2023中国智能电动汽车热管理赛道研究报告

系列报告 “CHINASMARTELECTRICVEHICLE”SERIESREPORT 2023中国智能电动汽车热管理赛道研究报告 亿欧智库https://www.iyiou.com/research CopyrightreservedtoEOIntelligence,April2023 亿欧智库： 最懂中国智能电动汽车的第三方研究机构 前言 智能电动汽车与热管理系统 •2022年中国新能源乘用车渗透率已达27.6%，作为新能源乘用车中最重要的垂直细分品类——智能电动汽车在热管理系统设计、研发和量产应用方面都处于领先的地位，且擅长于热量、能源的集成化、智能化管控。 •寒来暑往，秋收冬藏，智能电动汽车的一套优秀的热管理系统要有能力在任何季节平衡车外空气、驾驶座舱、动力电池和电驱系统的热量交换。面对变化多端的气候条件，如寒冬的冰霜雨雪或酷暑的骄阳烈日，热管理系统承担起了保障车辆高效运行、系统安全和驾乘人员舒适性的多重任务。并且最重要的是热管理系统直接影响用户的用车感受，甚至品牌口碑。 •对于业内相关企业来说，这是一场电动化背景下的智能电动汽车“熵”管控创新革命。赛道中更多的新企业和新技术需要被挖掘和传播。 关于《2023中国智能电动汽车热管理赛道研究报告》 •以特斯拉为标杆，智能电动汽车热管理系统经历4代技术，特斯拉ModelY上首次采用“八通阀”高集成方案，引领技术发展的趋势。中 国企业相关技术仍在2-3.5代的技术进阶期，但依托着市场的巨大刚需，未来第4、5代产品的落地之路即将水到渠成。 •报告在预测热管理系统市场规模及增速的基础上，展示了业内部分关键企业的产品、技术能力和发展规划。报告将分别从市场层面、技术层面、赛道层面（企业竞争格局）和智能电动汽车产品层面洞察行业演进的方式、方向。 2 01 智能电动汽车热管理综述 1.1热管理发展背景 1.2热管理关键技术 1.3热管理产业图谱 目录 CONTENTS 智能电动汽车热管理赛道关键玩家 02 2.1特斯拉 2.2比亚迪、华为 2.3三花汽零、银轮股份 2.4奥特佳、威灵、克来机电 03 智能电动汽车热管理行业洞察 01智能电动汽车热管理综述 1.1热管理发展背景 1.2热管理关键技术 1.3热管理产业图谱 目录 CONTENTS 智能电动汽车热管理赛道关键玩家 02 2.1特斯拉 2.2比亚迪、华为 2.3三花汽零、银轮股份 2.4奥特佳、威灵、克来机电 03 智能电动汽车热管理行业洞察 1.1复杂度更高的热管理系统为智能电动汽车而生，单车价值为油车的3-4倍 智能电动汽车较传统燃油汽车新增了动力电池和电驱动系统，热源更多且热管理模块结构更复杂。动力电池需要保持10-25度的良好工作温度，因此冷却和加热功能的设计是电池热管理系统的核心要素，电驱系统也需要冷却散热保证正常工作。纯电动车型因没有内燃机系统，空调系统不再采用热交换的方式（即用内燃机余热向座舱供暖），因此PTC或热泵已成为智能电动汽车座舱空调系统的关键组成部分。 亿欧智库：2023热管理系统单车价值对比（元） 10000元左右 7000元左右 5500元左右 2500元左右 燃油车体系 PTC体系 燃油车体系热泵体系 热泵体系CO2热泵体系 PTC体系 CO热泵体系 燃油汽车热管理系统 亿欧智库：燃油汽车和智能电动汽车热管理系统对比 发动机冷却水冷+风冷 发动机总成热管理 变速箱冷却油冷 座舱空调系统 制冷 制热 冷媒/机械压缩机 发动机热交换 座舱空调系统 制冷 制热 冷媒/电动压缩机 PTC/热泵 智能电动汽车热管理系统 动力电池热管理系统 冷却 加热 水冷/直冷/相变 PTC/薄膜/堵转 电驱动散热系统 冷却 风冷/水冷/油冷 内燃机总成系统 PHEV/EREV 发动机冷却 变速箱冷却 内燃机余热 水冷+风冷 油冷 热交换 单车价值方面，成熟且已规模化的燃油车热管理体系价值在2500元左右，新能源汽车中常规的PTC体系价值约为5500元，智能纯电动车中常见的的热泵体系约为7000元，即将量产上车的CO2冷媒热泵体系约为10000元。整体来说，智能电动汽车热管理系统单车价值约为燃油车的3-4倍。 1.2关键技术：纯电动汽车热泵热管理系统回路全面由电动化零部件接管 对于由前端模块、HVAC模块和冷暖控制模块组成的空调系统回路，通过四通阀切换制冷与制热功能，在空调系统温度低的情况下可借助PTC进行电辅热。作为心脏，电动空调压缩机替代机械压缩机为系统管路注入制冷剂；作为手指，电子膨胀阀是热管理控制系统灵敏度和精度的关键部件。 电驱动散热模块和电池温控模块是三电热管理系统的两大组成部分，前者仅需散热功能，由电子三通阀调节，后者由PTC进行加热，水冷板进行冷却，Chiller负责对外热量交换管理。电子水泵对冷却液进行精确的流量调节，最大化满足三电系统的适宜工作温度。 空调前端 热交换模块 储液器 水泵 电子水泵 DC/DCOBC 电控 储液器 风扇 冷凝器/蒸发器散热器 电驱动散热模块 电子三通阀 电机 亿欧智库：纯电动车热泵热管理系统回路示意图 冷暖控制模块 电动空调 压缩机 四通阀 （反向则制热） 电子膨胀阀 座舱HVAC模块 Chiller热交换器 PTC 冷凝器/蒸发器 鼓风机 储液器 电池温控模块 电子膨胀阀 HVAC是Heating,VentilationandAirConditioning的英文缩写，即供热通风与空气调节 水泵 电子水泵 PTC 水冷板电池Pack 热泵+PTC电耗输出热量（kw·h） 约11 10 5 约8 1.2关键技术：因能耗问题热泵空调将逐渐替代PTC，未来热泵冷媒可能以CO2为主 PTC结构简单、成本低，是目前汽车市场主流的制热部件，但其存在能耗高的先天缺陷。热泵虽然存在一定的技术壁垒，但是常温下能效比（COP）超过2，理论能耗仅为PTC的一半左右，但是以R134a为冷媒的热泵系统在低温环境下的制热效果较差，仍需PTC辅热。 亿欧智库：PTC和热泵空调系统对比 理论电耗 输出热量 理论电耗 0°C低温 -10°C以下 输出热量 PTC电耗和输出热量（kw·h） 10 11 亿欧智库：2023热泵空调不同冷媒对比 项目 R134a R1234yf R744 基本属性 分子式 CH2FCF3 C3H2F4 CO2 GWP (全球变暖潜能值) 1430 4 1 制冷性能 优秀 优秀 高温下性能较差 制热性能 （-15°C能效比） 1.4 1.45 2.2 配套技术 运行压力 （bar） 20-30 20-30 100-120 热交换器 层叠式 层叠式 微通道 冷却管路 软管 软管 耐压波纹钢管 安全等级 A1 A2L A1 成本（元/吨） 25000 70000 600 缺点 不环保 专利壁垒 需要高压管路 类型 结构 成本 技术壁垒 能耗 低温环境制热效果 PTC 简单 低 低 高 较好 热泵 复杂 高 高 低 较差（R134a） 目前使用最广的制冷剂为R134a，更环保R1234yf冷媒的热泵可兼容现有热泵主要零件，技术替代成本低，但美国杜邦和霍尼韦尔的专利仍在保护期，成本较高。R744（二氧化碳）冷媒热泵在低温情况下的制热效果更优，但需要对系统进行耐高压的重新设计，技术替代成本较高，这也是限制该技术量产上车的主要桎梏。但受R744极低成本的驱动，目前业内已有部分企业开始布局该冷媒，未来极可能成为主流技术方向。 1.3智能电动汽车热管理系统产业图谱 中游：热管理系统/核心部件供应商 下游：汽车企业 上游：核心零件企业 热管理系统集成供应商 空调系统 主供应 动商 导 热零件 动力电池热管理供应商 被本土供应商外资供应商 动隔 热其它 零核心 件部件 供应 商 01 智能电动汽车热管理综述 1.1热管理发展背景 1.2热管理关键技术 1.3热管理产业图谱 02智能电动汽车热管理赛道关键玩家 2.1特斯拉 2.2比亚迪、华为 2.3三花汽零、银轮股份 2.4奥特佳、威灵、克来机电 目录 CONTENTS 03 智能电动汽车热管理行业洞察 3.1热管理市场洞察 3.2热管理技术洞察 3.3热管理赛道洞察 3.4热管理产品洞察 2.1关键玩家：特斯拉用八通阀、多功能热泵和智能算法打造技术壁垒 特斯拉汽车产品序列中ModelY首次搭载了热泵空调热管理系统，在结构上采用高度集成的八通阀模块，对系统多个热管理系统部件进行集成，同时实现不同热管理系统工作模式的灵活切换。八通阀（阀体集成技术）和多功能热泵技术（15种工况）是特斯拉两大集成化技术壁垒。 在热管理智能化方面，ModelY车载计算机可以根据用户温度需求和预计行驶里程，动态感知回路中各部件温度，依据智能算法进行八通阀通路及方向切换、电机运行效率调整（堵转技术）、风速调节等，实时完成智能化多模式热管理，且能通过OTA升级算法。 亿欧智库：特斯拉ModelY的15种热管理工作模式 热泵热管理系统 模式 工况 外界温度 热源 1 车外空气加热 制热 -10°C以上 空气 2 全部热源加热 空气、电池、电机 3 电池、电机加热 -10°C以下 电池、电机 4 PTC电辅热 电池、电机、PTC 5 压缩机加热 压缩机 6 电池、座舱需加热 电机、压缩机 7 电池需加热 电机、压缩机 8 热量回收1 座舱、压缩机 9 热量回收2 座舱、压缩机 10 除雾模式 不限 空气、电池、电机 11 除霜模式 空气、电机 12 除湿模式 空气、电机 13 超充模式 制冷 -10°C以上 电池 14 雪地狂飙模式 电池、电机 15 全车制冷模式 电池、电机、座舱 亿欧智库：特斯拉ModelY的热管理系统及专利 ModelY采用特斯拉最新一代热管理系统技术，在特斯拉产品序列中首次采用热泵空调系统，与特斯拉提出的电机低效制热模式技术相结合，可应用于低温环境下的加热 在结构上采用高度集成的八通阀模块，对系统多个热管理系统部件进行集成，同时实现不同热管理系统工作模式的灵活切换 八通阀专利 八通阀体的制造工艺较为复杂，不仅 用到了电火花切割、熔融堆积技术 （3D打印），还用到了搅拌摩擦焊接技术 通过OTA系统升级热管理算法，根据车主的驾驶习惯优化对各个零部件的控制，实现更智能的热交互 2.2关键玩家：比亚迪秉持集成化到规模化路线，华为以智能化标签打造品牌差异化 亿欧智库：比亚迪热管理系统及发展路径 比亚迪海豚、元Pro和海豹的热销（2022年月均销量分别超1.5、1.5和0.8万辆），直接将热泵热管理系统的入门门槛从近30万拉低到10万元起步，仅三款车将热泵市场扩大到年40万套+的商业规模； 规模化将反哺成本问题，使比亚迪未来BEV全系热泵标配成为近在眼前的可能 比亚迪刀片电池包直冷直热技术属于全球首创；该技术以冷媒取代传统冷却液，直接对电池进行冷却和加热，效果较好；但制冷剂用量大、成本高，且对电池一致性要求高 电池冷媒直冷直热 宽温域高效热泵系统拥有11种工况模式，可在-30℃~60℃的恶劣环境中工作，在低温环境下约提升20%的续航里程 宽温域热泵 比亚迪IMTM一体化热管理系统与电驱系统集成在e平台3.0中 通过热泵空调、六通阀、水冷板、电磁阀等，IMTM用于座舱和电池系统的冷却，控制层面由BYDOS实现控制，将冷媒直接送至刀片电池和驾驶舱，将热量在刀片电池、电驱系统和座舱三者间进行循环 e平台3.0 规模化 集成化 经过e平台三代产品迭代，比亚迪IMTM一体化热管理系统通过热泵、六通阀等部件，实现了刀片电池、电驱和座舱三者间的热量互通，其中宽温域热泵和电池冷媒直冷直热是其关键技术。在企业发展路径上，集成化带动规模化，规模化反哺并降低成本，未来BEV全系标配热泵系统可期。 华为锚定目前汽车市场上热管理系统的主要痛点，从智能化、高效化和智能化三个方面着手自研TMS热管理系统