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汽车热管理行业专题报告:新能源汽车热管理迎产业春风

  华安证券,分析师:陈晓、宋伟健,共38页   2021-05-08 次浏览

报告综述:

新能源热管理迎广阔增量市场。

我们预计到 2025 年全球新能源汽车销量有望达到 1500 万辆规模,进而带动新能 源汽车产业链快速发展。热管理系统为新能源汽车除去三电系统以外单车价值量最 大的部件,预计单车价值量在 7000-10000 元,是传统汽车热管理系统的 3 倍左 右,我们预计 2025 年全球新能源热管理市场规模有望达到 874 亿元。

低温热管理势在必行,热泵前景广阔。

高效热管理为现行解决低温电化学反应不活跃的最优解决方案。PTC 以低成本、结 构简单、工作稳定等特点打入新能源汽车行业,但因 PTC 是将电能转化成热能,能 量消耗较大。热泵系统为现行较为高效的热管理方案,PTC 制热的 COP 仅为 1,而 热泵制热时的最低理论 COP 也高于 1,在实际中一般可以达到 2-4。特斯拉 Model Y 高度集成热管理系统将热泵系统、电池冷却系统、电机冷却系统、电控系统通过 一个八通阀实现热量在各个子系统之间的统筹与转移,从而最终实现热管理效率的 提升,有望推动热泵系统的普及推广。

国际厂商占据市场主导,自主厂商在关键零部件具有竞争力。

电装、法雷奥、马勒、翰昂等全球性厂商占据着全球热管理市场超过 50%的市场份 额,并在系统集成、标定控制等领域优势明显。国内主要厂商在关键零部件领域具 有全球竞争力,2018 年以来三花智控、银轮股份等厂商不断拿到新能源热管理订单, 下游客户不仅仅包含国内自主品牌厂商,同时更是切入到国际主流电动车厂商的配 套体系内。我们认为,在新能源热管理领域,国内厂商有望充分享受国内新能源汽 车的发展红利,进一步缩短与国际厂商的差距。

总论

热管理为新能源汽车除三电系统单车价值量最大的系统,新能源汽车高速发展为 热管理领域带来发展契机。新能源热管理单车价值量为传统车 3-4 倍,我们预计 2025 年全球新能源热管理市场规模有望达到 874 亿元。热泵系统为现行最为高效的热管理方案,特斯拉 ModelY 高度集成的热泵热管理 系统有望引领行业的发展。我们预计热泵系统单车价值量超 5000 元。国际厂商在热管理领域占有较大市场份额,在系统集成、标的、控制等领域优势 明显。国内主要厂商在关键零部件领域具有全球竞争力,有望充分受益于新能源汽车 发展。建议关注银轮股份、三花智控、中鼎股份、奥特佳、克来机电。

1、新能源汽车:扶摇直上,百花争鸣

多因素助力新能源汽车发展。新能源汽车的发展受政策、产品、成本等多因素影 响。当前来看国内外政策趋势向好,相比于前几年新能源汽车有着更为缓和的政策环 境。而从竞争格局角度来看,自主、合资与造车新势力进入百花争鸣的阶段,产品更 加多样化并且更加成熟,为消费者提供更多细分市场的可选产品。同时随着行业供应 链成本的持续下探,新能源车型与传统燃油车价差的逐步缩进将进一步增强新能源汽 车的竞争力。我们认为,新能源汽车处于以新增需求为主的高速发展阶段,多因素的 向好将使得行业的发展更为持续。

汽车热管理行业专题报告:新能源汽车热管理迎产业春风

积分政策更为严苛,新能源汽车发展势在必行。未来车企的发展一方面要面临更 为严苛的油耗标准,同时新阶段双积分政策较之前版本考核更为严苛:1)2021~2023 年新能源汽车积分占比分别为 14%、16%和 18%;2)工况由 NEDC 切换至 WLTC;3) 纯电动乘用车单车积分上限由 5.0 分下调至 3.4 分;插混乘用车单车积分由 2 分下调至 1.6 分。同等续航里程的纯电动车型单车积分下调 30%~50%。

与此同时新阶段双积分政策引入了低油耗乘用车的概念,低油耗乘用车是指综合 燃料消耗量不超过《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》中对应的车型燃料消耗量目 标值与该核算年度的企业平均燃料消耗量要求之积的传统能源乘用车。计算乘用车企 业新能源汽车积分达标值时,低油耗乘用车的生产量或者进口量按照其数量的 0.5 倍 计算。假设未来乘用车销量以年化 3%的增速增长,经过测算我们认为,新阶段的双积 分政策虽然对于新能源积分的考核更为严苛。但是低油耗乘用车概念的引入,意味着 政策层面希望通过新能源和节能技术的发展两个层面达到节能减排的目的。

补贴政策更为平缓,政策环境趋于缓和,2021 年补贴退坡节奏符合预期。

2020 年 4 月 23 日,财政部等四部委发布 2020 年新能源汽车补贴政策。相关要点包括:

(1)新能源汽车补贴政策延长至 2022 年,2020-2022 年补贴标准分别在上一年基 础上退坡 10%、20%、30%。纯电动乘用车工况里程提升至 300km,能耗水平设置调整 系数,工况条件下百公里耗电量应满足门槛条件有所提升;

(2)公交、客运、出租(含网约)、环卫、城市物流等运营车辆 2020 年补贴标准 不退坡,2021-2022 年补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、20%;

(3)新能源乘用车补贴前售价须在 30 万元以下(含 30 万元),为鼓励“换电” 新型商业模式发展,加快新能源汽车推广,“换电模式”车辆不受此规定;

(4)燃料电池补贴区域化,具体情况另行通知;

(5)2020 年 4 月 23 日至 2020 年 7 月 22 日为过渡期。过渡期期间,符合 2019 年 技术指标要求但不符合 2020 年技术指标要求的销售上牌车辆,按照 2019 年补贴标准 对应的 0.5 倍补贴,符合 2020 年技术指标要求的销售上牌车辆按 2020 年标准补贴。补贴车辆限价规定过渡期后开始执行。

2021 年私人领域乘用车补贴在 2020 年的基础上退坡 20%,与前期预期保持一 致。我们认为,补贴退坡节奏的缓和为消费者购买、厂商推出新车型等节奏提供更为 平稳的政策环境,对市场的扰动将降低到最低程度。

海外加速新能源汽车普及,政策助力更为积极。欧美市场加速推进新能源汽车的 普及,各国政府通过补贴、免税、路权等多种方式刺激本地新能源汽车的销量。2020 年受疫情影响,海外各国汽车产业受到较大冲击,为鼓励支持新能源汽车的发展,欧 洲各国政府加大了新能源汽车补贴力度,法国、德国纷纷加大新能源汽车的单车补贴, 希腊、荷兰、西班牙等国家同样积极推出新能源刺激政策。从各国的政策指向来看, 新能源汽车的发展成为海外各国的共识,新能源刺激政策的逐步向好,将进一步促进 海外新能源汽车销量的提升,对于国内供应链的发展起着重要的支撑作用。

车型数量提升,销量结构更加趋于合理。早期新能源汽车导入市场时售价较高, 为刺激新能源汽车销量,实现新能源汽车对传统燃油车的替代,补贴政策的支持必不可少。因此早起新能源汽车的发展与政策的导向息息相关。17 年及以前补贴政策更加 倾向于续航里程较短的 A00 级车型,因此在纯电动领域 A00 级车的销量占比超过 50%。随着电池技术的发展以及政策导向向高续航里程车型的转变,截至 2019 年国内纯电动 车型中,A 级车的占比达到了 55%,更加趋于合理。

在补贴政策的推动以及双积分政策的压力下,作为供给端的车企推出新能源车型 的速度远高于汽车行业总体水平。车型的逐步完善带给消费者更多的可选性,这也使 得新能源汽车的销量规模逐步提升,同时销量结构更加合理。

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新能源产品逐步成熟,产品力逐步提升。国内新能源汽车产品的发展进行着高速 迭代,从最早的油改电平台再到专属平台的打造,新能源汽车产品力正快速提升,凭 借着新能源汽车产品优势,迅速拉近与传统燃油车在产品端的差距。同时新能源汽车 凭借着加速、空间、前卫的设计等独特的优势,逐步形成市场并改变着消费者的使用习惯。

主要原材料成本下行,提供更大降价空间。新能源汽车发展早期,无论是政策端 还是车企的反应层面,自主品牌新能源汽车的发展领先于合资品牌。2018 年之前,自 主品牌占据着国内新能源汽车市场的接近全部份额。但 2018 年开始,造车新势力开始 实现交付,尤其在纯电动领域的份额逐步提升;而合资品牌通过现有车型的混动版本 逐步抢占插混市场的份额。2020 年特斯拉 Model3 实现国产化,国内新能源汽车市场 竞争格局进一步发生改变。

格局:一枝独大向百家争鸣转变。新能源汽车发展早期,无论是政策端还是车企 的反应层面,自主品牌新能源汽车的发展领先于合资品牌。2018 年之前,自主品牌占 据着国内新能源汽车市场的接近全部份额。但 2018 年开始,造车新势力开始实现交付, 尤其在纯电动领域的份额逐步提升;而合资品牌通过现有车型的混动版本逐步抢占插 混市场的份额。2020 年特斯拉 Model3 实现国产化,国内新能源汽车市场竞争格局进 一步发生改变,Model Y 国产化在即,并且订单旺盛。

新势力、合资品牌的逐步发力,将为新能源汽车市场投入更多的车型,对于消费 者而言,更多的车型选择有望进一步刺激消费市场,有利于国内市场的发展。同时对 于国内自主厂商而言,更为激烈的竞争环境将倒逼自主厂商进一步提升产品竞争力。2020 年比亚迪汉、小鹏 P7 等车型搭载自主品牌最新技术,产品力进一步提升,有望 促进自主品牌销量与品牌力的提升。

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2、新能源汽车为热管理发展带来全新契机 2.1 热管理必不可少,新能源汽车单车价值量提升 热交换器在汽车上必不可少。热交换器在汽车和工程机械车辆上应用广泛,指将 热量从热流体传递到冷流体的设备。汽车上使用的热交换器品种较多,发动机系统使 用有油冷器、散热器、中冷器,排放相关的有 EGR 冷却器;变速箱和液压系统也都有 使用油冷器;空调系统有冷凝器、蒸发器、暖风散热器。在目前电动化和智能化浪潮下,汽车的热管理也显得越来越重要,继电动车之前 频发的自燃事件、冬季续航大打折扣等问题,热管理行业确定性渐显。对于动力电池 来说,热管理是维持适宜的温度区间及均匀性的必要手段,适宜的温度能够优化汽车 的安全系数、性能及寿命。

从安全、性能、寿命三方面衡量,新能源汽车热管理要求更为苛刻。从安全角度 考虑,当电池温度过高时,会对电池导致一定程度的损耗甚至导致热失控,严重的情 况下会导致起火甚至爆炸。当电池温度过低时(低于 0℃),对电池充电会引发瞬间的 高压充电现象,将会导致电池析锂从而造成内短路引起起火风险。从性能角度考虑,当电池温度较低时,会使得电池的活性下降,进而会降低充放 电的性能。同时统一电池包中的不同模组的温度差会导致不同模组的充放电差异,最 终影响电池包的性能。从电池寿命角度考虑,随着充放电次数的增加,当电池温度过高时,电池容量将 会受到较大程度的影响;当温度过低时,容易引发电池的析锂现象将导致电池循环寿 命大幅下降,同时会导致电池正极易出现开裂、漏液等现象,产生不可逆的损伤。

电池能量要求越来越高,能耗要求越来越低。而高能量密度的电芯更容易受到温度的影响而影响其安全性能,引发热失控,从而导致较大的损失,乘用车近些年 三元电池的比例显著上升,而高镍三元电池高能量密度、低安全性能更加需要热管 理进行辅助支持以确保其安全性的问题。电池能耗现在逐渐是各大厂商追求的目标, 当电池能耗逐渐提升,热管理的作用就会越来越凸显。

目前中高端化车型渗透率逐渐提升,热管理的需求也会更加迫切。工信部发布的补贴指引方案中指引高续航发展,同时消费者具有里程的需求,电动车厂商持续 深耕高续航领域,随着电池能量密度上行,且中高端车型占比逐渐上升,高续航里 程、高价值的车,对于热管理的需求也会更加迫切。

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随着新能源汽车市场的逐渐壮大,热管理的范围、实现方式以及零部件都发生了较 大的变化。新的车,新的热管理系统,新的零部件,相应带来热管理行业的较大市场。对于传统车热管理系统,其包含动力系统热管理(发动机、变速箱)以及驾驶舱空调系 统;对于新能源车的热管理,其包含电池热管理、汽车空调系统、电驱动及电子功率件 冷却系统。相比传统车热管理系统,新能源汽车主要新增了电池热管理、整车空调系统 制热环节、电驱动及电子功率件冷却环节。

新能源车热管理系统具有更高的单车价值量。新能源车热管理价值量有显著的 提高,是攸关安全、性能、寿命的关键系统,随着电池高能量密度趋势,必然会加大 投入。新能源车围绕动力电池展开的电池热管理及电气化空调系统,新生零部件如 电动压缩机、PTC 加热器、电子水泵、电池冷却器、冷却板、电子膨胀阀。根据我们 测算,新能源车热管理零部件单车价值量为 7000-10000 元,为传统汽车热管理零部 件单车价值量的 3-4 倍。在热管理方案中,主要应用的零部件分为阀类、换热器类、泵类、压缩机类、传感 器类、管路以及其他运用较多的部件几个大类。同时不同整车构架上方案不统一,各个 需要换热的子系统中零部件种类、搭配方式等都有较大的不同,而不同类别上相同零部件的功能相近,因此在整车方案中每个子系统中实现的换热原理类似,单车价值量也不 会相差太大。

随着新能源市场逐渐兴起,电动化升级给新生零部件带来较大的纯增量市场。新能源汽车在热管理方案中运用的部分零部件种类随着新增系统带来一定的变化。包 括电动压缩机、PTC 加热器、电子膨胀阀、电池冷却器、电子水泵等在内的电动车 新生零部件均具有较大的增量市场。

(1)电动压缩机:电动车动力源变成动力电池需要使用电动压缩机,单个价值 量由普通压缩机 300-500 元提升至 2000 元。

(2)PTC 加热器:电动车无法使用发动机废热作为稳定的热源,驾驶舱空调采 暖需额外的热源,PTC 加热器为先行主流方案。而对于转换效率更高的热泵系统, 通常需要加入 PTC 加热器作为辅助热源。单个价值量在 800-1500 元。

(3)电子膨胀阀:由控制器、执行器和传感器三部分组成,单车价值量约 150- 200 元。

(4)电池冷却器:由一个换热主体和一个外部蒸发器组成,主要作用是引入冷 媒吸收电池冷却导管中冷却剂热量。单车价值 200-600 元。

(5)电子水泵:以电子集成化系统实现液体传输的可调性和精准性,单个价值 量约 100-200 元。

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2.2 电池热管理系统:液冷的电池热管理方案将成为首选, CO2 新冷媒具备独特优势

目前受成本及技术制约,电池的热管理按传导介质可以分为风冷、液冷和相 变材料几条技术路线。其中风冷经济性较高,同时对应冷却效率较低且难以保证 电池模组温度一致。液冷冷却的效果要优于风冷,是现阶段乘用车主流使用方案, 但是缺点就是成本要比风冷;相变材料目前的技术还在实验室阶段并未成熟,其 换热效率高及具有成本优势,故是未来最有潜力的发展方向。

风冷:其结构简单且成本较低,无需铺设管路,但对应效率较低。分为被动式 风冷与主动式风冷,被动式风冷指的是汽车行驶时自然吸入外部环境空气或驾驶 舱内的空气与电池形成对流带走热量,主动式风冷即利用空调系统蒸发器以电池 包专用蒸发器对外部环境空气处理后进入电池包完成冷却或加热。其技术在国内 使用较多,主要应用于早期的的乘用车及绝大多数的大巴车、物流车。系磷酸铁锂 电池在国内动力电池中占主导地位、稳定性好以及低续航车散热要求相对较低。

液冷效率高,电池温度均匀性优异,是未来热管理发展的主要方向。分为直冷和冷 却剂回路方案,对于直冷,即将电池包内部的板式蒸发器通入制冷剂,并接入空调制冷 剂回路,利用蒸发吸热,从而达到带走电池包热量的作用。代表车型有宝马 i3,奥迪 A6, 奔驰 S400 等。对于冷却剂回路方案,其电池设计有独立的冷却剂(水乙二醇)回路,当 温度较低时(38-45℃),通过低温散热器进行冷却,当温度较高时(45℃以上),通过电 池冷却器 Chiller 与空调制冷剂回路进行热交换完成冷却;当电池温度较低时,可采用加 热器如 PTC 对电池进行加热。代表车型有雪佛兰 Bolt、比亚迪宋、江淮 iEV7S 等。

液冷在新能源车热管理系统中渗透率提升。我们选取国内销量较为靠前的新能源车 型作为统计样本,可以看出液冷凭借更为出色的热管理效率,在新能源汽车中的渗透率 逐步提高。而风冷目前主要应用于定位较低端的车型当中。

HFC-134a 时代落幕,新冷媒大势所趋。当前小型空调制冷剂大多仍以 HFC-134a 为主,但欧盟要求 2017 年起禁止所有生产车型的空调使用 GWP>150 的制冷剂,美国 环保部根也将于 2021 年起将 HFC-134a 从 SNAP 目录中剔除。美国杜邦与霍尼韦尔开 发了 HFO-1234yf (四氟丙烯)作为新一代制冷剂,德系车企质疑其安全性转而使用 CO2 作为替代品,虽然两者本身环保性能差别不大但 HFO-1234yf 生产过程中会产生 HF、 HCL 及 CFC 等臭氧层破坏物质,日系供应商电装等则同时开发 CO2 与 HFO-1234yf 空 调系统供整车厂选择。

CO2 是热泵空调最佳选择,长期优势明显。使用 CO2 作为制冷剂的主要难点在于 运行压力达到 12Mpa,需要设计全新的运行系统,而 HFO-1234yf 则可以完全沿用 HFC134a 空调系统的零部件。但 HFO-1234yf 只能在-5℃以上的环境下运行,而 CO2 在-20℃ 下制热 COP 依然能达到 2,是今后电动汽车热泵空调的能效最优选择。且综合比较两 者,CO2 在环保性能、安全性能、制造成本和可持续发展上均明显占优,仅在 35℃以上 制冷 COP 上低于 HFO-1234yf,可用膨胀机、喷射器、双级压缩中间冷却等方式改进, 因此长期看 CO2 空调系统拥有全面优势。

CO2 冷媒关键零部件技术日渐成熟,处于爆发前夜。三花智控当前已经形成 CO2 产品解决方案,如 CO2 膨胀阀、单向阀、气液分离器等,其中电子膨胀阀实现了 COP 平均提高 10%以上,获得 2107 年 PACE 奖项。而中鼎股份具备 CO2 冷媒管路的技术。

2.3 空调系统:电动压缩机为最核心部件

新能源汽车与燃油车空调制冷原理基本一致,主要区别在于动力源由之前的内燃 机转变为三电系统,从而电动压缩机制冷+PTC/热泵制热成为新的技术方案。

制冷剂回路主要包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器这四个关键部件,首先, 压缩机将管路里的制冷剂进行压缩,制冷剂以高温高压的气态进入管道,在发动机舱 前部的冷凝器中从气态凝结成液态,释放一定的热量,随后经过膨胀阀,液态制冷剂 压力忽然降低,然后再车厢内蒸发器中汽化,吸收大量的热量,从而达到驾驶舱制冷效果。

压缩机是制冷系统中最关键的一环。可将制冷剂从低压侧吸入压缩,使其温度和 压力升高、再泵入高压侧,往复循环。常见的汽车空调压缩机有斜盘式(市场占比约 65%)、涡旋式(25%)和旋叶式(10%),同时,压缩机分为定排量和变排量,变排量可根据空调制冷负荷自动改变排量,运行更为经济,同时变排量比定排量贵 20%。斜盘压缩机是往复式压缩机的主导产品,工艺比较成熟,其能耗高,定排量 400 元/个, 变排量 500-600 元/个,产品主要使用在大排量乘用车。涡旋式压缩机没有往复运动, 效率较高,并且具有噪声小、运转平稳等特点,其价格在 300-400 元/个,适合小排量 车使用。旋叶式压缩机具有体积小和重量轻等特点,能在较小的发动机舱中进行布局, 适用于微型车。

对于电动压缩机,其与传统的差别在于主要是由电池提供动力,控制器控制电机 的转速从而控制制冷量,从而达到调节温度的作用。由于涡旋式压缩机具有效率高、噪声小、运转平稳等优点,决定了它适合与高速高速电机配合使用,单个价值在 2000 元/个。

压缩机市场集中度较为集中,奥特佳为国产品牌龙头。从竞争格局角度来看,全 球汽车空调压缩机领域中,外资品牌仍旧占据着主导。在汽车压缩机领域,三电、电 装、翰昂、法雷奥等外资品牌占据着全球超过 50%的市场份额,尤其是电动压缩机领 域,电装、三电、翰昂三家占据着全球超过 80%的市场份额。国产压缩机品牌中,奥 特佳为国内龙头企业,在自主品牌车型中占比较高,同时电动压缩机在新能源汽车市 场占据一定的份额。

2.4 格局:外资品牌仍旧强势,国内厂商加速推进

现阶段,新能源汽车的热管理作为一个边际技术加速迭代,短期爆发性强的细分 行业,处于一个百家争鸣百花齐放的状态。随着全球新能源汽车崛起,包括特斯拉市 值超过传统汽车厂商丰田,以及传统车纷纷布局新能源汽车领域,新能源汽车未来前 景越来越明朗。未来随着热管理方案标准化、模块化趋势行业集中度不断提升,优势厂商将逐渐脱颖而出。目前国内外厂商同处于一个竞争水平线,给予本土品牌公平竞 争进入全球产业链的机遇。

各个车厂各个系统供应商对于热管理还没有一个明显占优的方案,各个方案差异 较大。在这种技术路线的阶段,国内外热管理供应商同步起步竞争。对于国内热管理 供应商来说,可以与老牌供应商处于同一起跑线,并且拥有本地庞大的市场优势,在新能源汽车崛起的浪潮下,热管理这个子行业也面临着供应链重组的局面。

全球竞争格局:国际厂商占据着全球主要市场份额。传统热管理供应商系统配套 能力强,依靠在传统市场的优势,深耕技术开发,较早的进入电动车热管理市场,具 有在一定技术水平上的领先,且能够提供整车热管理的解决方案;例如电装、汉拿、 法雷奥、马勒、捷温、三电等。根据我们测算,电装、法雷奥、马勒、翰昂等全球性 厂商,占据着全球超过 50%的市场份额。而国内主流的热管理制造商仍旧以部件供应 为主,整体的市场份额较国际厂商仍旧有一定差距。

汽车热管理行业专题报告:新能源汽车热管理迎产业春风

电装为全球第二大的汽车零部件集团,业务涵盖动力系统、热管理系统、汽车电 子及电气化系统等领域,主要的汽车热管理产品有空调系统、动力传动冷却系统、压 缩机等。2019 年汽车业务总营收达到 466 亿美元,其中热管理业务营收占比达到 26.2%, 近些年来积极布局电动化、智能化领域。

法雷奥业务涵盖舒适及驾驶辅助、动力总成、热管理和视觉照明系统四大板块, 先后收购福特 HVAC 业务、ACH 温控业务,合并汽车空调业务,成功跻身热管理领域 第一梯队。主要的汽车热管理产品有空调系统、动力总成热管理系统、压缩机、前端 模块等。2019 年法雷奥全年营收为 218 亿美元,热管理业务营收占比达到 24%。

韩国翰昂是全球专注于汽车热管理系统的厂商。主要的汽车热管理产品有空调系 统、压缩机、发动机冷却系统及管路在内的热管理系统全体系。2019 年公司总体营收 规模为 61 亿美元。

马勒对应业务分为发动机活塞、滤清器、汽车空调系统三大主线,前后收购美国 德尔福空调、日本国产电机,并购德国 O-Flexx 热管理公司,使其热管理业务发展较 快。主要的汽车热管理产品有空调系统、冷却系统、压缩机、电池调节技术等。2018 年马勒总体营收规模为 148 亿美元,其中热管理相关业务占比为 37%。

国内的新能源车热管理厂商相对国外传统厂商具本土配套及成本优势,有望快速 抢占新能源车热管理市场,传统热管理供应商的系统优势不再明显,零部件级别诸多 新生领域不在传统汽车行业,给了国内热管理供应商和传统国际老牌供应商站在同一 起跑线的机会。虽说传统国际老牌供应商拥有多年的热管理行业积累,国内厂商在技 术上略逊一筹,近些年也表现为追赶的态势,随着电动化浪潮持续推进,国内厂商在 具备相应优势下有望由零部件进一步向系统拓展,成为全球整车体系下的组件供应商。国内厂商相对于国外厂商具有一定的优势,具体的表现在:

(1) 国内厂商有较大的发展空间,随着全球新能源汽车浪潮逐渐加速,补贴 催化及相关政策推动,中国作为新能源汽车产业链中关键一环。

(2) 具有成本优势,由于人工、原材料及运输等方面的差异,国内厂商具有良 好的成本管控能力,国内整车厂出于降本的考量,会优先考虑国内汽零产 商。

(3) 打入国内整车厂产业链更容易,国内汽零企业与本土整车厂通常已构建 好良好的合作关系,对于获得相应的订单具有一定的优势。

国内厂商加速推进,项目定点充足。随着这波汽车电气化的浪潮,依靠我国对于 新能源汽车的政策红利、财政补贴以及整个产业联动,利用本土优势及传统业务支持, 迅速抢占热管理的市场。而谁能从前期的获利中继续投入研发,深入理解新能源车热 管理系统,绑定整车厂开发更精细的管控系统,继而开发模块化的产品,谁就能在中 后期的竞争中掌握主动权,从而领导市场。国内主流热管理厂商在新能源领域加速推 进,2018 年以来不断拿到新能源热管理订单,下游客户不仅仅包含国内自主品牌厂商, 同时更是切入到国际主流电动车厂商的配套体系内。我们认为,在新能源热管理领域, 国内厂商有望充分享受国内新能源汽车的发展红利,进一步缩短与国际厂商的差距。

3、低温热管理前景广阔,热泵为高效解决方案

3.1 低温电化学反应不活跃,高效热管理为现行最优解决方案

低温下电化学反应不活跃是电池冬季续航降低的主要原因。锂离子电池是一种典 型的“摇椅电池”,其充电时锂离子从正极脱嵌穿越隔膜进入负极,使得负极呈富锂状 态,正极呈贫锂状态,同时碳负极通过外电路获得补偿电荷,放电时则相反。环境温 度过低时,电解液黏度增大甚至部分凝固,使得锂离子脱嵌运动受阻,电导率降低, 最终引起了容量减少。

低温下使用锂电池易造成不可逆的容量损伤和潜在危险。锂离子的溶解性在低温 时会显著降低,易析出沉积形成锂晶枝,生长到一定程度时有可能会刺穿隔膜造成电 池短路,形成潜在安全风险。且此时电池负极动力学条件较差,固态电解质界面(SEI) 厚度会增加,将不可逆地持续阻碍离子流动,造成有效容量衰减。

各类正极材料的抗低温能力均不相同,NCM811 电池相对抗冻。研究发现在-20℃ 下电池的容量保持率均有下降,总体上 NCM 与 NCA 材料抗低温性能相似,NCM811 比 NCA 稍高,但两者均明显优于磷酸铁锂电池。当前国内的电池向 NCM811 发展的 趋势有助于减缓冬季低电量的现象,但仍需要低温热管理来让电池工作在最佳范围。

耐低温电池的研发是解决冬季续航下降较为根本的办法,主要方向有改性电解液 与全天候电池,但当前仍在实验阶段。

采用混合锂盐、溶剂与添加剂获得综合性能较强的低温电解液是获得低温锂电池 的重要手段。电解液是电池抗低温能力最重要的因素之一,当前研究表明将不同的锂 盐、溶剂与添加剂这三种组分按特定比例混合可以达到综合最优的效果。例如在溶剂 方面,传统溶剂 EC 介电常数高、成膜性好,但因其熔点高、黏度大,而低熔点(-48℃) 的 PC 溶剂可有效地避免电解液体系在低温下发生凝固,调整两者配比可降低体系粘 度,获得综合两者优点的抗低温溶剂。

高效热管理是当前最可行的冬季续航管理方案。若仅从最大续航角度考虑,电池 加热系统为保持电池在特定温度下的自身能耗存在最优解,但从电池安全角度,在 0℃ 以下均需要采取电池加热系统以尽量延长电池寿命。此外采用电池加热势必需要在电 池组中填入保温材料,但这与高温热管理的需求背道而驰,因此热管理系统的设计需 要综合考虑各类因素。

3.2 热泵空调系统逐步普及,未来深度替代市场广阔

对于传统车来说,其制热过程是利用发动机余热进行空调制热。主要管理系统有 发动机冷却回路,目的是使得发动机处于合适的工作温度,确保各零部件能够正常运 转。区别于冷却液是否流经散热器,分为大、小循环。汽车冷启动时,冷却液进行小 循环迅速提升发动机温度;当在高速运行过程中,发动机发热大,冷却液温度急剧升 高,达到一定度时,节温器打开,冷却液流经散热器,将热量散失到空气中,保证发 动机处于正常的温度。有一个独立分支为驾驶舱和热暖风回路,冷风经过暖风热交换 器和冷却液进行热量较缓,最后带有热量的空气进入驾驶舱,从而达到了加热的目的。而对于新能源汽车,发动机热源消失,必须依靠电力进行加热。目前主要有 PTC 加热 器、热泵系统。

PTC 能耗较大,对电动车续航影响较大。PTC 即正温度系数热敏电阻,其电阻与 温度成正相关,当温度升高时,PTC 电阻值随之上升,通电发热量将会随之降低,反 之相反。其以低成本、结构简单、工作稳定等特点打入新能源汽车行业,相比于电热 丝加热能量转换效率从 70%上升至 98%,但因 PTC 是将电能转化成热能,能量消耗较 大。以现阶段蔚来 ES8 为例,其在制热环节采用了前排功率 5.5kw、后排温度 3.7kw 两 大加热器,仅在暖风空调开启的情况下每小时消耗近 50 公里续航。以续航 300km 平 均带电量 35kw 为例,以平均 30km/h 的车速行驶和配套一个 2kw 的 PTC 加热器,在排除其他损耗的情况下,续航里程最终缩短到 191km,减少 36%。

热泵是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置,类似可以将 低处的水泵到高处的“水泵”。使用四通换向阀可以使热泵空调的蒸发器和冷凝器功能 互相对换,改变热量转移方向,从而达到夏天制冷冬天制热的效果。这样相对宝贵的 电能在制热的过程中可以仅作为热量的“搬运工”,而不是自身转换成低品位的热能。其工作原理如下图所示,1.蒸发器从环境中吸取热量进入热泵系统,1.蒸发器从环境中 吸取热量进入热泵系统,2.低压工质被压缩升温,3.高温高压工质在冷凝器中与舱内空 气换热,4.加热后的空气被送入车厢内,5.高压工质经膨胀阀成为低温低压气体完成循环。

热泵空调热效率表现突出。一般可以用所转换热量与输入能量之间的比值 COP (能效比)来衡量空调器性能的好坏,COP 越高说明空调的转化效率越高、越节能。PTC 制热的 COP 仅为 1,而热泵制热时的最低理论 COP 也高于 1,在实际中一般可以 达到 2-4,即相同能耗下产生的热量是 PTC 的 2-4 倍。以续航 300km 平均带电量 35kw 的电动车为例,以平均 30km/h 的城市车速行驶,对三种典型配置下里程变化进行测 算。使用热泵系统能够较 PTC 增加续航,从仅使用 PTC 的续航里程 192km 到 233km。但同时考虑到仅使用热泵系统的局限性,往往配合着 PTC 一起使用,也能是续航达到 210km。可见在动力电池没有突破性进展下要保证低能耗制热,热泵是现阶段为数不多 的技术。

四大核心零部件:电动压缩机、电子膨胀阀、四通换向阀、换热器。热泵空调系 统的结构相对复杂,关键零部件有四通换向阀、电动压缩机、电子膨胀阀、换热器、 气液分离器、电子阀等,其他零部件则与传统汽车空调差别不大。

电动压缩机是电动机与压缩机的一体化产品,两者共用同一主轴,由于电动涡旋 压缩机具有结构紧凑、可靠性高、排液连续等特点是电动汽车压缩机的最佳选择。电 动压缩机价值在 2000 元左右,占热泵空调价值 40%以上,因此竞争相对激烈,国内电 动压缩机以奥特佳为首。

四通换向阀是热泵空调运转的核心,由电磁先导阀和四通主阀通过导向毛细管连 接构成,控制冷却液的流向从而转换制冷制热模式,结构复杂容易损坏。目前三花智 控是国内外一流的阀体供应商,市场份额国内 35%、国外 20%。

电子膨胀阀在温度调节范围、控制精度、过热度控制以及反应速度上对比传统的 热力膨胀阀都有明显优势,尤其适合作为热泵空调的主要节流零件。同四通阀,电子 膨胀阀以三花智控为首,不二工机、TGK、Egelhof 等国外竞争对手也有较强实力。

换热器需要冷热两用,既是冷凝器又是蒸发器,一般采用微通道平行流换热器。换热器制造门槛较低,但在热泵系统中可以决定使用温度下限,国内银轮股份是热交换器的龙头。

国家厂商在热泵控制和标定领域具有优势。热泵系统面临的工况更为复杂,因此 在系统的控制与标定方面有很大的难度。电装、三电等国际厂商在产业链的定位为系 统集成商,负责整个系统的标定。目前电装在控制方面做的最为完善。

国内厂商在热泵系统关键零部件领域具有一定话语权。对于国内厂商,三花智控 已经具备其关键零部件的供应能力,在零部件供应上已做到除压缩机外的全覆盖,公 司在车载热泵空调上已处于国内领军位置,后续行业爆发将会带来一大利润来源。银 轮股份已与江铃 E400、吉利新能源(SMART)等整车厂合作热泵系统项目,可以满足 -5-50℃使用需求,在蒸发器、冷凝器、换热器、暖芯、PTC、电子水泵等核心部件全部 自制。奥特佳电动涡旋式压缩机国内市占率 30%并且已与特斯拉展开热泵相关零部件 合作。

汽车热管理行业专题报告:新能源汽车热管理迎产业春风

3.3 特斯拉:高度集成热管理系统,引领行业发展

早期雷诺 Zoe 热泵管理系统。2013 年就已上市的雷诺 Zoe 是首款搭载热泵技术的 量产车型,且该技术也应用于 2013 年后生产的日产 Leaf 中,该款热泵空调系统来自 于日本电装集团。这套热泵系统使用编号 10、11 的两套电磁阀来控制管路内制冷剂的 流向。而编号 5 的蒸发器和编号 4 的冷凝器都放置在靠近车厢的一侧。仅仅靠编号 4 冷凝器上的挡板来控制空气是否仅流过蒸发器而变成冷风的制冷模式,还是让空气流 过冷凝器而变成热风的制热模式。相应的发动机舱前部的外部热交换器 1 则要在制冷 模式下作为冷凝器,在制热模式下作为蒸发器。这样整个空调系统就需要编号 1、4、 5 三个热交换器。系统变得复杂了一些,但是为了汽车发动机舱高温震动环境部件可 靠性的考虑还是值得的。在这套热泵系统中,1kW 的电力可以产生 3kW 的制冷效果和 2kW 的制热效果。

特斯拉:高度集成热泵系统。特斯拉认为,电池系统需要维持适宜的温度运行, 并且与此同时驾驶者同样需要舒适的温度,因此热管理系统对于提高用户的体验感至 关重要。但是许多电动车的热管理系统结构复杂并且热管理效率较低,早期的热管理 系统是由许多独立的子系统构成,并且每个子系统都需要完整的架构,因此最终总体 的热管理效率较低。

为了提高热管理系统的效率,特斯拉最新一代的热管理系统采取了高度集成的形 式各个子系统之间可以相互联动,即使用相同冷媒的子系统可以相互连接构成闭环。特斯拉新一代热管理系统可以统筹整车各个子系统的热量分布,使得整车持续在一个 最优效率的工况下运行。Model Y 为特斯拉首款引入热泵系统的车型,通过热泵+低压 APTC 组合实现驾驶 舱热管理,通过热泵+电机预热实现电池系统的热管理。Model Y 热管理系统由以下几个子系统构成:热泵系统、电池冷却系统、电机冷却系统、电控系统、循环系统。以 上各个子系统通过一个八通阀实现热量在各个子系统之间的统筹与转移,从而最终实 现热管理效率的提升。

Model Y 热管理系统的难度在于系统的标定与控制,因为各个子系统之间相互关 联,面临多种场景时,通过精准的控制实现最为合理的热量转移与控制方案,从而实 现无论任何场景下热管理 COP≥1。

汽车热管理行业专题报告:新能源汽车热管理迎产业春风

4、相关公司分析(详见报告原文)

关注热管理核心部件标的。国内热管理厂商在关键零部件领域具有较强竞争力, 未来有望充分受益于新能源汽车发展。建议关注:银轮股份、三花智控、中鼎股份、 奥特佳、克来机电。

5、风险提示

地方政策落地不达预期。若支持相关产业的财政政策、土地政策、管理方针等落 地力度或时间不达预期,对产业发展造成一定影响。

新能源汽车发展不及预期。若新能源汽车发展增速放缓不及预期,产业政策临时 性变化,补贴退坡幅度和执行时间预期若发生变化,对新能源汽车产销量造成冲击, 直接影响公司业务发展。

行业竞争激烈,产品价格下降超出预期。可能存在产品市占率下降、产品价格下 降超出预期等情况。

产能扩张不及预期、产品开发不及预期。若建立新产能进度落后,新产品开发落 后,造成供应链风险与产品量产上市风险。原材料成本波动。

原材料主要为钢铁、铜、铝等金属,涨价直接影响盈利水平。


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