新能源汽车热泵空调行业深度报告：热泵空调技术快速发展，电动化重塑市场格局.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2020 年 2 月 15 日 机械行业 热泵空调技术快速发展，电动化重塑市场格局 新能源汽车热泵空调行业 深度 报告 行业深度 热泵空调在新能源车领域已成为未来发展趋势 ： 新能源车 热管理系统包括 空调系统 、 电池热管理、电机电控热管理及其他设备的冷却 。 与 传统燃油车 不同的地方在于，新能源车 空调系统由电能驱动 ， 制热方案包括 PTC 和热泵模式等。 热泵空调相对于 PTC 加热的优势 就在于更加节能 ，目前已经在 新能源车 领域实现 了 快速推广 。 二氧化碳制冷剂助力热泵空调系统性能升级 ： 目前市场上新能源车热泵空调 采用的 制冷剂 有 R134a、 R1234yf 型等。 若以 二氧化碳作为制冷剂，可充分发挥其高环保、低价、高制热能效的特点，因此二氧化碳热泵空调在新能源车领域具备很广阔的应用前景 。 目前国内外多家 热管理企业布局 二氧化碳热泵空调。 新能源车空调单车价值是传统汽车的两倍以上 ： 根据我们测算， 新能源汽车热管理系统单车价值量约为 70008000 元，较传统燃油车提升约1 倍。其中，新能源车的空调系统（传统冷 媒）单车价值量约为 3950 元，较传统燃油车的单车价值量 1610 元，大幅提升。我们测算， 2025 年国内新能源车销量有望达到 710 万 辆 的规模，对应热管理系统的空间 约 为500 亿元，其中空调系统的空间 约 为 280 亿元。 热泵空调市场本土企业加速崛起 ： 传统 国外热管理龙头 电装、法雷奥、翰昂、马勒 四家龙头企业 ， 2018 年 收入 占据 全球 市场 55%的份额 ，并具备较强的技术优势。国内主营热管理核心 部件 的企业 优势 在于对市场需求 敏感，能够适应目前国内新能源汽车企业的开发节奏。 对于新能源汽车，空调系统的动力来源由原来的发动机变为动力电 池，技术方案需要重新设计。总体来讲，在汽车电动化浪潮中，既有的汽车热管理空调竞争格局已有松动迹象，国内企业存在弯道超车的可能性。 投资建议： 1、 重点推荐 克来机电： 子公司上海众源产品为燃油分配器， 受益“国六标准”的实施， 产品实现了量价齐升。 公司二氧化碳管路产品 2020 年正式推出， 可有效解决 二氧化碳泄漏的问题 。公司 募集资金 拟 投向二氧化碳空调管路项目， 有望成为公司业绩主要增长动力。 2、 建议关注 三花智控 ： 公司为 制冷元器件龙头， 在 新能源汽车空调及热管理系统 领域实现了主流车企全覆盖。公司在 二氧化碳热泵空调系统领域 布局完善 ，后续发展值得关注。 风险分析： 新能源汽车政策变化影响行业发展的风险 ； 技术路线更替风险 ； 市场竞争加剧风险 。 证券 代码 公司 名称 股价 （元） EPS（元） PE（ X） 投资 评级 19E 20E 21E 19E 20E 21E 603960 克来机电 36.36 0.57 0.91 1.44 62 39 25 买入 资料来源： Wind，光大证券研究所预测，股价时间为 2020 年 2 月 13 日 买入（维持） 分析师 贺根 (执业证书编号： S0930518040002) 021-52523863 hegenebscn 王锐 (执业证书编号： S0930517050004) 010-56513153 wangrui3ebscn 马瑞山 (执业证书编号： S0930518080001) 021-52523850 marsebscn 联系人 杨耀先 021-52523656 yangyxebscn 行业与上证指数对比图 - 1 0 %3%15%28%40%1 0 - 1 8 0 1 - 1 9 0 5 - 1 9 0 8 - 1 9机械行业 沪深 300 资料来源： Wind 相关研报 半年报业绩维持高速增长，研发投入持续加强 克来机电（ 603960.SH） 2019 年半年报点评 2019-08-02 业绩低于预期，自动化产线及核心零部件双引擎推动未来成长 克来机电（ 603960.SH） 2018 年年报点评 2019-03-13 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 投资 聚焦 研究背景 新能源汽车的发展，近年来在全球范围内愈发地被重视。新能源汽车的发展，有望解决传统燃油车带来的环境污染问题。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统，进而导致热管理及空调系统发生巨大变化。 传统国外热管理龙头电装、法雷奥、翰昂、马勒 四家龙头企业 占据全球市场 一半以上的份额， 具备较强的技术优势。 而在当前这轮 汽车电动化 浪潮中，既有的汽车热管理空调竞争格局已有松动迹象，国内企业存在弯道超车的可能性。 我们区别于市场的 创新之处 （ 1）热泵空调 在新能源车领域已成为未来发展趋势，但是值得注意的是，二氧化碳作为制冷剂，具备 高环保、低价、高制热能效的特点 ，未来有望在新能源汽车上取得全面普及。 此篇报告我们重点阐述了二氧化碳空调在技术方面的优势 ， 并 介绍部分 国内企业在这方面的布局 。 二氧化碳制冷剂全面高压的系统环境对系统管路提出更高要求， 国内企业 克来机电 由于从事发动机高压燃油分配管产品的研发生产，因此拓展出 新产品二氧化碳管路 ，并在 2020 年 正式推出。 三花智控 全方位布局新能源热管理领域， 目前 已经形成 二氧化碳 产品解决方案 。 （ 2）此篇报告重点提示了我国新能源汽车热泵空调行业上的投资机遇。新能源车空调系统单车价值量对比传统燃油车大幅提升 ， 单车价值量约为70008000 元（若使用热泵空调则为 10000 元左右），较传统燃油车提升约 1 倍。其中，新能源车的空调系统（传统冷媒）单车价值量约为 3950 元，较传统燃油车的单车价值量 1610 元， 也得到 大幅提升。 2025 年 我国 新能源汽车渗透率目标 为 25%。我们以此测算， 2025 年国内新能源车销量有望达到 710 万的规 模，对应热管理系统的空间 约 为 500 亿元，其中空调系统的空间 约 为 280 亿元。未来伴随着二氧化碳热泵技术普及，空调系统空间有望实现进一步提升。 投资观点 重点推荐 克来机电：子公司上海众源产品为燃油分配器，受益“国六标准”的实施，产品实现了量价齐升。公司二氧化碳管路产品 2020 年正式推出，可有效解决二氧化碳泄漏的问题。公司募集资金 拟 投向二氧化碳空调管路项目，有望成为公司业绩主要增长动力。 建议关注 三花智控：公司为制冷元器件龙头，在新能源汽车空调及热管理系统领域实现了主流车企全覆盖。公司在二氧化碳热泵空调系统领域布 局完善，后续发展值得关注。 2020-02-15 机械行业 敬请 参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 目 录 1、 新能源车空调系统发展概况 . 4 1.1、 空调系统在热管理系统中起着重要作用 . 4 1.2、 新能源车空调电能驱动，制热方案为 PTC、热泵模式 . 5 1.3、 热泵技术在新能源车领域已成为未来发展趋势 . 7 1.4、 二氧化碳制冷剂助力热泵空调系统性能升级 . 8 2、 热泵空调市场扬帆起航，本土企业加速崛起 . 11 2.1、 新能源车空调单车价值是传统汽车的两倍以上 . 11 2.2、 竞争格局：技术变革期国内企业机遇显现 . 12 3、 重点公司 . 16 3.1、 克来机电：受益国六标准业绩显著提升，二氧化碳管路正式推出 . 16 3.2、 三花智控：制冷元器件龙头，全方位布局新能源热管理领域 . 17 4、 风险因素 . 18 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 1、 新能源车 空调系统发展概况 1.1、 空调系统 在 热管理 系统中起着重要作用 狭义汽车热管理是指：对所有车载热源系统进行综合管理和优化；广义汽车热管理系统还包括 空调系统。 热管理在汽车节能、环保、安全、舒适性等方面具有重要作用。 对于传统汽车，其热管理系统包括 发动机冷却系统、润滑系统、进排气系统、发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖风系统等 。 具体涉及冷却介质、热交换器、风扇、泵、底盘空气流通、传感器等。 图 1： 传统汽车热管理系统 资料来源： 海基科技汽车热管理系统解决方案及培训，光大证券研究所整理 对于 新能源车 汽车，其热管理系统 包括 空调系统 ， 除此 还包括 电池热管理、电机电控热管理及其他设备的冷却 。 新能源车 和传统燃油车最大的不同在于动力系统，前者是电能转化为机械能，后者是化学能转化为内能再转化为机械能。 图 2： 新能源汽车热管理系统 资料来源： 光大证券研究所绘制 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 新能源汽车的热管理系统与燃油车区别主要体现在以下两点 ： 1、传统燃油车热管理系统是围绕发动机构建的（发动机带动空调压缩机、水泵运转，座舱制暖来源于发动机废热）。没有发动机或发动机只部分时间工作要求空调压缩机和水泵电动化，并且需要采用其他方式（ PTC 或热泵）为座舱制暖； 2、新能源汽车的动力 电池需要精细的散热和加热管理。相比于燃油车，新能源汽车新增动力电池热管理回路（增加 chiller、电池冷却水板、阀件、PTC 等）。 图 3： 新能源汽车热管理解决方案（ PHEV） 资料来源： 恒润科技官网，光大证券研究所整理 1.2、 新能源车 空调 电能驱动，制热方案为 PTC、 热泵 模式 新能源车 空调系统由电能驱动。 对于新能源汽车（特别是纯电动汽车），既没有发动机作为空调压缩机的动力源，也没有发动机余热可以利用达到取暖、除霜的效果。通常来讲， 新能源车 空调系统 的冷源、热源和其他能源都来自电池 。 图 4： 传统汽车空调系统 图 5： 新能源汽车空调系统 资料来源： 我有车网，光大证券研究所整理 资料来源：中国汽车技术研究中心，光大证券研究所整理 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 汽车空调直接影响驾驶舒适性，对于新能源汽车来讲，还影响其续航里程。 根据 ANL 对 Nissan Leaf 的测试，在高速公路循环路况下，当外界温度为 20F（ -6.7）时，调节车内温度至 72F（ 22.2），车辆续航里程与不开空调时相比下降 30%； 当外界温度为 95F（ 35）时，调节车内温度至72F（ 22.2），车辆续航里程与不开空调时相比下降 4%。 图 6： 不同路况下开启空调对 Nissan Leaf 续航里程的影响 % 资料来源： Argonne National Laboratory，光大证券研究所整理 注： UDDS 代表城市道路循环路况， HWY 代表高速公路循环路况， US06 代表高速、高加速度循环路况 目前空调系统制热方案包括 PTC 和热泵模式等。 目前市场上主流的 新能源车 空调系统中，（ 1）制冷方案：基本都采用电动压缩制冷方式，如福克斯 新能源车 空调系统的制冷采用的是“压缩机 -冷凝器 -膨胀阀 -蒸发器”的制冷循环；（ 2）制热方案：主要包括 PTC（液体 /空气）和热泵系统等，如福克斯 新能源车 在温度较低或车辆起动时采用 PTC 加热方案，电机温度达到一定数值后采用电机余热方案 ，特斯拉 Model-X 制热模式采用空气 PTC方案，比液体 PTC 方案的效率更高。 PTC： Positive Temperature Coefficient，泛指正温度系数很大的半导体材料。 热泵： 是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置 。 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 图 7： 新能源车 冷暖双模式热泵空调原理图 资料来源： 百家号，光大证券研究所整理 1.3、 热泵技术在 新能源车 领域已成为 未来 发展趋势 PTC 热敏电阻制热存在 功耗 大的缺陷。 新能源车 通过 PTC 热敏电阻制热，即通过电阻的热效应 生产热量，具备了 结构简单且制热效果好 的优点，但是存在着功耗过大的严重缺陷。 PTC 加热方案耗能较多， 对 新能源车 续航里程 的影响更甚。 图 8： PTC 热敏电阻 资料来源： 有车大师资讯网 热泵 空调 技术是将低位热源的热能转移到高位。 水泵是将 低处的水泵到高处 ，热泵则类似， 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。热泵系统中 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。 当前热泵系统的类型 主要有 直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统 等 。 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 热泵空调相对于 PTC 加热的优势就在于更加节能。 热泵空调方案的耗能大约为 PTC 加热模式的 50%。因此，从应用层面来看，热泵空调方案更具优势，但其技术要求也相对较高，特别需要解决低温情形下室外换热器结霜的问题。 图 9：荣威 Ei5 纯热泵与 PTC 制热能耗对比试验图 资料来源：汽车漫谈 热泵空调在 新能源车 领域实现快速推广。 当前热泵空调技术在 新能源车领域已经得到了市场验证， 国际主要 车型包括大众、奥迪、雷诺、宝马、日产等品牌均已量产装车。近年来国产电动汽车热泵空调也开始装车，典型车型如荣威 Ei5、荣威 MARVEL X、长安 CS75 PHEV 等车型覆盖纯电和混动。 表 1： 主要车企热泵空调系统应用情况 （ 2019 年） 汽车品牌 应用车型 大众 新款 e-Golf 奥迪 奥迪 R8、 Q7e-tron 雷诺 雷诺 Zoe 宝马 宝马 i3 日产 日产 Leaf 捷豹 i-Pace(SUV) 起亚 Soul 上汽 荣威 Ei5、荣威 MARVEL-X 长安 CS75-PHEV 资料来源： 一览众咨询 1.4、 二氧化碳 制冷剂 助力热泵空调系统性能升级 R134a 型热泵空调系统为当前市场主流。 按照 新能源车 热泵空调的制冷剂划分， 热泵空调可以分为 R134a 型 、 CO2 型 、 R1234yf 型等 。 R134a（ 1，1， 1， 2-四氟乙烷）是一种使用最广泛的中低温环保制冷剂，它具有良好的综合性能，使其成为一种非常有效和安全的 R12（二氯二氟甲烷）替代品 。目前各种 电动 汽车 的 空调系统主要使用制冷剂 R134a， 零部件设计、生产及售后服务及维护，均依据 R134a 制冷剂物理性能设计 。 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 高效及环境安全性突出，二氧化碳 热泵空调有望成为未来趋势 。 由于R134a 具有温室效应 （ 在京都议定书中被列为限制使用的工质 ） ，所以仍 面临巨大的替代压力 。二氧化碳作为制冷剂，可充分发挥其 高环保、低价、高制热能效 的 特点 ，因此二氧化碳热泵空调在 新能源车 领域具备很广阔的应用前景。二氧化碳 热泵 就是 采用 二氧化碳 作为制冷剂的热泵或空调 ， 二氧化碳 冷媒代号为 R744，所以 二氧化碳 热泵也称 R744 热泵。 二氧化碳 热泵 与普通的热泵工作原理基本是一样的，都属于蒸汽压缩式。不同的地方在于，二氧化碳 热泵属于超临界循环，即在冷凝器端， 二氧 化碳 是不会被冷凝成液体的，而 传统 冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。 表 2：二氧化碳热泵的优势 二氧化碳热泵优势 1 CO2 单位容积制冷量是其他制冷剂的数倍，其优良的流动和传热特性，可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑 。 2 CO2 冷媒，对臭氧层的破坏几乎无破坏作用， GWP 也低 。 3 高热效率的 CO2 冷媒配合夜间离峰电费将大大降低操作成本 。 4 良好的性和化学稳定性， CO2 安全无毒，不可燃，适应各种润滑油及常用机械零部件材料，即便在高 温下也不分解产生有害气体 。 5 具有与制冷循环和设备相适应的热力学性质， CO2 的蒸发潜热较大 。 6 与常规制冷剂相比， CO2 跨临界循环的压缩比较小，约为 2.5 3.0，可以提高压缩机的运行效率，从而提高系统的性能系数。 7 采用 CO2 排气温度较高，可以得到更高温度的热水， 5590范围内可调； CO2热泵可在 -20工作，即使在严寒环境也可供应 90热水。 8 CO2 在地球上是取之不尽、用之不竭的自然物质，作为一种天然冷媒工质，凭借其环保、无毒以及优良的跨临界循环等特点，被看作是氟氯碳化物冷媒的最佳 替代物。 资料来源：制冷百科 R1234yf 存在安全性问题，二氧化碳空调系统仍占据全面优势。 欧盟要求 2017 年起 GWP150 的制冷剂禁止 在 所有车型的空调 上 使用 ，对此 杜邦与霍尼韦尔开发了 R1234yf（ HFO-1234yf、 四氟丙烯 ） 作为新一代制冷剂 。但是， R1234yf 的 生产过程中会产生 HF（氢氟酸）等 多种 臭氧层破坏物质 ，并存在一定的安全问题，因此德系车企将二氧化碳作为发展方向。 R1234yf、二氧化碳 两者进行对比，二氧化碳在 环保性能、安全性能、制造成本和可持续发展上均 占据优势，未来发展前景广阔。 表 3： 二氧化碳与 R1234yf 空调系统综合比较 R1234yf 二氧化碳 采购成本（元 /吨） 700000 600 单车成本（元 /车） 350 0.3 制冷性能 优秀 高温下制冷略差，需改进系统 制热性能（ -15下 COP） 1.45 2.2 热交换器 层叠式 微通道 压缩机排量 20-60cc 可降低至六分之一 压缩机材料 铸铝 耐压铸铁 冷却管路 软管 耐压波纹钢管 研发 过程 仅需主机厂验证 实验、试制、协同、验证 可持续性 不确定性 可持续 资料来源： 东风汽车研究所 2020-02-15 机械行业 敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告 二氧化碳制冷剂全面高压的系统环境 对系统管路提出更高要求 ， 克来机电新产品二氧化碳管路 2020 年正式推出 。 二氧化碳 作为制冷剂的主要难点在于需要更高的运行压力，对系统的控制提出了更高的要求。二氧化碳 工作高压超 100kgf/cm2，因而热泵系统的配件、管路等 不仅要达到系统的要求，还要充分研究其在高压下的寿命周期，确保系统安全可靠。 本土企业克来机电， 2020 年 1 月公告， 拟募集 资金不超过 5000 万元 ，用于 新能源车用二氧化碳空调管路组装项目 的建设。 子公司 众源新产品 二氧化碳空调管能够 解决目前二氧化碳管路系统产品缺陷导致二氧化碳泄漏的问题，对二氧化碳空调在车辆上普及使用有一定的促进作用。 国内三花 智控 在二氧化碳热泵空调系统领域布局完善。 目前国外一些企业已推出二氧化碳热泵空调样机，也在 奔驰 E 级车部分车型有所使用 。本土企业 三花智控已做到除压缩机外的全覆盖， 并且在二氧化碳热泵领域布局超前。 2018 年 3 月， 三花 智控 加盟 新能源车 二氧化碳 热泵空调系统开发技术联盟 ， 与东风汽车等多家公司共同研发应用。 目前三花 智控 已经形成 CO2产品解决方案，如 CO2 膨胀阀、单向阀、气液分离器等，其中电子膨胀阀实现了 COP 平均提高 10以上。