汽车热管理行业深度报告：从保障到增值，热管理前景广阔.pdf

汽车 |证券研究报告 行业深度 2018 年 8 月 10 日 Table_IndustryRank 中性 公司名称 股票代码 股价 (人民币 ) 评级 银轮股份 002126.SZ 8.06 买入 三花智控 002050.SZ 13.94 买入 松芝股份 002454.SZ 5.16 买入 资料来源：万得，中银证券 以 2018 年 8 月 8 日当地货币收市价为标准 中银国际证券股份有限公司 具备证券投资咨询 业务资格 Table_Industry 汽车 Table_Analyser 朱朋 (8621)20328314 peng.zhubocichina 证券投资咨询业务证书编号： S1300517060001 *魏敏为本报告重要贡献者 Table_Title 从保障到增值，热管理前景广阔 汽车热管理行业深度报告 Table_Summary 热管理系统是保障汽车正常工作必不可少的关键零部件，主要包括发动机冷却、空调和电池热管理等。相对于传统燃油汽车的保 障，新能源汽车热管理提供更多增值，其单车价值量高达 3,000-10,000 元， 2020 年国内市场空间超 百亿。目前全球热管理主要由电装、法雷奥、马勒、翰昂等国际巨头垄断，国内有银轮股份、松芝股份、三花智控等龙头企业在细分领域逐步突破，兼具成本及服务等优势，未来有望获得更多市场份额，发展前景看好。随着新能源汽车销量快速增长，热管理市场快速扩大，相关企业有望持续受益，重点推荐银轮股份、三花智控、松芝股份。 支撑评级的要点 由保障到增值，新能源汽车热管理重要性大幅提升。 汽车热管理主要包括发动机冷却、空调、电池热管理 等系统 ，是保障汽车正常运行的关键 之一 。在新能源汽车领域，电池的安全、寿命和续航至关重要，良好热管理可以提升电池的安全和续航性能，提供更多增值 。 新能源热管理单车价值量翻倍增长， 2020 年国内市场 超 百亿。 传统汽车发动机冷却、空调系统单车价值量共约 1,800-4,000 元，而新能源汽车热管理单车价值量高达约 3,000-10,000 元，较传统燃油车翻倍增长。国内外新能源汽车产销量逐年快速增长，新能源汽车热管理 2020、 2025年的国内市场空间 分别 高达 125 亿、 295 亿 元 ，市场前景广阔。 全球市场四大巨头垄断，国内 企业细分领域突破，发展前景光明。 目前全球热管理主要由电装、法雷奥、马勒、翰昂等四大巨头垄断，占据 54%市场份额。国内有银轮股份 、三花智控 、松芝股份等龙头企业细分领域逐步突破，未来有望凭借成本及服务等优势获得更多国内外市场份额，发展前景看好。 评级面临的主要风险 1）新能源汽车销量不及预期； 2）新能源热管理发展不及预期 。 重点推荐 银轮股份： 公司是国内汽车散热器行业龙头企业，机油冷却器、中冷器产销量连续十年国内第一。 公司目前产品配套燃油车单车价值量约1,250-1,850 元，配套纯电动汽车单车价值量高达 3,000-4,500 元，有大幅提升。公司新能源产品配套宁德时代、宇通等国内优质客户，并与吉利等客户同步开发项目，新能源汽车产销量持续爆发，公司新能源热管理业务有望长期高速增长。 我们预计公司 2018-2020 年每股收益分别为 0.51 元、 0.65 元和 0.81 元，维持 买入 评级，持续推荐。 三花智控 ： 公司是全球制冷控制元器件 领军企业，电子膨胀阀、四通换向阀、微通道换热器等产品市场占有率全球第一。 2017 年 9 月公司完成增发收购三花汽零，拓展汽车零部件业务。公司积极拓展电子水泵、电池冷却器等新产品，并获得特斯拉、奔驰、沃尔 沃、蔚来等诸多订单，品类扩 张有望推动公司业绩快速增长。 我们预计 公司 2018-2020年每股收益分别为 0.70 元、 0.86 元和 1.00 元 ， 首次给予 买入 评级 。 松芝股份： 公司是国内大中客车空调龙头企业，客车空调业务稳步增长；乘用车空调市场前景广阔，公司开拓了大众本田等合资客户；新能源热管理领域乘商并举，并已实现对江淮等企业配套电动空调和电池冷却系统，发展前景光明。 我们预计公司 2018-2020 年每股收益分别为 0.50 元、 0.66 元和 0.81 元，首次给予 买入 评级。 Table_Companyname 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 2 目录 为什么汽车需要热管理 . 6 热管理的本质 . 6 发动机冷却系 统 . 6 汽车空调系统 . 7 电池热管理系统 . 7 热管理系统组成及发展趋势 . 10 发动机冷却系统构成及原理 . 10 空调系统构成及原理 . 11 电池热管理系统构成及原理 . 13 发展趋势 电池液冷和热泵空调是主流方向 . 17 新能源汽车热管理市场增量空间广阔 . 20 新能源汽车热管理系统单车价值量较传统汽车有大幅提升 . 20 国内外新能源汽车销量高速增长，相关产业有望持续受益 . 21 新能源汽车热管理前景广阔， 2020 年国内市场超百亿 . 23 市场格局 全球巨头垄断，国内龙头崛起 . 24 电装、法雷奥、翰昂、马勒四大巨头占据全球热管理半壁江山 . 24 国内合资车企供应体系相对封闭，国内企业争相突围 . 26 兼具成本与服务优势，国内热管理企业有望全方位崛起 . 27 重点推荐 . 33 银轮股份：汽车换热器龙头企业，新能源及尾气处理保长期增长 . 33 三花智控：热管理产品全面布局，技术出众前景 可期 . 33 松芝股份：乘用车空调加速发展，新能源热管理前景光明 . 33 风险提示 . 34 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 3 图表 目录 图表 1. 不同换热形式比较 .6 图表 2. 发动机周围工作温度较高 .7 图表 3. 水冷及风冷发动机 .7 图表 4.光照、对流等环境影响乘客舱温度 .7 图表 5. 汽车空调控制器及出风口 .7 图表 6. 锂电池工作温度 .8 图表 7. 温度对电池日历寿命的影响 .8 图表 8. 高温大幅降低电池日历寿命 .8 图表 9. 温度对电池循环寿命的影响 .9 图表 10. 高温大幅降低电池输出能力 .9 图表 11. 不同车型热管理系统对比 . 10 图表 12. 发动机冷却系统构成 . 10 图表 13. 发动机冷却小循环 . 11 图表 14. 发动机冷却大循环 . 11 图表 15. 发动机水泵分类及特点 . 11 图表 16. 汽车空调构成 . 11 图表 17. 传统空调制冷原理 . 12 图表 18. 电动空调制冷原理 . 12 图表 19. 燃油车发动机余热取暖 . 12 图表 20. 电动车 PTC 取暖原理 . 12 图表 21. 空调制热影响电动车续航里程 . 13 图表 22. 热泵空调原理 . 13 图表 23.直接空气冷却系统 . 14 图表 24. 丰田 Prius 电池风冷系统 . 14 图表 25.直冷系统 . 14 图表 26. 宝马 i3 电池直冷系统 . 14 图表 27. 风冷水冷混合冷却系统 . 15 图表 28.电池冷却器 . 15 图表 29. 电池水冷板 . 15 图表 30.水暖及风暖加热器 . 16 图表 31. 液冷加热器为主流方向 . 16 图表 32. 电机散热方式对比 . 16 图表 33.简单的电机及功率器件冷却系统 . 17 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 4 图表 34. 低温散热器并联冷却电机及充电机 . 17 图表 35. 不同类型的空调比较 . 17 图表 36.上汽荣威 Ei5 上市 . 18 图表 37. 荣威 Ei5 热泵空调制热功耗较低 . 18 图表 38. 单车带电量和续航里程快速提升 . 18 图表 39. 冷却方式比较 . 19 图表 40. 2017 年国内新能源汽车电池冷却方式 . 19 图表 41.国内外主流新能源汽车电池热管理系统 . 19 图表 42. 传统燃油车与新能源汽车热管理系统比较 . 20 图表 43. 发动机冷却系统单车价值量 . 20 图表 44.空调系统单车价值量 . 20 图表 45.电池热管理单车价值量 . 21 图表 46.热管理单车价值量比较 . 21 图表 47. 满足积分要求的新能源乘用车销量估算 . 21 图表 48. 2018 年新能源汽车销量有望达到 110 万辆 . 22 图表 49. 全球主要车企新能源汽车销量预测 . 22 图表 50. 国内市场新能源汽车热管理系统市场空间测算 . 23 图表 51. 海外市场新能源汽车热管理系统市场空间测算 . 23 图表 52.热管理国际巨头经营情况 . 24 图表 53. 2017 年四大巨头占据 54%全球市场份额 . 24 图表 54. 2016 年全球汽车热管理收入排名 . 24 图表 55. 2016 年汽车空调全球市场格局 . 25 图表 56. 全球市场空调总成配套关系 . 25 图表 57. 全球市场冷凝器及冷却模块配套关系 . 25 图表 58. 2016 年全球轻型车空调压缩机市场格局 . 25 图表 59.全球市场压缩机配套关系 . 25 图表 60.国内汽车空调配套关系 . 26 图表 61.国内汽车压缩机配套关系 . 26 图表 62. 国内新能源汽车热管理供应商 . 27 图表 63. 相关上市公司新能源汽车热管理产品布局 . 27 图表 64. 银轮股份产品由零部件走向模块化 . 28 图表 65. 银轮股份客户为国内外知名车企及发动机企业 . 28 图表 66. 奥特佳历年压缩机销量和市占率 . 28 图表 67. 奥特佳压缩机客户涵盖国内主要自主车企 . 28 图表 68. 奥特佳收获大众多项订单 . 29 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 5 图表 69. 松芝股份大中客车空调历年销量及市占率 . 29 图表 70. 松芝股份配套国内知名客车及自主乘用车企业 . 29 图表 71. 三花汽零主要产品 . 30 图表 72. 三花汽零 2017 年收入、利润及占比 . 30 图表 73. 三花汽零近期收获多项新能源订单 . 30 图表 74. TFH 主要产品 . 31 图表 75. 中鼎股份客户为国内外知名车企 . 31 图表 76. 中鼎股份收获多项新能源业务订单 . 31 图表 77.西泵股份历年水泵销量及市占率 . 32 图表 78. 西泵股份客户为国内外知名车企 . 32 图表 79. 主要公司盈利预测及投资评级 . 33 附录图表 80. 报告中提及上市公司估值表 . 35 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 6 为什么汽车需要热管理 汽车是一个 非常 复杂的系统，由 上万个 不同材料的零部件组成，而每个零部件的工作温度 和 材料耐受温度 都不尽相同。汽车热管理系统的主要 作用 就是通过散热、加热 、保温 等手段，让不同的零件都能工作在合适的温度下，以保障汽车的功能安全和 使用 寿命。 广义的汽车热管理主要包括发动机冷却系统、空调系统、电池热管理系统等。 热管理的本质 热管理的本质就是通过热量传递进而达到对温度的控制。热量传递 是指由于温度差引起的能量转移， 主要有传导、对流和辐射等三种方式。 热传导，指在物质在无相对位移的情况下，物体内部具有不同温度、或者不同温度的物体直接接触时所发生热传导的热能传递现象。热对流，是指由于流体的宏观运动而引起的 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 热辐射， 是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的传热方式。 熟悉不同的传热方式及特点，也就理解了热管理的本质，有助于我们在遇到热管理问题时进行合理的预防和应对。 图表 1. 不同换热形式比较 计算公式 换热效率 特点 汽车应用 热传导 dQ tqkndS 导热系数（ W/m.K）： 金属 50-415, 气体及液体 0.007-0.7 有接触，有温差 ，无宏观运动 电池热管理的自然冷却 热对流 dQ htdS 对流换热系数（ W/(m2*K)）： 液体自然对流 50-1000， 气体强迫对流 25-250， 液体强迫对流 50-25000， 液体沸腾 2500-100000 有温差， 直接接触和宏观运动； 对流换热一般伴随着热传导 发动机冷却系统，电池 风冷 、液冷等系统 热辐射 40dQ TdS 与温度直接相关， 黑体辐射系数 0 = 8 2 45.67 10 /( )W m K 不需要直接 接触，相互作用 排气系统等辐射传热 资料来源： 传热的三种基本方式 ，中银证券 单纯的热传导在汽车行业应用较少，大都与热对流共同出现。汽车中需要注意与高温物体（排气管等）直接接触的零部件温度情况，可以加强散热或选用耐温更高的材料。 热辐射与温差和距离紧密相关，汽车中辐射热影响较大的主要是排气系统对周边零部件的热损害，通常使用增加间隔距离以及使用隔热罩等形式进行规避。 相对而言，对流换热是汽车热管理系统中应用最多的方式，如发动机冷却系统、空调系统、电池热管理等。熟悉传热的基本规律有助于提升热管理的效率，如 强迫对流换热较自然对流换热效率更高，因此需要加强换热效果时，前端模块增加风扇等进行强迫对流换热。 发动机冷却系统 发动机在正常工作时，缸体内温度可能高达上千摄氏度，排气管周围温度也非常高。如果没有发动机冷却系统，将会造成发动机零部件温度过高。高温不但会导致相关零部件寿命大幅缩短，还会影响受热膨胀后零件的配合间隙，降低零部件的机械强度等。 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 7 发动机冷却系统的 作用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内，一般 汽车发动机在行驶中的正常水温是 80 C 到 95 C。冷却系统除了要 防止发动机过热，也要防止冬季发动 机过冷。 此外，在某些高功率发动机、自动变速箱上，由于工作时发热量较大，润滑油依靠自身冷却不能满足要求，也需要辅助的发动机或变速箱机油冷却器进行冷却，以保证润滑油工作在合适的温度下。 图表 2. 发动机周围工作温度较高 图表 3. 水冷 及风冷发动机 资料来源： 途虎养车 资料来源： 汽车之家 汽车空调系统 舒适温度是指某一环境在给定人体活动量、衣着热阻值及环境温度的条件下满足舒适要求的当量温度，亦即人体感觉最舒适的温度。人是恒温动物，一般人们感到最舒适的气温是 17-24。当环境温度超过舒适温 度的上限时，人们便感到热，一般人们能够忍受的温度上限是 52。当环境温度低于舒适温度下限时，人就感到冷；若低于 0，就感到严寒。过冷或者过热都会降低人的舒适性，也会大幅降低人们驾驶时的 身体 状态。 由于汽车乘客舱基本是密闭空间，夏天太阳暴晒后车内温度可能超过 52 度，冬天也可能会下降至零度以下。如果没有空调系统，驾驶员将无法保持很好的身体状态。 在早期，汽车空调是高档配臵。但随着人们生活水平的提高，空调成了必不可少的标配，功能也在逐渐增多。除了制冷和加热 外 ，还增加了 除霜、 换气、空气净化等新的功能。 图表 4.光 照、对流等环境影响乘客舱温度 图表 5. 汽车空调控制器及出风口 资料来源： 汽车电子设计 资料来源： 易车网 电池热管理系统 相对于传统汽车，新能源汽车装载了动力电池、电机及相关功率电子器件。为了满足安全和寿命等要求，也需要热管理系统对相关零部件进行温度控制。 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 8 目前新能源汽车 上使用的动力电池多为锂离子电池， 一般由多个单体电池通过串并联方式组成电池组 。锂离子电池在进行充放电时，内部将产生大量的热量。如果散热不及时，会导致电池局部温度快速上升，电池使用寿命大大缩短，严重时甚至会造成电池热失控， 发生爆燃 等安全事故 。 除了快速放电、环境温度较高等情况外，使用大功率快充时，电池温度也会快速升高。而目前电动汽车的续航里程和载电量都在快速提升，快充配臵率也越来越高，对于电池冷却的需求也逐步提升。 一般而言，电池系统 在 1535的区间内运行 时，可以 实现最佳的功率输出和输入、最大的可用能量，以及最长的循环寿命 。这也是一般电池热管理系统的目标。 图表 6. 锂电池工作温度 资料来源： IND4 温度对电池的日历寿命有很大的影响，温度过高电池寿命衰退越严重。同样的电芯，在环境温度 23， 6,238 天后电池的 剩余容量为 80%，但是电池在 55的环境下， 272 天后电池的剩余容量已经达到 80%。温度升高 32，电池的日历寿命下降了 95%以上。 图表 7. 温度对电池日历寿命的影响 图表 8. 高温大幅降低电池日历寿命 资料来源： 搜狐 资料来源： 搜狐 温度对电池的循环寿命也有很大的影响，温度越高循环寿命衰退越严重。同一款电芯，当剩余容量为 90%时， 25温度下输出容量为 300kWh，而 35温度下的输出容量仅为 163kWh。温度上升 10 ，电池的循环寿命下降了近 50%。 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 9 图表 9. 温度对电池循 环寿命的影响 图表 10. 高温大幅降低电池输出 能力 资料来源： 搜狐 资料来源： 搜狐 北方冬天温度较低， 电动汽车电池的容量，会随环境 温度 的 大幅 降低而发生缩减。 电动汽车续航里程大幅降低，难以满足消费者的需求。在这种情况下，电动汽车就需要电池 加热系统 来满足 低温环境 下 电池 的 正常使用。 除了电池需要热管理，电机、电控、功率器件等在工作过程中也会散发大量的热量，同样需要通过散热系统进行处理，以保证相关零件在合适的温度下工作。 纯电 动汽车的起步、加速、高速行驶全靠电 机来实现， 在部分 大电流行驶 工况下， 电 机的内耗也会急剧增加， 并且 几乎全部以热量的方式释放。如果电动机在大电流工况下正常运转得不到有效地冷却，电动机的内部温度不断升高，导致电动机效率下降，如果温度过高，就会造 成 内部烧蚀甚至击穿导致电动机损坏。 除了电机，电机控制器等功率电子器件由于内部元器件集成度高，单位体积内的热耗散程度很高，如果没有合理的散热，控制器容易烧毁。据统计，在 IGBT 故障的型式试验中，超过 55%的失效是由于温度过高引起的。因此，电机控制器等功率电子器件也需要合理的散热系统。 2018 年 8 月 10 日 从保障到增值，热管理前景广阔 10 热管理系统组成及发展趋势 汽车热管理的组成与车辆类型相 关，传统汽车与新能源汽车主要区别在于动力装臵上，由此也带来整车热管理系统的区别。新能源汽车分为纯电动汽车和插电混动汽车，纯电动汽车没有发动机，不需要发动机冷却系统。而插电混动汽车（含增程式）包含发动机，也需要发动机冷却系统。 图表 11. 不同车型热管理系统对比 动力系统 发动机 热管理 空调系统 电池热管理 电机 电控等冷却 燃油车 发动机，变速箱 发动机冷却系统，发动机 /变速箱机油冷却系统 传统空调 无 无 插混车 发动机，变速箱，锂电池，电机及控制器，减速器 发动机冷却系统，发动机 /变速箱机油冷却系 统 电动空调 / 热泵空调 电池冷却系统 电机电控冷却系统 纯电动车 锂电池，电机及控制器， 减速器 无 电动空调 /热泵空调 电池冷却系统 电机电控冷却系 统 资料来源： 中银证券 发动机冷却系统构成及原理 发动机冷却系统主要 由 散热器、风扇、 水泵、 节温器 、管路 等零部件 组成 。水泵是冷却系统的 驱动装臵，维持冷却系统的循环运转。散热器与前端 空气进行热交换，将发动机的热量散发到环境中。节温器根据水温不同，控制循环回路的开关和流量。 图表 12. 发动机冷却系统构成 资料来源： 电子发烧友 发动机正常工作时水温应 保持在 90左右，温度过高或过低都会给发动机的工作带来不利的影响。发动机冷却系统 工作原理可以 分为“小循环”与“大循环”，一般由节温器根据水温进行控制。发动机在启动时 水温 较低， 节温器关闭， 此时少量冷却水在发动机内作小循环，可以使 发动机快 速达到 最佳 工作温度。随着水温逐步升高，节温器逐步开启，让冷却水能流至散热器内， 前端 空气 流经散热器将 将热量带走，完成对发动机的冷却 ，也就是所谓的大循环 。