汽车行业深度研究：新能源热管理系统（一）：量价齐升，本土供应链崛起.pdf

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............................................16图表30:2021年中国汽车空调压缩机市场格局...............................................16图表31:特斯拉ModelY八通阀原理图............................................................17图表32:特斯拉ModelY八通阀........................................................................17图表33:2020年全球汽车热管理系统市场格局.............................................17图表34:2021年全球汽车空调市场格局...........................................................17图表35:国内汽车热管理企业的进阶路线........................................................18图表36:三花智控汽车热管理零部件................................................................19图表37:2017-2022Q1三花智控主营业务收入情况.........................................20图表38:2017-2022Q1三花智控归母净利润情况.............................................20图表39:2017-2021三花智控业务收入占比情况.............................................20图表40:2017-2021三花智控汽零收入情况.....................................................20图表41:三花智控汽车热管理供应情况............................................................21图表42:盾安环境汽车热管理阀类产品............................................................22图表43:2017-2022Q1盾安环境收入情况.........................................................23图表44:2017-202盾安环境制冷配件收入情况...............................................23图表45:盾安环境汽车热管理合作客户............................................................23图表46:银轮股份新能源汽车热管理零部件....................................................24图表47:2017-2022Q1银轮股份主营业务收入情况.........................................24图表48:2017-2022Q1银轮股份归母净利润情况.............................................24图表49:2017-2021银轮股份业务收入占比情况.............................................25图表50:2017-2021银轮股份热管理收入情况.................................................25图表51:银轮股份汽车热管理供应情况............................................................25图表52:行业重点关注公司................................................................................26敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明3:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017新能源汽车热管理ASP倍增,市场空间有望超千亿汽车热管理技术是驾乘安全与舒适性的重要保证。汽车热管理的目标有两方面:(1)为驾乘人员提供舒适的温度环境;(2)使汽车各部件的工作温度处在适宜的范围内。传统燃油车的热管理系统主要包括空调系统和动力系统(发动机+变速箱),新能源汽车热管理系统包括空调系统和三电系统热管理。从功能看,新能源汽车增加了动力电池的制热需求。图表1:汽车热管理构成资料来源:普华有策,东方财富证券研究所不同实现方式带来新能源汽车热管理单车的倍增。从实现方式看,新能源汽车与燃油车热管理的区别是:(1)燃油车空调的制热功能是直接利用发动机余热进行供热,无需额外热源;新能源汽车需要使用额外的热源,主流的方式主要包括PTC加热和热泵等;(2)燃油车的空调压缩机由发动机通过皮带带动,新能源汽车需要用电带动电动压缩机;(3)三电系统的温控需要额外增加相关零部件及通道。新能源汽车热管理涉及零部件更多,构造也更为复杂,据电器工业测算,单车ASP约为6410元,相比传统燃油车(2230元)倍增。敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明4:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017“量价齐升”,年市场规模有望突破1000亿元。据BNEF预测,2021-2025年全球新能源汽车销量将从660万辆增长至2060万辆,%。据NE时代预测,2025年,全球新能源汽车热泵空调渗透率有望达到50%,三电液冷渗透率有望达到70%。2021年-2025年,全球新能源汽车热管理系统市场规模可从400亿元扩张至1000亿元以上,%。其中,国内市场空间超400亿,电池热管理达200亿。图表2:全球新能源汽车热管理市场空间预测12001000800600400200020212022E2023E2024E2025E国内(亿元)国外(亿元)资料来源:NE时代,东方财富证券研究所敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明5:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017集成化大势所趋,:向更高效的集成式系统发展从系统架构来看,新能源汽车热管理由各子系统分散运行向集成化发展。根据热管理系统架构的分散程度,可以将新能源汽车热管理的发展归纳为两个阶段:(1)空调(单冷配合PTC电加热)与三电系统热管理分散运行;(2)热泵空调与三电系统(余热回收)耦合式集成热管理。图表3:新能源汽车热管理发展趋势资料来源:《碳中和背景下新能源汽车热管理系统研究现状及发展趋势》,东方财富证券研究所并联系统是热管理由分散向集成的过渡形态。早期,由于新能源汽车油改电架构限制、零部件供应商集成能力不足等原因,新能源汽车热管理的各子系统一般采用分散架构。分散的热管理系统由于零部件和管路冗余导致成本较高,且无法对整车热管理进行统一协调管理,效率较低。随着技术的进步,部分企业采用子系统并联的方式提升集成化和热管理效率。例如,通过在热泵系统中并联换热器来同时满足乘员舱与动力电池温控的需求(由于人体的舒适温度范围和动力电池所需的温控范围相近)。并联系统是热管理由分散向集成的过渡形态,其虽然提升了集成化程度,但电池、电机余热并得到有效利用。图表4:乘用车乘员舱空调需求图表5:锂电池温控需求及热负荷项目参考值项目夏季冬季电池温控范围/℃15-40车内温度/℃24-2818-20电池单元温差/℃<5车内相对湿度/%40-65>30当前主流车型电池容量/(kWh)50-100车内气流速度/(m/s)--/(m3/h)20-2515-20120km/h车速下发热功率/----8资料来源:《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所资料来源:《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明6:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017由于热泵系统的天然缺陷,导致其在高寒环境下应用受阻,若可以回收利用电池电机余热,则能在不额外增加能耗的同时提升其性能。耦合系统通过合理增加二次换热回路的方式,在冷却电池与电机的同时,回收余热提高新能源汽车在低温工况下的制热量。实验结果表明,余热回收式热泵空调与基础热泵空调相比,可降低系统能耗12%-19%。图表6:余热回收热泵与基础热泵能耗对比资料来源:《电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究》,东方财富证券研究所集成式热管理系统组合形式多样。集成式热管理系统会增加集成化部件,将各种阀类、泵类、换热器、传感器等核心零部件集成,节省管路及系统空间,提升热管理效率。根据空调与电池、电机温控的不同组合,可构成不同的集成式热管理系统,余热回收式热泵在特斯拉ModelY、。图表7:特斯拉ModelY热管理系统图表8::《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所资料来源:《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明7:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017空调热管理:向热泵化发展汽车空调主要目标是保障乘员的舒适性以及挡风玻璃的安全性。主要包含以下4种功能:(1)采暖和制冷功能;(2)过滤、通风和换气功能;(3)湿度控制与调节功能;(4)除雾与除霜功能。新能源汽车空调朝低功耗、高性能的方向发展。根据制热方式的不同,新能源汽车空调系统的技术路线可分为单冷空调+PTC电加热系统、热泵空调、热泵空调+PTC辅助加热系统,随着技术的不断进步,其功耗逐渐降低,且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。图表9:新能源汽车空调的技术路线单冷空调+PTC水暖制热热泵空调热泵空调+PTC资料来源:《碳中和背景下新能源汽车热管理系统研究现状及发展趋势》,,但制约续航使用制热时新能源汽车续航降低近半。由于新能源汽车没有发动机参与制热,早期车企采用PTC加热器方案解决空调制热问题。正温度系数加热器(positivetemperaturecoefficient,PTC)由PTC陶瓷发热元件与铝管组成,具有热阻小、传热效率高的优点,但其制热时需要消耗大量的电能。从热力学角度看,PTC制热的COP(设备制热量与消耗功率之比)始终小于1,冬季使用PTC供热时,耗电量较高,严重制约了电动汽车的行续航里程。根据(SAE)研究,采用空调制冷和PTC制热的能源消耗占整车能源消耗的33%,满负荷运转时,新能源汽车续航里程将降低近50%。敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明8:..[Table_yemei]汽车行业深度研究201710:三菱i-MIEV热管理系统资料来源:《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所加热分为空暖和水暖加热两种形式。空暖结构简单,成本相较水暖加热更低,但存在一定的安全隐患,而PTC水暖的加热温度控制精度更高。采用PTC加热会增加PTC加热器、电子水泵等零部件。图表11:PTC空暖与水暖对比供热模式优点缺点典型车型PTC空暖结构简单、加热温度高、成本低温度精度低,有一定的安全隐患荣威E50、欧拉黑猫PTC水暖加热温度控制精度高、适用温度范围广成本较PTC空气加热器高比亚通汉EV、长城欧拉好猫资料来源:《新能源汽车空调供热分析》,,效率远高于PTC。热泵空调的原理是使用蒸气压缩循环利用环境中的低品位热量进行制热,并通过阀件组合使空调的蒸发器和冷凝器功能对换,改变热量转移方向,进而冬天制热的需求。其不使用电能直接制热,本质是热量的搬运,因此制热的理论COP大于1。实验数据表明,当使用热泵空调代替PTC满足加热需求时,能耗可以降低54%-79%,显著增加电动汽车的续航里程。图表12:热泵与PTC制热能耗对比资料来源:《电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究》,东方财富证券研究所敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明9:..[Table_yemei]汽车行业深度研究2017新能源汽车的热泵空调系统主要由电动压缩机、换热器、换向阀、电子膨胀阀等构件组成,为了提高热泵系统的性能,还可添加储液干燥器、换热器风扇等辅助部件。图表13:宝马i3热泵系统资料来源:《电动汽车热管理技术研究进展》,东方财富证券研究所辅助热泵可以提升低温性能。面对严寒工况、启动过程等,传统的***利昂类热泵制热量骤减,制热能力受限,难以满足车室供暖需求,因此进一步衍生了热泵空调+PTC的系统形式,以提升空调的低温性能。图表14:不同空调技术路线对比制热方式优点缺点单车价值典型车型PTC加热结构简单、加热温度高、成本低对续航里程有较大影响3500-4000比亚通汉EV、长城欧拉好猫制热效率高、节能效果明显、提高普通热泵低温环境效率低4000-4500蔚来ES6、比亚迪海豚续航能力系统更复杂,能耗较普通热泵+PTC利用PTC辅助加热,低温性能较好4800-5300比亚迪秦DM-i、丰田Mir-ai热泵增加资料来源:《新能源汽车空调供热分析》,电器工业,银轮股份公告,东方财富证券研究所新能源汽车空调的单车ASP逐渐提升。热泵空调一定程度上解决了PTC能耗高的问题,而热泵+PTC的方案又弥补了基础热泵低温效率低的缺陷,在提升热管理整体效率的同时,其单车ASP也有所提升。新能源汽车空调的发展趋势是高效的解决乘员舱舒适性需求,并与三电系统的精确温度管理进行深度耦合,未来将朝着更加集成化的程度发展,进一步提升效率、降低能耗。:液冷为主,直冷前景广阔动力电池冷却的方法主要有风冷、液冷、直冷。新能源汽车正常运行时,动力电池放电产热,温度升高。为了保证电池在适宜的温度运行,需要对电池进行冷却降温。敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明10:..[Table_yemei]汽车行业深度研究201715:动力电池不同冷却方式对比主动风冷液冷直冷资料来源:盖世汽车,东方财富证券研究所动力电池的不同冷却方式应用效果有所差异,各有优劣。风冷的散热效果有限,无法满足高散热需求;液冷散热效率高,但无法维持电池组的温度均匀性;直冷冷却效率高,但依赖于热泵空调的启停,且对制冷剂环路效能有所影响。图表16:动力电池不同冷却方式优缺点电池冷却方式优点缺点风冷重量轻、成本低、结构简单易于维护、无泄漏风险与电池之间换热能力一般、升温/降温效率一般电池单