热管理产业分析!

科技   2024-11-28 07:59   上海  
全球新能源乘用车市场高速增长给热管理行业带来巨大的增量和机遇。
据中国产业信息网,国内电动汽车热管理系统市场规模预计可扩张至420亿元,复合年增长率超过30%。
新能源热管理行业有望成为新能源产业链细分领域中待挖掘的投资“金矿”。

汽车热管理系统构成:
资料来源:财信证券

传统燃油车VS新能源车热管理

汽车热管理行业集合了热学、力学、电气等多种学科知识,涉及锻造、焊接、装配等多项工艺,存在较高的技术壁垒。
其本质是通过热量传递实现对温度的控制,形成合理的温度场。
传统燃油汽车热管理主要包含的是空调系统和发动机系统的热管理,目的是为了整车各项零部件处于合适的温度,保障车辆发挥出最佳的驾驶性能。


产业链

  • 燃油车热管理系统主要包括空调制冷系统,和以发动机为热源的座舱暖风系统。其主要零部件包括机械式空调压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、以及发动机暖风系统等。

 传统燃油车汽车热管理系统


  • 新能源汽车(电动汽车)包括座舱、电池、电机电控热管理。座舱热管理系统包括空调冷风、热泵暖风或PTC暖风,具有加热和制冷需求,主要零部件包括电动压缩机、电子膨胀阀、蒸发器、冷凝器、热交换器、PTC或者热泵冷凝器等。

新能源汽车热管理系统


新能源汽车产业链中游主要包括空调热管理系统、电机电控冷却系统以及电池热管理系统等模块或者总成,由上游水泵、冷凝器等零部件组装而成,为下游整车提供功能安全和使用寿命的保障。新能源热管理系统产业链中产品更复杂:由于其热管理系统的覆盖范围、实现方式相较传统燃油汽车发生了较大改变,其对于零部件节能性、安全性等方面的要求相对更高。上游零部件中新增了Chiller、PCT加热器、四通阀等零部件,中游热管理系统中的热泵空调系统、电池冷却系统使得系统复杂程度进一步上升。

 
新能源汽车产业链

系统
品名
图例
作用
电池、电机、电子设备等热管理系统
电子/电磁膨胀阀
调节系统流量
电池、电机、电子设备等热管理系统
冷却板
内充冷却液,用于电池冷却
电池、电机、电子设备等热管理系统
电池冷却器
电池系统换热
电池、电机、电子设备等热管理系统
电子水泵、水阀
用于电池及电子设备水冷却
减速器冷却系统
油冷器、油泵
电机和减速器冷却系统
空调系统
电动压缩机
产生高压气体
空调系统
PTC/热泵
通过加热或热交换产生热量
空调系统
膨胀阀
控制制冷剂流量
空调系统
贮液器
贮存制冷、过滤杂质与吸收水分
空调系统
冷凝器
将冷却剂从气态变成液态,将其热量释放出来至周围空气中
空调系统
蒸发器
让低温低压制冷剂吸收空气中热量
键部件解析


动力系统热管理(风冷、液冷、相变材料冷却、热管冷却、直冷)

动力电池的热管理可分为制冷与制热两种模式。
(1)制冷方面
当前较为常见的动力电池制冷方式主要有:风冷、液冷、相变材料冷却、热管冷却和直冷几种方式。
1)风冷
2)液冷
目前主流,分水冷、油冷
3)相变材料冷却(Phase Change Material, PCM)
相变材料有石蜡、水合盐、脂肪酸等,相变材料导热和吸热性能显著,当电池组内部某个单体电池温度超过正常工作温度范围时,相变材料可以吸收或释放大量潜热而自身的温度保持不变,这种冷却技术温控效果和均温能力较好,但是材料价格昂贵。
4)热管冷却
通过一个两端分别为蒸发端和冷凝端并充满饱和状态介质(水、乙二醇或丙酮等)的密封容器或密封管道实现电池的冷却。该方式既可以吸收电池的热量又可以对电池进行加热,不过由于技术复杂性,目前该技术也尚未量产应用。
5)冷媒直冷
利用制冷剂(R134a等)蒸发潜热的原理,在整车或电池系统中建立空调系统,将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走,从而达到电池系统冷却的目的。
(2)制热方面
当动力电池处于低温环境下工作时,会存在充/放电效率低、充/放电功率下降、充电极化大、易造成电池析锂等问题,因此对于在寒冷地区的新能源汽车的使用其制热功能往往比制冷更加重要。动力电池的热管理系统在制热技术方面主要可通过直热式外部加热(目前主流)和高频脉冲内部加热实现。
1)外部加热法
现有方案有加热膜、PTC、液冷直热等多种,其中液冷直热技术将制冷剂直接送入电池组内部进行换热,可提升换热效率和电池均温性能,是已实现量产应用中较佳的一种方案。
① 加热膜:加热膜一般是由电阻丝、绝缘包覆层以及引线组成;电阻丝一般为镍铬合金或铁铬合金;绝缘包覆层一般为聚酰亚胺(PI膜)、硅胶与环氧树脂。加热膜原理为电阻通电后发热,在电池包中可以将其贴在模组的外壳上;许多个加热膜串联或并联后由电池包供电,并通过BMS控制继电器电源开关。
② PTC:这里是指将PTC直接接触电芯或模组来加热,类似于加热膜方案;PTC指正温度系数电阻,特点是其温度升高后电阻也随之增大,这样反过来会限制其发热功率,最终达到一个稳态温度,安全性比较好;同样地,也需要高压电池来供电;在结构上面,同时要做好绝缘与导热;PTC方案比加热膜要更厚。
③ 液热:液热就是在液冷方案硬件的基础上,加热冷却液来实现进一步加热电芯;具体如右图所示,在电池包液冷系统中又并联了一路加热器;在加热时,通过三通阀控制冷却液流经加热器来升高温度,然后通过水泵将其循环流经电芯底部的金属板,进而加热电芯;其中,加热器一般为PTC形式,发热原理与前面的PTC相同。
2)内部加热法
内部加热法是对通电导体产生的焦耳热对电池加热的方式,具体可分为充电加热法、放电加热法和交流激励加热法。

全球热管理企业市场份额

从具体热管理系统和零部件来看,国外龙头基本上在汽车热管理系统的各个环节都有涵盖,国内厂商主要是提供阀类、泵类的零部件。
新一轮技术迭代中,新能源汽车催生出的热管理新市场,有可能打破原有的竞争格局,重塑汽车热管理供应链。
国内补贴退坡导致车企对低成本零部件需求增加。国内的新能源车热管理厂商相对国外传统厂商更具本土配套及成本优势。有望充分享受国内新能源汽车的发展红利,有望快速抢占新能源车热管理市场。
国内新能源汽车热管理企业主要包括三花智控、银轮股份、奥特佳、中鼎股份、飞龙股份、松芝股份和克来机电等。
三花智控主要产品包括电子膨胀阀、电子水泵和换热器等;银轮股份主要系统为热泵空调系统;产品包括水冷板、电池冷却器和前端模块等;奥特佳主攻空调系统和电动压缩机、中鼎股份主要产品为冷却管路;飞龙股份主要产品为电子水泵;松芝股份涉及电池热管理系统和空调系统等;克来机电主要产品包括冷却管路。

总体来看,当前处于热管理细分行业成长阶段,厂商都在拓宽自身的产品线。

随着新能源汽车市场快速发展,汽车热管理的需求变得越来越复杂,未来汽车热管理供应可能会向系统化、集成化发展,车企向头部热管理系统供应商采购系统,热管理系统供应商向优质零部件供应商采购零部件,未来行业有望形成强者恒强的态势。


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