新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景

新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景熱管理系統(tǒng)功能復雜，推動向集成化方向發(fā)展為提高新能源汽車冬季續(xù)航，整車廠逐步提高熱管理系統(tǒng)效率。如利用電機電控余熱來實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的加熱需求，降低了高耗能PTC的使用，提高冬季續(xù)航里程。駕駛艙制熱逐漸升級為熱泵空調(diào)，進一步加大熱管理系統(tǒng)的復雜程度。為提高整個系統(tǒng)的可靠性、空間利用率、效率、并降低成本，熱管理系統(tǒng)逐步向集成化方向發(fā)展。國內(nèi)熱管理企業(yè)由于起步較晚，競爭環(huán)境較為激烈，主要通過提供熱管理系統(tǒng)中某個零部件的方式，為整車廠進行供貨。但伴隨著國內(nèi)更多新勢力品牌的誕生，給國內(nèi)熱管理零部件供應商提供了更多嘗試的機會，使其在技術(shù)經(jīng)驗方面逐漸積累，向汽車熱管理集成供應商轉(zhuǎn)變。液冷管液冷板行業(yè)壁壘（一）液冷管液冷板行業(yè)技術(shù)壁壘液冷管液冷板是通過金屬管材、板材（通常為銅鋁等導熱金屬）構(gòu)成的封閉腔體將發(fā)熱器件的熱量間接傳遞給封閉在循環(huán)管路中的冷卻液體，通過冷卻液體將熱量帶走的一種冷卻形式。由于該種冷卻方式會極大程度影響動力電池整體的安全、重量、工作穩(wěn)定性等方面，因此具有較高技術(shù)壁壘，主要體現(xiàn)在以下幾點：第一，散熱效果要求高。由于新能源汽車電池工作時會產(chǎn)生較大熱量，熱量過高不僅影響電池工作效率，同時會產(chǎn)生一定安全風險，因此，液冷管、液冷板對散熱功率要求較高，需要能夠及時導出動力電池工作過程中產(chǎn)生的多余熱量，避免過量溫升的發(fā)生；第二，密封可靠性要求高。道路車輛環(huán)境工作復雜，存在振動、沖擊、高低溫交變等多種環(huán)境，同時，液冷板、液冷管設計壽命均需覆蓋整車使用壽命；動力電池電壓動輒幾百伏，若液冷板、液冷管密封出現(xiàn)問題以致內(nèi)部冷卻液泄露，會導致電池短路，溫度積累到一定程度就會發(fā)生自燃；第三，散熱設計精準度要求高。因新能源汽車車型不同，其使用的電池外形、排列組合方式不同，需要對不同電池包的液冷管、液冷板的冷卻液流道進行精細化設計，使得冷卻液可以均勻冷卻電池溫度，避免電池包內(nèi)不同位置溫差過大；第四，輕量化要求較高。為減輕車身重量，提高電動車續(xù)航里程，液冷管、液冷板使用的材質(zhì)質(zhì)量較輕，厚度較薄，材料的輕薄化進一步提升了技術(shù)加工難度；此外，液冷管、液冷板出廠前應進行相關(guān)試驗并滿足相關(guān)國家和行業(yè)標準及設計要求，包括外觀質(zhì)量、性能、水質(zhì)性能、環(huán)境適應性、工作方式等多方面的測試和驗證。因此液冷管、液冷板供應商需掌握核心研發(fā)及工藝技術(shù)并在產(chǎn)品性能上不斷創(chuàng)新。精密合金線材行業(yè)生產(chǎn)工藝和核心設備雖然比較成熟，但在軋制及熱處理工藝等方面依然存在一定技術(shù)壁壘。新進入企業(yè)短期內(nèi)難以在工藝、技術(shù)方面取得突破，會導致產(chǎn)品技術(shù)指標相對成熟企業(yè)較差，在產(chǎn)品利潤空間有限的前提下，單純依靠價格競爭難以立足。（二）液冷管液冷板行業(yè)客戶認證壁壘整車廠在對供應商的選擇過程中，建立了一整套完善且非常嚴格的認證體系。通常，行業(yè)內(nèi)企業(yè)進入整車廠的供應商體系，首先需要通過國際組織、國家或地區(qū)汽車協(xié)會組織的質(zhì)量管理體系評審，獲得相關(guān)質(zhì)量管理體系認證后，成為候選零部件供應商。其次，企業(yè)還需接受整車廠全方位嚴格審核，通過采購管理、生產(chǎn)工藝、物流管控、技術(shù)研發(fā)、成本控制、安全環(huán)保和質(zhì)量控制等各個方面進一步評審后，才能成為其合格供應商。最后，合格供應商還需配合整車廠進行產(chǎn)品的開發(fā)，在經(jīng)歷開發(fā)設計、工藝調(diào)試、樣品試制和檢驗、整車試驗等多個環(huán)節(jié)后，才可以進入批量供貨階段。新能源汽車零部件行業(yè)發(fā)展的有利因素在新能源汽車領(lǐng)域，我國十三五規(guī)劃將新能源汽車行業(yè)作為堅定支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在國家產(chǎn)業(yè)、財政、稅收等扶持政策的大力推動下，我國新能源汽車行業(yè)在近幾年實現(xiàn)快速發(fā)展。大行業(yè)和細分領(lǐng)域均有國家政策的大力扶持，市場需求及發(fā)展?jié)摿薮?。電動化催生熱管理系統(tǒng)增量零部件新能源汽車熱管理涉及的零部件主要分為閥類（電子膨脹閥、水閥等）、換熱器類（冷卻板、冷卻器、油冷器等）、泵類（電子水泵等）、電動壓縮機類、管路及傳感器類。（一）電池熱管理相較于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車熱管理系統(tǒng)新增電池熱管理系統(tǒng)。制冷模式下，主要采用換熱板來對流經(jīng)電池包的冷卻液進行換熱；制熱模式下，主要采用PTC方式對電池包進行熱管理。新增核心零部件有電池冷卻器（Chiller）、電子水泵。電池冷卻器是調(diào)節(jié)電池組溫度的關(guān)鍵部件，一般采用緊湊小巧的板式換熱器，并在板式換熱器的流道內(nèi)部設計湍流發(fā)生結(jié)構(gòu)，沿流向阻斷流動和溫度邊界層，增強入口效應，最終提高換熱效率。與機械水泵由發(fā)動機經(jīng)過傳動裝置驅(qū)動、與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成一定比例不同，電子水泵是由電力驅(qū)動，水泵轉(zhuǎn)速不再直接受發(fā)動機轉(zhuǎn)速影響，能夠大幅降低能耗，同時滿足新能源汽車更精確的溫度控制需求。（二）乘員艙熱管理主要是通過汽車空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)制冷、供暖、通風等功能，汽車空調(diào)模塊主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、儲液罐、管路等零部件組成。相較于傳統(tǒng)燃油車，由于新能源汽車動力來源的差異及熱管理需求的提升，通常新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)用電動壓縮機替代傳統(tǒng)壓縮機、電子膨脹閥替換熱力膨脹閥等核心零部件。壓縮機作為空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，其將低溫低壓的氣態(tài)制冷劑壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑，并將制冷劑送往冷凝器。渦旋式壓縮機體積小、重量輕、效率高，成為目前車用電動壓縮機的主要形式。相較于傳統(tǒng)燃油車空調(diào)壓縮機，新能源汽車電動壓縮機由電機驅(qū)動且結(jié)構(gòu)復雜，因此單車價值量提升顯著。電子膨脹閥由控制器、執(zhí)行器和傳感器三部分組成，利用被調(diào)節(jié)參數(shù)產(chǎn)生的電信號，控制施加于膨脹閥上的電壓或電流，進而達到調(diào)節(jié)制冷劑的目的；相較于傳統(tǒng)的熱力膨脹閥，電子膨脹閥流量控制范圍大、調(diào)節(jié)精細，更適合電動車熱管理精細化管控。（三）集成化部件新能源汽車熱管理技術(shù)逐漸朝著高度集成化、智能化的方向發(fā)展，熱管理系統(tǒng)耦合程度的加深提高了熱管理的效率，但新增的閥件與管路使系統(tǒng)更為復雜，為簡化管路流程，降低熱管理系統(tǒng)空間占用率，集成化部件應運而生。特斯拉在最新的ModelY車型上首次采用了八通閥，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的冗余管路和閥件；小鵬集成式水壺結(jié)構(gòu)，將原本多個回路的水壺以及相應的閥件、水泵集成到一個水壺之上，大幅降低載冷劑回路的復雜程度。新能源汽車熱管理領(lǐng)域競爭格局目前涉及新能源汽車熱管理領(lǐng)域的廠商可主要分為兩大陣營：一類是國際巨頭，主要是傳統(tǒng)車熱管理業(yè)務的延伸，如電裝、法雷奧等；另一類是零部件供應商的業(yè)務升級，隨著電動化進程加快，抓住新生零部件機會，如三花智控、銀輪股份等。從國際巨頭的產(chǎn)品線來看，均為系統(tǒng)集成化產(chǎn)品，其優(yōu)點是能夠了提高新能源車的能量利用效率和續(xù)駛能力，國內(nèi)企業(yè)則集中于單一布局（下表）。對于國際巨頭來講，主要集中于系統(tǒng)化的產(chǎn)品供應，占據(jù)中高端市場，而且布局產(chǎn)品較豐富，基本涉及熱管理全線產(chǎn)品，在技術(shù)積累方面具備優(yōu)勢。熱管理領(lǐng)域巨頭在傳統(tǒng)汽車熱管理方面的技術(shù)及產(chǎn)品已相對成熟，并且進入新能源汽車熱管理領(lǐng)域的時間較早。目前，熱管理主流布局方向是綁定熱管理供應商定制化方案，因此傳統(tǒng)熱管理供應商巨頭憑借技術(shù)積累和客戶優(yōu)勢，切入電動車車熱管理領(lǐng)域。電裝主要業(yè)務涉及動力系統(tǒng)、汽車電子及電氣化系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)（主要為空調(diào)系統(tǒng)及壓縮機等）等，2019年業(yè)務總營收466億美元，其中熱管理系統(tǒng)營收占比為26．2%，占據(jù)全球熱管理市場份額的26．5%?？照{(diào)熱管理：熱泵空調(diào)滲透率提升，多方案提升低溫環(huán)境下的熱泵效率空調(diào)制熱為新能源汽車熱管理核心變化，熱泵空調(diào)為主流趨勢。汽車空調(diào)系統(tǒng)是汽車結(jié)構(gòu)重要組成部分，其主要為乘員艙提供制冷、制熱、通風、空氣凈化及智能座艙部分功能。空調(diào)熱管理主要包含空調(diào)箱（蒸發(fā)器、鼓風機和管路等）、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分。傳統(tǒng)燃油車熱管理來源主要來自發(fā)動機余熱，新能源汽車空調(diào)熱管理制熱主要分為兩個技術(shù)路線：（1）（風暖/水暖）PTC系統(tǒng)；（2）熱泵空調(diào)系統(tǒng)。由于PTC在冬季顯著降低新能源車續(xù)航里程，因此熱泵空調(diào)系統(tǒng)正逐步成為下一代新能源車乘員艙空調(diào)熱管理解決方案。PTC空調(diào)（電動壓縮機制冷/PTC制熱）分為風暖和水暖，具有成本低、制熱效果不受惡劣低溫環(huán)境影響等優(yōu)點。PTC也即是正溫度系數(shù)熱敏電阻，在通電后恒溫發(fā)熱從而達到制熱目的。PTC空調(diào)有兩種解決方案：（1）風暖：PTC內(nèi)置空調(diào)箱內(nèi)替代暖風機芯直接加熱空氣，其設計結(jié)構(gòu)簡單但其存在一定的安全隱患；（2）水暖：PTC內(nèi)置冷卻液回路對冷卻液進行加熱，冷卻液流經(jīng)暖風機芯進行制熱，其安全性好且溫度控制精確但其結(jié)構(gòu)復雜、電量消耗較大。當前PTC空調(diào)因管路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低及制熱效果不受環(huán)境影響等優(yōu)點被多數(shù)新能源汽車搭載，但其能耗高會使得續(xù)航里程降低25%左右，因此中高端車型正逐步采用熱泵空調(diào)對其進行替代。熱泵空調(diào)基于逆卡諾循環(huán)有效降低功耗。熱泵空調(diào)基于逆卡諾循環(huán)的原理，將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移至高位熱源，通過增加四通換向閥使熱泵空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器和蒸發(fā)器功能互換，從而改變熱量的轉(zhuǎn)移方向?qū)崿F(xiàn)制冷、制熱雙重效果。熱泵空調(diào)具有制熱效率高、能耗低的優(yōu)勢，其熱能效比COP>1，也即是可以用1kW電功率達到1．5kW-2kW的熱量?；诋斍靶履茉雌噷m(xù)航需求的提升，能耗管理成為OEM技術(shù)變革的關(guān)鍵，熱泵空調(diào)擁有比PTC空調(diào)低耗、高效率的解決方案，當前中高端車型紛紛搭載熱泵空調(diào)技術(shù)；特斯拉ModelY車型、寶馬iX3系列、奧迪Q7e-tron車型等均搭載熱泵空調(diào)方案。液冷管液冷板行業(yè)市場規(guī)模（一）新能源汽車電池熱管理行業(yè)市場規(guī)模傳統(tǒng)燃油車熱管理系統(tǒng)僅包括汽車空調(diào)系統(tǒng)和動力總成冷卻系統(tǒng)兩個部分，新能源汽車熱管理系統(tǒng)新增電池熱管理部分，其中，液冷管、液冷板在新能源汽車中的單車價值量約為800元，2021年國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)量336萬輛，即2021年國內(nèi)新能源汽車電池