汽车热管理行业专题报告：新能源汽车热管理迎产业春风（下）

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。

       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。

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。

来源 | 华安证券（分析师：陈晓，宋伟健）版权归原作者所有，转载仅供学习交流，如有不适请联系我们，谢谢。

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