吴憨子：一篇入门储能温控用温度传感器

一、

储能温控历史机遇

温控提高电池安全性，解决储能后顾之忧

新型电力系统中，我们可以从供给侧和需求侧两个角度来看待：

1.供给侧：新能源正在逐渐成为电力系统的主要装机和电量来源。

2.需求侧：终端能源消费已高度电气化，越来越多的“产消者”涌现。

3.从整个系统的角度来看，电力系统运行机理也发生了深刻的变化。新能源发电具有随机性和波动性，无法通过调节自身出力来适应用户需求的变化。因此，传统的“源随荷动”模式已经不再适用于新型电力系统。我们必须采取储能等措施，通过源、网、荷、储之间的协调互动来实现电力供需动态平衡。这是新型电力系统中的关键所在。

全球电化学储能高速增长

2021 年全球累计装机量为 24.4GW，为 2017 年的 8.4 倍；2021 年全球新增装机量为10.2GW/yoy+117%，高增长态势仍在持续。

锂电池安全性、容量衰减受温度影响较大。

锂电池最佳温度区间为 10-35℃，过度的高低温均会对锂电池寿命、安全性产生影响。持续的高温环境下，锂电池内部的 SEI 膜首先分解，随后负极材料与电解液产生反应、隔膜熔融，最终正极材料及电解液发生分解。

电池的这些变化会导致锂离子通道发生闭塞，引起正负极直接接触、短路，从而放出大量热。此外，这些材料分解的过程中还会产生大量气体和热量，电池内部压力迅速增加，从而发生如电池鼓包、破裂、泄压阀破裂、铝箔熔化等热失控现象。热失控一旦发生，电池内部温差可达 520 ℃，对安全性带来严峻挑战。

高温会导致电池内阻增加、活性材料和有效锂离子流失，进而降低电池容量。而在低温环境下，电池负极会析锂形成锂枝晶，严重时刺穿 SEI 膜，影响安全性。低温会导致电解液凝固，阻抗增加，进而降低电池容量，磷酸铁锂电池容量保持率在 0 ℃下为 60%-70%，在−20 ℃时降低至 20%-40%。（根据《锂离子电池低温特性研究进展）

除温度外，电池间温差亦会对电池性能产生影响。电池使用过程中，负荷变化会引起电流波动起伏，进而引起电池组生热不均匀。电池组往复使用后，各单体电池的老化程度会有所不同，导致木桶效应。为达到电池一致性要求，单体电池温差需小于 5℃。

温控保障锂电在最佳温度区间工作，降低电池间温差，重要性凸显。通过应用温控系统，储能电池可在 10-35℃最佳温度区间工作，且电芯间温差可控制在 5℃以内，可最大程度避免热失控、容量衰减。

相较电动汽车，储能系统由更多电池单体连结而成，故发生热失控概率更高，对安全防护提出更高要求。根据清华大学车辆与运载学院，电池热失效概率为 1-（1-P）n，P 为单体电池热失效概率，n 为电池数量。

对于动力/储能电池，P 约为 10-7，假设电动汽车单车含100 节电池，储能电站含 100000 节，则根据公式，二者发生热失控概率分别为 10-5、10-2，储能电站发生热失控概率达 1/100 量级，对热管理提出更高要求。

高倍率、长时间充放电增大放热量，温控重要性愈发显著。电化学储能包括能量型与倍率型储能，前者需满足长时间放电需求，主要应用于能量时移；后者则需具备瞬时高功率输出能力，主要用于电力系统调频。

现阶段，风光发电占比不断提升，电力系统对调峰、调频均有更高需求。因此，能量型储能愈发长时化，倍率型储能需具备更高功率。在相同温度下，储能功率越高、放电时间越久，其储能系统放热量越高。因此，在长时储能、高倍率储能应用增多的背景下，储能温控重要性愈发显著。

风冷主导存量市场，液冷加速渗透

储能温控主要包括风冷、液冷、热管冷却、相变冷却等技术。其中，风冷系统结构简单、可靠性高、寿命长、成本低、易于实现，是目前国内主流技术路径。液冷系统散热效率高、散热速度快，在高倍率、高容量场景下优势凸显，故全球储能系统正呈现液冷加速渗透，取代风冷的趋势。相变冷却与热管冷却目前实际应用较少，尚处于实验室阶段，故本文主讨论风冷、液冷技术趋势。

20℃条件下放热量与放电功率的关系

1C倍率下放热量与放电时间的关系

综合来看，良好的温度控制可有效减缓电池容量衰减、防止电池热失控，对电化学储能当前两个最大的痛点，即度电成本与安全性，均有积极作用，重要性凸显。未来，高容量、高倍率储能应用增多，将对温控提出更高要求，其应用必要性将愈发突出。

储能温控技术分类

温控技术对比

液冷能耗低、电池寿命长，具更低 LCOE，正加速渗透。为达到相同电池平均温度，风冷需比液冷高 2-3 倍能耗，而相同功耗下电池包的最高温度，风冷比液冷要高 3-5 摄氏度。（根据埃泰斯新能源实验）

此外，根据阳光电源，其液冷系统可更好地控制电池间温差，从而解决电池一致性问题，其液冷储能可将系统寿命延长 2 年以上。综合说，液冷具有更高的散热效率与散热速度，并且可以更好的控制电池间温差，因此，其能耗更低、系统寿命更长，从而协助储能系统降低全生命周期成本。

液冷温控电池一致性更佳

液冷加速渗透趋势明显

目前，国内主流系统集成商均已推出液冷系统解决方案，印证其日益旺盛的需求。此外，国内部分项目在招标时指定储能系统需配备液冷温控，如淮北皖能储能电站一期、宁夏穆和储能电站等。

目前，国内储能以风冷为主，而美国等成熟市场有较高比例液冷应用。美国储能已形成自发性需求，利用率高，运营商更多考虑安全性、全生命周期成本。未来，随着全球储能利用率提升，液冷将加速渗透。

二、

储能温控产业链

上游：各种核心部件，包括风冷核心部件和液冷核心部件；压缩机上市企业包括四川长虹、长虹华意等，换热器企业包括三花智控、双良节能等，液冷板企业包括东山精密、盾安环境等。

中游：风冷系统和液冷方案；企业主要为英维克、申菱环境、同飞股份、高澜股份、松芝股份、奥特佳、宁德时代、海亮股份、龙源电力、亿纬锂能、巨化股份、三花智控、当升科技、中鼎股份、安克创新、盾安环境等。

下游：储能电池厂商、储能系统集成厂商。

三、

与温度传感器

1、储能温控中上游如何用温度传感器

温控设备提供商：譬如英维克、 申菱环境、佳力图、高澜股份、黑牡丹、网宿科技、 依米康，温控系统能耗占数据中心非 IT 能耗的 80%，温控系统的能耗是 PUE 是否能降低到合理水平的关键因素之一。

1）散热制冷：空气冷却系统、液体冷却系统用温度传感器。

（特普生-风冷温度传感器）

（特普生-液冷温度传感器）

2）供配电：配电柜用到温度传感器、机器温控器与温湿度传感器。变压器用到温度控制器、变压测温传感器。温度传感器在柴油发电机组冷却液系统和燃油系统中，均有应用。

（特普生-配电柜温度传感器）

IT及网络设备：

“监控交换机各个硬件，比如芯片温度、扣板温度等，都设置温度传感器，并取最高值就行”。特普生曾老师说，“温度监控对服务器很重要，应对不同环境、平衡机架密度、停电预防。机架外/室内温度传感器，非常适合检测不同环境温度，提供机架的特定温度映射。机架内温度传感器，可以获得CPU、GPU、入口、出口温度的准确读数。”

2、储能温控下游如何用温度传感器

储能系统竞争格局未定，电池厂、逆变器厂商、电站厂商均进入储能系统竞争。储能系统由电池组、 消防、温控、PCS、EMS、BMS构成。储能设备主要由电池组、储能逆变器( PCS)、能量管理系统( EMS)、电池管理系统( BMS)构成。

电池组为最主要的构成部分，其主体由电芯构成。电池组中涵盖其他辅助系统包括温控(散热)，消防。储能逆变器为必不可少的重要组成部分，负责直流交流转化，是电站并网运行的必备条件。EMS、 BMS主要集中于系统软件层面，由储能投资商负责设计， EMS负责数据采集、能量调度；BMS负责电池监控、管理，保证充放均匀稳定。

“拥有储能BMS配套、储能线束加工优势的我们，为储能管理，做性价比高的温度采集管理方案。方案为BMS提供锂/氢电池本体、电池冷却介质与BMS控制板的温度管理，也为储能CCS集成采集母排提供温度采集管理，”——温度传感器专家特普生曾总告诉温度床传感器研究院说。

“目前，市场反馈的传感器失效模式为两种：防水与耐压情况不佳。防水是指吸潮后传感器阻值下降，主要为潮气影响；耐压则是传感器绝缘层被击穿。为妥善解决传感器失效模式，特普生传感器针完全胜任。一是针对潮气影响，特普生传感器在保持耐温175度的条件下、耐水煮168小时。打破行业48小时极限；二在绝缘度问题上，特普生传感器可长期耐压5VDC，远高于行业3500VDC的标准要求。”

1）特普生储能CCS集成采集母排

（特普生户储CCS隔离板）

“我们为电池包、电池模组、电池族、储能箱公司，也为BMS产品，提供定制化的储能CCS隔离板。譬如支架，可以选择注塑或吸塑隔离板+线槽；采集组件，可以选择线束、FPC、PCB或FFC；温感采集线，可以选择环氧头、OT端子、镍端子（都含NTC)；铝巴当然是含铝量达到99.6%的1060铝板。连接方式，可以选择打胶、打螺丝、超声焊或激光焊”。

储能CCS隔离板，在锂离子电池系统中实现以下主要功能：通过铜铝巴实现电芯的串并联，输出电流。采集电芯电压。采集电芯温度。提供均衡和补电通道。

2）BMS系统温度管理

“用于动力电池模组电芯的电压和温度采样，采集数据通过数据采集模块汇总、分析再传输给给电池管理系统主控制器模块，主控模块对数据进行分析和处理后，发出对应的程序控制和变更指令，做出均衡措施。适用于纯电动、混合动力乘用车、物流、客车、特种车等车型及48V动力系统 。它具有组装工时短、小型化、轻量化、薄形化、可挠性、弯折性好等特点。”

（电池BMS温度传感器）

“也有一些客户需求电池芯内温度采集线束。这时，NTC温度传感器特别适合用于电池内芯与芯之间。最小直径尺寸可以做到0.7mm ，最薄可以做到0.6mm。柔性化，可弯曲，便于安装。”

（电池芯内温度采集线束）

“固定片NTC温度传感器主要用于电池PACK模组。它采用单端玻封NTC热敏电阻，外围用环氧树脂+外壳封装，热敏电阻和导线的焊接点完全密封在树脂涂层里面，具有良好的防水性及密封性。环氧树脂封装温度传感器将高精度、高可靠的NTC热敏电阻与PVC或Teflon导线连接，用绝缘、导热、防水、防潮材料封装成所需形状，便于安装与远距离测控温。通过测量NTC热敏电阻的电阻值来确定相应的温度，从而达到了检测和控制产品温度的目的”

（电池外围温度采集线束）

3）储能冷却（风冷/液冷）系统温度管理

“储能风冷或液冷，这些冷却温度管理，要采用单端玻璃封装热敏电阻，精度高、可靠性好。譬如双85测试1000小时，耐水煮测试1000小时。采用特殊的内部结构，正常使用寿命10年以上。”

（储能冷却（风冷/液冷）温度传感器）

4）储能消防系统温度管理

“我们发现储能消防系统温度管理这套传感器，特别适合用于储能消防用，最小直径尺寸可以做到：0.7mm。响应速度最快可达1.5S（液体介质）。温湿度模块、温度气体模块等，也可以无线化数据传输。”

（储能消防温度传感器）

四、

技术路线

目前，储能温控系统的技术路线可分为四类：

（1）空气冷却，以空气为介质，通过空气对流实现热交换；

（2）液体冷却，以液体为冷却介质，既可以通过液体与电池直接接触换热（直接接触型），也可以通过冷却管中液体流动换热（间接接触型）；

（3）热管冷却，利用压差及多孔材料的毛细力实现非重力方向的热传导；

（4）相变冷却，通过无机或有机相变材料，在温度不变的情况下通过物理状态的改变来实现放热或吸热。

储能温控市场的参与者可以大致分为三类：

1、传统工业温控企业，他们凭借在水冷设备方面的技术积累，进入储能温控领域的壁垒较低。这些企业和储能温控技术有同源性，代表企业包括同飞股份和高澜股份。

2、精密温控企业，他们在数据中心温度控制方面有着丰富的经验。由于集装箱储能与数据中心温控具有相似性，这些企业有望实现技术外延，代表企业有英维克和申菱环境。

3、汽车电池热管理企业，他们在锂电池温控技术和经验方面积累较为丰富。代表企业有松芝股份和奥特佳。

总的来说，储能温控市场的参与者大多具有相似的技术背景。这些企业进入储能温控领域的壁垒较低，有望取得先发优势，并共同推动该行业的高速发展。

作者简介

吴憨子：传感器应用营销老师。投资及担任森霸传感、特普生传感应用营销顾问，欢迎交流传感器应用与投融资，微信：mckinsin

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审核编辑黄宇