新能源车热管理行业专题报告:新能源车热管理与家电转型

发布时间:2022-09-10 15:29:01 来源:ob电竞彩票 作者:ob电竞彩票软件

  受国内外环保和产业政策扶持、电动车相关技术取得应用级突破以及消费者对电动车接受度增加等因素影响,全球新能源车行业发展迅 速。2021年全球新能源车型累计销售650 万辆,同比增长 108%;中国新能源车销 售 350 万辆,同比增长 165%;国内市场渗透率从 2020 年的 5.2%迅速增长至 2021 年的 13.4%。

  从车型来看,特斯拉 Model 3 和 Model Y 仍是最畅销的纯电车型,国内车企进步迅速,五菱宏光主打低端车型得到热捧,比亚迪依托王朝系列新能源车 型已位居全球第二大新能源车企。新能源车相比传统燃油车有诸多不同,基于新能 源车行业的蓬勃发展,全新的产业链机遇不容忽视,其中热管理领域非常利于传统 家电企业介入。我们认为 2021 年或将成为新能源车行业爆发性增长的奇点,行业在 未来 5-10 年会快速步入成长期,判断依据主要有以下三个方面:

  新能源车作为交通工具,三大基本需求的竞争优势已初现。我们认为除高端汽车外,无论是燃油车或新能源车,大众消费者对于汽车的核心消费诉求主要有三个:安全 性、舒适性和经济性。能更好满足这三类核心需求的车型,就会得到大众消费者的 青睐。由于电动车架构与燃油车区别较大,因此也带来两个全新的高价值产业链(智能驾驶和热管理)。电动车的电子和电气化程度更高,可以更好的通过芯片和智能驾驶系统,提高驾驶过程的舒适感体验、增加人工交互以及道路安全预警,降低交通 事故的概率,形成对燃油车的竞争优势。此外,新能源汽车的电池成本占比 40%, 其工作环境和充放电需要维持合适的温度;电机和电控系统也面临传统燃油车所没 有的温度管理;由于制冷和制热的架构不同,驾驶舱内的温度调控也急需解决,上述需求也给新能源车热管理市场带来新的增长机遇。

  新能源车安全性不断增强。随着新能源车生产工艺不断进步,安全性已与技术沉淀 悠久的燃油车相当。在道路安全方面,根据中保研碰撞测试结果,2019 年款的国产 特斯拉 Model 3 整体安全性能已不亚于同价位和相近年份生产的奔驰和宝马燃油车, 尤其是主架 25%和侧面碰撞得分均十分优秀;与主打性价比的丰田亚洲龙相比,特 斯拉的整体安全性能也不逊色,但亚洲龙低速碰撞损伤后,维修费较贵。

  新能源车舒适性大幅提高。随着电池技术的进步,当前国内热销的纯电车型满电续 航基本在 450km 以上,可以满足日常通勤和周边短途旅行的需要,尽管充电时间仍比加油长,但制约舒适感体验的里程焦虑大大缓解。驾驶舒适性上,最直观的感受是电车起步加速快,因为没有变速箱,动力响应迅速且输出更加平顺;由于车底构 造不同,电车底盘更加稳健,成员空间布局更加优化,载货容量更大,且行驶更加安静,座舱内空调温度调节更精准。由于电子和电气化程度更高,因此在智能辅助 驾驶系统下,操纵更加省心和方便。

  新能源车经济性优势显著。以目前国内热销的比亚迪汉 EV、特斯拉 Model 3、小鹏 P7 与性价比较高的丰田凯美瑞相比,热销的纯电车型在考虑补贴后,购置价格与丰田凯美瑞相当,保险费方面(按未出险的三年平均值)差别不大。但日常养护费用 (采用保养周期三年的平均值)和使用成本(年行驶 20000 公里)远低于丰田凯美 瑞。此外,如果考虑一线城市油车牌照的费用问题后,当前新能源汽车的经济性与 油车相比,已经具有较大的优势。

  中国短期补贴力度下滑,长期支持力度不变。2022 年国内新能源汽车补贴政策,在 整体补贴技术指标体系和门槛不变的情况下,补贴标准较 2021 年基础上退坡 30%; 城市公交、道路客运、出租、环卫、城市物流配送、邮政快递、民航机场以及党政 机关公务领域符合要求的车辆,补贴标准退坡 20%。纯电动乘用车 300-400 公里的 补贴下降至 9100 元,插电混动车型补贴下将至4800 元,且 2022 年 12 月 31 日后 上牌的车辆不再给予补贴。短期来看,补贴力度有所下滑,但政策上更加注重结构 调整,有助于高端车型获得补贴,并且保证了传统车销量稳定,利于车企转型。长 期来看,新能源汽车是国家十四五规划中的战略性新兴产业板块,国家能源局印发 的《“十四五”现代能源体系规划》也提出,到 2025年新能源汽车销量占比达到 20% 左右。

  欧洲短期补贴变化较小,碳排放标准日趋严格。2022 年欧洲新能源车销量增长的主 要国家是英德法三国,其中德国单车补贴延长一年至 2022 年底,法国则会在 2022 年 7 月单车补贴退坡至 1000 欧元,英国补贴政策暂未出现大变化。我们认为短期 补贴变动影响较小,新能源车行业发展更应关注长期逻辑:(1)为了减少汽车碳排 放标准,推广电动车发展,欧洲推出了超级积分政策规定。该政策规定碳排

  传统车企均已开启电动化转型。德国大众汽车于 2021 年 7 月发布公司新战略,加 速可持续的电动化和智能化转型,计划 2030 年纯电动车在欧洲市场份额提升至 70% 以上,中美市场占比达到 50%;宝马则计划在 2025 年实现纯电动销量较 2020 年增 长 10 倍以上,2030 年纯电车型至少占总交付量的 50%;奔驰计划 2025 年纯电动和 插电混动车型销量占比达 50%,2030 年只销售纯电动车型。日本丰田汽车则在 2021 年 12 月宣布更为激进的转型方案,计划 2030 年全球销售新车中三分之一(约 350 万辆)为纯电动车型,雷克萨斯成为纯电动品牌,并展示了 2025-2026 年预计上市 的 16 款电动车型;本田计划在 2030 年后推出所有车型均为纯电动和混合动力,不 再投放燃油车。国内主要车企如长城、长安、吉利、上汽和比亚迪等也加快电动化 车型渗透。

  行业可选车型不断增多,特斯拉产能持续放量。本轮新能源车产业革命的领军企业 特斯拉,全球超级工厂有望持续释放产能,助推电动车行业渗透率提升。随着新的 一体化压铸技术推进,2022 年特斯拉的加州弗里蒙特工厂和上海超级工厂 Model 3/Y 产能有望提升至 80 万辆和 90 万辆,柏林与奥斯丁的超级工厂也开始落地,综 合来看有望在 2023 年销量突破 300 万辆。随着传统车企转型和造车新势力不断涌 现,2021 年市场已陆续推出 40 多款新能源车,涵盖 SUV、轿车、混动以及微型车, 预计 2022-2023 年国内会有更多品牌和车型推出,消费者可选范围进一步扩大,助 推市场渗透率提高。(报告来源:未来智库)

  新能源乘用车市场空间广阔。正如上述分析,当前热销的新能源车型与同价位传统 燃油车相比,已经具备一定性价比,逐渐被消费者青睐;而各国政策普遍支持新能 源汽车产业发展并开始对传统燃油车进行限制;全球主要车企纷纷进行战略转型, 大力投资新能源汽车产业。2021 年无论国内还是全球,新能源汽车渗透率快速提升, 因此我们认为 2022-2030 年行业进入成长期,其中乘用车市场最大,替代逻辑最强, 我们预计 2030 年国内和全球的新能源乘用车渗透率有望突破 40%,国内新能源车 销量达到 1364 万辆。

  核心假设:(1) 全球乘用车销量年增速 0.6%;国内乘用车销量年增速 4.15%; (2) 纯电乘用车与混动乘用车销量占比分别为 82%和 18% ;(3) 全球和国内新能源车渗透率增长前高后低;

  汽车热管理是汽车安全、高效和稳定运行的重要构成。汽车性能的好坏不仅取决于 零部件的性能,还取决于零部件的协调与配合。狭义的热管理主要指乘员舱的空调 系统,使驾驶员和乘客感觉更舒适。由于汽车每个零部件工作温度和材料耐受温度 都不相同,广义的热管理需要从系统和整车的角度,调控整车热量和环境热量,让 各部件均工作在最佳温度区间。传统燃油车温度过高会导致发动机、变速箱故障和 失效,造成安全事故,而这两个部件损坏基本意味着汽车报废。新能源车结构较燃 油车简单,但热管理难度却提高了,需要考虑电机和电控系统的保温和降温,动力 电池的热失控和高效工作,乘员舱制冷与制热的高能耗等问题。

  热管理是解决当前消费痛点的重要途径。根据巨量算数《2021 中国新能源汽车用户 调研》数据显示,当前用户购买新能源汽车时,最关注的核心要素就是续航、外观、 安全和使用成本等;而制约用户购买的则是续航里程不足、充电时间慢和电池安全 等因素。由于电池占新能源车比重较大,因此单纯增加电池容量和数量,会增加购 入成本和充电时间,高压快充则会增加电池温控难度,而且动力电池具有“木桶效 应”,电池内部和模块间温度均匀性也会影响电池性能和寿命。优秀的热管理系统, 不仅可以提供驾驶舱的舒适性,而且可以降低电池热失控风险,提高电池使用寿命, 降低部件能耗并提高续航里程;解决消费者对续航、安全、使用成本的顾虑,有利 于车企提高市场渗透率与竞争优势。

  燃油车热管理系统=动力总成热管理+空调系统。燃油车的动力系统由发动机与变速 箱构成,由于发动机热效率较低,因此这一模块的热管理主要是冷却,通过油冷、 水冷和风冷等方式给动力系统降温。空调系统相对简单,驾驶舱的制热只需将发动 机余热引入舱体内即可;空调只负责制冷,机械式压缩机的动力来源为发动机皮带 驱动。

  新能源车热管理=电池热管理+乘员舱空调系统+电机电控热管理。相较传统燃油车 热管理,电动车热管理出现了革命性变化。首先是没有了内燃机,空调压缩机的动 力从机械式改为了电动,缺乏了发动机余热的利用,需要制造新的稳定热源来制热 和除霜;其次,电池热管理也是全新的领域,电机和电控系统与原先的发动机+变速 箱组合完全不同。以空调系统为例,不仅压缩机需要变化,随着 PTC 和热泵的使用 以及系统集成度提高,传统的制冷回路更加复杂,管路和阀件数量较以往增加更多。

  新能源车热管理领催化多个优质细分领域赛道。随着新能源车渗透率提高和热管理 系统巨大变化,四大类核心零部件迎来高景气:空调压缩机、阀类、换热器类和泵 类。从新能源车热管理系统的三大构成来看,空调系统有望增加电动压缩机、PTC、 电子水泵、电子膨胀阀、四通换向阀、电磁阀等部件的使用数量,并推动产品更新 升级;三电系统相比以往的燃油车热管理,会带来全新的阀类、换热器类和泵类产 品增量。我们推测,传统燃油车的单车热管理系统价值量约 3680 元左右,插电混动 的单车热管理系统价值量约 6730 元左右,而纯电动(使用 PTC+热泵方案)的单车 热管理系统价值量约 8480 元左右,新能源车热管理系统单车价值量是传统燃油车 的 1.8-2.3 倍左右。

  预计 2025 年国内新能源车热管理市场规模接近 700 亿元,核心细分赛道市场规模500 亿元。由于新能源车替代逻辑最强的领域主要体现在乘用车,根据上文乘用车 销量预测和单车热管理价值量,我们认为全球乘用车热管理市场空间不断增长。结 构上看:燃油车热管理市场规模逐渐萎缩,新能源车热管理市场占比不断增加,且 纯电车热管理是主流。预计到 2030 年,国内新能源车热管理市场规模达到 1114 亿 元,占全球的 58.5%。在测算细分赛道时,我们相对保守假设各个部件价格不变, 预计 2030 年国内电动压缩机市场规模超过 200 亿元,电子膨胀阀市场规模超 100 亿 元。

  当前新能源车空调制热主要采用 PTC 电加热为主。PTC 电加热器是一种具有温度 敏感性的半导体电阻,它的电阻随湿度变化而急剧变化,当外界温度降低,电阻值 随之减小,发热量相应增加。采用该设备主要原因在于电动车失去了发动机热源后, 需要额外的热源补充。PTC 工作稳定,结构简单且成本较低,耐高压且不燃烧的安 全特性,成为行业发展早期普遍采用的制热方案。PTC 工作方式又分为风暖式和水 暖式:(1)风暖式直接加热表面空气,通过鼓风机吹入车内实现暖风。优点为成本 低,制热快;缺点则是暖风干燥且舒适度低,高压 PTC 接入乘员舱有一定安全风险。 (2)水暖式覆盖范围较广,采用水加热器间接加热空气,并通过散热器进入车内。 较风暖式而言,热量损失较小,更加安全。

  能耗和电池续航矛盾,使热泵式空调逐渐兴起。通常 PTC 功率在 6KW 左右,每小 时耗电 6 度,以带电量 70 度的蔚来 ES6 为例,冬天 PTC 暖风使用一个小时,电池 耗电 10%左右,而冬天动力电池本身就续航里程衰减,PTC 为主的制热会加剧里程 焦虑。热泵式空调是最理想的汽车控温方式,因为其制热与家用空调类似,将外界 空气热能搬运至乘员舱内,大幅提升能效比,一般其能效比 PTC 高出 2-3 倍,延长 20%以上的续航。而且通过换向四通阀和双向膨胀阀等阀件切换,快速实现制冷和 采暖的功能转换。但目前来看,热泵空调的主要难点在于极端低温环境下工作效率 差,PTC 电加热不受环境温度的影响,即使在零下 20 多度的寒冷环境中也可以稳 定工作,但会使电池续航里程减少 18~30%。所以 PTC 和热泵共存的局面还会保持 较长时间。

  二氧化碳冷媒低温性能更优,或成为主流技术路线。当前车用制冷剂发展有两条路 线:第一种是美系和日系车企为代表的采用化学合成的零 ODP、低 GWP 制冷剂, 如当前采用的 R1234yf 第四代冷媒,但该产品被杜邦和霍尼韦尔专利垄断,成本较 高;而传统的 R134a 第三代冷媒由于 GWP 不符合欧盟环保要求,已被禁止在欧盟 境内新售汽车使用。第二种是欧系和韩系为代表的采用天然工质替代物,如 R744 二 氧化碳做冷媒,其环保、制冷和制热性能以及成本均优于 R1234yf,目前大众汽车 ID 系列已经搭载二氧化碳热泵,该类热泵主要问题在于工作压力过大。长期来看, 二氧化碳热泵低温制热效果更佳,可提高车辆冬季续航里程,并且其推广后会带来 新能源汽车各部件的更新换代。

  电池高效工作对环境温度有一定要求。动力电池高效工作温度区间是 20-35℃,温 度过低(<0℃)会导致电池活性下降,充放电功率性能下降,缩短续航里程;温度 过高(>45℃)会产生电池热失控风险,威胁整车安全。电池内部温度和电池模块 间温度均匀性影响电池使用性能和循环寿命,因此电池热管理系统需要复杂、精细 的冷却回路,维持电芯温度一致性,并能够准确测量和监控电池温度,在电池温度 过高时及时散热、温度过低时快速加热。

  受成本及技术制约,液冷仍会是长期主流方案。电池冷却方式分为风冷、液冷、冷 媒直冷与相变材料几条技术路线,其中风冷经济性较高,但冷却效率较低且难以保 证电池模组温度一致;液冷效果优于风冷,是目前主流技术方案,缺点成本要比风 冷高;冷媒直冷是液冷基础上的集成化管理,通过和空调系统结合带走热量,缺点 是集成化和软件控制精度要求较高,目前已在少数车型推广;相变材料利用相变时 储能和放能特性对动力电池进行散热和加热,目前还在实验室阶段并未成熟,是未 来最有潜力的发展方向。

  热管理方案随行业快速发展而不断变革。目前新能源车奇点将至,后续随着电动化 和智能化不断深化,能量管理的内容逐渐增多,要求也越来越高;短期流行的方案 和领先优势,可能随着汽车产业快速变革而重新洗牌。当前热管理系统仍以分散式 为主,三电系统和空调系统的回路彼此独立,有各自的温控和管路系统,主要缺点 是系统集成度低,管理复杂,零部件较多且能量利用不充分。但从整车层面看,各 个分散的热管理系统通过统筹管理,可以提高系统集成度,减少能量浪费,当前面 临的主要困难是控制逻辑复杂,但形成集成式热管理系统是未来发展趋势。

  未来新能源汽车热管理产业的格局可能形成三分天下:第一类阵营是传统燃油车热 管理市场的外资寡头企业(电装、法雷奥、与翰昂四家巨头在 2019 年占全球热 管理市场份额的 59%),凭借其传统燃油车空调市场的系统集成优势和客户资源, 进军新能源汽车领域,依靠系统化产品供应和全线布局优势,占据中高端市场。第 二类阵营是国内优质的零部件供应商,如奥特佳、松芝、华域等企业,有机会摆脱 燃油车二级供应商的地位,在新能源车领域与国际巨头站在同一起跑线上赛跑,依 托本土贴近市场的优势、政策补贴以及成本优势,成功突围海外寡头垄断格局。第 三类阵营则是家电企业的多元化转型,家电企业在空调压缩机和阀件方面有技术和 成本壁垒,且财务状况良好,可以通过收购实现外延增长,对海外市场也更加了解, 缺点是初始客户资源较少。

  家电企业转型新能源车热管理领域具有四大优势。技术上看,新能源车热管理部件 中的电子膨胀阀、四通阀、PTC等部件与家用空调和家电加热器的架构和技术同源, 存在高度相似性,相关多元化转型的可行性已经被三花智控和东方电热等公司所证 实;而新能源车空调和热泵系统也与家用空调高度类似,目前美的集团已实现压缩 机和相关电机产品量产。规模优势上,国内传统零部件供应商设备和规模有限,家 电企业在人工、原材料、生产组织和运输等方面有较强的成本控制优势,相似的产 品通过产线、劳动力和资本投入转向后,能形成更大的规模优势。

  资金优势上,家 电企业普遍负债较低,传统家电业务周期性较弱,现金流状况良好,因此可以持续 为新能源车行业转型输出资金支持,挖掘人才红利,形成双轮驱动。收购经验上,家电企业在经过行业洗牌与整合后,普遍具有并购和收购外企的经验,当行业竞争 激烈时,能更好的抓住机遇收购业内企业,快速完成技术和客户资源积累。目前主 要劣势在客户资源上,家电企业与整车厂合作关系较浅,大部分没有先发优势,不 及传统零部件厂商。因此,我们推断家电企业转型的战略打法是:首先聚焦自身优 势,在四大零部件细分市场推出贴近市场的爆款产品,切入汽车供应链;其次,收 购行业相关企业并构建规模优势;最后,加大技术研发来获得系统集成能力,形成 新的寡头格局。

  海信收购全球知名车载空调制造商。2021 年 3 月海信家电以大约 13.02 亿元参与日 本三电定向增发,5 月 31 日完成约 75%表决权的股权交割,7 月完成日本三电经营 团队的初步搭建。日本三电历史悠久,1970 年就开始与美国企业展开技术合作,生 产汽车空调压缩机。1981 年就可以生产技术壁垒较高的车用涡旋式压缩机,2000 年 前后相继在中国成立合资公司,国内较大的三家合资公司分别为重庆三电(三电 100% 控股)、华域三电(三电持股 43%)和天津三电(三电持股 51.46%)。

  压缩机是汽车空调系统的核心部件。压缩机的好坏直接影响空调性能,传统燃油车 空调压缩机大多靠电磁离合器由皮带与发动机相连,提供运行动力;新能源车多采 用电动压缩机,用控制器控制电机转速和制冷,涡旋式使用较多。压缩机的类型主 要分旋转式和活塞式两种;其中电磁离合器控制的是定排量压缩机,电磁阀控制的 是变排量压缩机。传统燃油客车多采用机械驱动的开启活塞式压缩机或螺旋杆压缩 机;新能源客车多采用变频卧式涡旋压缩机。乘用车空调压缩机多采用斜盘式、涡 旋式和旋叶式。三电的空调压缩机技术和产品实力较强,可以生产各种类型压缩机, 其中三电贝洱在全球乘用车市场空调压缩机占有率为 38%左右。

  日本三电深耕车载空调 50 余年,产品和技术实力雄厚。首先,日本三电深耕汽车空 调系统领域 50 余年,新能源车的相关零配件也布局近 20 年,与欧洲和日本的车企 客户关系深厚,本田、丰田、日产、马自达、大众和标致等车企长期采购三电产品; 2015 年以前,在压缩机和空调系统技术上,日本企业技术长期领先全球,仅在 2015 年之后国内相关企业技术实力才有所增强。目前来看,三电的涡旋压缩机容积效率 高,功耗低,噪声低,制冷和制热效率更高,产品具有极强的竞争力。(报告来源:未来智库)

  美的威灵汽车事业部进步迅速。美的旗下的威灵电机和美芝压缩机事业部深耕家电 零部件多年,具有全球领先的空调压缩机和洗衣机电机技术,2020 年全球市占率: 家用空调压缩机超过 40%,冰箱压缩机为 17%,家用空调电机为 37%,洗衣机电机 达到了 18%。美的集团在转型汽车零部件和热管理方面进展迅速,家电部件车规级 改造顺利,2021 年 5 月威灵汽车宣布驱动系统、热管理系统和辅助/自动驾驶系统三大产品线 款汽车零部件产品:驱动电机、电子水泵、电子油泵、 电动压缩机和 EPS 电机。

  其中:(1)EPS 电机作为辅助/自动驾驶系统的关键部件, 实现了 0-4000rpm 的宽调速范围、带冗余电机可选、高转矩品质、紧凑型设计、低 噪音等能效,突破了长期由外资把控的局面。(2)转子式电动压缩机使用自然冷媒 CO2,具有高效率制冷制热、低噪音、轻量化等技术特点;R134a 涡旋电动压缩机 的转速也达到了惊人的 12000rpm。2022 年 2 月 16 日,美的集团又投资 110 亿元在 安徽建设新能源汽车零部件战略新基地。

  国内阀体市场与盾安环境形成双寡头。国内阀体市场集中度高,形成了盾安环境与 三花智控寡头格局,根据产业在线 年盾安环境截止阀、四通阀、电子膨 胀阀、电磁阀的内销市场占有率分别为 40.7%、46.5%、26.2%、14.3%;而三花智 控截止阀、四通阀、电子膨胀阀的内销市场占有率分别为 26.4%、42.2%、40.0%。 阀体市场具有较高的技术壁垒,且行业双寡头规模优势明显,行业集中度或进一步上升,市场竞争格局很难有较大改变。

  新能源车热管理战略眼光卓著。2007 年三花智控就开始研究和布局新能源热管理零部件,2011 年获得首个汽车电子膨胀阀专利权,2014 年实现车用电子膨胀阀量产。 和国内传统汽车零配件公司相比,三花智控新能源车热管理收入规模最大,依靠前瞻布局与先发优势,实现了对传统汽车零配件企业的弯道超车,可以说是家电企业 转型的经典案例。目前公司产品线丰富,除了压缩机、PTC 和传感器外几乎均有涉及。汽零业务中,公司营收靠前的产品主要为热泵系统和电子膨胀阀,这两个领域 先发优势明显。

  全球化布局下客户资源优质。受益于公司产品质量过硬、战略先发优势和规模优势, 公司目前全球业务布局进展顺利,整车客户几乎涵盖全部知名厂商:大众、奔驰、 奥迪、宝马、丰田、本田、起亚、沃尔沃、比亚迪、吉利等;新能源车客户包括特 斯拉、小鹏、蔚来等;此外公司也是主要汽车零部件一级供应商,为宁德时代、三 电、电装、法雷奥、翰昂等客户供货。目前公司在手以及 2025 年之前的订单约 380 亿元,预计规模优势进一步得到巩固。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)