的特點，能有效降低電池的最高溫度并提高溫度分布的均勻性，同時液冷系統的結構較為緊湊。

液體與電池的接觸模式有兩種：

一種是直接接觸，電池單體或者模塊沉浸在液體（如電絕緣的硅油）中，讓液體直接冷卻電池，此方案對絕緣性要求較高；另一種是在電池間設置冷卻通道或者冷板，讓液體間接冷卻電池，儲能系統多數采用此種方案。液冷技術的研究主要關注于液體冷卻劑的選擇、流道的優(yōu)化、流速的優(yōu)化以及熱電耦合模型等。

（4）價值量約為9000萬/GWh

從價值量拆分來看，液冷主機價值量最高，其中包括壓縮機、冷凝器、節(jié)流器、蒸發(fā)器、水泵等零部件，其次是液冷板，液冷主機和液冷板合計占比約為68%；換熱器占比約為10%，管路占比約為8%。

（5）液冷系統：市場在售液冷溫控產品

3.市場空間

假設：新增裝機規(guī)模：經我們前文測算，2025年全球儲能新增裝機量將達到362GWh。產品結構：我們假設21年液冷系統裝機占比為20%，且以10%年增線性外推，假設到25年液冷裝機占比達60%。熱管理系統單價：因目前市場參與者眾多，我們預計熱管理單位價值量將逐年下降，其中風冷成本以15%/12%/9%/6%逐年下降；液冷市場增長更快，競爭更激烈，因此將呈現較陡峭的下降曲線，預計液冷成本22-25年每年下降20%/15%/20%/5%。

測算得：2025年熱管理價值量合計達141億元，其中液冷/風冷方案價值量114/28億元，占比由21年的20%/80%變?yōu)?5年的60%/40%，推動熱管理系統價值量占比由2.3%提升至3.4%。

三、

未來趨勢

1.短期

液冷系統憑借更高制冷效率、更高容量兼容度、更低占地面積等優(yōu)勢，將取代風冷成為行業(yè)主流，有液冷產品開發(fā)經驗的廠商在技術、大儲獲客上具有先發(fā)優(yōu)勢。下游儲能集成商及電池廠商格局穩(wěn)定，2021年儲能系統出貨CR10占據47.2%份額（國內），綜合服務好、大客戶粘性高的熱管理企業(yè)擁更大勢能。

2.中期

我國儲能資質認證尚未健全，儲能熱管理尚未形成統一標準，下游客戶需求多樣化，因此具有快速響應能力、柔性定制能力的熱管理廠商將處于領先地位，占據更多市場份額。

3.長期

海外已有國際IEC、歐盟CE、歐洲VDE、美國UL、澳洲CEC、日本JIS、聯合國UN38.3等儲能資質認證，預計未來我國將在頭部儲能系統集成商帶領下形成熱管理體系標準化方案，因此擁有穩(wěn)定的模塊化生產能力的廠商將長期受益。

四、

新能源汽車熱管理與儲能CCS隔離板

新能源汽車的熱管理系統與儲能CCS隔離板密切相關，特別是在電池系統的熱管理方面。

1. 新能源汽車熱管理系統：

新能源汽車的熱管理系統負責管理車輛的熱量，包括電池系統的熱管理。電池系統在充電和放電過程中會產生熱量，若不能及時有效地散熱，可能導致電池溫度過高，影響電池性能和壽命，甚至引發(fā)安全隱患。因此，新能源汽車的熱管理系統利用散熱器、風扇、冷卻液等組件來控制和調節(jié)電池系統的溫度。

儲能CCS隔離板用于充電樁或充電設施，其作用是隔離電池系統和充電系統之間的電氣連接，確保安全和電氣隔離。在電動車輛中，電池系統和充電系統之間的電氣隔離非常重要，以確保充電過程的安全性和電氣性能。

2. 儲能CCS隔離板：

儲能CCS隔離板不僅提供電氣隔離，還提供電池系統和充電系統之間的物理隔離，避免熱量在兩個系統之間的傳遞。它能防止?jié)撛诘碾姎夤收虾桶踩L險。

因此，新能源汽車的熱管理系統和儲能CCS隔離板是相輔相成的。熱管理系統確保電池系統的溫度控制和散熱效果，而儲能CCS隔離板確保電池系統與充電系統之間的電氣和物理隔離，共同提升電動車輛的安全性和性能。

而儲能設備主要由電池組、儲能逆變器( PCS)、能量管理系統( EMS)、電池管理系統( BMS)構成。

電池組為最主要的構成部分，其主體由電芯構成。電池組中除了涉及溫控（散熱）和消防系統外，還包括儲能逆變器、EMS（Energy Management System）和BMS（Battery Management System）等輔助系統。

儲能逆變器是不可或缺的重要組成部分，負責將直流電轉換為交流電，是實現電站并網運行的必要條件。EMS和BMS主要集中在系統軟件層面，由儲能投資商負責設計。

EMS負責數據采集和能量調度，以實現對能量的優(yōu)化管理。而BMS負責電池的監(jiān)控和管理，確保電池的充放電均勻穩(wěn)定，從而提高電池的壽命和性能。這些輔助系統共同協作，保證電池組的正常運行和安全性，提高儲能系統的效率和可靠性。

“擁有儲能BMS配套、儲能線束加工優(yōu)勢的我們，為儲能管理，做性價比高的溫度采集管理方案。方案為BMS提供鋰/氫電池本體、電池冷卻介質與BMS控制板的溫度管理，也為儲能CCS集成采集母排提供溫度采集管理，”——溫度傳感器專家特普生曾總告訴溫度床傳感器研究院說。

“目前，市場反饋的傳感器失效模式為兩種：防水與耐壓情況不佳。防水是指吸潮后傳感器阻值下降，主要為潮氣影響；耐壓則是傳感器絕緣層被擊穿。為妥善解決傳感器失效模式，特普生傳感器針完全勝任。一是針對潮氣影響，特普生傳感器在保持耐溫175度的條件下、耐水煮168小時。打破行業(yè)48小時極限；二在絕緣度問題上，特普生傳感器可長期耐壓5VDC，遠高于行業(yè)3500VDC的標準要求。”

（特普生戶儲CCS隔離板）

“我們?yōu)殡姵匕㈦姵啬＝M、電池族、儲能箱公司，也為BMS產品，提供定制化的儲能CCS隔離板。譬如支架，可以選擇注塑或吸塑隔離板+線槽；采集組件，可以選擇線束、FPC、PCB或FFC；溫感采集線，可以選擇環(huán)氧頭、OT端子、鎳端子（都含NTC)；鋁巴當然是含鋁量達到99.6%的1060鋁板。連接方式，可以選擇打膠、打螺絲、超聲焊或激光焊”。

儲能CCS隔離板，在鋰離子電池系統中實現以下主要功能：通過銅鋁巴實現電芯的串并聯，輸出電流。采集電芯電壓、電芯溫度提供均衡和補電通道。

作者簡介

吳憨子：傳感器應用營銷老師。投資及擔任森霸傳感、特普生傳感應用營銷顧問，歡迎交流傳感器應用與投融資，微信：mckinsin

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審核編輯 黃宇