汽车行业深度研究:新能源热管理系统(一):量价齐升本土供应链崛起.pdf
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1、 汽车行业深度研究 新能源热管理系统(一):量价齐升,本土供应链崛起 2022 年 08 月 19 日 【投资要点投资要点】新能源汽车新能源汽车热管理是热管理是驾乘安全与舒适性的重要保证,驾乘安全与舒适性的重要保证,其相较其相较燃油车有燃油车有根本性改变。根本性改变。从功能看,新能源汽车增加了动力电池的制热需求;从实现方式看,新能源汽车空调制热时需要额外增加 PTC 或热泵,压缩机需升级为电动压缩机,三电系统热管理也需要增加相应的回路。其整体构造更加复杂,涉及零部件更多。为了避免复杂系统带来的管路冗余,新能源汽车热管理系统正朝着集成化发展。从市场空间看,从市场空间看,2025 2025 年全球
2、年全球新能源汽车热管理新能源汽车热管理市场规模有望突破市场规模有望突破10001000 亿元。亿元。单车 ASP:据电器工业测算,新能源汽车热管理系统的复杂化、集成化带来单车 ASP 相较传统燃油车 2-3 倍的提升;量:据BNEF 预测,2025 年全球新能源汽车销量有望达到 2060 万辆,2021-2025 年 GAGR 32.9%。据 NE 时代,2025 年全球新能源汽车热管理系统市场规模可达 1000 亿元以上,2021-2025 年 GAGR 28.2%。从供给看,国内厂商从供给看,国内厂商有望从核心零部件供应商向外延伸成为系统供应有望从核心零部件供应商向外延伸成为系统供应商。商
3、。早期国内厂商由于单独提供集成系统的能力较弱,主要供应的是压缩机、阀类、泵类等零部件。近年来,随着技术与生产水平的逐渐成熟,部分企业通过加大研发或并购等方式掌握了局部模块的整合能力,在成本优势的加持下,获得了下游车企的部分订单。随着新能源渗透率的不断攀升与国内新能源整车厂的崛起,热管理供应链有望不断向国内转移。国内热管理企业在局部模块的基础上继续延伸,打造更高效的集成化热管理系统,未来有望更加充分的享受市场红利。【配置建议】【配置建议】从新能源汽车热管理行业发展趋势来看,低能耗的热泵空调有望成为新能源汽车的首选方案,因此我们建议关注在热泵空调及其零部件上具备竞争力的厂商,如从传统制冷行业切入的
4、盾安环境,特斯拉热交换器核心供应商银轮股份。同时,热管理集成化成长性高且壁垒性强,建议关注在集成化热泵上探索较深的三花智控。【风险提示】【风险提示】原材料价格波动风险 新能源汽车产销量不及预期 新能源汽车热管理项目进展不及预期 下游客户需求不及预期 强于大市强于大市(维持)东方财富证券研究所东方财富证券研究所 证券分析师:周旭辉 证书编号:S1160521050001 联系人:刘斌 电话:021-23586316 相对指数表现相对指数表现 相关研究相关研究 轻量化大势所趋,一体化压铸蓄势待发 2022.06.22 汽车行业2021年报&2022年一季报解读:扰动调整释放风险,电动智能蓄势反弹
5、2022.05.10 广汽埃安混改落地,电动品牌孵化加速 2022.04.14 蒸蒸日上,全球新能源车趋势向好 2021.06.23 新能源渗透率向上,行业景气持续 2021.05.27-30.11%-21.55%-12.98%-4.41%4.15%12.72%8/1810/1812/182/184/186/188/18汽车沪深300挖掘价值挖掘价值 投资成长投资成长 行业研究/交运设备/证券研究报告 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 2 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 正文目录正文目录 1 新能源汽车热管理 ASP 倍增,市场空间有望超千亿.4 2
6、 集成化大势所趋,热泵与液冷为当前主线.6 2.1 整车热管理架构:向更高效的集成式系统发展.6 2.2 空调热管理:向热泵化发展.8 2.2.1 PTC 结构简单,但制约续航.8 2.2.2 热泵通过热量搬运提升效率.9 2.3 电池热管理:液冷为主,直冷前景广阔.10 2.4 电机及其他系统热管理.13 3 汽车热管理产业链及重点企业的布局.15 3.1 热管理产业链及关键零部件.15 3.1.1 电动压缩机.15 3.1.2 集成化部件.16 3.2 本土企业有望由零部件向系统供应商进阶.17 4 行业重点关注公司.19 4.1 三花智控:客户结构优质,汽零收入持续提升.19 4.2 盾
7、安环境:格力入主摆脱困境,汽车热管理业务有望突破.21 4.3 银轮股份:经营稳健提升,持续收获热管理订单.23 5 风险提示.26 图表目录图表目录 图表 1:汽车热管理构成.4 图表 2:全球新能源汽车热管理市场空间预测.5 图表 3:新能源汽车热管理发展趋势.6 图表 4:乘用车乘员舱空调需求.6 图表 5:锂电池温控需求及热负荷.6 图表 6:余热回收热泵与基础热泵能耗对比.7 图表 7:特斯拉 Model Y 热管理系统.7 图表 8:大众 ID4.CROZZ 热管理系统.7 图表 9:新能源汽车空调的技术路线.8 图表 10:三菱 i-MIEV 热管理系统.9 图表 11:PTC
8、空暖与水暖对比.9 图表 12:热泵与 PTC 制热能耗对比.9 图表 13:宝马 i3 热泵系统.10 图表 14:不同空调技术路线对比.10 图表 15:动力电池不同冷却方式对比.11 图表 16:动力电池不同冷却方式优缺点.11 图表 17:丰田普锐斯电池风冷系统.11 图表 18:风冷电池组总成组装过程.11 图表 19:特斯拉液冷电池包散热示意图.12 图表 20:液冷电池组总成组装过程.12 图表 21:动力电池直冷结构.12 图表 22:比亚迪 Dmi 冷媒直冷技术.12 图表 23:新能源汽车电机冷却方式.13 图表 24:新能源汽车电机冷却方式对比.13 20172017 敬
9、请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 3 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 图表 25:电机控制器散热器结构.14 图表 26:电机控制器散热器基板与翅片结构.14 图表 27:新能源汽车热管理零部件构成.15 图表 28:电动压缩机.16 图表 29:2021 年全球汽车空调压缩机市场格局.16 图表 30:2021 年中国汽车空调压缩机市场格局.16 图表 31:特斯拉 Model Y 八通阀原理图.17 图表 32:特斯拉 Model Y 八通阀.17 图表 33:2020 年全球汽车热管理系统市场格局.17 图表 34:2021 年全球汽车空调市场格局.17 图表 3
10、5:国内汽车热管理企业的进阶路线.18 图表 36:三花智控汽车热管理零部件.19 图表 37:2017-2022Q1 三花智控主营业务收入情况.20 图表 38:2017-2022Q1 三花智控归母净利润情况.20 图表 39:2017-2021 三花智控业务收入占比情况.20 图表 40:2017-2021 三花智控汽零收入情况.20 图表 41:三花智控汽车热管理供应情况.21 图表 42:盾安环境汽车热管理阀类产品.22 图表 43:2017-2022Q1 盾安环境收入情况.23 图表 44:2017-202 盾安环境制冷配件收入情况.23 图表 45:盾安环境汽车热管理合作客户.23
11、 图表 46:银轮股份新能源汽车热管理零部件.24 图表 47:2017-2022Q1 银轮股份主营业务收入情况.24 图表 48:2017-2022Q1 银轮股份归母净利润情况.24 图表 49:2017-2021 银轮股份业务收入占比情况.25 图表 50:2017-2021 银轮股份热管理收入情况.25 图表 51:银轮股份汽车热管理供应情况.25 图表 52:行业重点关注公司.26 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 4 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 1 1 新能源汽新能源汽车热管理车热管理 ASPASP 倍增,市场空间有望超千亿倍增,市场空
12、间有望超千亿 汽车热管理技术是驾乘安全与舒适汽车热管理技术是驾乘安全与舒适性性的重要保证。的重要保证。汽车热管理的目标有两方面:(1)为驾乘人员提供舒适的温度环境;(2)使汽车各部件的工作温度处在适宜的范围内。传统燃油车的热管理系统主要包括空调系统和动力系统(发动机+变速箱),新能源汽车热管理系统包括空调系统和三电系统热管理。从功能看,新能源汽车增加了动力电池的制热需求。图表图表 1 1:汽车热管理构成:汽车热管理构成 资料来源:普华有策,东方财富证券研究所 不同不同实现方式带来实现方式带来新能源汽车热管理单车新能源汽车热管理单车 ASP 的倍增的倍增。从实现方式看,新能源汽车与燃油车热管理的
13、区别是:(1)燃油车空调的制热功能是直接利用发动机余热进行供热,无需额外热源;新能源汽车需要使用额外的热源,主流的方式主要包括 PTC 加热和热泵等;(2)燃油车的空调压缩机由发动机通过皮带带动,新能源汽车需要用电带动电动压缩机;(3)三电系统的温控需要额外增加相关零部件及通道。新能源汽车热管理涉及零部件更多,构造也更为复杂,据电器工业测算,单车 ASP 约为 6410 元,相比传统燃油车(2230 元)倍增。20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 5 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 新能源汽车新能源汽车热管理“量价齐升”,热管理“量价齐升”,2025 年
14、市场规模有望突破年市场规模有望突破 1000 亿元。亿元。据BNEF 预测,2021-2025 年全球新能源汽车销量将从 660 万辆增长至 2060 万辆,GAGR 约为 32.9%。据 NE 时代预测,2025 年,全球新能源汽车热泵空调渗透率有望达到 50%,三电液冷渗透率有望达到 70%。2021 年-2025 年,全球新能源汽车热管理系统市场规模可从400亿元扩张至1000亿元以上,GAGR超28.2%。其中,国内市场空间超 400 亿,电池热管理达 200 亿。图表图表 2 2:全球新能源汽车热管理市场空间:全球新能源汽车热管理市场空间预测预测 资料来源:NE 时代,东方财富证券研
15、究所 02004006008001000120020212022E2023E2024E2025E国内(亿元)国外(亿元)20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 6 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 2 2 集成化大势所趋,热泵与液冷为当前主线集成化大势所趋,热泵与液冷为当前主线 2 2.1.1 整车热管理架构:向更高效的整车热管理架构:向更高效的集成式集成式系统发展系统发展 从系统架构来看,新能源从系统架构来看,新能源汽车热管理由汽车热管理由各子系统各子系统分散分散运行运行向集成化发展。向集成化发展。根据热管理系统架构的分散程度,可以将新能源汽车热管理的发展
16、归纳为两个阶段:(1)空调(单冷配合 PTC 电加热)与三电系统热管理分散运行;(2)热泵空调与三电系统(余热回收)耦合式集成热管理。图表图表 3 3:新能源汽车热管理发展趋势:新能源汽车热管理发展趋势 资料来源:碳中和背景下新能源汽车热管理系统研究现状及发展趋势,东方财富证券研究所 并联系统是热管理由分散向集成的过渡形态。并联系统是热管理由分散向集成的过渡形态。早期,由于新能源汽车油改电架构限制、零部件供应商集成能力不足等原因,新能源汽车热管理的各子系统一般采用分散架构。分散的热管理系统由于零部件和管路冗余导致成本较高,且无法对整车热管理进行统一协调管理,效率较低。随着技术的进步,部分企业采
17、用子系统并联的方式提升集成化和热管理效率。例如,通过在热泵系统中并联换热器来同时满足乘员舱与动力电池温控的需求(由于人体的舒适温度范围和动力电池所需的温控范围相近)。并联系统是热管理由分散向集成的过渡形态,其虽然提升了集成化程度,但电池、电机余热并得到有效利用。图表图表 4 4:乘用车乘员舱空调需求:乘用车乘员舱空调需求 图表图表 5 5:锂电池温控需求及热负荷:锂电池温控需求及热负荷 项目项目 夏季夏季 冬季冬季 车内温度/24-28 18-20 车内相对湿度/%40-65 30 车内气流速度/(m/s)0.3-0.4 0.2-0.3 新风量/(m3/h)20-25 15-20 热负荷/kW
18、 3.0-9.3 1.5-6.0 项目项目 参考值参考值 电池温控范围/15-40 电池单元温差/5 当前主流车型电池容量/(kWh)50-100 60km/h 车速下发热功率/KW 0.18 120km/h 车速下发热功率/KW 3.6 1C 快充发热功率/KW 1.5-3.0 2C 快充发热功率/KW 4-8 资料来源:电动汽车热管理技术研究进展,东方财富证券研究所 资料来源:电动汽车热管理技术研究进展,东方财富证券研究所 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 7 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 集成式热管理系统可以集成式热管理系统可以回收回收三电三
19、电余热余热降低降低能耗能耗,提升热泵性能,提升热泵性能。由于热泵系统的天然缺陷,导致其在高寒环境下应用受阻,若可以回收利用电池电机余热,则能在不额外增加能耗的同时提升其性能。耦合系统通过合理增加二次换热回路的方式,在冷却电池与电机的同时,回收余热提高新能源汽车在低温工况下的制热量。实验结果表明,余热回收式热泵空调与基础热泵空调相比,可降低系统能耗 12%-19%。图表图表 6 6:余热回收热泵与基础热泵能耗对比:余热回收热泵与基础热泵能耗对比 资料来源:电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究,东方财富证券研究所 集成式热管理系统集成式热管理系统组合组合形式多样。形式多样。集成式热管理系统会
20、增加集成化部件,将各种阀类、泵类、换热器、传感器等核心零部件集成,节省管路及系统空间,提升热管理效率。根据空调与电池、电机温控的不同组合,可构成不同的集成式热管理系统,余热回收式热泵在特斯拉 Model Y、大众 ID4.CROZZ 等车型上已得以应用。图表图表 7 7:特斯拉:特斯拉 ModelModel Y Y 热管理系统热管理系统 图表图表 8 8:大众:大众 ID4.CROZZID4.CROZZ 热管理系统热管理系统 资料来源:电动汽车热管理技术研究进展,东方财富证券研究所 资料来源:电动汽车热管理技术研究进展,东方财富证券研究所 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读
21、本报告正文后各项声明 8 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 2 2.2.2 空调空调热管理:热管理:向热泵化发展向热泵化发展 汽车空调主要目标是保障乘员的舒适性以及挡风玻璃的安全性。汽车空调主要目标是保障乘员的舒适性以及挡风玻璃的安全性。主要包含以下 4 种功能:(1)采暖和制冷功能;(2)过滤、通风和换气功能;(3)湿度控制与调节功能;(4)除雾与除霜功能。新能源汽车空调朝新能源汽车空调朝低功耗、高性能的方向发展。低功耗、高性能的方向发展。根据制热方式的不同,新能源汽车空调系统的技术路线可分为单冷空调+PTC 电加热系统、热泵空调、热泵空调+PTC 辅助加热系统,随着技术的不断进步,其功耗逐
22、渐降低,且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。图表图表 9 9:新能源汽车空调的技术路线:新能源汽车空调的技术路线 资料来源:碳中和背景下新能源汽车热管理系统研究现状及发展趋势,东方财富证券研究所 2.2.1 PTC 结构简单,但制约续航 使用使用 PTC 制热时新能源制热时新能源汽车续航降低近半。汽车续航降低近半。由于新能源汽车没有发动机参与制热,早期车企采用 PTC 加热器方案解决空调制热问题。正温度系数加热器(positive temperature coefficient,PTC)由 PTC 陶瓷发热元件与铝管组成,具有热阻小、传热效率高的优点,但其制热时需要消耗大量的电能。
23、从热力学角度看,PTC 制热的 COP(设备制热量与消耗功率之比)始终小于 1,冬季使用 PTC供热时,耗电量较高,严重制约了电动汽车的行续航里程。根据(SAE)研究,采用空调制冷和 PTC 制热的能源消耗占整车能源消耗的 33%,满负荷运转时,新能源汽车续航里程将降低近 50%。单冷空调+PTC水暖制热热泵空调热泵空调+PTC 20172017 敬请阅读本报告正文后各项声明敬请阅读本报告正文后各项声明 9 汽车行业深度研究汽车行业深度研究 图表图表 1010:三菱三菱 i i-MIEVMIEV 热管理系统热管理系统 资料来源:电动汽车热管理技术研究进展,东方财富证券研究所 PTC 加热分为空
24、暖和水暖加热两种形式。加热分为空暖和水暖加热两种形式。空暖结构简单,成本相较水暖加热更低,但存在一定的安全隐患,而 PTC 水暖的加热温度控制精度更高。采用PTC 加热会增加 PTC 加热器、电子水泵等零部件。图表图表 1111:PTCPTC 空暖与水暖对比空暖与水暖对比 供热模式供热模式 优点优点 缺点缺点 典型车型典型车型 PTC 空暖 结构简单、加热温度高、成本低 温度精度低,有一定的安全隐患 荣威 E50、欧拉黑猫 PTC 水暖 加热温度控制精度高、适用温度范围广 成本较 PTC 空气加热器高 比亚通汉 EV、长城欧拉好猫 资料来源:新能源汽车空调供热分析,东方财富证券研究所 2.2.
25、2 热泵通过热量搬运提升效率 热泵空调热泵空调通过热量搬运制热,通过热量搬运制热,效率远高于效率远高于 PTC。热泵空调的原理是使用蒸气压缩循环利用环境中的低品位热量进行制热,并通过阀件组合使空调的蒸发器和冷凝器功能对换,改变热量转移方向,进而冬天制热的需求。其不使用电能直接制热,本质是热量的搬运,因此制热的理论 COP 大于 1。实验数据表明,当使用热泵空调代替 PTC 满足加热需求时,能耗可以降低 54%-79%,显著增加电动汽车的续航里程。图表图表 1212:热泵与:热泵与 PTCPTC 制热能耗对比制热能耗对比 资料来源:电动汽车用余热回收型热泵空调系统的实验研究,东方财富证券研究所
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