01

新能源汽车热管理：驾驶舱热管理占比近6成

新能源汽车VS传统汽车热管理：新增多个部件
热管理是指管理控制汽车运行中所产生的热负荷或在低温工作条件下为汽车供热。新能源汽车热管理系统一般指驾驶舱空调与三电热管理的耦合系统。
新能源汽车热管理主要分为三部分：动力电池热管理、电机电控热管理和驾驶舱热管理。相比传统车，新能源汽车的热管理新增两大部分：电机电控热管理与动力电池热管理，对应新增电机油冷器、电控冷却器、电池冷却板等部件。
其中，驾驶舱热管理中，制热环节由发动机热交换转变为PTC制热（电阻丝制热）或热泵系统制热。制冷环节中压缩机由发动机带动变为电动压缩机。
传统车分为动力总成与驾驶舱热管理两个系统，新能源车热管理系统更复杂，集成度要求更高。由燃油带动机械结构为主转向电子电气控制为主。行业内特斯拉等领先车企采用在软件层面程序控制整车热管理一体化，提升驾驶舒适度与车辆性能释放，进一步推高了技术壁垒。
新能源汽车热管理系统运行机制
在新能源车中，电动压缩机主要负责调节驾驶舱内温度与整车温度。而流动在管道中的冷却液为动力电池、车前的电机电控系统降温并在车内完成循环。通过流动液体传递热量，在过冷/过热时通过调节阀门流量以平衡温度，实现整车的热循环。
新能源汽车热管理价值量拆分:单车价值5000元，驾驶舱热管理占比近6成
梳理细分零件后，我们发现，价值量较高的部件为电动压缩机、电池冷却板、电子水泵。合计价值量近5000元。
在各部分价值量占比中，驾驶舱热管理占近6成，电池热管理占近3成。电机热管理占比最少，占整车价值的16%。

02

热泵系统VS PTC加热系统：一体化热泵空调将成主流
驾驶舱空调系统主要有两种技术路线：PTC制热与热泵空调制热。二者各有优缺点，PTC低温工作条件下制热效果好，但耗电。热泵空调系统低温下制热能力差，节电效果好，可有效提高新能源汽车冬季续航。
在制热原理上，PTC系统与热泵系统的本质区别在于热泵系统使用冷媒从车外吸热，而PTC系统则使用水循环在车内制热。与PTC加热器相比，热泵空调系统涉及加热时气液分离，冷媒流量压力控制等技术难点，技术壁垒与难度都显著高于PTC加热系统。
热泵空调系统制冷制热均以电动压缩机为核心，采用一套系统。而PTC加热模式下以PTC加热器为核心，制冷模式下以电动压缩机为核心，两套不同系统模式进行运转。因此，热泵空调模式专一，集成度更高。
在加热效率上，为了获得5kW的输出热量，由于电阻损失，电加热器需要消耗5.5kW的电能。而带热泵的系统只需要2.5kW的电能。压缩机使用电能压缩冷媒，在热泵换热器产生所需的输出热量。
在未来空间上，PTC电加热的上限被加热器功率与导热损耗所限定。目前该技术制热效率已经到达了上限且难以提高。而热泵系统搬运热的原理使其制热效率取决于两个因素：电动压缩机功率与冷媒导热功率。由氟利昂转向二氧化碳等环保冷媒使得制热效率存在进一步提升的空间。
目前，R744热泵（二氧化碳热泵），R1234yf（四氟丙烯）等新型冷媒，替代R142b（氟利昂）。
在汽车零部件对比上，PTC加热系统与热泵系统相比零件大致相同。但热泵运行压力较大，需要使用耐高压零部件，例如使用耐高压管路、耐高压电子膨胀阀、耐高压的空气压缩机等。导致成本与PTC相比较显著上升。

03

热管理系统市场格局：国外厂商主导集成，国内关键零部件取得突破
在市场格局方面，日本电装、法雷奥、法国马勒、韩国翰昂等提供集成系统方案，在标准制定以及系统方面独树一帜。而国内厂商则在部分关键零部件（电动压缩机、电子膨胀阀等）取得技术突破。下文我们分析两个技术含量较高且国产替代已取得阶段性成果的关键部件。
电动压缩机：热管理系统中价值量最高，家电厂商争相入局
全车热管理系统中，单车价值量最高的部件为电动压缩机。主要分为斜盘式、旋叶式与涡旋式。在新能源汽车中，广泛使用的是涡旋式压缩机，具有噪音低、质量小和效率高等优点。
在从燃油驱动到电驱动的过程中，家电行业对于电动压缩机的研究存在技术积淀，争相入局，先后布局新能源汽车领域。
由上图可知，国内因涡旋式压缩机技术不发达，日本韩国的市场份额占比超8成。国内仅奥特佳等少数企业能生产出车用涡旋式压缩机，国产替代空间大。
根据EV-Volumes数据，2021年新能源车全球销量650万辆，全球市场空间为104亿元。
根据中汽协数据，中国2021年新能源汽车产量为354.5万辆，按照单车价值量1600元计算，市场空间约为56.72亿元。
电子膨胀阀：驾驶舱空调关键零件，国内已取得突破性成果
在驾驶舱空调系统中，电子膨胀阀是最重要的部件之一。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量以控制驾驶舱内温度的部件。
如上图所示，根据QYResearch的数据显示，三花智控电子膨胀阀市场份额为64.36%，排名世界第一。TGK份额第二，占比15.38%。盾安环境排名第三，市场份额为13.16%。其中，三花智控拥有相当大的份额，在这一领域处于领先地位。

04

特斯拉Octovalve：高集成度八通阀热泵系统
Octovalve是指具有八通阀的热管理系统，包含一个四位电动步进电机。其作用是将乙二醇液体冷却剂分配给车辆的各个部件，无论是电机、电池、电子电气设备还是其他需要温度调节的系统。为改善热泵空调冬季气温过低难以制热的现状，Octovalve系统加入了一个低功率PTC加以改善，提升乘员体验。
在其他汽车中，一般使用四通阀以实现传热液体在不同系统之间流动。而特斯拉八通阀可以将整车导热液体的流动分配集中在一个阀门，效率更高，但控制难度也相应增加。
如下图所示，八通阀作为整车热量流动的中转站，控制全车不同部分之间的热量流动。除热泵空调与PTC制热外，特斯拉创新的将PCS功率电子、电机电控运转中产生的热量作为第二热源，共同参与制热，进一步提升汽车续航与冬季制热效率。
同时八通阀内部可以进行多达12种模式切换，满足不同工况条件下的制冷与制热需求。将整车热管理集成在一个八通阀为中心的热泵上。
在切换模式时，软件根据全车不同位置传感器输入的海量数据进行综合分析后，将切换模式信号，输入至热泵板块并通过八通阀控制模式切换与流量切换。实现不同情况下的热管理，灵活多变，最大化提升司乘驾驶体验。
热泵空调自带的集成化优势也使得行业内其他有关厂商研发整车一体化集成管理。如全球领先的马勒自主研发了模块化集成热泵系统，使小型车冬季续航会从额定60%提升到83%，而对于中型车会从额定79%提升到92%。
马勒所提供的集成化模块热管理方案与特斯拉自主研发的Octovalve系统具有一定的竞争关系。我们预计未来整车厂自主研发热管理系统与Tier1级别的零部件厂商模块化方案的竞争仍将持续，有助于热泵空调的迅速发展。

文章来源：海通国际金属汽車 海通国际研究部 HAI

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