一、

儲能溫控歷史機遇

溫控提高電池安全性，解決儲能后顧之憂

新型電力系統中，我們可以從供給側和需求側兩個角度來看待：

1.供給側：新能源正在逐漸成為電力系統的主要裝機和電量來源。

2.需求側：終端能源消費已高度電氣化，越來越多的“產消者”涌現。

3.從整個系統的角度來看，電力系統運行機理也發生了深刻的變化。新能源發電具有隨機性和波動性，無法通過調節自身出力來適應用戶需求的變化。因此，傳統的“源隨荷動”模式已經不再適用于新型電力系統。我們必須采取儲能等措施，通過源、網、荷、儲之間的協調互動來實現電力供需動態平衡。這是新型電力系統中的關鍵所在。

全球電化學儲能高速增長

2021 年全球累計裝機量為 24.4GW，為 2017 年的 8.4 倍；2021 年全球新增裝機量為10.2GW/yoy+117%，高增長態勢仍在持續。

鋰電池安全性、容量衰減受溫度影響較大。

鋰電池最佳溫度區間為 10-35℃，過度的高低溫均會對鋰電池壽命、安全性產生影響。持續的高溫環境下，鋰電池內部的 SEI 膜首先分解，隨后負極材料與電解液產生反應、隔膜熔融，最終正極材料及電解液發生分解。

電池的這些變化會導致鋰離子通道發生閉塞，引起正負極直接接觸、短路，從而放出大量熱。此外，這些材料分解的過程中還會產生大量氣體和熱量，電池內部壓力迅速增加，從而發生如電池鼓包、破裂、泄壓閥破裂、鋁箔熔化等熱失控現象。熱失控一旦發生，電池內部溫差可達 520 ℃，對安全性帶來嚴峻挑戰。

高溫會導致電池內阻增加、活性材料和有效鋰離子流失，進而降低電池容量。而在低溫環境下，電池負極會析鋰形成鋰枝晶，嚴重時刺穿 SEI 膜，影響安全性。低溫會導致電解液凝固，阻抗增加，進而降低電池容量，磷酸鐵鋰電池容量保持率在 0 ℃下為 60%-70%，在?20 ℃時降低至 20%-40%。（根據《鋰離子電池低溫特性研究進展）

除溫度外，電池間溫差亦會對電池性能產生影響。電池使用過程中，負荷變化會引起電流波動起伏，進而引起電池組生熱不均勻。電池組往復使用后，各單體電池的老化程度會有所不同，導致木桶效應。為達到電池一致性要求，單體電池溫差需小于 5℃。

溫控保障鋰電在最佳溫度區間工作，降低電池間溫差，重要性凸顯。通過應用溫控系統，儲能電池可在 10-35℃最佳溫度區間工作，且電芯間溫差可控制在 5℃以內，可最大程度避免熱失控、容量衰減。

相較電動汽車，儲能系統由更多電池單體連結而成，故發生熱失控概率更高，對安全防護提出更高要求。根據清華大學車輛與運載學院，電池熱失效概率為 1-（1-P）n，P 為單體電池熱失效概率，n 為電池數量。

對于動力/儲能電池，P 約為 10-7，假設電動汽車單車含100 節電池，儲能電站含 100000 節，則根據公式，二者發生熱失控概率分別為 10-5、10-2，儲能電站發生熱失控概率達 1/100 量級，對熱管理提出更高要求。

高倍率、長時間充放電增大放熱量，溫控重要性愈發顯著。電化學儲能包括能量型與倍率型儲能，前者需滿足長時間放電需求，主要應用于能量時移；后者則需具備瞬時高功率輸出能力，主要用于電力系統調頻。

現階段，風光發電占比不斷提升，電力系統對調峰、調頻均有更高需求。因此，能量型儲能愈發長時化，倍率型儲能需具備更高功率。在相同溫度下，儲能功率越高、放電時間越久，其儲能系統放熱量越高。因此，在長時儲能、高倍率儲能應用增多的背景下，儲能溫控重要性愈發顯著。

風冷主導存量市場，液冷加速滲透

儲能溫控主要包括風冷、液冷、熱管冷卻、相變冷卻等技術。其中，風冷系統結構簡單、可靠性高、壽命長、成本低、易于實現，是目前國內主流技術路徑。液冷系統散熱效率高、散熱速度快，在高倍率、高容量場景下優勢凸顯，故全球儲能系統正呈現液冷加速滲透，取代風冷的趨勢。相變冷卻與熱管冷卻目前實際應用較少，尚處于實驗室階段，故本文主討論風冷、液冷技術趨勢。

20℃條件下放熱量與放電功率的關系

1C倍率下放熱量與放電時間的關系

綜合來看，良好的溫度控制可有效減緩電池容量衰減、防止電池熱失控，對電化學儲能當前兩個最大的痛點，即度電成本與安全性，均有積極作用，重要性凸顯。未來，高容量、高倍率儲能應用增多，將對溫控提出更高要求，其應用必要性將愈發突出。

儲能溫控技術分類

溫控技術對比

液冷能耗低、電池壽命長，具更低 LCOE，正加速滲透。為達到相同電池平均溫度，風冷需比液冷高 2-3 倍能耗，而相同功耗下電池包的最高溫度，風冷比液冷要高 3-5 攝氏度。（根據埃泰斯新能源實驗）

此外，根據陽光電源，其液冷系統可更好地控制電池間溫差，從而解決電池一致性問題，其液冷儲能可將系統壽命延長 2 年以上。綜合說，液冷具有更高的散熱效率與散熱速度，并且可以更好的控制電池間溫差，因此，其能耗更低、系統壽命更長，從而協助儲能系統降低全生命周期成本。

液冷溫控電池一致性更佳

液冷加速滲透趨勢明顯

目前，國內主流系統集成商均已推出液冷系統解決方案，印證其日益旺盛的需求。此外，國內部分項目在招標時指定儲能系統需配備液冷溫控，如淮北皖能儲能電站一期、寧夏穆和儲能電站等。

目前，國內儲能以風冷為主，而美國等成熟市場有較高比例液冷應用。美國儲能已形成自發性需求，利用率高，運營商更多考慮安全性、全生命周期成本。未來，隨著全球儲能利用率提升，液冷將加速滲透。

二、

儲能溫控產業鏈

上游：各種核心部件，包括風冷核心部件和液冷核心部件；壓縮機上市企業包括四川長虹、長虹華意等，換熱器企業包括三花智控、雙良節能等，液冷板企業包括東山精密、盾安環境等。

中游：風冷系統和液冷方案；企業主要為英維克、申菱環境、同飛股份、高瀾股份、松芝股份、奧特佳、寧德時代、海亮股份、龍源電力、億緯鋰能、巨化股份、三花智控、當升科技、中鼎股份、安克創新、盾安環境等。

下游：儲能電池廠商、儲能系統集成廠商。

三、

與溫度傳感器

1、儲能溫控中上游如何用溫度傳感器

溫控設備提供商：譬如英維克、 申菱環境、佳力圖、高瀾股份、黑牡丹、網宿科技、 依米康，溫控系統能耗占數據中心非 IT 能耗的 80%，溫控系統的能耗是 PUE 是否能降低到合理水平的關鍵因素之一。

1）散熱制冷：空氣冷卻系統、液體冷卻系統用溫度傳感器。

（特普生-風冷溫度傳感器）

（特普生-液冷溫度傳感器）

2）供配電：配電柜用到溫度傳感器、機器溫控器與溫濕度傳感器。變壓器用到溫度控制器、變壓測溫傳感器。溫度傳感器在柴油發電機組冷卻液系統和燃油系統中，均有應用。

（特普生-配電柜溫度傳感器）

IT及網絡設備：

“監控交換機各個硬件，比如芯片溫度、扣板溫度等，都設置溫度傳感器，并取最高值就行”。特普生曾老師說，“溫度監控對服務器很重要，應對不同環境、平衡機架密度、停電預防。機架外/室內溫度傳感器，非常適合檢測不同環境溫度，提供機架的特定溫度映射。機架內溫度傳感器，可以獲得CPU、GPU、入口、出口溫度的準確讀數。”

2、儲能溫控下游如何用溫度傳感器

儲能系統競爭格局未定，電池廠、逆變器廠商、電站廠商均進入儲能系統競爭。儲能系統由電池組、 消防、溫控、PCS、EMS、BMS構成。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。電池組中涵蓋其他輔助系統包括溫控(散熱)，消防。儲能逆變器為必不可少的重要組成部分，負責直流交流轉化，是電站并網運行的必備條件。EMS、 BMS主要集中于系統軟件層面，由儲能投資商負責設計， EMS負責數據采集、能量調度；BMS負責電池監控、管理，保證充放均勻穩定。

“擁有儲能BMS配套、儲能線束加工優勢的我們，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3500VDC的標準要求。”

1）特普生儲能CCS集成采集母排

（特普生戶儲CCS隔離板）

“我們為電池包、電池模組、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。采集電芯溫度。提供均衡和補電通道。

2）BMS系統溫度管理

“用于動力電池模組電芯的電壓和溫度采樣，采集數據通過數據采集模塊匯總、分析再傳輸給給電池管理系統主控制器模塊，主控模塊對數據進行分析和處理后，發出對應的程序控制和變更指令，做出均衡措施。適用于純電動、混合動力乘用車、物流、客車、特種車等車型及48V動力系統 。它具有組裝工時短、小型化、輕量化、薄形化、可撓性、彎折性好等特點。”

（電池BMS溫度傳感器）

“也有一些客戶需求電池芯內溫度采集線束。這時，NTC溫度傳感器特別適合用于電池內芯與芯之間。最小直徑尺寸可以做到0.7mm ，最薄可以做到0.6mm。柔性化，可彎曲，便于安裝。”

（電池芯內溫度采集線束）

“固定片NTC溫度傳感器主要用于電池PACK模組。它采用單端玻封NTC熱敏電阻，外圍用環氧樹脂+外殼封裝，熱敏電阻和導線的焊接點完全密封在樹脂涂層里面，具有良好的防水性及密封性。環氧樹脂封裝溫度傳感器將高精度、高可靠的NTC熱敏電阻與PVC或Teflon導線連接，用絕緣、導熱、防水、防潮材料封裝成所需形狀，便于安裝與遠距離測控溫。通過測量NTC熱敏電阻的電阻值來確定相應的溫度，從而達到了檢測和控制產品溫度的目的”

（電池外圍溫度采集線束）

3）儲能冷卻（風冷/液冷）系統溫度管理

“儲能風冷或液冷，這些冷卻溫度管理，要采用單端玻璃封裝熱敏電阻，精度高、可靠性好。譬如雙85測試1000小時，耐水煮測試1000小時。采用特殊的內部結構，正常使用壽命10年以上。”

（儲能冷卻（風冷/液冷）溫度傳感器）

4）儲能消防系統溫度管理

“我們發現儲能消防系統溫度管理這套傳感器，特別適合用于儲能消防用，最小直徑尺寸可以做到：0.7mm。響應速度最快可達1.5S（液體介質）。溫濕度模塊、溫度氣體模塊等，也可以無線化數據傳輸。”

（儲能消防溫度傳感器）

四、

技術路線

目前，儲能溫控系統的技術路線可分為四類：

（1）空氣冷卻，以空氣為介質，通過空氣對流實現熱交換；

（2）液體冷卻，以液體為冷卻介質，既可以通過液體與電池直接接觸換熱（直接接觸型），也可以通過冷卻管中液體流動換熱（間接接觸型）；

（3）熱管冷卻，利用壓差及多孔材料的毛細力實現非重力方向的熱傳導；

（4）相變冷卻，通過無機或有機相變材料，在溫度不變的情況下通過物理狀態的改變來實現放熱或吸熱。

儲能溫控市場的參與者可以大致分為三類：

1、傳統工業溫控企業，他們憑借在水冷設備方面的技術積累，進入儲能溫控領域的壁壘較低。這些企業和儲能溫控技術有同源性，代表企業包括同飛股份和高瀾股份。

2、精密溫控企業，他們在數據中心溫度控制方面有著豐富的經驗。由于集裝箱儲能與數據中心溫控具有相似性，這些企業有望實現技術外延，代表企業有英維克和申菱環境。

3、汽車電池熱管理企業，他們在鋰電池溫控技術和經驗方面積累較為豐富。代表企業有松芝股份和奧特佳。

總的來說，儲能溫控市場的參與者大多具有相似的技術背景。這些企業進入儲能溫控領域的壁壘較低，有望取得先發優勢，并共同推動該行業的高速發展。

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