汽車熱管理行業(yè)專題報告：新能源汽車熱管理迎產業(yè)春風（下）

2.3 空調系統(tǒng)：電動壓縮機為最核心部件

       新能源汽車與燃油車空調制冷原理基本一致，主要區(qū)別在于動力源由之前的內燃 機轉變?yōu)槿娤到y(tǒng)，從而電動壓縮機制冷+PTC/熱泵制熱成為新的技術方案。

       制冷劑回路主要包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器這四個關鍵部件，首先， 壓縮機將管路里的制冷劑進行壓縮，制冷劑以高溫高壓的氣態(tài)進入管道，在發(fā)動機艙 前部的冷凝器中從氣態(tài)凝結成液態(tài)，釋放一定的熱量，隨后經(jīng)過膨脹閥，液態(tài)制冷劑 壓力忽然降低，然后再車廂內蒸發(fā)器中汽化，吸收大量的熱量，從而達到駕駛艙制冷效果。

        壓縮機是制冷系統(tǒng)中最關鍵的一環(huán)?？蓪⒅评鋭牡蛪簜任雺嚎s，使其溫度和 壓力升高、再泵入高壓側，往復循環(huán)。常見的汽車空調壓縮機有斜盤式（市場占比約 65%）、渦旋式（25%）和旋葉式（10%），同時，壓縮機分為定排量和變排量，變排量可根據(jù)空調制冷負荷自動改變排量，運行更為經(jīng)濟，同時變排量比定排量貴 20%。斜盤壓縮機是往復式壓縮機的主導產品，工藝比較成熟，其能耗高，定排量 400 元/個， 變排量 500-600 元/個，產品主要使用在大排量乘用車。渦旋式壓縮機沒有往復運動， 效率較高，并且具有噪聲小、運轉平穩(wěn)等特點，其價格在 300-400 元/個，適合小排量 車使用。旋葉式壓縮機具有體積小和重量輕等特點，能在較小的發(fā)動機艙中進行布局， 適用于微型車。

       對于電動壓縮機，其與傳統(tǒng)的差別在于主要是由電池提供動力，控制器控制電機 的轉速從而控制制冷量，從而達到調節(jié)溫度的作用。由于渦旋式壓縮機具有效率高、噪聲小、運轉平穩(wěn)等優(yōu)點，決定了它適合與高速高速電機配合使用，單個價值在 2000 元/個。

       壓縮機市場集中度較為集中，奧特佳為國產品牌龍頭。從競爭格局角度來看，全 球汽車空調壓縮機領域中，外資品牌仍舊占據(jù)著主導。在汽車壓縮機領域，三電、電 裝、翰昂、法雷奧等外資品牌占據(jù)著全球超過 50%的市場份額，尤其是電動壓縮機領 域，電裝、三電、翰昂三家占據(jù)著全球超過 80%的市場份額。國產壓縮機品牌中，奧 特佳為國內龍頭企業(yè)，在自主品牌車型中占比較高，同時電動壓縮機在新能源汽車市 場占據(jù)一定的份額。

2.4 格局：外資品牌仍舊強勢，國內廠商加速推進

       現(xiàn)階段，新能源汽車的熱管理作為一個邊際技術加速迭代，短期爆發(fā)性強的細分 行業(yè)，處于一個百家爭鳴百花齊放的狀態(tài)。隨著全球新能源汽車崛起，包括特斯拉市 值超過傳統(tǒng)汽車廠商豐田，以及傳統(tǒng)車紛紛布局新能源汽車領域，新能源汽車未來前 景越來越明朗。未來隨著熱管理方案標準化、模塊化趨勢行業(yè)集中度不斷提升，優(yōu)勢廠商將逐漸脫穎而出。目前國內外廠商同處于一個競爭水平線，給予本土品牌公平競 爭進入全球產業(yè)鏈的機遇。

       各個車廠各個系統(tǒng)供應商對于熱管理還沒有一個明顯占優(yōu)的方案，各個方案差異 較大。在這種技術路線的階段，國內外熱管理供應商同步起步競爭。對于國內熱管理 供應商來說，可以與老牌供應商處于同一起跑線，并且擁有本地龐大的市場優(yōu)勢，在新能源汽車崛起的浪潮下，熱管理這個子行業(yè)也面臨著供應鏈重組的局面。

       全球競爭格局：國際廠商占據(jù)著全球主要市場份額。傳統(tǒng)熱管理供應商系統(tǒng)配套 能力強，依靠在傳統(tǒng)市場的優(yōu)勢，深耕技術開發(fā)，較早的進入電動車熱管理市場，具 有在一定技術水平上的領先，且能夠提供整車熱管理的解決方案；例如電裝、漢拿、 法雷奧、馬勒、捷溫、三電等。根據(jù)我們測算，電裝、法雷奧、馬勒、翰昂等全球性 廠商，占據(jù)著全球超過 50%的市場份額。而國內主流的熱管理制造商仍舊以部件供應 為主，整體的市場份額較國際廠商仍舊有一定差距。

       電裝為全球第二大的汽車零部件集團，業(yè)務涵蓋動力系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、汽車電 子及電氣化系統(tǒng)等領域，主要的汽車熱管理產品有空調系統(tǒng)、動力傳動冷卻系統(tǒng)、壓 縮機等。2019 年汽車業(yè)務總營收達到 466 億美元，其中熱管理業(yè)務營收占比達到 26.2%， 近些年來積極布局電動化、智能化領域。

       法雷奧業(yè)務涵蓋舒適及駕駛輔助、動力總成、熱管理和視覺照明系統(tǒng)四大板塊， 先后收購福特 HVAC 業(yè)務、ACH 溫控業(yè)務，合并汽車空調業(yè)務，成功躋身熱管理領域 第一梯隊。主要的汽車熱管理產品有空調系統(tǒng)、動力總成熱管理系統(tǒng)、壓縮機、前端 模塊等。2019 年法雷奧全年營收為 218 億美元，熱管理業(yè)務營收占比達到 24%。

       韓國翰昂是全球專注于汽車熱管理系統(tǒng)的廠商。主要的汽車熱管理產品有空調系 統(tǒng)、壓縮機、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)及管路在內的熱管理系統(tǒng)全體系。2019 年公司總體營收 規(guī)模為 61 億美元。

       馬勒對應業(yè)務分為發(fā)動機活塞、濾清器、汽車空調系統(tǒng)三大主線，前后收購美國 德爾?？照{、日本國產電機，并購德國 O-Flexx 熱管理公司，使其熱管理業(yè)務發(fā)展較 快。主要的汽車熱管理產品有空調系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、壓縮機、電池調節(jié)技術等。2018 年馬勒總體營收規(guī)模為 148 億美元，其中熱管理相關業(yè)務占比為 37%。

       國內的新能源車熱管理廠商相對國外傳統(tǒng)廠商具本土配套及成本優(yōu)勢，有望快速 搶占新能源車熱管理市場，傳統(tǒng)熱管理供應商的系統(tǒng)優(yōu)勢不再明顯，零部件級別諸多 新生領域不在傳統(tǒng)汽車行業(yè)，給了國內熱管理供應商和傳統(tǒng)國際老牌供應商站在同一 起跑線的機會。雖說傳統(tǒng)國際老牌供應商擁有多年的熱管理行業(yè)積累，國內廠商在技 術上略遜一籌，近些年也表現(xiàn)為追趕的態(tài)勢，隨著電動化浪潮持續(xù)推進，國內廠商在 具備相應優(yōu)勢下有望由零部件進一步向系統(tǒng)拓展，成為全球整車體系下的組件供應商。國內廠商相對于國外廠商具有一定的優(yōu)勢，具體的表現(xiàn)在：

    （1） 國內廠商有較大的發(fā)展空間，隨著全球新能源汽車浪潮逐漸加速，補貼 催化及相關政策推動，中國作為新能源汽車產業(yè)鏈中關鍵一環(huán)。

    （2） 具有成本優(yōu)勢，由于人工、原材料及運輸?shù)确矫娴牟町?，國內廠商具有良 好的成本管控能力，國內整車廠出于降本的考量，會優(yōu)先考慮國內汽零產 商。

    （3） 打入國內整車廠產業(yè)鏈更容易，國內汽零企業(yè)與本土整車廠通常已構建 好良好的合作關系，對于獲得相應的訂單具有一定的優(yōu)勢。

       國內廠商加速推進，項目定點充足。隨著這波汽車電氣化的浪潮，依靠我國對于 新能源汽車的政策紅利、財政補貼以及整個產業(yè)聯(lián)動，利用本土優(yōu)勢及傳統(tǒng)業(yè)務支持， 迅速搶占熱管理的市場。而誰能從前期的獲利中繼續(xù)投入研發(fā)，深入理解新能源車熱 管理系統(tǒng)，綁定整車廠開發(fā)更精細的管控系統(tǒng)，繼而開發(fā)模塊化的產品，誰就能在中 后期的競爭中掌握主動權，從而領導市場。國內主流熱管理廠商在新能源領域加速推 進，2018 年以來不斷拿到新能源熱管理訂單，下游客戶不僅僅包含國內自主品牌廠商， 同時更是切入到國際主流電動車廠商的配套體系內。我們認為，在新能源熱管理領域， 國內廠商有望充分享受國內新能源汽車的發(fā)展紅利，進一步縮短與國際廠商的差距。

3、低溫熱管理前景廣闊，熱泵為高效解決方案

3.1 低溫電化學反應不活躍，高效熱管理為現(xiàn)行最優(yōu)解決方案

       低溫下電化學反應不活躍是電池冬季續(xù)航降低的主要原因。鋰離子電池是一種典 型的“搖椅電池”，其充電時鋰離子從正極脫嵌穿越隔膜進入負極，使得負極呈富鋰狀 態(tài)，正極呈貧鋰狀態(tài)，同時碳負極通過外電路獲得補償電荷，放電時則相反。環(huán)境溫 度過低時，電解液黏度增大甚至部分凝固，使得鋰離子脫嵌運動受阻，電導率降低， 最終引起了容量減少。

       低溫下使用鋰電池易造成不可逆的容量損傷和潛在危險。鋰離子的溶解性在低溫 時會顯著降低，易析出沉積形成鋰晶枝，生長到一定程度時有可能會刺穿隔膜造成電 池短路，形成潛在安全風險。且此時電池負極動力學條件較差，固態(tài)電解質界面(SEI) 厚度會增加，將不可逆地持續(xù)阻礙離子流動，造成有效容量衰減。

       各類正極材料的抗低溫能力均不相同，NCM811 電池相對抗凍。研究發(fā)現(xiàn)在-20℃ 下電池的容量保持率均有下降，總體上 NCM 與 NCA 材料抗低溫性能相似，NCM811 比 NCA 稍高，但兩者均明顯優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。當前國內的電池向 NCM811 發(fā)展的 趨勢有助于減緩冬季低電量的現(xiàn)象，但仍需要低溫熱管理來讓電池工作在最佳范圍。

       耐低溫電池的研發(fā)是解決冬季續(xù)航下降較為根本的辦法，主要方向有改性電解液 與全天候電池，但當前仍在實驗階段。

       采用混合鋰鹽、溶劑與添加劑獲得綜合性能較強的低溫電解液是獲得低溫鋰電池 的重要手段。電解液是電池抗低溫能力最重要的因素之一，當前研究表明將不同的鋰 鹽、溶劑與添加劑這三種組分按特定比例混合可以達到綜合最優(yōu)的效果。例如在溶劑 方面，傳統(tǒng)溶劑 EC 介電常數(shù)高、成膜性好，但因其熔點高、黏度大，而低熔點(-48℃) 的 PC 溶劑可有效地避免電解液體系在低溫下發(fā)生凝固，調整兩者配比可降低體系粘 度，獲得綜合兩者優(yōu)點的抗低溫溶劑。

       高效熱管理是當前最可行的冬季續(xù)航管理方案。若僅從最大續(xù)航角度考慮，電池 加熱系統(tǒng)為保持電池在特定溫度下的自身能耗存在最優(yōu)解，但從電池安全角度，在 0℃ 以下均需要采取電池加熱系統(tǒng)以盡量延長電池壽命。此外采用電池加熱勢必需要在電 池組中填入保溫材料，但這與高溫熱管理的需求背道而馳，因此熱管理系統(tǒng)的設計需 要綜合考慮各類因素。

3.2 熱泵空調系統(tǒng)逐步普及，未來深度替代市場廣闊

       對于傳統(tǒng)車來說，其制熱過程是利用發(fā)動機余熱進行空調制熱。主要管理系統(tǒng)有 發(fā)動機冷卻回路，目的是使得發(fā)動機處于合適的工作溫度，確保各零部件能夠正常運 轉。區(qū)別于冷卻液是否流經(jīng)散熱器，分為大、小循環(huán)。汽車冷啟動時，冷卻液進行小 循環(huán)迅速提升發(fā)動機溫度；當在高速運行過程中，發(fā)動機發(fā)熱大，冷卻液溫度急劇升 高，達到一定度時，節(jié)溫器打開，冷卻液流經(jīng)散熱器，將熱量散失到空氣中，保證發(fā) 動機處于正常的溫度。有一個獨立分支為駕駛艙和熱暖風回路，冷風經(jīng)過暖風熱交換 器和冷卻液進行熱量較緩，最后帶有熱量的空氣進入駕駛艙，從而達到了加熱的目的。而對于新能源汽車，發(fā)動機熱源消失，必須依靠電力進行加熱。目前主要有 PTC 加熱 器、熱泵系統(tǒng)。

       PTC 能耗較大，對電動車續(xù)航影響較大。PTC 即正溫度系數(shù)熱敏電阻，其電阻與 溫度成正相關，當溫度升高時，PTC 電阻值隨之上升，通電發(fā)熱量將會隨之降低，反 之相反。其以低成本、結構簡單、工作穩(wěn)定等特點打入新能源汽車行業(yè)，相比于電熱 絲加熱能量轉換效率從 70%上升至 98%，但因 PTC 是將電能轉化成熱能，能量消耗較 大。以現(xiàn)階段蔚來 ES8 為例，其在制熱環(huán)節(jié)采用了前排功率 5.5kw、后排溫度 3.7kw 兩 大加熱器，僅在暖風空調開啟的情況下每小時消耗近 50 公里續(xù)航。以續(xù)航 300km 平 均帶電量 35kw 為例，以平均 30km/h 的車速行駛和配套一個 2kw 的 PTC 加熱器，在排除其他損耗的情況下，續(xù)航里程最終縮短到 191km，減少 36%。

      熱泵是一種可以將低位熱源的熱能強制轉移到高位熱源的空調裝置，類似可以將 低處的水泵到高處的“水泵”。使用四通換向閥可以使熱泵空調的蒸發(fā)器和冷凝器功能 互相對換，改變熱量轉移方向，從而達到夏天制冷冬天制熱的效果。這樣相對寶貴的 電能在制熱的過程中可以僅作為熱量的“搬運工”，而不是自身轉換成低品位的熱能。其工作原理如下圖所示，1.蒸發(fā)器從環(huán)境中吸取熱量進入熱泵系統(tǒng)，1.蒸發(fā)器從環(huán)境中 吸取熱量進入熱泵系統(tǒng)，2.低壓工質被壓縮升溫，3.高溫高壓工質在冷凝器中與艙內空 氣換熱，4.加熱后的空氣被送入車廂內，5.高壓工質經(jīng)膨脹閥成為低溫低壓氣體完成循環(huán)。

       熱泵空調熱效率表現(xiàn)突出。一般可以用所轉換熱量與輸入能量之間的比值 COP （能效比）來衡量空調器性能的好壞，COP 越高說明空調的轉化效率越高、越節(jié)能。PTC 制熱的 COP 僅為 1，而熱泵制熱時的最低理論 COP 也高于 1，在實際中一般可以 達到 2-4，即相同能耗下產生的熱量是 PTC 的 2-4 倍。以續(xù)航 300km 平均帶電量 35kw 的電動車為例，以平均 30km/h 的城市車速行駛，對三種典型配置下里程變化進行測 算。使用熱泵系統(tǒng)能夠較 PTC 增加續(xù)航，從僅使用 PTC 的續(xù)航里程 192km 到 233km。但同時考慮到僅使用熱泵系統(tǒng)的局限性，往往配合著 PTC 一起使用，也能是續(xù)航達到 210km?？梢娫趧恿﹄姵貨]有突破性進展下要保證低能耗制熱，熱泵是現(xiàn)階段為數(shù)不多 的技術。

       四大核心零部件：電動壓縮機、電子膨脹閥、四通換向閥、換熱器。熱泵空調系 統(tǒng)的結構相對復雜，關鍵零部件有四通換向閥、電動壓縮機、電子膨脹閥、換熱器、 氣液分離器、電子閥等，其他零部件則與傳統(tǒng)汽車空調差別不大。

       電動壓縮機是電動機與壓縮機的一體化產品，兩者共用同一主軸，由于電動渦旋 壓縮機具有結構緊湊、可靠性高、排液連續(xù)等特點是電動汽車壓縮機的最佳選擇。電 動壓縮機價值在 2000 元左右，占熱泵空調價值 40%以上，因此競爭相對激烈，國內電 動壓縮機以奧特佳為首。

       四通換向閥是熱泵空調運轉的核心，由電磁先導閥和四通主閥通過導向毛細管連 接構成，控制冷卻液的流向從而轉換制冷制熱模式，結構復雜容易損壞。目前三花智 控是國內外一流的閥體供應商，市場份額國內 35%、國外 20%。

       電子膨脹閥在溫度調節(jié)范圍、控制精度、過熱度控制以及反應速度上對比傳統(tǒng)的 熱力膨脹閥都有明顯優(yōu)勢，尤其適合作為熱泵空調的主要節(jié)流零件。同四通閥，電子 膨脹閥以三花智控為首，不二工機、TGK、Egelhof 等國外競爭對手也有較強實力。

       換熱器需要冷熱兩用，既是冷凝器又是蒸發(fā)器，一般采用微通道平行流換熱器。換熱器制造門檻較低，但在熱泵系統(tǒng)中可以決定使用溫度下限，國內銀輪股份是熱交換器的龍頭。

       國家廠商在熱泵控制和標定領域具有優(yōu)勢。熱泵系統(tǒng)面臨的工況更為復雜，因此 在系統(tǒng)的控制與標定方面有很大的難度。電裝、三電等國際廠商在產業(yè)鏈的定位為系 統(tǒng)集成商，負責整個系統(tǒng)的標定。目前電裝在控制方面做的最為完善。

       國內廠商在熱泵系統(tǒng)關鍵零部件領域具有一定話語權。對于國內廠商，三花智控 已經(jīng)具備其關鍵零部件的供應能力，在零部件供應上已做到除壓縮機外的全覆蓋，公 司在車載熱泵空調上已處于國內領軍位置，后續(xù)行業(yè)爆發(fā)將會帶來一大利潤來源。銀 輪股份已與江鈴 E400、吉利新能源（SMART）等整車廠合作熱泵系統(tǒng)項目，可以滿足 -5-50℃使用需求，在蒸發(fā)器、冷凝器、換熱器、暖芯、PTC、電子水泵等核心部件全部 自制。奧特佳電動渦旋式壓縮機國內市占率 30%并且已與特斯拉展開熱泵相關零部件合作。

3.3 特斯拉：高度集成熱管理系統(tǒng)，引領行業(yè)發(fā)展

       早期雷諾 Zoe 熱泵管理系統(tǒng)。2013 年就已上市的雷諾 Zoe 是首款搭載熱泵技術的 量產車型，且該技術也應用于 2013 年后生產的日產 Leaf 中，該款熱泵空調系統(tǒng)來自 于日本電裝集團。這套熱泵系統(tǒng)使用編號 10、11 的兩套電磁閥來控制管路內制冷劑的 流向。而編號 5 的蒸發(fā)器和編號 4 的冷凝器都放置在靠近車廂的一側。僅僅靠編號 4 冷凝器上的擋板來控制空氣是否僅流過蒸發(fā)器而變成冷風的制冷模式，還是讓空氣流 過冷凝器而變成熱風的制熱模式。相應的發(fā)動機艙前部的外部熱交換器 1 則要在制冷 模式下作為冷凝器，在制熱模式下作為蒸發(fā)器。這樣整個空調系統(tǒng)就需要編號 1、4、 5 三個熱交換器。系統(tǒng)變得復雜了一些，但是為了汽車發(fā)動機艙高溫震動環(huán)境部件可 靠性的考慮還是值得的。在這套熱泵系統(tǒng)中，1kW 的電力可以產生 3kW 的制冷效果和 2kW 的制熱效果。

       特斯拉：高度集成熱泵系統(tǒng)。特斯拉認為，電池系統(tǒng)需要維持適宜的溫度運行， 并且與此同時駕駛者同樣需要舒適的溫度，因此熱管理系統(tǒng)對于提高用戶的體驗感至 關重要。但是許多電動車的熱管理系統(tǒng)結構復雜并且熱管理效率較低，早期的熱管理 系統(tǒng)是由許多獨立的子系統(tǒng)構成，并且每個子系統(tǒng)都需要完整的架構，因此最終總體 的熱管理效率較低。

       為了提高熱管理系統(tǒng)的效率，特斯拉最新一代的熱管理系統(tǒng)采取了高度集成的形 式各個子系統(tǒng)之間可以相互聯(lián)動，即使用相同冷媒的子系統(tǒng)可以相互連接構成閉環(huán)。特斯拉新一代熱管理系統(tǒng)可以統(tǒng)籌整車各個子系統(tǒng)的熱量分布，使得整車持續(xù)在一個 最優(yōu)效率的工況下運行。Model Y 為特斯拉首款引入熱泵系統(tǒng)的車型，通過熱泵+低壓 APTC 組合實現(xiàn)駕駛 艙熱管理，通過熱泵+電機預熱實現(xiàn)電池系統(tǒng)的熱管理。Model Y 熱管理系統(tǒng)由以下幾個子系統(tǒng)構成：熱泵系統(tǒng)、電池冷卻系統(tǒng)、電機冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)。以 上各個子系統(tǒng)通過一個八通閥實現(xiàn)熱量在各個子系統(tǒng)之間的統(tǒng)籌與轉移，從而最終實 現(xiàn)熱管理效率的提升。

Model Y 熱管理系統(tǒng)的難度在于系統(tǒng)的標定與控制，因為各個子系統(tǒng)之間相互關 聯(lián)，面臨多種場景時，通過精準的控制實現(xiàn)最為合理的熱量轉移與控制方案，從而實 現(xiàn)無論任何場景下熱管理 COP≥1。

來源 | 華安證券（分析師：陳曉，宋偉?。┌鏅鄽w原作者所有，轉載僅供學習交流，如有不適請聯(lián)系我們，謝謝。

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