热管理将成为新能源汽车下一个风口.pdf

- 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据 (人民币） 市场优化平均市盈率 17.21 国金汽车零配件指数 4530.86 沪深 300 指数 4074.25 上证指数 3279.25 深证成指 11068.49 中小板综指 11106.52 张帅 分析师 SAC 执业编号： S1130511030009 (8621)60230213 zhangshuai gjzq 热管理将成为新能源汽车下一个风口 行业观点 热管理关注度低但市场庞大。 目前我国汽车热管理市场 800 亿左右， 2020 年可望达到 1000 亿元，市场规模巨大。 热管理是新能源汽车产业的又一个高速成长的子行业。 目前电动车单车热管理系统价值 5000 元，市场超 100 亿。 随着电动车单车载电量的增加和电池能量密度的提高，热管理重要性不断提升 ； 热管理系统不仅影响电池寿命和电动车的续航能力，也在很大程度上影响到安全，重要性越来越高； 热管理行业有一定门槛。电动车热管理的范围、实现方式及零部件都发生了很大的改变 ， 对于行业外的企业而言，技术难度和门槛较高； 市场规模方面，我国新能源车 2017 年产量 79.4 万辆，热管理市场 34 亿元；预计 2020 年产量达到 225 万辆，市场达 113 亿 ； 电动车热管理 新生 零部件，如电动压缩机、电子水泵、电池冷却器、冷却板、电子膨胀阀等，合计单车价值超 过 3000 元，新增市场近 70 亿元。 产业现状及未来趋势 ： 国内供应商占据本土优势抢占市场。现阶段热管理方案差异巨大，国外传统供应商系统 集成 能力强， 有一定的技术优势； 国内供应商依靠我国对于新能源汽车的政策红利、财政补贴以及整个产业联动，利用本土优势及传统业务支持，迅速抢占热管理的市场。 系统供应商及关键零部件供应商受益，继而渗透全球。在这个拓展、转型以及升级的过程中，具有关键零部件配套能力、系统集成能力的供应商，会占据行业优势地位拿到大部分市场与利润，继而渗透进入全球市场。 系统方案定制化和模块化趋势，使供应商更加受益。定制化方案能耗管控效率高，单车价值 量 高，但开发成本高，普遍适用性不强 ； 而模块化方案普适度更高价格更低，一方面能够促进中低端车方案的渗透，另一方面对于自身市场的占有率出货量利润率都有提升，会使系统供应商更加受益。 基于以上分析，我们看好 关键零部件龙头企业 ，如电子膨胀阀 、四通阀、 微通道 换 热 器 龙 头 三 花 智 控 （ 002050.sz ） ， 热 交 换 器 龙 头 银 轮 股 份（ 002126.sz） ，压缩机龙头且 具备 整车热管理系统供应能力的企业 如奥特佳（ 002239.sz） 、 客车空调系统龙头松芝股份（ 002454.sz）。 股票名称 收盘价 EPS PE 2017 2018 2019 2017 2018 2019 银轮股份 10.11 0.41 0.47 0.56 25 21 18 奥特佳 3.84 0.13 0.17 0.19 30 22 20 三花智控 19.60 0.57 0.66 0.78 35 30 25 松芝股份 14.17 0.85 0.98 1.11 17 14 13 风险提示 新能源汽车发展不及预期 ； 热管理系统渗透率不及预期；产品价格下降超预期。 148215981715183119472063161114170214170514170814171114国金行业 沪深 300 2018年 03月 19日 新能源汽车研究中心 汽车零配件 行业研究 买入 （ 首次评级 ） ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录 一、总论 . 4 二、热管理市场巨大、增长迅速 、对新能源车至关重要 . 5 2.1 系统市场增量与受益公司 . 5 2.2 新生零部件与受益公司 . 5 2.3 热管理的必要性 . 6 三、热管理子系统及市场分析 . 8 3.1 电池热管理 . 8 3.2 空调系统 . 11 3.3 电驱动和大功率电器元件冷却 . 15 3.4 零部件 . 15 四、国内供应商受益本土市场优势、渗透全球 . 17 4.1 国内供应商占据本土优势抢占市场 . 17 4.2 国内系统及关 键零部件供应商受益 . 19 4.3 系统方案定制化模块化趋势，供应商更加受益 . 20 五、相关公司 . 22 5.1 银轮股份：热交换器龙头企业，新能源汽车热管理成为增长重点 . 22 5.2 奥特佳：国内汽车空调压缩机龙头，切入新能源汽车热管理系统 . 22 5.3 三花智控：制冷控制元件龙头，新能源车热管理新增量 . 23 5.4 松芝股份：客车空调系统龙头，开拓乘用车客户，发力新能源 . 23 图表目录 图表 1：我国汽车热管理市场规模（亿元） . 4 图表 2：我国新能源车产量预计（万辆） . 4 图表 3：新能源车热管理市场增量（ 2020 年）与受益公司 . 4 图表 4：我国新能源车热管理市场增量（亿元） . 5 图表 5：新能源车热管理子系统 2020 年市场增量 . 5 图表 6：新能源车热管理零部件 2020 年市场增量 . 6 图表 7：电池 合适的温度区间 15-35 . 6 图表 8：不同温度下电池的容量和寿命 . 6 图表 9：低温时锂电池容量急剧衰减 . 7 图表 10：高温时锂电池循环容量急剧下降 . 7 图表 11：电池高能量密度趋势（ Wh/kg） . 7 图表 12：电池低能耗趋势（ kWh/100km） . 7 图表 13：新能源车高续航里程趋势（ km） . 7 图表 14：补贴政策调整（万元 /单车补贴） . 7 图表 15：传统车 热管理 . 8 行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 16：新能源车热管理 . 8 图表 17：被动风冷 /加热 . 9 图表 18：丰田普锐斯电池风冷系统 . 9 图表 19：主动风冷 /加热 . 9 图表 20：起亚 Soul 电池风冷系 统 . 9 图表 21：板式蒸发器直接液冷 . 9 图表 22：奔驰 S400 电池液冷系统 . 9 图表 23：电池独立回路液冷 /加热 . 10 图表 24：雪佛兰 Bolt 液冷系统 . 10 图表 25：相变材料包裹式 . 10 图表 26：相变材料夹层式 . 10 图表 27：电池热管理对比 . 11 图表 28：空调制冷剂回路 . 11 图表 29：传统涡旋式压缩机 . 12 图表 30：电动涡旋式压缩机 . 12 图表 31： 2017 年全球乘用车传统压缩机市场占有率 . 12 图表 32： 2017 年全球车用电动压缩机市场占有率 . 12 图表 33：发动机冷却回路 . 13 图表 34：发动机余热进入驾驶舱 . 13 图表 35： PTC 风暖加热器 . 13 图表 36： PTC 水暖加热器 . 13 图表 37：热泵系统原理图 . 14 图表 38：奥迪 Q7 e-tron 热泵制热模式 . 14 图表 39：奥 迪 Q7 e-tron 热泵制冷模式 . 14 图表 40： 2017 年全球汽车空调市场占有率 . 15 图表 41：我国市场格局 . 15 图表 42：大众 e-Golf 电机、充电机及大功率电器元件冷却回路 . 15 图表 43：电子水泵 . 16 图表 44：电子膨胀阀 . 16 图表 45：电池冷却器 chiller . 16 图表 46：电池冷却器与电子膨胀阀模块 . 16 图表 47：各车型热管理方案差异巨大 . 17 图表 48：国际热管理市场由四大巨头占据 . 18 图表 49：国外国 内主要热管理供应商配套情况 . 18 图表 50：国内热管理系统主要供应商 . 19 图表 51：特斯拉热管理系统 . 20 图表 52：雪佛兰 Bolt 热管理三条回路系统 . 21 图表 53：行业内重点公司投资评级（人民币） . 24 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明 一、 总论 热管理关注度低但市场庞大 ， 目前我国汽车热管理市场 800 亿左右， 2020年可望达到 1000 亿元。 而 热管理是新能源汽车产业的又一个高速成长的子行业。目前电动车单车热管理系统价值 5000 元，市场超 100 亿。 随着电动车单车载电量的增加和电池能量密度的提高， 且 热管理系统不仅影响电池寿命和续航能力，也在很大程度上影响到安全，重要性越来越高 。 国内供应商依靠我国对于新能源汽车的政策红利、财政补贴以及整个产业联动，利用本土优势及传统业务支持，迅速抢占热管理的市场 ； 具有关键零部件配套能力、系统集成能力的供应商，会占据行业优势地位，拿到大部分的市场与利润，并随着市场的发展 从而得到良性发展，继而渗透进入全球市场。 图表 1： 我国汽车热管理市场规模（亿元） 图表 2：我国新能源车产量预计（万辆） 来源：中汽协，国金证券研究所 来源：中汽协，国金证券研究所 图表 3：新能源车热管理市场增量（ 2020 年）与受益公司 新能源车热管理 价值(元 ) 中国市场(亿元 ) 全球市场(亿元 ) 国产 渗透率 国外厂商 国内厂商 全系统 整车热管理 5000 113 250 40% 电装 ,汉拿 ,马勒 ,法雷奥 整车厂、奥特佳 子系统 空调 2300 47 104 50% 电装 ,汉拿 ,马勒 ,法雷奥 奥特佳 ,华域 ,协众 ,松芝 热泵空调 3300 7 17 10% 电装 ,汉拿 ,法雷奥 奥特佳 电驱和元件 700 16 35 70% 电装 ,汉拿 ,马勒 ,法雷奥 奥特佳 ,三花 ,银轮 ,八菱科技 电池热管理 2000 45 100 20% 电装 ,汉拿 ,马勒 ,法雷奥 奥特佳 零部件 电动压缩机 1500 34 75 60% 电装 ,汉拿 ,三电 ,松下 奥特佳 ,海立 ,华域 ,重庆建设 冷凝器 100 2 5 80% 电装 ,汉拿 ,马勒 ,三电 , 松芝 ,威乐 ,江苏鑫通 热膨胀阀 50 1 3 80% 电装 , 鹭宫 ,不二工机 三花 ,宁波松鹰 ,威乐 ,浙江新劲 蒸发器 150 3 8 80% 电装 ,马勒 ,法雷奥 ,康奈可 三花 ,银轮 ,松芝 ,威乐 ,康宝 PTC 加热器 200 5 10 50% 博格华纳 ,法雷奥 ,马勒 , 银轮 ,八菱科技 电子水泵 750 17 38 40% 马勒 西泵 ,三花 电池冷却器 200 5 10 50% 马勒 ,康奈可 三花 ,银轮 冷却板 600 14 30 60% 法雷奥 银轮 ,三花 电子膨胀阀 150 3 8 80% 不二工机 ,丹佛斯 ,艾默生 三花 阀门 150 3 8 80% 不二工机 ,电装 , 鹭宫 三花 ,宁波松鹰 , 低温散热器 300 7 15 70% 电装 ,马勒 ,康奈可 银轮 ,八菱科技 导热材料 250 6 13 80% 杜邦 ,霍尼韦尔 ,大金 巨化 控制器传感器 300 7 15 60% 博世 ,大陆 ,森萨塔 联合电子 ,航天机电 管路 300 7 15 80% 电装 ,邦迪 中鼎、腾龙 ,锦飞 ,赛特 来源：国金证券研究所 0%2%4%6%8%10%12%14%16%-2004006008001,0001,2002015 2016 2017 2018E 2019E 2020E0%10%20%30%40%50%60%-501001502002502015 2016 2017 2018E 2019E 2020E行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 二、 热管理市场巨大、增长迅速 、对新能源车至关重要 2.1 系统市场增量与受益公司 我国汽车热管理市场已经有 800 亿， 2020 年可望达到 1000 亿元。 传统 乘用 车 热管理单车价值 2000 元左右，商用车热管理单车价值 5000 元左右。 传统热管理市场发展较为成熟，乘用车上价值量较小，商用车年产量较小，造成了整体行业关注度不高，但将近千亿的市场规模巨大。 新能源车热管理系统 单车价值 5000 元，新增市场超 100 亿，三年翻三倍。新能源车热管理价值量有显著的提高， 是 攸关安全、性能、寿命的关键系统，随着电池高能量密度趋势，必然会加大投入 ； 且是一个 随着新能源 整车 增长 而 增长的纯增量市场 ， 我国新能源车 2017 年产量 79.4 万 辆 ， 热管理市场 34 亿元； 预计 2020 年 产量 达到 225 万 辆，市场达到 113 亿。 电池系统热管理是完全新生的系统 ，单车价值约 2000 元 。 主要功能有： 1）在电池温度低时进行 预热 ，确保电池的充放电性能及安全性； 2） 在电池高温时冷却 ，防止热失控事故； 3） 减小电池组间温差，能够提升电池的寿命与效率。 热泵系统是未来驾驶舱空调的发展方向，单车价值约 3300 元。 热泵系统能够把热量从温度低的地方搬运到温度高的地方，从而达到夏天制冷冬天制热的效果， 优点在于 高度集成化和高能效表现，但目前成本较高，需要配备特殊的压缩机和额外的电子膨胀阀及热交换器，只有少数车辆装配 。 具有热管理整车系统或子系统 集成 能力的供应商将会受益 ， 如：奥特佳，收购的空调国际本身就是全球热管理系统供应商 ，与奥特佳压缩机业务发挥协同作用，向模块化 系统化 趋势发展。 图表 4： 我国新能源车热管理市场增量（亿元） 图表 5： 新能源车热管理子系统 2020 年市场增量 单车价值(元 ) 中国市场(亿元 ) 全球市场(亿元 ) 整车热管理系统 5000 113 250 空调 2300 52 115 热泵空调 3300 74 165 电驱和功率元件 700 16 35 电池热管理 2000 45 100 来源：国金证券研究所 来源：国金证券研究所 2.2 新生零部件与受益公司 新能源车热管理新生零部件单车价值 3000 元，新增市场近 70 亿元。 新能源车围绕动力电池展开的电池热管理及电气化空调系统，新生零部件 如电动压缩机、 PTC 加热器、电子水泵、电池冷却器、冷却板、电子膨胀阀，预计 2020 年新增市场近 70 亿元。 电池系统新生的零部件有：电池冷却器、电子膨胀阀、电子水泵、冷却板。 空调 制冷 动力源由发动机皮带变成了动力电池，压缩机变成了电动压缩机，单个价值约 1500 元。 空调热源由发动机 余热 变成了电力加热，新增了 PTC 加热器。 目前由于成本低、结构简单、工作稳定， PTC 是主流方案，但能耗巨大，暖风空调造成续航减少三成甚至一半。 0 20 40 60 80 100 12020172020E行业深度研究 - 6 - 敬请参阅最后一页特别声明 具有关键零部件配套能力的供应商将会受益 ， 如：奥特佳 ，压缩机的龙头企业； 三花智控 ，电子膨胀阀、四通阀、微通道换热器 的 全球 龙头企业 ；银轮股份 ，热交换器龙头企业 。 图表 6：新能源车热管理零部件 2020 年市场增量 单车价值 (元 ) 中国市场 (亿元 ) 全球市场 (亿元 ) 电动压缩机 1500 34 75 PTC 加热器 200 5 10 电池冷却器 Chiller 200 5 10 电子膨胀阀 150 3 8 冷却板 600 14 30 电子水泵（ x3） 750 51 38 来源：国金证券研究所 2.3 热管理的必要性 对于核心部件动力电池来说， 温度 是决定其 安全、 性能 及 寿命的关键因素 ，热管理是 维持 适宜的温度区间及均匀性的必要手段 。 图表 7：电池合适的温度区间 15-35 图表 8：不同温度下电池的容量和寿命 来源： National Renewable Energy Laboratory，国金证券研究所 来源： cellomomcars， 国金证券研究所 安全 在电池工作过程中，局部过热或整体温度过高，会导致不可逆损耗甚至热失控，起火甚至爆炸； 在过低温度下（低于 0 ）对电池进 行充电，可能引发瞬间的 高 电压过充现象，造成内部析锂 并进而引 发 短路。 性能 温度较低时电池的可用容量迅速 发 生 衰减 ， 充放电性能 下降 ，如 图 6 所示。并且同一电池包中不同模组的温度差会导致不同模组的充放电特性差异，性能的不均衡性会导致电池包性能的衰减。 寿命 过高或过低的温度 、单体电池温度不均匀 都将引起电池 寿命 的较快衰减。随着充放电次数的增加， 当电池温度过高时， 电池 容 量随之大幅衰减 （如图 7所示） ；温度过低时， 电池充电时易出现过充现象，使电池容量发生不可逆衰减，缩短其使用寿命 ， 同时电池正极易出现开裂、漏液等现象，产生不可逆的损伤。 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 9：低温时 锂 电池容量 急剧 衰减 图表 10： 高温时锂电池循环 容量 急剧下降 来源： U.S. Department of Energy，国金证券研究所 来源： Carnegie Mellon，国金证券研究所 电池高 能量密度 、 大型化更需 要 热管理 从 2017 年上公告的车型进行了统计分析，乘用车中采用三元电池的比例显著上升，镍钴锰 NCM 电芯占了七成以上，其余主要是磷酸铁锂 LFP； 2017年国内电芯平均能量密度达到 170wh/kg，较以往上升 5wh/kg；而 PACK 平均能量密度达到了 117wh/kg，较以往上升 11wh/kg。 能量密度的追求导致高镍三元 电池会是后续发展的方向，而能量密度越高的电芯更容易引发热失控，热失控后造成的损失更大，高镍三元电池高能量密度、低安全性的特性更需要热管理的支持；并且电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，容易出现内部温度不均、局部温升过高等问题，这样热管理的必要性更加凸显。 能耗现在已经成为各大车厂电池厂 追逐的目标，在电池能量密度达到一定水平之后，热管理会成为有效降低能耗的手段。 图表 11：电池高能量密度趋势（ Wh/kg） 图表 12：电池低能耗趋势（ kWh/100km） 来源：工信部、国金证券研究所 来源：工信部，国金证券研究所 车型结构升级热管理需求提升 今年政策将降低小型微型电动车的补贴，而加大高能量密度电池、高续航里程车型的补贴，补贴门槛提升也将促进车型结构的升级， 高续航里程 、 高价值的车，对于热管理的需求也会更迫切。 图表 13：新能源车高续航里程趋势（ km） 图表 14：补贴政策调整（万元 /单车补贴） 来源：工信部，国金证券研究所 来源：工信部，国金证券研究所 708090100110120130140303540455055606518020022024026028002462015 2016 2017 2018过渡 2018正式 混动 50 100-150 150-200 200-250250-300 300-400 400 行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 三、热管理子系统及市场分析 汽车热管理是从整车角度统筹车辆发动机、动力总成、空调、电池、电机、大功率电器元件等相关部件及子系统相关匹配、优化与控制，在避免发生热损害的前提下，一方面要保证功能单元工作在最佳温度工况区间，降低能量损耗，同时提高能量利用率，保证车辆运行的 安全性、动力性、 经济性。 进入新能源汽车时代， 热管理的范围、实现方式及零部件都发生了很大的改变。驾驶舱空调系统由于动力源和热源的变化有新的实现方案，电驱动和大功率电器元件的冷却也并入了热管理的整体方案，而电池的热管理系统则是新能源车的重中之重。新的车，新的热管理系统，新的零部件，催生了全新的电气化时代热管理的巨大市场。 图表 15：传统车热管理 图表 16：新能源车热管理 来源：国金证券研究所 来源：国金证券研究所 3.1 电池热管理 电池的 热管理 按 传导 介质可以 分为空气、液体及相变材料 几条技术路线： 3.1.1 空气 利用环境空气或空调空气，被动或主动风机冷却，结构简单成本低，无需铺设管路，但应对较冷较热外界环境时效率太低。 国内使用较多，应用于早期的乘用车及绝大多数大巴车、物流车。 主要是因为新能源车发展初期，磷酸铁锂电池在国内动力电池中占主导地位、稳定性较好，电池的热管理在当时并不是一个迫切的问题。 应用车型例如：丰田 Prius、本田 Insight、日产 Leaf、起亚 Soul、 知豆、 北汽 EC180、比亚迪 秦 、 唐 、 宋 等磷酸铁锂电池车型 、江淮 iEV6E 等。 A. 环境空气被动冷却：汽车行驶时利用风机或自然吸入外部环境空气将电池包热量带走。 B. 驾驶舱空气被动冷却 /加热：吸入驾驶舱内经空调调节的空气对电池包进行冷却或加热。 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 17： 被动 风冷 /加热 图表 18： 丰田普锐斯电池风冷系统 来源： National Renewable Energy Laboratory，国金证券研究所 来源： 丰田 ，国金证券研究所 C. 主动风冷 /加热：利用空调 系统蒸发器以及电池包 专用 蒸发器 对外部环境空气处理后进入电池包完成冷却或加热。 图表 19： 主动风冷 /加热 图表 20： 起亚 Soul 电池风冷系统 来源： Behr， 国金证券研究所 来源： 起亚， 国金证券研究所 3.1.2 液体 乘用车优选方案的也是热管理发展的主要方向。 利用 直接接触介质 （油）或间接接触介质 （水乙二醇） ，空调制冷剂回路 或 独立回路 ，效率高， 电池温度均匀性优异， 热管理控制更精确， 但结构复杂成本 较 高 。 D. 板式蒸发器直接 液冷 ： 电池包内部的板式蒸发器 通入制冷剂，接入空调制冷剂回路，蒸发吸热，直接带走电池包热量。 应用车型例如： 奔驰 S400、宝马 i3，奥迪 A6 等 图表 21：板式蒸发器直接液冷 图表 22：奔驰 S400 电池液冷系统 来源： Behr，国金证券研究所 来源：奔驰，国金证券研究所 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 E. 电池独立回路液冷 /加热 ：电池设计有独立的冷却剂 （水乙二醇） 回路，低温时（ 38-45）仅通过低温散热器进行冷却，高温时（ 45以上）通过电池冷却器 Chiller 与空调制冷剂回路进行热交换完成冷却；而当电池温度过低需要加热时，回路上的加热器如 PTC 加热器开始工作对电池加热。应用车型例如：雪佛兰 Bolt、 特斯拉、吉利帝豪、 北汽 EU260、比亚迪宋、江淮 iEV7S、荣威 eRX5 等。 图表 23： 电池独立回路液冷 /加热 图表 24： 雪佛兰 Bolt 液冷系统 来源： Behr， 国金证券研究所 来源： 通用， 国金证券研究所 3.1.3 相变材料冷却 /加热 相变材料是通过材料的相变吸热放热进行热量的转移，效率高且无需管路，但目前还在实验阶段尚未量产使用。 以 动力电池适宜的 固一 液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，相变材料熔化吸收并储存大量的潜热；当冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。以此为基础来调节电池的温度。目前有两种结构方式： 电池单元直接置于相变材料中的包裹式形式 、 相变材料将电池单元夹在中间形成三明治夹层结构形式 。 图表 25：相变材料 包裹式 图表 26：相变材料夹层 式 来源： AllCell， 国金证券研究所 来源： AllCell， 国金证券研究所 行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 3.1.4 电池 热管理 对比 ： 空气 Vs.液体 Vs.相变材料 我国 新能源车发展 初期磷酸铁锂电池 LFP 的大规模应用，不重视热管理，多数新能源车电池都还只是被动 风冷 的方案，除了空调，根本没有热管理的概念；到现阶段对能量密度的极度追求，三元电池逐渐成为主流的动力电池选型，以及电池大型化、车型高端化的趋势， 这样 液冷 的电池热管理方案 会成为首选 。 图表 27： 电池 热管理 对比 空气 直接液冷 独立回路 相变材料 介质 空气 制冷剂 R134a 冷却剂水乙二