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。根據中國新能源產業協會（CNSEA）的不完全統計，過去十年全球發生了60多起儲能安全事故，截至今年4月底，全球已發生了8起儲能安全事故。電站事故頻發，而鋰電池的熱失控是引發儲能系統安全事故的主要原因之一。頻繁發生的起火事件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。

熱管理具體指什么呢？

熱管理是指根據具體對象（如電池系統、基站、IDC、新能源汽車）的需求，通過加熱或冷卻等手段對其溫度或溫差進行調節和控制的過程。以鋰離子電池為例，它們在15-20℃的溫度環境下能夠發揮最佳的工作效率。如果電池的工作溫度超過50℃，電池的壽命將快速衰減，并且可能引發安全事故。

在儲能系統的設計中，合理的熱管理（或溫控）設計至關重要，以確保兩個關鍵的熱管理指標：一是保持電池表面溫度在特定的范圍內，二是保持電池之間的溫差較小。熱管理在儲能電站系統的成本中占據大約3%的比例，初步投資成本相對較低，但在系統中變得越來越不可或缺。

通過有效的熱管理，可以延長電池的壽命，提高系統的效率和可靠性，并降低潛在的安全風險。因此，熱管理在儲能系統中的應用越來越重要，并且在設計和運營中需要被充分考慮。

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，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鏈的中游

電化學儲能產業鏈分為上游設備商、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，多數從業者為其他相近領域延伸而來；中游環節核心為系統集成+EPC；下游主要分為發電端、電網端、戶用/商用端、通信四大場景。儲能產業鏈多數企業參與其中1-2個細分領域，少數企業從電池到系統集成，甚至EPC環節全參與。

電池組是儲能系統最主要的構成部分，鋰電池和鈉電池潛力巨大。不同類型的電池在能量密度、功率密度、成本、安全等方面各有差異，根據NEC的測算，從全生命周期的角度看，鋰離子電池、鉛酸電池與液流電池的前期投資成本不相上下，但考慮到后期維護，鋰離子電池顯現出明顯的成本優勢。目前鈉硫電池尚未形成成熟的產業鏈，但其有望成為成本較低的技術種類。

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有相似之處，因此目前進入儲能熱管理領域的主要企業通常已經在相關領域積累了相關的業務和技術經驗。儲能熱管理領域仍處于初級階段，競爭格局尚未確定。通過橫向比較這四個熱管理領域的異同，可以幫助我們展望未來參與者的競爭優勢。

儲能熱管理：

儲能系統的熱管理方案常見于一些偏遠地區，如草原和沙漠等。這些地區通常面臨風沙等惡劣環境條件，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提升，對動力電池的溫控系統需求也隨之增加。在動力電池的熱管理中，液冷技術表現出優異的性能。

由于新能源動力電池的能量密度和功率密度提升，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成為必要。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優范圍內。一些車企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）方面具有顯著優勢。隨著我國信息產業的快速發展，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展和廣泛應用，數據中心規模不斷擴大，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基站數量快速增長，規模未來將遠超4G。截至2021年底，我國累計建成并開通5G基站142.5萬個，同比增加超過65萬個。相比4G基站，5G數據的傳輸量和傳輸速率更快，基站、數量、單座功率和發熱量也更高。未來5G基站或將超過現有規模的3倍以上（2021年年底4G基站數量約590萬個），對溫控節能設備和散熱產品的市場需求高于以往。

根據三大運營商的數據，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。即使采用專用基站空調，大多數基站的能效比（PUE）仍超過2.0。因此，液冷技術在5G基站中有望成為主流解決方案。

目前，液冷技術在基站中的應用還相對較少，但隨著技術的發展，預計液冷技術將逐漸得到廣泛應用。液冷技術主要應用于5G基站中的BBU設備，其中噴淋式液冷和浸沒式液冷是常見的液冷方式。

液冷技術的推廣已經取得了一些進展。例如，2017年的MWC上，諾基亞展示了貝爾實驗室的液冷基站技術。而在2020年，芬蘭運營商Elisa宣布已經部署了全球首個商用液冷5G基站，該基站能耗降低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，液冷技術在5G基站中有望逐漸成為主流解決方案，并為提高基站能效和降低環境影響發揮重要作用。

其他領域對于熱管理的需求

除上述IDC、基站等移動通信設施、新能源汽車外，軌道交通、冷鏈、石化、新能源發電、數控機床、電力電子設備等行業均需要進行熱管理。不同公司在細分領域布局有所不同，行業競爭格局較為分散。通用和專用性并存，行業拓展是趨勢。在某一領域布局較早，行業know-how積累較深的公司具備較強競爭能力。儲能作為一種新興行業，有熱管理競爭優勢的企業有望享受行業發展紅利。

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吸熱和材料的相態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整體環境溫度，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

液冷較風冷優勢明顯，或是未來的主流儲能溫控發展方向：

（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、流道的優化、流速的優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、節流器、蒸發器、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%變為25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、更低占地面積等優勢，將取代風冷成為行業主流，有液冷產品開發經驗的廠商在技術、大儲獲客上具有先發優勢。下游儲能集成商及電池廠商格局穩定，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，因此擁有穩定的模塊化生產能力的廠商將長期受益。