欢迎来到「C位」。随着新能源智能车的浪潮席卷而来，热管理技术正成为汽车工业中的“最强辅助”。它不仅关乎电池的性能与安全，更影响到每一位乘客的舒适体验。而当AI算力中心的热度不断攀升，热管理的角色又将如何演变？本期「C位观察」由CMC资本投资副总裁王旎瑞通过深入研究，带大家一探究竟，从乘用车到AI数据中心，从储能到人型机器人，揭示热管理技术的广阔前景和国产化的新机遇。让我们一起开启这段探索之旅，发现热管理如何成为工业进步的重要推手。
王旎瑞 Nirui Wang
CMC资本 投资副总裁
专注投资领域：新能源、新材料、新装备，汽车及产业链
长文预警：本文约5000字，
热管理是一个非常广泛的概念，可以运用于各类场景，今天我们聚焦工业热管理领域的核心场景乘用车热管理，及热管理赛道领先玩家们积极拓展的新兴场景AI算力中心、储能、人型机器人等，观察这一具有极强横向领域拓展能力的零部件如何在工业系统的稳定和能效发挥中扮演即为重要的作用。
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新能源智能车热管理：受益于乘用车结构调整及单车价值提升，乘用车车热管理市场持续增长
热管理是用于调节零部件工作温度和座舱温度环境的零部件的总称，其通过散热、加热等手段，确保各个核心零部件处于合适的工作温度范围以及乘客保持舒适温度，以实现汽车的功能安全，延长使用寿命，因此热管理系统是整车中的重要部件。
以新能源车电池热管理板块为例，下图可以非常直观的感受为什么热管理至关重要。锂电池的低温衰减和高温失效特性比较严重，20-35摄氏度是电池的高效工作区间，好的热管理系统可以确保电池的功能安全、性能及寿命，大幅提高电动车的续航里程。
热管理系统顾名思义，主要解决的问题就两个，一个是加热，一个是制冷，燃油车的热管理逻辑比较直接，在制热方面，燃油车主要利用发动机的热量，将其转化为热水储存在储液罐里面，通过HVAC单元模块等进行供热。而新能源车加热主要采用PTC电阻技术（想象一下冬天南方家庭用的小太阳），目前也在往热泵技术迁移（类似于空调的工作原理，热泵采用二氧化碳冷媒，吸收二氧化碳释放到水里，然后压缩机把低压冷媒压缩后，就可以排出高温高压的冷媒气体，最后给到空调制热器来实现供暖）。而制冷方面主要采用冷却板+冷却液的方式来实现，热泵技术同样可以用于制冷。
新能源车的热管理发展经历了几个阶段。第一阶段的新能源车热管理四大系统间相对独立，电池、电机电控和空调系统回路彼此分离，各自有一套完整的温控和管路系统。第二阶段的热管理开始逐步走向集成化，利用多通道阀门或管路，将电池、电机电控和空调系统中部分或全部回路实现循环联通。集成化的优点是可以根据各部件的温度需求进行热量统筹管理，以减少能耗。但系统集成度高，控制难度也就相应加大。下图是一个典型四通阀集成方案（小鹏P7），实现电机电控冷却回路和电池冷却回路两个子系统的联通。在电池包不需要进行加热时，电机电控回路热量通过前端模块的电机散热器总成实现散热，热量就直接流出，而电池需要加热时，冷却液将电机电控的热量带出，并流经电池包冷却回路；若热量还是不足，还可以通过PTC进行辅助加热，实现节能。
第三阶段是以热泵为核心，以多通阀阀岛为集成系统实现的智能化热管理方案，热泵热管理系统是一套由空调压缩机、冷凝器、膨胀阀、气液分离器、储液器等组成复杂系统。热泵的工作原理是，首先来自蒸发器气态制冷剂气体以低温低压的状态进入压缩机，压缩后成为高温高压的气体，随后进入车外冷凝器冷却之后成为中温高压液态制冷剂，空气吹过冷凝器就可以把刚释放出的热量带到车外，随后液态制冷剂通过膨胀阀（膨胀阀可以控制液体的流速然后减压）变成低温低压的液态制冷剂。然后液体通过蒸发器，并在蒸发器内吸热蒸发成低温低压的气态制冷剂，在这个过程中给车内空气降温形成制冷循环。而制热循环则是与之相反的“逆卡诺循环”。智能化的热管理方案除了能效较高的热泵系统，还需要搭配多通阀阀岛和核心的管路设计，特斯拉Model Y首次搭载了热泵空调系统，在结构上采用高度集成的八通阀（章鱼哥）模块，对系统多个热管理系统进行集成，并实现多个热管理工作模式的切换。
视频名称：“特斯拉热泵工作原理”；视频来源：中字中配视频来源于“蔚蓝星球EV”视频号
整体而言相较于燃油车，新能源智能车的热管理呈现出集成化、大功率管理的趋势，同时由于复杂性提升，对零部件核心要求也相应上升。首先在集成化方面，上述发展历程就是多热管理系统集成以提升能效的主流进程，在大功率管理上，一方面受益于电动车高压化的进程，另一方面随着混动车型比例上升对大功率热管理需求也在上升，混动车的热管理子系统集成了纯电车的三电热管理和燃油车的发动机热管理，复杂度更高，散热需求更大，显著带动其热管理系统功率需求提升。然后在对零部件的核心要求上，热管理集成商和热管理零部件厂商需要在各项性能指标要求中找到平衡以满足客户需求。核心的性能指标包括EMC及NVH等。EMC（电磁兼容性）的迭代源于新能源汽车的三电系统带来了更多的电磁干扰，比如高压部件的集成化会带来更严重的电磁干扰，集成化的车辆元件倒逼热管理子系统的EMC要求上升，导致主机厂对EMC要求更高；同时对于新能源汽车,由于没有发动机的掩蔽,热管理系统的振动噪声会凸显，所以对NVH（噪音、振动、声振粗糙度）的要求也格外严格。需求的推升和产品性能的迭代带动热管理单车价值的不断提升，2024年，燃油车单车价值约2200元，新能源车单车价值量约>7000元，后续也将持续突破。
中国汽车大盘整体稳定，结构性向新能源车侧重，新能源车渗透率的提升带动新能源车总量提升，2024年4月上半月新能源乘用车在汽车大盘渗透率已经突破50%，提前完成国家规划目标，预计到2030年国内新能源车新能源化率达到65%，2024年起，受益于里程焦虑和二三线城市下沉，混动车销量将大幅提升，到2030年预计销量达875万辆。受益于乘用车销量的结构调整和单车价值的不断提升，整车热管理的市场规模在持续扩大中，2024年中国乘用车热管理市场规模1022亿元，2030年预计达到2229亿元。
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液体的冷却能力是空气的1000-3000倍，液冷技术以其高效的散热能力，能非常有效地降低数据中心的PUE。目前液冷有冷板、浸没、喷淋三种方式，未来随着伴随AI发展，机柜密度与功率不断提升，浸没式液冷是长期发展方向。
目前不同功率的数据中心采用不同的冷却方式，当前超过80%数据中心制冷技术以风冷为主。风冷是将空气作为冷媒，把服务器主板、CPU等散发出的热量传递给散热器模块，再利用风扇或空调制冷等方式将热量吹走。而液冷是比较新的散热方式，通过外部冷却水或冷冻水系统实现系统换热。根据国家对数据中心的节能要求，全国范围内新建数据中心要求PUE（Power Usage Effectiveness，电源利用效率）＜1.2，液体的冷却能力是空气的1000-3000倍，液冷技术以其高效的散热能力，能非常有效地降低数据中心的PUE。针对AI需求的超大规模集群会将液冷作为首选。
目前液冷有冷板、浸没、喷淋三种方式，冷板式类似于睡凉席，对原有IT基础设施的要求和改造小，目前应用进展比较快；浸没式液冷类似于泡凉水澡，让发热器件直接与液体接触，散热效率最高，但是技术难度相对比较大。喷淋式液冷类似领域还处于发展初期、技术突破阶段。
在其他场景中同样需要热管理部件的参与，如在电力转换场景中，充电桩、枪线液冷机组、桩式液冷机组、换电站液冷系统、PCS液冷系统、冷板等热管理系统及零部件均有广泛应用；在风光储氢能场景中，变压器片散热器、风电变压器冷却模块等有所应用；在人型机器人场景中，热管理技术与新能源车热管理技术同源，解决电池及头部、躯干、四肢等执行系统的热管理问题，同时对小型化和轻量化提出了更高的要求。
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我国汽车热管理市场之前主要由国外厂商占据，如日本电装、德国马勒、法国法雷奥等，他们依托自身在传统汽车热管理领域的技术和客户资源的积累，主导燃油车热管理市场，后续随着电动汽车销量的快速提升，中国主机厂开始逐步走向世界舞台，我国也涌现出一批自主研发能力较强的热管理零部件企业推行国产替代；2023A，中国汽车热管理市场规模1000亿，其中A股上市公司热管理业务合计收入~600亿元，A股上市公司市占率~60%，其他400亿为非上市公司和外资厂商。2023年，中国自主品牌在中国汽车市场的市占率实现56%，整车国产化率的领先利好配套的中国汽车零部件企业。未来国产企业的质量及成本效率会持续提升，逐步对高端热管理市场进行替代，伴随中国自主品牌主机厂的进一步崛起，热管理零部件及系统市场的国产化率会进一步攀升。
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结语
2024-08-22
2024-07-25
2024-06-20
2023-12-15
2023-11-15
