汽車熱管理行業專題報告：新能源汽車熱管理迎產業春風（下）

2.3 空調系統：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，主要區別在于動力源由之前的內燃 機轉變為三電系統，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進入管道，在發動機艙 前部的冷凝器中從氣態凝結成液態，釋放一定的熱量，隨后經過膨脹閥，液態制冷劑 壓力忽然降低，然后再車廂內蒸發器中汽化，吸收大量的熱量，從而達到駕駛艙制冷效果。

        壓縮機是制冷系統中最關鍵的一環。可將制冷劑從低壓側吸入壓縮，使其溫度和 壓力升高、再泵入高壓側，往復循環。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，變排量可根據空調制冷負荷自動改變排量，運行更為經濟，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、運轉平穩等優點，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，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，短期爆發性強的細分 行業，處于一個百家爭鳴百花齊放的狀態。隨著全球新能源汽車崛起，包括特斯拉市 值超過傳統汽車廠商豐田，以及傳統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、模塊化趨勢行業集中度不斷提升，優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 爭進入全球產業鏈的機遇。

       各個車廠各個系統供應商對于熱管理還沒有一個明顯占優的方案，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勢，在新能源汽車崛起的浪潮下，熱管理這個子行業也面臨著供應鏈重組的局面。

       全球競爭格局：國際廠商占據著全球主要市場份額。傳統熱管理供應商系統配套 能力強，依靠在傳統市場的優勢，深耕技術開發，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。根據我們測算，電裝、法雷奧、馬勒、翰昂等全球性 廠商，占據著全球超過 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，業務涵蓋動力系統、熱管理系統、汽車電 子及電氣化系統等領域，主要的汽車熱管理產品有空調系統、動力傳動冷卻系統、壓 縮機等。2019 年汽車業務總營收達到 466 億美元，其中熱管理業務營收占比達到 26.2%， 近些年來積極布局電動化、智能化領域。

       法雷奧業務涵蓋舒適及駕駛輔助、動力總成、熱管理和視覺照明系統四大板塊， 先后收購福特 HVAC 業務、ACH 溫控業務，合并汽車空調業務，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、動力總成熱管理系統、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的廠商。主要的汽車熱管理產品有空調系 統、壓縮機、發動機冷卻系統及管路在內的熱管理系統全體系。2019 年公司總體營收 規模為 61 億美元。

       馬勒對應業務分為發動機活塞、濾清器、汽車空調系統三大主線，前后收購美國 德爾福空調、日本國產電機，并購德國 O-Flexx 熱管理公司，使其熱管理業務發展較 快。主要的汽車熱管理產品有空調系統、冷卻系統、壓縮機、電池調節技術等。2018 年馬勒總體營收規模為 148 億美元，其中熱管理相關業務占比為 37%。

       國內的新能源車熱管理廠商相對國外傳統廠商具本土配套及成本優勢，有望快速 搶占新能源車熱管理市場，傳統熱管理供應商的系統優勢不再明顯，零部件級別諸多 新生領域不在傳統汽車行業，給了國內熱管理供應商和傳統國際老牌供應商站在同一 起跑線的機會。雖說傳統國際老牌供應商擁有多年的熱管理行業積累，國內廠商在技 術上略遜一籌，近些年也表現為追趕的態勢，隨著電動化浪潮持續推進，國內廠商在 具備相應優勢下有望由零部件進一步向系統拓展，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勢，具體的表現在：

    （1） 國內廠商有較大的發展空間，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鏈中關鍵一環。

    （2） 具有成本優勢，由于人工、原材料及運輸等方面的差異，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，會優先考慮國內汽零產 商。

    （3） 打入國內整車廠產業鏈更容易，國內汽零企業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聯動，利用本土優勢及傳統業務支持， 迅速搶占熱管理的市場。而誰能從前期的獲利中繼續投入研發，深入理解新能源車熱 管理系統，綁定整車廠開發更精細的管控系統，繼而開發模塊化的產品，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，高效熱管理為現行最優解決方案

       低溫下電化學反應不活躍是電池冬季續航降低的主要原因。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，正極呈貧鋰狀態，同時碳負極通過外電路獲得補償電荷，放電時則相反。環境溫 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，固態電解質界面(SEI) 厚度會增加，將不可逆地持續阻礙離子流動，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。研究發現在-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，但兩者均明顯優于磷酸鐵鋰電池。當前國內的電池向 NCM811 發展的 趨勢有助于減緩冬季低電量的現象，但仍需要低溫熱管理來讓電池工作在最佳范圍。

       耐低溫電池的研發是解決冬季續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的效果。例如在溶劑 方面，傳統溶劑 EC 介電常數高、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生凝固，調整兩者配比可降低體系粘 度，獲得綜合兩者優點的抗低溫溶劑。

       高效熱管理是當前最可行的冬季續航管理方案。若僅從最大續航角度考慮，電池 加熱系統為保持電池在特定溫度下的自身能耗存在最優解，但從電池安全角度，在 0℃ 以下均需要采取電池加熱系統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，因此熱管理系統的設計需 要綜合考慮各類因素。

3.2 熱泵空調系統逐步普及，未來深度替代市場廣闊

       對于傳統車來說，其制熱過程是利用發動機余熱進行空調制熱。主要管理系統有 發動機冷卻回路，目的是使得發動機處于合適的工作溫度，確保各零部件能夠正常運 轉。區別于冷卻液是否流經散熱器，分為大、小循環。汽車冷啟動時，冷卻液進行小 循環迅速提升發動機溫度；當在高速運行過程中，發動機發熱大，冷卻液溫度急劇升 高，達到一定度時，節溫器打開，冷卻液流經散熱器，將熱量散失到空氣中，保證發 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。

       PTC 能耗較大，對電動車續航影響較大。PTC 即正溫度系數熱敏電阻，其電阻與 溫度成正相關，當溫度升高時，PTC 電阻值隨之上升，通電發熱量將會隨之降低，反 之相反。其以低成本、結構簡單、工作穩定等特點打入新能源汽車行業，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。以現階段蔚來 ES8 為例，其在制熱環節采用了前排功率 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 公里續航。以續航 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.蒸發器從環境中吸取熱量進入熱泵系統，1.蒸發器從環境中 吸取熱量進入熱泵系統，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.高壓工質經膨脹閥成為低溫低壓氣體完成循環。

       熱泵空調熱效率表現突出。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。使用熱泵系統能夠較 PTC 增加續航，從僅使用 PTC 的續航里程 192km 到 233km。但同時考慮到僅使用熱泵系統的局限性，往往配合著 PTC 一起使用，也能是續航達到 210km。可見在動力電池沒有突破性進展下要保證低能耗制熱，熱泵是現階段為數不多 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范圍、控制精度、過熱度控制以及反應速度上對比傳統的 熱力膨脹閥都有明顯優勢，尤其適合作為熱泵空調的主要節流零件。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勢。熱泵系統面臨的工況更為復雜，因此 在系統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鏈的定位為系 統集成商，負責整個系統的標定。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，后續行業爆發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項目，可以滿足 -5-50℃使用需求，在蒸發器、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，引領行業發展

       早期雷諾 Zoe 熱泵管理系統。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，該款熱泵空調系統來自 于日本電裝集團。這套熱泵系統使用編號 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器。這樣整個空調系統就需要編號 1、4、 5 三個熱交換器。系統變得復雜了一些，但是為了汽車發動機艙高溫震動環境部件可 靠性的考慮還是值得的。在這套熱泵系統中，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。特斯拉認為，電池系統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結構復雜并且熱管理效率較低，早期的熱管理 系統是由許多獨立的子系統構成，并且每個子系統都需要完整的架構，因此最終總體 的熱管理效率較低。

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

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

來源 | 華安證券（分析師：陳曉，宋偉健）版權歸原作者所有，轉載僅供學習交流，如有不適請聯系我們，謝謝。

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