液冷系统散热效率高,电池簇间温差小,可以提升电池寿命和全生命周期经济性。根据接触方式的不同,可以将液冷分为直接接触和间接接触两种。
最常见的间接接触式液冷技术是冷板式液冷,浸没式液冷热管理技术则是最常见的直接接触技术。
近年来,全浸没式液冷开始展露头角,这种方式是把电芯完全泡在一种绝缘、无毒、可散热的液体中,通过液体把热量带走,以此实现热管理。最重要的是,全浸没式液冷还可以起到消防的作用,防止储能电站火灾的发生。
由此看来,全浸没式液冷将来可能会是一种大趋势。
冷板式液冷属于间接式液冷,即发热元件和冷却介质不直接接触。冷板式液冷通过与装有液体的冷板直接接触来散热,或者由导热部件将热量传导到冷板上,然后通过冷板内部液体循环带走热量。储能液冷系统拆分来看,主要包括液冷板、液冷主机、管路、接头、蒸发器等。液冷主机通过压缩机动力打通制冷剂的循环回路,制冷剂通过电子膨胀阀节流降压,并进入液冷板与电芯接触进行换热,从而实现电池包制冷。液冷方案中水冷主机提供冷源,价值占比达到57%,约0.5亿元/GWh,是整个液冷系统中技术积累要求较高的环节;其次为电池液冷板,成本占比约16.4%。目前水冷主机和液冷板仍为定制化产品,单价较高,预计未来会渐渐往标品方向发展。我们基于采用液冷方案的电化学储能出货量,结合主机系统和液冷板市场单价及年降假设,进一步测算储能用液冷主机2025E市场规模约74亿元,2021-2025年CAGR98%;液冷板2025E市场规模约24亿元,2021-2025年CAGR98%。液冷板制造工艺多元,吹胀式多用于储能及商用车,钎焊式用于乘用车领域。液冷板是小批量多品种的电池热管理关键零部件,在制造前往往需要和客户联合开发设计,确认选型并与电池配套。按照制作工艺不同,主要包括吹胀式、钎焊式、口琴式等,其中吹胀式工艺生产成本低、生产效率高,适用于商用车及储能电池液冷系统,约为300元/套;钎焊式在密封性、重量、精度和散热能力上具备优势,在乘用车上应用较多,单价较高约为800-1000元/套。液冷板产线和工艺非标,需要较深know-how积累。储能领域目前体量尚小,电池液冷板为非标品,不同厂商的储能电池排布方式受到应用场景、容量、地域等因素影响,液冷板的设计不尽相同,需要联合有技术经验的厂商共同开发。同时,液冷板往往需和电池系统一并集成,产线非标且产品高度定制化,不同工艺间不容易切换,下游客户会优先选择具备液冷板设计能力的厂商。液冷板出厂前测试流程长,认证周期约12个月。液冷板可靠性要求高,出厂前需要对液冷板进行多方位测试,包括外观尺寸、抗压承重、密封性、耐腐蚀等性能测试。从小批量送样到大批量供货的出厂测试多且耗时长,认证周期长达12个月。同时,由于液冷板在储能系统散热方案中成本占比低,客户一旦认证完成不会轻易更换供应商。目前电池液冷板仍然是寡头竞争的格局。2019-2021年,国内液冷板市场几乎被传统汽车热管理集成商三花智控(27.410,0.31,1.14%)、纳百川和银轮股份(17.400,0.29,1.69%)垄断,工艺上这三家只涉及乘用车用的钎焊工艺。在储能电池热管理领域,液冷板是新兴产品,目前市场参与者较少。松芝股份原先主营客车空调业务,21年松芝切入储能温控领域,其液冷温控系统中的液冷板以自制为主,采用的是吹胀工艺;飞荣达(16.600,1.14,7.37%)于2021年公告投资建设液冷板项目,目前还未量产。浸没式液冷热管理技术是将储能电芯与冷却油(一种类似“油”的复合化合物)直接接触,将电池pack完全浸没于绝缘冷却油中,并辅助油循环系统和制冷系统,利用冷却油作散热介质,将电池产热及时、快速、高效带走,让电芯保持在最佳温度范围之内。全沉浸液冷系统的温差控制能力更强,同时安全性更高。与传统的液冷方案不同,全沉浸液冷系统中,电池系统整体浸没于冷却绝缘液中,通过液体循环实现散热。由于浸没液与电芯全方位接触,更好地控制电芯的温差水平;此外,采用非油类的冷却液时,液体本身就具有灭火能力,起到了温控与消防融合的效果。根据选择的冷却液的不同,全浸没液冷储能系统,又可以分为水基、油基、氟基三种主要类型,其主要的特点如下表所示。多家公司已经推出全沉浸液冷储能系统产品,在大型储能电站中,也逐渐开始示范应用。佛山久安、易事特、科创储能、南瑞继保、储能在线等多个公司已经推出全浸没液冷储能系统产品,后续我们也为大家进行企业盘点。此外在大型储能电站中,全液冷储能系统也开始示范应用。2023年3月,南方电网梅州宝湖储能电站全浸没液冷储能系统投运(项目总规模70MW/140MWh,其中全浸没液冷储能系统15MW/30MWh)。2023年4月,广东佛山南海电网侧独立电池储能电站,75MW/150MWh浸没式舱级管理液冷储能系统集成招标。当前全浸没液冷系统的成本与传统的风冷、液冷相比相对较高,在一些对安全敏感性更高的场景有望率先取得较大范围的应用。
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