吴憨子：热管理技术路线、市场与趋势

一、

热管理概述

1、热管理的必要性

在锂电池的充放电过程中，部分化学能或电能会转化为热能。如果储能系统的散热效果不佳，可能导致热失控现象，进而引发电池的短路、鼓包以及明火等问题，最终可能导致火灾或爆炸等安全事故。据中国新能源产业协会（CNSEA）的不完全统计，过去十年全球发生了60多起储能安全事故，截至今年4月底，全球已发生了8起储能安全事故。这些频繁发生的事故突显了热管理在确保储能电站安全运行方面的重要性。

锂电池的热性能与其放电倍率密切相关，同时也决定了电池的运行效率、安全性和可靠性。当电池的放电倍率增加时，电池可释放的容量减少，同时放电平台也降低，使得电池变得不稳定，并导致温度升高。在高倍率放电（即1.5倍倍率以上）的情况下，锂电池的工作温度可能会超过理想的工作温度范围。目前，高倍率放电正逐渐成为一种趋势，这进一步加大了对电池热管理的需求。

因此，储能系统中的热管理至关重要，它能够控制电池温度，确保电池处于安全的工作范围内，并提高电池的寿命和性能。有效的热管理解决方案可以包括散热设计、温度传感器、热传导材料、冷却系统等，以提供稳定的温度控制和热量分散。通过优化热管理系统，可以降低热失控风险，提高储能系统的安全性和可靠性，从而保障电池和整个储能系统的正常运行。

热管理具体指什么呢？

热管理是根据不同对象（如电池系统、基站、数据中心、新能源汽车）的需求，通过加热或冷却等方式对温度或温差进行调节和控制的过程。以锂离子电池为例，它们在15-20℃的温度范围内能够实现最佳的工作效率和寿命。如果电池的工作温度超过50℃，其寿命将迅速减少，并且可能引发安全事故。

热管理在储能系统设计中至关重要。它包括保持电池表面温度在合适范围内和控制电池之间的温差。储能电站中，热管理占据了约3%的成本比例，但对于延长电池寿命、提高系统效率和可靠性以及降低安全风险至关重要。因此，在储能系统设计和运营中，热管理需要被充分考虑，并采取散热系统、温度传感器和冷却系统等措施来控制电池的工作温度。同时，减小电池之间的温差可以提高电池组的均衡性和整体性能。合理的热管理设计有助于提高系统性能、寿命和安全性。

热管理在储能中的必要性都有哪些呢？

(1) 储能系统产生大量热量，但散热空间有限，自然通风无法有效控制温度，可能损害电池的寿命和安全。储能系统的电池功率和数量较大，产生更多热量，而电池紧密排列导致散热受限，热量难以迅速均匀散发，可能导致电池组之间热量积聚和温差过大等问题，最终影响电池的寿命和安全。

(2) 锂电池放电倍率与产热量正相关，储能系统容量不断增加，需要更强的热管理系统配备。随着储能系统参与调峰调频并具备高倍率和高容量的发展趋势，热管理系统的重要性也不断提升，因为高倍率高容量会显著增加产热量。

（3）热管理是保证储能系统持续安全运行的关键。理想情况下的热管理设计可以将储能系统内部的温度控制在锂电池运行的最佳温度区间（10-35℃），并保证电池组内部的温度均一性，从而降低电池寿命衰减或热失控的风险。

2、热管理处于电化学储能产业链的中游

电化学储能产业链分为上游设备商、中游集成商、下游应用端三部分。

上游设备包括电池组、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）、热管理和其他设备等，多数从业者为其他相近领域延伸而来；中游环节核心为系统集成+EPC；下游主要分为发电端、电网端、户用/商用端、通信四大场景。储能产业链多数企业参与其中1-2个细分领域，少数企业从电池到系统集成，甚至EPC环节全参与。

不同电池类型在储能系统中有各自的优势，其中锂电池和钠电池具有巨大潜力。从全生命周期成本角度考虑，锂离子电池相比铅酸电池和液流电池，在后期维护方面具有成本优势。钠硫电池虽然产业链尚未成熟，但有望成为一种成本较低的技术。不同电池类型在储能系统中的选择将根据能量密度、功率密度、成本和安全性等因素进行评估。这些技术的发展将为可持续能源和能源存储领域提供更多选择。

不同类型电池对比

下游客户集中度较高，热管理货值相对较低，易形成上下游绑定关系。储能系统中电池成本占比约55%，PCS占比约20%，BMS和EMS合计占比约11%，热管理约占2%-4%。热管理价值量占比相对较低，下游厂商更看重热管理方案的稳定性及安全性，价格敏感程度相对较低，且易于与方案提供商形成绑定关系，更换供应商的频率更低，赛道龙头更容易享受行业扩容红利。

3、热管理赛道横向对比

储能热管理技术与精密空调、家用空调以及新能源车热管理系统技术确实存在相似之处。

目前，一些主要企业已经开始涉足储能热管理领域，并积累了相关的业务和技术经验。然而，储能热管理领域仍处于初级阶段，竞争格局尚未完全确定。通过对这四个热管理领域的横向比较，可以帮助我们了解不同参与者的竞争优势，并对未来发展进行展望。这将有助于谁能够抓住机遇并拥有最具创新性的产品和服务，从而在储能热管理领域取得成功。

储能热管理：

储能系统的热管理方案常见于一些偏远地区，如草原和沙漠等。这些地区通常面临风沙等恶劣环境条件，维护工作相对困难。因此，储能系统对于热管理方案的稳定性、安全性和可靠性有较高的要求，一般寿命要求在10-20年。在价格方面，由于风冷方案已经比较成熟，因此在价格上通常更加敏感，比液冷方案更具有竞争力。

精密空调：

储能系统的热管理方案在行业中对温度控制的精度要求较高。它主要应用于数据中心、通讯基站等领域。在机柜类控温和大制冷量需求的集装箱控温方面，热管理方案可能具有更强的竞争优势。此外，这些方案通常要求使用寿命在15年以上。

家用空调、商用空调：

应用场景为建筑空间内散热，维护难度低，整套配件一般寿命要求6-8年。

新能源汽车热管理：

安全性要求高，对于电池、电机的散热的可靠性要求很高。

4、热管理在其他领域的应用

新能源汽车销量不断提高，提升热管理需求

2021年全球新能源汽车销量大幅增长，达到670万辆，同比增长102.4%。其中，中国市场销量达到354.8万辆，同比增长160.1%。预计到2030年，全球新能源汽车销量将达到4780万辆，占新车销量比例接近50%。

随着新能源汽车销量的增加，对动力电池的温控系统需求也日益提升。在动力电池的热管理中，液冷技术显示出优越的性能。由于新能源动力电池的能量密度和功率密度的提高，传统的风冷技术已经难以满足对电池系统冷却的需求。因此，采用电池液冷系统来管理热量已经成为必要的选择。液冷技术能够提高电池系统温度的一致性，确保将电池系统温度控制在较佳的范围内。一些汽车制造商，如特斯拉，已经采用了液冷技术作为主要的动力电池冷却方式。

高功率充电桩对热管理的需求

液冷技术是高功率充电桩热管理可靠的解决方案。如锐速在2021年成功研发出500kW的液冷超级快充充电桩。2020年特斯拉投放的V3超级充电桩，充电15分钟实现最高250km续航，也是采用液冷技术。

数控中心（IDC）对热管理的需求

2021年数据中心市场规模达到3012亿元，过去几年增速在30%以上。根据信通院的测算，按照数据中心机架数量计算，2019年我国大型以上数据中心占比已经从2016年的39.5%提升至75.23%，而数据中心单机柜热密度随数据中心大型化不断在提高。IT设备和温控系统的功耗约占数据中心总能耗的80%以上。

传统上，IDC机房主要采用传统的风冷技术，但液冷技术在提高机房能效指数（PUE）方面具有显著优势。随着我国信息产业的快速发展，数据中心的整体需求不断增加，单个机柜的功率密度也在不断提高。

随着云计算、大数据、人工智能等技术的发展和广泛应用，数据中心规模不断扩大，整体能耗也随之增加。研究表明，采用液冷技术可以有效降低IDC机房的PUE值（即数据中心总设备能耗与IT设备能耗的比值）。IBM公司的SuperMUC就采用了液冷技术，取得了大幅降低数据中心损耗率的效果。

政府部门对高能耗问题提出更严格的管理要求。目前我国数据中心的PUE较高，《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》要求到2022年数据中心PUE达到1.4以下，将进一步提升液冷市场需求。

5G基站对热管理的需求

5G基站数量迅速增长，未来规模将远超4G。截至2021年底，我国已建成并开通了142.5万个5G基站，同比增加超过65万个。相较于4G基站，5G基站传输量和速率更高，基站数量、功率和发热量也更大。预计未来5G基站规模可能超过现有3倍以上（2021年底4G基站约590万个），对温控节能设备和散热产品的市场需求将大幅增加。

根据三大运营商数据，5G基站的能耗远高于4G基站，约为4G的3-4倍甚至更多。目前大部分基站采用家用空调和自然通风方式，耗电量占总耗电量的40%以上。即使使用专用基站空调，大多数基站的能效比（PUE）仍超过2.0。因此，液冷技术有望成为5G基站的主流解决方案。

目前，液冷技术在基站中的应用相对较少，但随着技术发展，预计其将得到广泛应用。喷淋式液冷和浸没式液冷是常见的液冷方式，主要应用于5G基站中的BBU设备。

液冷技术的推广已有一些进展。例如，2017年，诺基亚在MWC展示了贝尔实验室的液冷基站技术。2020年，芬兰运营商Elisa宣布部署了全球首个商用液冷5G基站，其能耗降低30%，二氧化碳排放量降低80%。

综上所述，随着5G基站能耗的增加，液冷技术有望逐渐成为5G基站的主流解决方案，为提高基站能效和减少环境影响发挥重要作用。

其他领域对于热管理的需求

除了上述提到的IDC、基站、移动通信设施和新能源汽车领域，热管理技术在轨道交通、冷链、石化、新能源发电、数控机床和电力电子设备等行业也得到广泛应用。不同公司在这些细分领域的布局和竞争格局相对分散。通用热管理解决方案和专用热管理技术并存，行业拓展是发展趋势。

在某一领域中，早期布局并积累了行业专业知识的公司具备较强的竞争能力。储能作为一个新兴行业，那些具备热管理竞争优势的企业有望从行业发展中获益。随着储能行业的迅速发展，热管理技术的需求将进一步增加，为有竞争优势的企业带来机遇。

二、

技术路线及市场空间

储能热管理技术路线主要分为风冷、液冷、热管&相变冷却，其中热管和相变冷却技术尚未成熟。目前储能热管理的主流技术路线是风冷和液冷。

风冷：通过气体对流降低电池温度。具有结构简单、易维护、成本低等优点，但散热效率、散热速度和均温性较差。适用于产热率较低的场合。

液冷：通过液体对流降低电池温度。散热效率、散热速度和均温性好，但成本较高，且有冷液泄露风险。适用于电池包能量密度高，充放电速度快，环境温度变化大的场合。

热管&相变：分别通过介质在热管中的蒸发吸热和材料的相态转换来实现电池的散热。

1.风冷系统：方案成熟，应用广泛

风冷是一种利用空气作为介质的散热方法，通过利用空气中的温差来产生热对流，实现散热效果。风冷散热可以分为自然风冷和强制风冷两种方式。

自然风冷是利用自然的气流、空气温差和空气密度差来实现电池的散热，包括对电池模组和电池箱进行散热处理。然而，由于空气的换热系数较低，自然对流散热往往难以满足电池的散热需求。

强制风冷则需要额外安装空调和鼓风机等设备，通过控制外部空气通过电芯间隙或底部流过，并通过空调系统调节整体环境温度，以满足电池的工作温度需求。强制风冷通过增加空气流动的速度和强度，提高了散热效果。

（1）风冷系统与传统的空调系统构成相似

风冷系统的核心零部件包括：压缩机、电机、冷凝器、蒸发器，主要材料包括冷轧板、镀锌板、铜、铝等。其中压缩机成本占比最高，电机和电控次之。目前储能热管理中风冷应用占比最高。

（2）2021年储能风冷系统成本约为3000万元/GWh

风冷系统有以下优点：结构简单、系统铺设方案成熟、整体成本和维护成本较低。然而，风冷系统的缺点是冷却介质的比热容较低，换热系数也较低（25~100），容易导致电池簇之间的温差，整体散热效率低于液冷方案。此外，风冷系统的通道占地面积较大，对预留面积的要求更高。

2.液冷系统：高效散热，渗透率有望大幅提升

液冷较风冷优势明显，或是未来的主流储能温控发展方向：

（1）可容纳更高能量密度的储能系统

锂电池向更高能量密度发展，液冷方案可容纳更高能量密度的储能系统。

（2）更小占地面积

以科华S³液冷储能系统为例，配备1500V储能电池，装机容量达3.44MWh，集装箱尺寸仅为20寸，较传统40寸风冷系统不仅能量密度提升100%，能耗也降低了30%+，同时支持储能系统拼装，可节省占地面积40%以上。

（3）均匀降温，精准控温

液冷系统方案更靠近热源，整体温度均匀，有利于延长电池寿命，比风冷更能适合户外环境。液冷系统同时具有更精准控温的能力，已有产品可以将柜内所有电芯的温差精准控制在2.5℃以内，提高电池充放电效率。

目前，在储能热管理领域，液冷方案受到更高关注，有望引领中长期的发展方向。液冷系统的单套系统价值较高，市场上已有成熟的方案，且有众多新进入者加入，主流供应商也在加速研究和迭代。因此，液冷方案有望成为未来储能热管理的主流温控方案。

液冷方案利用液体作为冷却介质，通过对流换热的方式将电池产生的热量带走。液体具有高换热系数、较大的比热容和快速冷却的特点，能有效降低电池的最高温度并提高温度分布的均匀性，同时液冷系统的结构较为紧凑。

液体与电池的接触模式有两种：

一种是直接接触，电池单体或者模块沉浸在液体（如电绝缘的硅油）中，让液体直接冷却电池，此方案对绝缘性要求较高；另一种是在电池间设置冷却通道或者冷板，让液体间接冷却电池，储能系统多数采用此种方案。液冷技术的研究主要关注于液体冷却剂的选择、流道的优化、流速的优化以及热电耦合模型等。

（4）价值量约为9000万/GWh

从价值量拆分来看，液冷主机价值量最高，其中包括压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器、水泵等零部件，其次是液冷板，液冷主机和液冷板合计占比约为68%；换热器占比约为10%，管路占比约为8%。

（5）液冷系统：市场在售液冷温控产品

3.市场空间

假设：新增装机规模：经我们前文测算，2025年全球储能新增装机量将达到362GWh。产品结构：我们假设21年液冷系统装机占比为20%，且以10%年增线性外推，假设到25年液冷装机占比达60%。热管理系统单价：因目前市场参与者众多，我们预计热管理单位价值量将逐年下降，其中风冷成本以15%/12%/9%/6%逐年下降；液冷市场增长更快，竞争更激烈，因此将呈现较陡峭的下降曲线，预计液冷成本22-25年每年下降20%/15%/20%/5%。

测算得：2025年热管理价值量合计达141亿元，其中液冷/风冷方案价值量114/28亿元，占比由21年的20%/80%变为25年的60%/40%，推动热管理系统价值量占比由2.3%提升至3.4%。

三、

未来趋势

1.短期

液冷系统凭借更高制冷效率、更高容量兼容度、更低占地面积等优势，将取代风冷成为行业主流，有液冷产品开发经验的厂商在技术、大储获客上具有先发优势。下游储能集成商及电池厂商格局稳定，2021年储能系统出货CR10占据47.2%份额（国内），综合服务好、大客户粘性高的热管理企业拥更大势能。

2.中期

我国储能资质认证尚未健全，储能热管理尚未形成统一标准，下游客户需求多样化，因此具有快速响应能力、柔性定制能力的热管理厂商将处于领先地位，占据更多市场份额。

3.长期

海外已有国际IEC、欧盟CE、欧洲VDE、美国UL、澳洲CEC、日本JIS、联合国UN38.3等储能资质认证，预计未来我国将在头部储能系统集成商带领下形成热管理体系标准化方案，因此拥有稳定的模块化生产能力的厂商将长期受益。

四、

新能源汽车热管理与储能CCS隔离板

新能源汽车的热管理系统与储能CCS隔离板密切相关，特别是在电池系统的热管理方面。

1. 新能源汽车热管理系统：

新能源汽车的热管理系统负责管理车辆的热量，包括电池系统的热管理。电池系统在充电和放电过程中会产生热量，若不能及时有效地散热，可能导致电池温度过高，影响电池性能和寿命，甚至引发安全隐患。因此，新能源汽车的热管理系统利用散热器、风扇、冷却液等组件来控制和调节电池系统的温度。

储能CCS隔离板用于充电桩或充电设施，其作用是隔离电池系统和充电系统之间的电气连接，确保安全和电气隔离。在电动车辆中，电池系统和充电系统之间的电气隔离非常重要，以确保充电过程的安全性和电气性能。

2. 储能CCS隔离板：

储能CCS隔离板不仅提供电气隔离，还提供电池系统和充电系统之间的物理隔离，避免热量在两个系统之间的传递。它能防止潜在的电气故障和安全风险。

因此，新能源汽车的热管理系统和储能CCS隔离板是相辅相成的。热管理系统确保电池系统的温度控制和散热效果，而储能CCS隔离板确保电池系统与充电系统之间的电气和物理隔离，共同提升电动车辆的安全性和性能。

而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。电池组中除了涉及温控（散热）和消防系统外，还包括储能逆变器、EMS（Energy Management System）和BMS（Battery Management System）等辅助系统。

储能逆变器是不可或缺的重要组成部分，负责将直流电转换为交流电，是实现电站并网运行的必要条件。EMS和BMS主要集中在系统软件层面，由储能投资商负责设计。

EMS负责数据采集和能量调度，以实现对能量的优化管理。而BMS负责电池的监控和管理，确保电池的充放电均匀稳定，从而提高电池的寿命和性能。这些辅助系统共同协作，保证电池组的正常运行和安全性，提高储能系统的效率和可靠性。

“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。”

（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、电芯温度提供均衡和补电通道。

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