热管理行业处于快速扩容期，产业链上游公司营收有望维持高速增长。阀件是热管理系统升级的关键零部件之一，也是在热管理系统愈发复杂背景下持续量价齐升的部件，并且由于技术壁垒较高，已经形成优异的竞争格局，未来有望持续受益新能源车市场的扩容。家电企业主导热管理行业“阀件”领域，我们推荐优选业绩高成长标的“盾安环境”；以及行业龙头，中长期受益标的“三花智控”。
　　▍热管理的本质是空调的工作原理：“热量流动和交换”。新能源车热管理与家用空调工作原理一致，均采用“逆卡诺循环”原理通过压缩机对冷媒做功改变其形态，从而将热量在空气与冷媒间交换实现制冷与制热。将产生的冷量/热量传输至座舱，即为热管理的“空调回路”；将其与电池回路串/并联后即为高效的“电池回路”。因此，热管理，即管理热量的流动，使热量流动至需要“它”的地方；而最好的热管理即是“节能高效”的实现热量的流动和交换。
　　▍家电企业主导热管理核心“阀件”领域。燃油车热管理发展以规模导向，家用空调能效持续升级积极创新；因此“家电零部件”企业在冷媒阀领域技术优势已显著超越传统“汽零企业”。空调和热管理在阀件应用以及工作原理相似度极高。对于燃油车而言，热力膨胀阀即可满足需求，相关零部件企业缺乏技术升级与创新的源动力，而更加注重稳定与规模降本；反观空调能效标准不断革新，倒逼家电零部件企业时刻创新以应对能效新国标；在空调能效标准快速迭代的当下，家电领域热管理阀件技术不断突破，实际上已经走在汽零企业前沿。家底零部件公司如三花智控、盾安环境已经主宰了电子膨胀阀市场，根据华经产业研究院数据，两家电子膨胀阀市占率已超70%，而在传统热管理领域外资代表法雷奥、翰昂、电装则占据53%市场。电子膨胀阀相较于热力膨胀阀在控流速度、精度控制和产品寿命上皆有显著提升，更加适应新能源汽车电池管理系统低耗能、高精度、轻量化和高稳定性的发展需要。
　　▍热管理的发展是“零部件集成化，能量利用高效化”的过程。通过对比特斯拉的主要车型Model S到Model Y的热管理变革，观察系统的集成与高效化演进，可以认为新能源车热管理的发展方向为：零部件集成化，能源利用更加高效。热管理逐步由早期的三大回路相互独立运行转变为回路间相互串并联，以实现零部件高效并用及热量相互转移进而减轻热管理系统体积重量并且实现能源的高效互用。我们认为新能源车热管理发展的本质即为：以空调技术的热量流动和交换为基础，做到：1）避免热损害（电池合适工作温度为0-40°C）；2）提升能量使用效率（特斯拉热管理3.0能效提升10-15%）；3）零部件复用以达成体积重量的缩减（五通阀到八通阀集成更多零件）；而在这一过程中阀件起到了至关重要的作用。
　　▍多通阀：助力热管理系统升级，向高效化和集成化发展。复盘特斯拉Model S至Model Y的热管理升级路径，我们观察到四通阀、五通阀和八通阀分别是每一代热管理系统的核心部件，特斯拉依靠应用更加复杂的阀件使热管理系统中的三大回路串联在一起。在特斯拉第一代热管理系统中，四通阀最重要的作用是串联了电池与电驱回路，实现了对电机余热的利用；在第二代系统中，五通阀Superbottle进一步集成了水泵和Chiller等部件，结合电机堵转制热技术省去PTC等零部件，精简结构的同时节省能耗；第三代系统的八通阀部件配合热泵共计可实现12种制热和3种制冷功能，降低百公里电耗2-3KWh，使得整车续航提升10%-15%。
　　▍膨胀阀：热管理系统升级背景下，流量精度控制要求更高，量价齐升。膨胀阀是发挥节流降压和调节流量作用的阀件，核心体现在对流量的精度控制以及产品的一致性。在电动车时代，汽车热管理结构愈发复杂，热泵空调、超充/快充等技术的革新带动对回路流量精准控制更高的要求，电子膨胀阀具备更好的温感能力以及更高的精度控制能力，逐步成为热管理系统刚需产品，当下技术正从传统热力膨胀阀向电子膨胀阀再向大口径针阀这一路径过渡。
　　▍聚焦阀件：量价齐增，“抗通缩”高景气。我们通过对特斯拉不同代际的热管理系统中的主要零部件数量和价值作出估计测算得出：特斯拉Model S、Model3、Model Y的热管理系统主要零部件价值总计分别为7160、5180、6810元，其中对应的阀件价值总计分别为610、680、1580元，价值占比分别为8.5%、13.1%、23.2%，阀件的绝对价值量和占比均呈现上升态势，这从侧面说明了伴随着热管理系统的升级革新，阀件的重要性正逐步提升。据我们测算，预计至2025年中国与全球新能源汽车阀件市场空间分别为218亿元和352亿元，对应2021-2025年CAGR分别为45.8%和39.9%。
　　▍风险因素：运营下游新能源车销量不及预期；新能源车热管理行业竞争格局急剧恶化；原材料价格大幅上涨；热管理系统升级进度不及预期；热泵渗透率不及预期。
　　▍投资策略：热管理行业处于快速扩容期，产业链上游公司营收增速有望维持高速增长。但是并非所有零部件都受益于热管

研究报告全文：阀件抗通缩的热管理环节电器智造行业热管理专题2023222中信证券研究部核心观点热管理行业处于快速扩容期产业链上游公司营收有望维持高速增长阀件是热管理系统升级的关键零部件之一也是在热管理系统愈发复杂背景下持续量价齐升的部件并且由于技术壁垒较高已经形成优异的竞争格局未来有望持续受益新能源车市场的扩容家电企业主导热管理行业阀件领域我们推荐优选业绩高成长标的盾安环境以及行业龙头中长期受益标的三花智控纪敏制造产业联席首席热管理的本质是空调的工作原理热量流动和交换新能源车热管理与家分析师用空调工作原理一致均采用逆卡诺循环原理通过压缩机对冷媒做功改变其S1010520030002形态从而将热量在空气与冷媒间交换实现制冷与制热将产生的冷量热量传输至座舱即为热管理的空调回路将其与电池回路串并联后即为高效的电池回路因此热管理即管理热量的流动使热量流动至需要它的地方而最好的热管理即是节能高效的实现热量的流动和交换家电企业主导热管理核心阀件领域燃油车热管理发展以规模导向家用空调能效持续升级积极创新因此家电零部件企业在冷媒阀领域技术优势已显著超越传统汽零企业空调和热管理在阀件应用以及工作原理相似度极高袁健聪对于燃油车而言热力膨胀阀即可满足需求相关零部件企业缺乏技术升级与创新能源汽车行业首新的源动力而更加注重稳定与规模降本反观空调能效标准不断革新倒逼家席分析师电零部件企业时刻创新以应对能效新国标在空调能效标准快速迭代的当下家S1010517080005电领域热管理阀件技术不断突破实际上已经走在汽零企业前沿家底零部件公司如三花智控盾安环境已经主宰了电子膨胀阀市场根据华经产业研究院数据两家电子膨胀阀市占率已超70而在传统热管理领域外资代表法雷奥翰昂电装则占据53市场电子膨胀阀相较于热力膨胀阀在控流速度精度控制和产品寿命上皆有显著提升更加适应新能源汽车电池管理系统低耗能高精度轻量化和高稳定性的发展需要热管理的发展是零部件集成化能量利用高效化的过程通过对比特斯拉的主要车型ModelS到ModelY的热管理变革观察系统的集成与高效化演进可以认为新能源车热管理的发展方向为零部件集成化能源利用更加高效热管理逐步由早期的三大回路相互独立运行转变为回路间相互串并联以实现零部件高效并用及热量相互转移进而减轻热管理系统体积重量并且实现能源的高效互用我们认为新能源车热管理发展的本质即为以空调技术的热量流动和交换为基础做到1避免热损害电池合适工作温度为0-40C2提升能电器智造行业量使用效率特斯拉热管理30能效提升10-153零部件复用以达成体评级强于大市维持积重量的缩减五通阀到八通阀集成更多零件而在这一过程中阀件起到了至关重要的作用多通阀助力热管理系统升级向高效化和集成化发展复盘特斯拉ModelS至ModelY的热管理升级路径我们观察到四通阀五通阀和八通阀分别是每一代热管理系统的核心部件特斯拉依靠应用更加复杂的阀件使热管理系统中的三大回路串联在一起在特斯拉第一代热管理系统中四通阀最重要的作用是串联了电池与电驱回路实现了对电机余热的利用在第二代系统中五通阀Superbottle进一步集成了水泵和Chiller等部件结合电机堵转制热技术省去PTC等零部件精简结构的同时节省能耗第三代系统的八通阀部件配合热泵共计可实现12种制热和3种制冷功能降低百公里电耗2-3KWh使得整车续航提升10-15膨胀阀热管理系统升级背景下流量精度控制要求更高量价齐升膨胀阀证券研究报告请务必阅读正文之后第48页起的免责条款和声明电器智造行业热管理专题2023222是发挥节流降压和调节流量作用的阀件核心体现在对流量的精度控制以及产品的一致性在电动车时代汽车热管理结构愈发复杂热泵空调超充快充等技术的革新带动对回路流量精准控制更高的要求电子膨胀阀具备更好的温感能力以及更高的精度控制能力逐步成为热管理系统刚需产品当下技术正从传统热力膨胀阀向电子膨胀阀再向大口径针阀这一路径过渡聚焦阀件量价齐增抗通缩高景气我们通过对特斯拉不同代际的热管理系统中的主要零部件数量和价值作出估计测算得出特斯拉ModelSModel3ModelY的热管理系统主要零部件价值总计分别为716051806810元其中对应的阀件价值总计分别为6106801580元价值占比分别为85131232阀件的绝对价值量和占比均呈现上升态势这从侧面说明了伴随着热管理系统的升级革新阀件的重要性正逐步提升据我们测算预计至2025年中国与全球新能源汽车阀件市场空间分别为218亿元和352亿元对应2021-2025年CAGR分别为458和399风险因素运营下游新能源车销量不及预期新能源车热管理行业竞争格局急剧恶化原材料价格大幅上涨热管理系统升级进度不及预期热泵渗透率不及预期投资策略热管理行业处于快速扩容期产业链上游公司营收增速有望维持高速增长但是并非所有零部件都受益于热管理系统的升级部分零部件如W-PTC在热泵系统渗透率提升中或将逐步淡出部分零部件如电子水泵由于技术壁垒相对较低行业竞争格局较为分散竞争愈发白热化因此我们推荐把握受益于行业升级且竞争格局相对优异的零部件公司阀件是热管理系统升级的关键零部件之一也是在热管理系统愈发复杂背景下持续量价齐升的部件并且由于技术壁垒较高已经形成优异的竞争格局未来有望持续受益新能源车市场的扩容我们推荐优选业绩高成长标的盾安环境以及行业龙头中长期受益标的三花智控同时我们建议关注热管理多领域布局客户优势显著的龙头美的集团威灵汽车海信家电日本三电重点公司盈利预测估值及投资评级EPSPE简称代码收盘价评级2122E23E24E2122E23E24E盾安环境002011SZ145503808006608238182218买入三花智控002050SZ268604707709611257352824买入海信家电000921SZ185107109912114326191513买入资料来源Wind中信证券研究部预测注股价为2023年2月21日收盘价请务必阅读正文之后的免责条款和声明2电器智造行业热管理专题2023222目录新能源车热管理的本质6热管理的重要性在新能源汽车时代持续突显6燃油车热管理与新能源车热管理有何不同7热管理的本质即是空调的工作原理热量流动和交换8热管理的发展即是零部件集成化能量高效利用化的过程11复盘新能车三代热管理发展史多通阀是热管理升级的必要组件11阀件助力热管理系统升级量价齐升下市场持续扩容22阀件是实现热管理系统升级的必要因素22膨胀阀决定了热管理的精度及控温效率22热管理系统升级带动阀件量价齐升27阀件领域家电企业全面超越传统汽零厂商31热管理市场竞争格局与主要标的33产业链格局33主要受益标的36风险因素45投资策略46请务必阅读正文之后的免责条款和声明3电器智造行业热管理专题2023222插图目录图1燃油车与新能源车热管理系统的不同7图2高低温间热量的转移9图3空调工作原理10图4早期新能源车热管理回路独立能源利用效率较低10图5特斯拉ModelY八通阀热管理系统11图6电动车第一代热管理系统13图7特斯拉ModelS热管理系统14图8特斯拉ModelS电机余热利用管路15图10特斯拉Model3热管理系统16图11五通阀将水泵阀件冷却器等部件高度集成17图122018年款特斯拉Model3热管理系统17图13电池制冷电驱降温17图14电池制热电驱降温17图15特斯拉ModelY热管理系统18图16特斯拉ModelY的12种制热模式与3种制冷模式19图17八通阀旋转下的四种模式20图18电池系统温度高于电驱系统的运作模式与类似20图19特斯拉电池电机回路结构20图20纯热泵模式具备高COP节能属性21图21特斯拉三代热管理系统中核心阀件的变革22图22热力膨胀阀结构23图23阀芯膜片推动阀门开启幅度变大23图24电子膨胀阀阀体结构拆解23图25电子膨胀阀工作电路23图26不同环境温度下电池的放电容量24图27当温度超过180时电池SEI隔膜已分解24图28比亚迪海豚热管理系统26图29大口径膨胀阀原理图26图30特斯拉三代热管理系统零部件及阀件价值元28图31采用PTC和热泵车型的续航与能耗情况对比30图32全球汽车热管理市场格局32图33全球车用压缩机市场格局32图34车用电子膨胀阀格局32图352020年全球汽车热管理市场竞争格局32图36全球车用电子膨胀阀格局32图37全球汽车热管理市场格局34图38Valeo汽车热管理收入百万欧元与同比增速34图392020年全球汽车热管理市场竞争格局36图40全球车用电子膨胀阀格局36图41三花智控热泵系统产品布局37图42三花智控下游主要客户37图43三花智控汽零营收亿元及YoY37请务必阅读正文之后的免责条款和声明4电器智造行业热管理专题2023222图44三花新能源与传统汽零销量万只37图4521年三花新能源与传统汽零营收占比37图46盾安环境车用热管理系统产品矩阵及市场主要厂商38图47全球车用压缩机市场格局39图48中国车用压缩机市场格局39图49奥特佳汽车压缩机收入亿元39图50奥特佳汽车压缩机销量万台39图51威灵汽车产品布局与应用40图52日本三电发展历史及主要产品41图53日本三电电动压缩机多次迭代42图54日本三电收入及全球汽车销量42图55三电管理层变动43图56电动压缩机市场格局44图57日本三电下游客户及区域占比44图58海信三电相互协同45表格目录表1燃油车与新能源汽车热管理系统对比6表2传统汽车和新能源车热管理价值量对比8表3全球热管理市场规模测算8表4ModelS热管理回路分析14表5Model3热管理回路分析16表6ModelY热管理回路分析18表7大口径针阀和球阀的优劣对比25表8特斯拉ModelS热管理主要零部件价值量估计27表9特斯拉Model3热管理主要零部件价值量估计27表10特斯拉ModelY热管理主要零部件价值量估计28表11特斯拉第三代热管理系统主要零部件供应商29表12PTC和热泵系统对比29表13新能源单车阀件价值31表14全球阀件市场规模测算31表15盾安环境与不二工机大口径产品对比33表16整车热管理主要产品参与厂商35表17盾安环境与不二工机大口径产品对比38表18威灵汽车热管理领域核心产品布局40请务必阅读正文之后的免责条款和声明5电器智造行业热管理专题2023222新能源车热管理的本质热管理的重要性在新能源汽车时代持续突显燃油车和新能源车驱动原理的不同从根本上促使整车热管理系统的升级变革不同于过往燃油车热管理构造简单多以散热为目的新能源车架构的革新使得热管理更为复杂同时也肩负着保障电池寿命和整车稳定安全的重要使命其性能的优劣也成为决定电车产品力的关键指标燃油车的动力核心是内燃机结构较为简单传统燃油车通过燃油发动机产生动力以驱动汽车行进汽油燃烧会产生热量因此燃油车在对座舱空间进行制热可直接利用发动机产生的余热同样燃油车对动力系统的温度调节的主要目标是降温以避免关键零部件过热新能源汽车则以电池电机为主制热方面损失重要热源发动机结构更为复杂新能源车电池电机及大量电子元器件需要主动对核心零部件温度进行调控因此动力系统内核的变化正是新能车热管理架构重塑的根本原因并且热管理系统决的好坏直接定了整车的产品性能及寿命具体原因有三1新能源车无法像传统燃油车一样直接使用内燃机产生的余热实现座舱制热因此产生了通过添加PTC或热泵制热的刚性需求热管理的效率决定了续航里程2新能源车锂电池合适工作温度为0-40温度过高过低都将影响电芯活性以至于影响电池寿命这一特性也决定了新能源汽车热管理不仅以降温为目的控温则更加重要热管理稳定性决定了整车的寿命及安全性3新能源车电池通常堆叠于汽车底盘因此体积较为固定热管理的效率和零部件集成度将会直接影响到新能源汽车电池体积利用率表1燃油车与新能源汽车热管理系统对比燃油车新能源汽车空调热管理系统制冷压缩机冷凝器蒸发器空调装置管路制热暖风芯体管路PTC或热泵整车热管理动力系统热管理制冷发动机变速箱进排气冷却电池电机电控冷却电池制热PTC水加热电器余制热热加热电池自加热资料来源2022-2028年汽车热管理行业深度调研及投资发展前景预测报告普华有策中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明6电器智造行业热管理专题2023222燃油车热管理与新能源车热管理有何不同新能源车热管理的目的与燃油车相比从降温转为调温正如上文所述新能源车中新增了电池电机及大量电子元器件而这些部件均需要保持在适宜的工作温度以保证性能释放与寿命这就造就了燃油与电动车热管理目的的变化即由降温转变为调温冬季制热电池容量和续航里程等多方矛盾促使电车热管理系统不断升级以提升能源使用效率进而使热管理结构设计愈发复杂零部件的单车货值也得以持续攀升图1燃油车与新能源车热管理系统的不同资料来源2022-2028年汽车热管理系统行业深度调研及投资发展前景预测报告普华有策中信证券研究部整车电动化趋势下汽车热管理系统迎来巨大变局热管理系统价值量提升三倍具体来看新能源汽车热管理系统包括三大部分即电机电控热管理电池热管理和座舱热管理电机回路方面主要需求散热包括电机控制器电机DCDC充电机等零部件的散热电池和座舱热管理均对加热和冷却提出了需求另一方面三大热管理系统负责的每部分不仅都有独立冷却或加热的需求而且其中的每个零部件工作的舒适温度都有所区别这又进一步提高了整个新能源车热管理系统的复杂程度相应的热管理系统价值量也会大幅提高根据三花智控可转债募集说明书新能源车热管理系统单车价值量可以达到6410元是燃油车热管理系统的3倍请务必阅读正文之后的免责条款和声明7电器智造行业热管理专题2023222表2传统汽车和新能源车热管理价值量对比传统热管理各核心组件新能源车热管理各核心价格元价格元单车价值量组件单车价值量散热器450电池冷却器600蒸发器180蒸发器720冷凝器100冷凝器200油冷器300热泵系统1500水泵100电子系统840空调压缩机500电动压缩机1500中冷器200电子膨胀阀一般为3个500其他400其他550合计2230合计6410资料来源三花转债募集说明书中信证券研究部基于上述分析我们对新能源热管理市场规模做出测算具体假设如下1依据三花智控可转债募集说明书对新能源汽车热管理系统单车价值做出测算结果显示PTC车型热管理系统单车价值约为6360元热泵车型热管理系统单车价值为7160元我们假设单车价值量保持不变考察新能源汽车销量增长对热管理市场规模的贡献2基于我国和全球新能源汽车销量情况做出预测3据各公司公告当下热泵在新能源汽车市场的渗透率大约在20左右我们预计在2025年达到50根据渗透率测算出搭载热泵系统的汽车销量测算结果显示到2025年全球新能源汽车热管理市场规模将达到1593亿元对应2021-2025年CAGR为382到2025年中国新能源汽车热管理市场规模将达到986亿元对应2021-2025年CAGR为440表3全球热管理市场规模测算20212022E2023E2024E2025E中国新能源汽车销量万辆35262486911271458YoY1575774392297294全球新能源汽车销量万辆6701083147618752356YoY1114616363271256热泵车型渗透率200251316398500全球热泵车型销量万辆1342724677461178中国热泵车型销量万辆70157275448729热泵单车价值量元辆71607160716071607160PTC单车价值量元辆63606360636063606360全球热泵车型市场规模亿元96195334534843全球非热泵车型市场规模亿元341515642718749中国热泵车型市场规模亿元50112197321522中国非热泵车型市场规模亿元179297378432464全球新能源汽车热管理市场规模亿元43771097612521593中国新能源汽车热管理市场规模亿元230410575753986资料来源中汽协中信证券研究部预测热管理的本质即是空调的工作原理热量流动和交换请务必阅读正文之后的免责条款和声明8电器智造行业热管理专题2023222新能源车热管理与家用空调工作原理一致均采用逆卡诺循环原理通过压缩机对冷媒做功改变其形态从而将热量在空气与冷媒间交换实现制冷与制热热管理的本质即是热量流动和交换新能源车热管理与家用空调工作原理一致均采用逆卡诺循环原理通过压缩机对冷媒做功改变其形态从而将热量在空气与冷媒间交换实现制冷与制热主要分为三大回路1电机回路主要是散热需求2电池回路调温要求较高既需要热量也需要冷量3座舱回路需要热量也需要冷量对应空调制冷与制热其工作方式可以简单理解为保证各个回路零部件达到合适工作适宜温度即可升级方向为三大回路互相串并联实现冷热量相互交织利用举例来看汽车空调将产生的冷量热量传输至座舱即为热管理的空调回路升级方向举例空调回路与电池回路串并联后由空调回路给电池回路供冷热量即为高效的热管理方案节省电池回路零部件能源高效利用热管理要做事情本质即是管理热量的流动使热量流动至需要它的地方而最好的热管理即是节能高效的实现热量的流动和交换图2高低温间热量的转移资料来源Dreamstime中信证券研究部实现这一过程的技术则来源于空调冰箱空调冰箱制冷制热的实现是通过逆卡诺循环原理简单来说便是通过压缩机将冷媒压缩使其变热而后将变热的冷媒通过冷凝器并将热量释放到外部环境中放热的冷媒转为常温并进入蒸发器内膨胀进一步降低温度之后回到压缩机开启下一个循环以此实现空气中热量交换而膨胀阀和压缩机则是这一过程中最为关键的部件汽车热管理则是基于这一原理通过将空调回路的热量或冷量交换至其他回路实现整车热管理请务必阅读正文之后的免责条款和声明9电器智造行业热管理专题2023222图3空调工作原理资料来源EDT电驱时代中信证券研究部早期新能源车热管理回路独立效率较低早期热管理系统三条回路空调电池电机均独立运行即空调回路仅负责座舱的制冷与制热电池回路仅负责电池的温度控制电机回路仅负责电机的降温需求这种互相独立的模式使得零部件之间存在相互独立能源利用效率低等问题在新能源车上最直接的体现就是热管理回路复杂续航能力不佳车身重量增加等问题因此热管理的发展路径就是尽可能使电池电机空调这三条回路互相协同尽可能的实现零部件互用能源相互利用以达到更小的部件体积更轻的重量以及更长的续航里程图4早期新能源车热管理回路独立能源利用效率较低资料来源特斯拉初代和第二代热管理系统的简要分析-EDC电驱未来电子发烧友当下新能源车热管理零部件更加耦合能源利用更加高效我们以特斯拉ModelY请务必阅读正文之后的免责条款和声明10电器智造行业热管理专题2023222的热管理系统为例来参考其通过八通阀系统实现了三个回路间的相互协同零部件高度耦合进而实现了能量间的高度互用能源高效利用具体体现在1回路间热源互用降低整车能耗电池回路无需单独配备的制冷或制热装置而是与其他回路相协同实现能源高效利用当电池需要制冷时Chiller会通过空调回路所提供的冷量给电池降温当电池有制热需求时电机回路工作产生的热量会转移至电池回路从而实现电池升温从而减少电池供温能量消耗电池电机热量可以转移至座舱供暖车身产生废热可以回收以便下次利用等2电机堵转高效制热并精简零部件电机堵转技术省去电池回路W-PTC部件当电池热需求大于电机回路所产生热量时特斯拉独创电机堵转技术通过主动降低电机工作效率从而产生更多热量供给电池回路升温这种方式使得电池回路省去了W-PTC这一部件并且效率更高3回路共享零部件实现热管理系统减重八通阀集成电子水泵四通阀以及电子水泵等部件构建起回路间的串并联并实现零部件共享从而精简部分零部件来实现热管理系统减量及减重如电机回路与空调回路共用液冷冷凝器图5特斯拉ModelY八通阀热管理系统资料来源ModelY热管理系统研究-刘子诚热管理的发展即是零部件集成化能量高效利用化的过程复盘新能车三代热管理发展史多通阀是热管理升级的必要组件热管理的发展即是零部件集成化能量利用高效化的过程通过上文的简要对比可以发现最初的热管理系统与目前最先进的系统相比主要是回路间具有更多的协同以达到零部件的共用与能量的相互利用我们以投资者的角度去看待热管理的发展并不需要明白所有零部件的工作原理但是清楚了解各个回路间是如何工作的以及热管理回路的请务必阅读正文之后的免责条款和声明11电器智造行业热管理专题2023222演变史将会让我们更加清晰的预判未来热管理回路的发展方向和相对应的零部件价值量的变化因此下文将会对热管理系统演变史进行简要地梳理以便我们一同发现未来的投资机遇新能源车热管理通常由三条回路构建而成1空调回路功能性回路也是热管理中价值量最高的回路主要功能为调节座舱温度和与其他回路并联协同通常以PTC或热泵原理提供热量和通过空调原理提供冷量2电池回路主要用于控制电池工作温度以使电池始终保持最佳工作温度因此根据不同情况此回路同时需要热量和冷量3电机回路电机工作时会产生热量本身工作温度范围较宽因此该回路仅需要制冷需求我们通过对比特斯拉的主要车型ModelS到ModelY的热管理变革观察系统的集成与高效化演进总体来看第一代热管理系统电池采用风冷或液冷空调采用PTC制热电驱系统采用液冷三个回路间基本保持并联相互独立运行第二代热管理系统电池液冷PTC制热电机电控液冷开始应用电机电控余热利用系统间串联程度加深零部件集成化第三代热管理系统热泵空调制热电机堵转加热技术应用加深系统相互串联回路复杂且进一步高度集成我们认为新能源车热管理发展的本质为以空调技术的热量流动和交换为基础做到1避免热损害2提升能量使用效率3零部件复用以达成体积重量的缩减第一代热管理技术第一代热管理系统PTC制热电池风冷液冷电机电控液冷各回路基本独立运行新能源汽车发展初期整车架构较为简单基本是从燃油车功能向电动车的简单转移此时电机与充电功率较低风冷作为冷却手段足以满足日常使用需求成本低且易于维护但伴随着电机功率不断上升以及快充超充模式进入市场液冷作为更高效的冷却方式替代了过去的风冷此外第一代以PTC制热为主将燃油车的机械压缩机替换为电动压缩机整体系统的优势在于成本低结构简单运行稳定且易于维护但不足之处是能耗较高冬季续航里程折损大请务必阅读正文之后的免责条款和声明12电器智造行业热管理专题2023222图6电动车第一代热管理系统资料来源特斯拉初代和第二代热管理系统的简要分析-EDC电驱未来电子发烧友特斯拉ModelS车型的热管理系统是第一代热管理技术的代表系统中共有三个回路空调电池和电机回路包含电动压缩机冷凝器膨胀阀电子风扇等部件乘员舱的制热依靠系统中的A-PTC加热实现理论上COP仅为1能耗较高制冷则依靠空调的冷媒回路实现电池回路依靠电子水泵驱动液体流经水冷板吸收热量并通过冷却器Chiller实现电池降温在寒冷气候下电池需要升温时即启动W-PTC实现制热功能电机电控冷却回路分为电机水冷逐渐切换为油冷和减速器油冷请务必阅读正文之后的免责条款和声明13电器智造行业热管理专题2023222图7特斯拉ModelS热管理系统资料来源特斯拉热管理系统技术迭代分析-汽车热管理知识微信公众号表4ModelS热管理回路分析制热路径制冷路径压缩机冷凝器2风扇2冷凝器1风座舱热管理回路A-PTC鼓风机座舱扇1膨胀阀1打开蒸发器压缩机水泵2三通阀2左侧开上侧关Chiller水泵2三通阀2左侧关上侧开与座舱空调回路发生热交换膨胀阀2开启电池热管理回路水泵1W-PTC电池水冷板四控制冷媒流量水泵1W-PTC关闭状态通阀左侧和下侧关闭水泵2电池水冷板四通阀左侧和下侧关闭水泵2水泵3充电机电机集成减速器及逆变器三通阀1左侧开下侧关低温散热器风电机热管理回路扇3四通阀上侧和右侧关左侧和下侧开膨胀水壶水泵3资料来源特斯拉热管理系统技术迭代分析-汽车热管理知识微信公众号中信证券研究部整个系统在当时的创新之处在于加装一个四通阀将电机和电池回路串联起来因此可以回收电机余热来辅助电池制热四通阀的设计有效利用了电机余热有助于降低能耗提升整车续航里程利用余热时电池内W-PTC可处于待机状态不参与电池制热有助于延长零部件的使用寿命1电驱动系统相比于电池与空调回路运行温度更高存在热能转移的条件电动车的驱动电机正常运行温度大约在60左右长时间大功率运行可能会导致电机电控系统温度过高因此针对电驱系统的热管理主要以制冷降温为主相比于电池系统15-25和座舱系统20-30的正常运行温度而言电驱系统的温度更高存在将热能由高位向低位转移的可能性2早期车型各回路间采用并联设计余热利用应用程度低国内厂商早期车型各回路采用并联方案彼此之间运行较为独立如小鹏G3和蔚来ES8等纯电车型的早期版本电驱系统产生的多余热量并未得到有效利用请务必阅读正文之后的免责条款和声明14电器智造行业热管理专题20232223特斯拉创新性地应用四通阀实现电机与电池回路的串联针对电机运行产生的余热初期前沿技术通过加装三通阀四通阀或者加装Chiller的设计将电机余热转移至电池回路相关车型在2018年左右上市但特斯拉在2013年上市的ModelS车型就使用了四通阀的设计实现两者串联走在行业前列电机余热利用的流程是水泵3充电机电机集成减速器及逆变器三通阀1左闭右下开四通阀右下闭左上开水泵2三通阀2左闭上下开水泵1W-PTC此时可不工作电池水冷板四通阀左上闭右下开膨胀水壶水泵3图8特斯拉ModelS电机余热利用管路资料来源特斯拉热管理系统技术迭代分析-汽车热管理知识微信公众号第二代热管理技术第二代热管理系统深化电机余热利用及零部件集成化趋势第二代热管理系统在第一代的基础上深化对电机电控余热的利用普遍采用了电池与电驱系统的串并联设计通过余热利用降低对PTC制热的使用能够有效节省能源提升效率改善冬季续航里程折损问题国产品牌中以小鹏P7为例通过模仿特斯拉采用四通阀的设计实现电机回路与电池回路的串联当电池处于制冷模式时四通阀左下开右上闭电驱回路降温由前端散热器完成当电池包需要升温时四通阀左上开口相连右下开口相连冷却液将电驱系统热量带入电池回路在热量不足时还可以借助PTC辅助加热从而实现节能提效改款之前的Model3搭载的热管理系统是第二代热管理技术的代表其核心特征是将2个水泵一个Chiller1个三通阀和一个四通阀集成为一整个阀体Superbottle极大地简化了热管理结构和整车质量是电动车热管理集成化趋势的主要代表之一整车仍可分为电池座舱及电驱动热管理回路三部分通过使用集成阀体相比于ModelSModel3的热管理系统省去了1个W-PTC1个电子水泵1个膨胀水壶1个三通阀1个冷凝器2个电子风扇还有部分管路除集成阀外特斯拉还通过优化管路设计将ADAS控制器和电池包管理模块整合入冷却回路中并且加入油冷来辅助冷却大幅提高热管理请务必阅读正文之后的免责条款和声明15电器智造行业热管理专题2023222效率另一个技术亮点是使用电机堵转制热技术取代W-PTC满足电池的制热需求图9特斯拉Model3热管理系统资料来源特斯拉热管理系统技术迭代分析-汽车热管理知识微信公众号注指21年前未改款Model3车型表5Model3热管理回路分析制热路径制冷路径压缩机冷凝器风扇膨胀阀1蒸座舱热管理回路A-PTC加热鼓风机乘员舱发器压缩机Chiller水泵ADAS电池包水冷板五通阀A五通阀E充电机Chiller水泵ADAS电池包水冷板电池热管理回路电控油冷三通阀左上开右闭五通阀A五通阀BChiller五通阀D五通阀BChiller充电机电控油冷三通阀左右开电机热管理回路上闭低温散热器冷却五通阀C五通阀E充电机资料来源特斯拉热管理系统技术迭代分析-汽车热管理知识微信公众号集成化的技术创新进一步精简提效Superbottle在特斯拉第一代热管理系统四通阀的基础上进一步集成在实现电池与电驱系统串联热交换的同时进一步简化结构实现降本增效当电池处于制冷模式时电池与电驱系统各自运行互不干涉Superbottle中A与B相连E与C相连各处于制冷模式当电池处于制热模式时两个系统相互串联A经E将冷却液带入电驱系统中吸收热量再由D至B回流至电池系统中将电机热量传递给电池特斯拉以出色的软件算法与控制器技术能够依据热管理系统不同的冷热模式实现对五通阀各开口的精准自动操控在电动车热管理技术领域再一次走在了世界前列请务必阅读正文之后的免责条款和声明16电器智造行业热管理专题2023222图10五通阀将水泵阀件冷却器等部件高度集成图112018年款特斯拉Model3热管理系统资料来源TheTeslaModel3SuperbottleEasterEggIsa资料来源TheTeslaModel3SuperbottleEasterEggIsaFascinatingPackagingSolution-DavidTracy中信证券研究部FascinatingPackagingSolution-DavidTracy图12电池制冷电驱降温图13电池制热电驱降温资料来源中信证券研究部资料来源中信证券研究部第三代热管理技术特斯拉ModelY最大的变革在于采用了热泵空调系统该系统可支持乘员舱采暖制冷电池包制热冷却电驱单元冷却的五大主要功能相比于特斯拉过往车型最显著的变化是取消了以往的高压PTC取而代之的是两个低压LV-PTC在环境温度低于-10时作为系统热量的补充来源这种设计能够保证整个热泵系统在-30时也能够稳定可靠地运行ModelY的系统会根据环境与电池包的实时温度来规划热泵系统参与加热的程度COP以启动不同级别的加热模式在满足乘员舱舒适性需求的前提下热泵会优先采用高COP模式运行减少能耗并提高续航里程此外整个系统另一大变革是实现了更高程度的系统集成相较于其他热泵车型特斯拉的集成程度更高其系统包含了压缩机冷却器冷凝器气液分离器电子膨胀阀冷却液管路等多个零部件但体积只占据了前机舱的小部分空间这其中的核心是创新性地采用了一个八通阀的设计通过调节八通阀的动作位置使冷却液在不同回路中进行热交换相比于Model3提升了10的效率因此成为了集成化趋势的代表请务必阅读正文之后的免责条款和声明17电器智造行业热管理专题2023222图14特斯拉ModelY热管理系统资料来源ModelY热管理系统研究-刘子诚表6ModelY热管理回路分析制热路径制冷路径压缩机三通阀1右关左上开乘员压缩机三通阀1左关右上开液冷座舱热管理回路舱冷凝器膨胀阀2Chiller气液分离器冷凝器LCC膨胀阀1乘员舱蒸发器气压缩机液分离器压缩机电子水泵20动力转换系统21DCDC22油冷器23八通阀1F口八通阀1水泵2Chiller八通阀A八通阀C电池热管理回路D口电池2水冷板3ECU控制电池水冷板截止阀开八通阀单元5截止阀4关闭八通阀1C口B八通阀I水泵2八通阀1E口电子水泵20水泵1动力转换系统DCDC油冷器八通阀E八通阀HLCC膨胀水电机热管理回路壶室外散热器八通阀G八通阀D水泵1资料来源ModelY热管理系统研究-刘子诚总结来看第三代技术有四大创新点1热泵与余热回收共同协作该热泵系统除了可以满足常规的乘员舱和电池系统的制冷制热需求外还可以实现低温环境下车辆预热除雾除霜除湿超充模式下电池系统降温等特色功能共计可实现12种制热模式和3种制冷模式系统功能丰富实用此外针对R1234yf冷媒热泵在低温环境下制热效果欠佳的问题特斯拉通过对电机电池压缩机和鼓风机进行余热回收同时加装低压PTC的方式有效解决了极低温环境下的制热问题在电池温度-10座舱环境温度-30时热泵与余热回收相结合的方式仍然能够使制热COP保持在1-2的区间效果显著请务必阅读正文之后的免责条款和声明18电器智造行业热管理专题2023222图15特斯拉ModelY的12种制热模式与3种制冷模式资料来源OctovalveThermalManagementControlforElectricVehicle-AlexWray2集成式八通阀协调三大系统间的热量流动为了促进座舱驱动系统和电池系统之间的热量流动特斯拉发明了带有八个端口的Octovalve通过旋转接入不同的管路以满足不同的制冷制热模式如下图所示状态1和5中电池与驱动系统呈并联状态电池系统回路单独运作说明此时电池系统温度可能高于电机系统通过并联设置有助于电池系统更高效地降温在状态2中八通阀展示了完整串联下的冷却液回路此时电机系统温度高于电池系统冷却液流经电池电驱及座舱系统的所有部件能够有效实现对电机的余热利用当乘员舱与电池系统同时产生制热需求时使电池系统与电机系统串联通过电机堵转加热的方式给电池快速加热热泵则可通过Chiller吸收水箱散热器中的热量实现制热如下图状态3和4所示请务必阅读正文之后的免责条款和声明19电器智造行业热管理专题2023222图16八通阀旋转下的四种模式图17电池系统温度高于电驱系统的运作模式与类似资料来源OctovalveThermalManagementControlforElectric资料来源OctovalveThermalManagementControlforElectricVehicle-AlexWrayVehicle-AlexWray3电机堵转加热技术代替电池PTC电机堵转是ModelY的另一项技术创新本质是利用电机发热的方式辅助电池加热来代替电池中的PTC加热装置正常工况下加大电流会提升电机的转速而电机堵转技术则是在电流变大时保持速率不变此时电机线圈绕组组丝相当于热敏电阻丝起到发热的作用热量通过冷却液流经热交换器传递给电池目前除特斯拉之外国内厂商对于电机堵转加热技术尚处于起步阶段此技术对于电机中电流调控要求高理论基础与电机标定技术同等重要特斯拉应用电机堵转代替了PTC简化结构的同时降本提效促进续航里程改善图18特斯拉电池电机回路结构资料来源特斯拉专利文件US20190070924A1中信证券研究部请务必阅读正文之后的免责条款和声明20