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新能源汽车热管理行业分析报告

2018年新能源汽车热管理行业分析报告

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新能源汽车热管理要求高于传统汽车，电池热管理系统为核心

与传统汽车相比，新能源汽车热管理系统更复杂，不仅有空调系统，而且新增电池、电机等冷却需求。

1）过低或过高温度均会影响锂电池性能和使用寿命，因而必须拥有热管理系统。

根据传热介质的不同，电池热管理系统可分为风冷、直冷与液冷，液冷相对直冷成本更低，冷却效果也优于风冷，具备主流应用趋势。

2）由于动力类型的变化，电动汽车空调使用的电动涡旋压缩机价值量相比传统压缩机有明显提升。

目前电动车主要采用PTC加热器进行采暖，冬天时严重影响续航里程，未来有望逐步应用制热能效比更高的热泵空调系统。

新能源汽车热管理要求高，系统复杂、价值量大

汽车热管理系统是从系统集成和整体角度出发，统筹热量与动力总成及整车之间的关系，采用综合手段控制和优化热量传递的系统。

其可根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保证被冷却对象工作在最佳温度范围，从而优化整车的环保性能和节能效果，同时改善汽车运行安全性和驾驶舒适性等。

汽车热管理系统主要用于冷却和温度1控制，包括乘客舱热管理（空调系统）、动力总成冷却等。

新能源汽车热管理系统更复杂，新增电池、电机及电子部件等冷却需求。

传统汽车热管理系统主要包括两部分：

发动机冷却系统和汽车空调系统。

新能源汽车由于发动机、变速箱等部件变成了电池电机电控和减速器，其热管理系统主要包括四部分：

电池热管理系统、汽车空调系统、电机电控冷却系统、减速器冷却系统。

新能源汽车热管理系统按冷却介质分类主要包括液冷回路（电池及电机等冷却系统）、油冷回路（减速器等冷却系统）及冷媒回路（空调系统），涉及零部件包括控制部件（电子膨胀阀、水阀等）、换热部件（冷却板、冷却器、油冷器等）与驱动部件（电子水泵与油泵等）。

图1：

新能源汽车热管理复杂程度高于传统汽车

图2：

按冷却介质分类，新能源汽车热管理系统包括三个回路

新能源汽车热管理系统比传统燃油车更复杂的原因集中在以下几点：

1、空调系统：

1）燃油车空调系统直接采用发动机驱动压缩机工作，而纯电动车因不具备发动机只能采用电能驱动电动压缩机工作（类似家用空调）；2）燃油车空调与发动机在制冷过程中相对独立，而电动车电池冷却系统一般需要空调系统提供冷源，电池系统冷却液与空调系统制冷剂经过电池冷却器进行换热；3）燃油车空调系统多以发动机作为热源，采用水泵驱动水循环制热，电动车目前多采用PTC（热敏电阻）电加热，未来出于节能要求或逐渐转向更复杂的热泵空调。

2、电池热管理系统：

电动车动力锂电池最佳工作温度范围约20-30℃，低温时电池容量较低，充放电性能差；高温时电池循环寿命会缩短，过高温度工作甚至有爆炸等安全问题。

目前电池热管理系统主要由电子水泵、水阀、冷却板（或水冷板）及冷却器组成，其中冷却板直接与电池接触散热，冷却器与空调系统交互换热。

3、电机电控等部件热管理：

当电动车驱动电机及电控等电子电器部件功率较大时，其工作时会产生较多热量，部件过热会降低工作效率，且有安全隐患，须进行主动冷却。

我们根据中机中心合格证数据统计，当纯电动乘用车（A级及SUV等较高级别车型）电机峰值功率超过50kW时，电机冷却方式以水冷或油冷为主。

图3：

常见新能源汽车热管理系统产品（控制、换热及驱动部件）

图4：

燃油车及电动车空调及热管理（液冷）系统组成及工作原理

新能源汽车对于热管理的要求高于传统汽车，价值量也明显提升。

传统汽车空调系统结构简单，依靠发动机带动空调压缩机制冷，依靠发动机热源制热；纯电动汽车由于没有发动机，需要依靠电动压缩机制冷，依靠PTC加热器制热，结构复杂，且电池热管理系统不仅要防止电池过热，还要在电池过冷时进行保温。

整体来看，新能源汽车由于其热管理系统比较复杂，对部件需求有所增加，形成新的电子膨胀阀、电池冷却器、冷却板、PTC加热器等部件的需求。

传统汽车热管理系统单车价值一般在2000元左右，新能源汽车热管理系统单车价值可超过6000元，价值量明显提升。

图5：

新能源车热管理系统组成部件及功能

电池热管理系统：

新能源热管理核心，液冷为应用趋势

电池热管理系统对电池的性能和使用寿命影响大。

锂电池最佳工作温度范围约20-30℃，低温时电池容量较低，充放电性能差；高温时电池循环寿命会缩短，过高温度工作甚至有爆炸等安全问题。

此外，电动汽车动力电池组是由多个电池单体通过串并联方式组成，电池单体都紧密地布置在一起，在进行充放电时，各电池单体所产生的热量会互相影响，如果散热不均匀，将造成电池组局部温度快速上升，使电池的一致性恶化，使用寿命将大大缩短，严重时会造成某些电池单体热失控，产生比较严重的事故。

当动力电池处于低温环境中，电池的充放电性能会大大降低，导致电池无法正常工作。

为了使动力电池组保持在合理的温度范围内工作，电池组必须拥有科学和高效的热管理系统。

图6：

高温时放电会影响锂电池寿命

图7：

低温时放电锂电池容量会出现衰减

电池热管理系统根据提供的能量来源不同可分为被动式和主动式两种冷却方式，其中被动式冷却是指利用汽车行驶环境的方式进行电池组冷却；主动式冷却则可根据电池工作需要，利用组装在系统内部的空调元件包括蒸发器、冷凝器、PTC加热器等，在低温时提供热源进行加热或在温度较高时提供冷源进行散热。

而如果根据传热介质的不同，电池热管理系统可分为风冷、直冷与液冷。

1）风冷模式：

以低温空气为介质，利用热的对流，降低电池温度的一种散热方式，分为自然冷却和强制冷却（利用风机等）。

该技术利用自然风或风机，配合汽车自带的蒸发器为电池降温，系统结构简单、便于维护，在电动乘用车应用广泛，应用车型如日产聆风（NissanLeaf）、北汽EC180等，在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。

2）直冷模式：

采用空调系统制冷剂（R134a等）对电池系统“直接冷却”。

制冷剂经冷凝器后形成两个分支，一路进入汽车的蒸发器用于乘员舱的冷气供应，另一路经过膨胀阀形成低温低压的液体与电池组内部的冷却板进行热交换，将动力电池内部的热量带出，最后从两路分支出来的制冷剂又汇合到电动压缩机开始新一轮的循环。

该方案管路较长，制冷剂用量大，成本高，目前使用相对较少，最典型的如宝马i3（i3有直冷、液冷两种冷却方案）。

3）液冷模式：

以冷却液（乙二醇与水等混合物）作为介质形成独立冷却回路对电池组进行冷却，冷却回路由电子水泵、电子膨胀阀（或电磁阀与热力膨胀阀）、冷却板（也称水冷板）及冷却器等部件组成，其中电子水泵为冷却液循环提供动力源，是驱动部件；电子膨胀阀可以根据回路的压强与温度主动调节回路流量，是控制部件；冷却板与冷却器是换热部件，分别用于电池组与冷却回路、冷却回路与空调制冷剂回路热交换。

液冷相对直冷成本更低，冷却效果也优于风冷，是目前最常见的动力电池主动冷却方式。

图8：

电池直冷采用空调冷却剂直接冷却，液冷新增了冷却液冷却回路

新能源乘用车因车型高低端配置差异，电池及电机冷却方式差异较大。

我们认为影响新能源车热管理方式的主要因素包括车型高低端、电池类型及使用工况，具体表现为：

1）纯电动车型越高端，基于续航及动力要求，车辆带电量及驱动电机功率越大，自然风冷方式较难满足冷却要求，液冷或水冷成为热管理方式主流。

2）不同动力锂电池热稳定性有所差别，当前铁锂及锰酸锂热稳定性一般优于三元电池，多采用风冷。

三元电池尤其是高镍三元电池能量密度更高（电池内部活性强），电池的冷却方式多采用液冷。

3）动力锂电池按倍率性能可以分为容量型和功率型，功率型锂电池允许的最大充放电电流比容量型更高，电池因内部通过电流大产生的热量更高；插电混动乘用车因电池带电量较少但电驱动系统所需要的功率较大，故动力电池一般采用功率型锂电池，电池冷却方式也基本采用液冷。

图9：

A00/铁锂电池乘用车多直接风冷，插混及高级别纯电动乘用车一般采用液冷

中长期乘用车车型及电池升级大势所趋，短期2018年补贴政策调整有望强化趋势，预计动力电池液冷渗透率将快速提升。

当前国内纯电动乘用车因车型偏低端、电池能量密度偏低，动力电池液冷的热管理方式渗透率还偏低；未来随着电动车车型结构升级（单车带电量变大）、电池能量密度提高（活性变强），电池冷却要求将越来越高，传统的风冷已难以满足要求，需切换到液冷或水冷。

我们认为中长期纯电动乘用车车型及电池升级是大势所趋，且短期政策端有望强化这一趋势：

1）国内纯电动乘用车结构升级潜力巨大。

2017年国内小微型（A00/A0）纯电动占新能源乘用车产量比例超过50%，主要原因在于该类车型补贴后经济性较强，在三四线市场、租赁市场有所突破，但难以代表未来消费市场真实需求。

参照成熟的燃油乘用车市场，2016年及2017年前十月国内小微型乘用车销量合计占比分别仅6.4%和5.7%，我们判断随着新能源乘用车技术进步及消费市场崛起，车型升级是大势所趋。

图10：

16年（左）及17年3Q新能源乘用车产量结构（单位：

辆）

图11：

16年（左）及17年前十月燃油乘用车销量结构（单位：

辆）

2）国内动力电池能量密度提升趋势明确。

过去几年国内新能源乘用车动力电池逐渐从能量密度较低的磷酸铁锂（LFP）电池转变为三元电池（NCM），根据合格证数据统计，22NCM全称镍钴锰酸锂电池，因正极材料包含镍、钴与锰三种元素简称“三元电池”，NCM523指镍钴锰三种元素质量占比分别为50%、20%与30%，镍含量越高，电池能量密度越高。

NCA全称为镍钴铝酸锂，能量密度与NCM811大致相当。

2017年1~11月三元电池的装机量占比约74.9%，电池类型以NCM333与NCM523为主，能量密度约150~170Wh/kg。

根据国家对新能源车产业规划，2020年动力电池能量密度目标需提升至300Wh/kg；为提升能量密度，动力电池高镍化趋势较为明确，预计2018年NCM622渗透率将提升，2019-2020年NCM811或NCA有望较大规模应用。

图12：

历年新能源乘用车动力电池技术路线及能量密度预计（Wh/kg）

3）2018年补贴政策调整或将促进国内新能源乘用车车型及电池加速升级，液冷需求有望大幅提升。

当前国家对新能源车补贴调整的方向是提升行业门槛，具体体现在对车型及电池升级的要求提升，政策或将降低续航低的小微型纯电动车补贴并提高获取补贴的电池能量密度要求；我们乐观预计今年来自中高端乘用车的热管理需求将显著提升。

图13：

18年纯电动乘用车热管理系统渗透率有望加速提升

新能源汽车空调系统：

压缩机有升级，热泵系统为趋势

汽车空调系统是汽车系统重要部分，主要功能涵盖了制冷、取暖、通风及空气净化等，主要部件包括压缩机、冷凝器、贮液器、膨胀阀、蒸发器、风扇和管路等。

其工作原理是：

制冷剂在压缩机的作用下循环流动，在发动机舱的冷凝器由气态液化为液态，放出热量；而在车内由液态蒸发为气态，吸收热量，从而降低车内的温度。

图14：

汽车空调系统主要功能

图15：

汽车空调系统原理图

汽车空调压缩机有着汽车空调制冷系统的心脏之称，作为核心部件，起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用。

借助外力维持制冷剂在制冷系统内的循环，吸入来自蒸发器的低温、低压的制冷剂蒸气，压缩制冷剂蒸气使其温度和压力升高，并将制冷剂蒸气送往冷凝器，在热量吸收和释放的过程中，实现热交换。

图16：

汽车空调压缩机结构示意图

汽车空调压缩机主要经历了活塞式压缩机、斜盘式压缩机、旋叶式压缩机、涡旋式压缩机四个阶段。

当前，我国汽车空调压缩机产品存在斜盘式、涡旋式、旋叶式等多种技术、不同产品并存和发展的局面，各代产品间不存在明显的更新换代关系，各自在不同领域中发挥优势。

斜盘式在中高级汽车中占有优势；涡旋式在经济型汽车中占有优势；而旋叶式适用小排量汽车。

表1：

三类汽车空调压缩机特点

由于动力类型的变