液冷板行业前景

液冷板行业前景电池液冷与热泵空调是主流，汽车热管理朝高度集成化方向发展电动汽车热管理技术朝着高度集成化、智能化的方向发展。回顾电动汽车热管理技术发展历史，根据热管理系统架构与集成化程度，可以将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段：1）单冷配合电加热，早期采用与燃油车类似的蒸气压缩循环实现制冷功能和PTC制热实现乘员舱的热管理，电池冷却则采用空冷，各个子系统独立；2）热泵配合电辅热，引入热泵空调技术实现乘员舱制冷，液冷逐步成为电池热管理的主流模式，对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合，但电池、电机余热未得到有效利用；3）宽温区热泵与整车热管理一体化，通过合理增加二次换热回路，对电池、电机余热进行回收利用，提升了热泵的环境适应能力，乘员舱、电池、电机热管理回路进一步整合，典型的应用车型有特斯拉ModelY和大众ID4．CROZZ。以特斯拉为例，从2008年TeslaRoadster开始，其共生产了5款车型，汽车热管理系统技术经历四次迭代，集成度不断提高。1）以TeslaRoadster为代表，最早一代热管理系统沿用传统汽车热管理思路，结构相对简单，各个热管理回路相对独立。2）搭载在ModelS/X上的第二代热管理系统在行业内首创引入四通换向阀，实现了电机回路与电池回路的串并连切换。3）以Model3为代表的第三代系统，在拓扑结构上与第二代差别不大，在风暖PTC、驱动电机和储液罐结构设计上有较大技术创新，注重热管理系统能耗的优化。4）以ModelY为代表的第四代系统，首次引入热泵空调系统，负责乘员舱的采暖和制冷功能。在结构上，通过热交换器和管路连接，与电池回路和电机回路进行耦合，实现整个热管理系统的热量交互。在使用驱动电机运行低效制热模式为电池系统加热的基础上，新增空调系统压缩机和鼓风机电机的低效制热模式，保证热泵系统在-30℃环境下可靠稳定运行；热管理系统进一步集成化，采用了集成歧管模块和集成阀门模块，前者集成了复杂的热管理系统管路，可有效的与集成阀门模块实现配合安装；后者为八通阀结构，可看作是2个四通阀的集成。电动汽车热管理技术发展历程整车热管理是电动汽车发展的核心技术之一，涉及乘员舱温湿环境调控、动力系统温控、玻璃防雾除雾等多目标管理。根据热管理系统架构与集成化程度，将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段，从单冷配合电加热到热泵配合电辅热再到宽温区热泵与整车热管理逐步耦合，电动汽车整车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展，并且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。在电动汽车产业化起步阶段，基本是以电池、电机等动力系统的替代为核心技术发展起来的，车室空调、车窗除雾、动力部件温控等辅助系统是在传统燃油汽车热管理技术基础上逐步改进而来的。纯电动汽车空调与燃油汽车空调都是通过蒸气压缩循环来实现制冷功能，两者的区别是燃油汽车空调压缩机由发动机通过皮带间接驱动，而纯电动车则直接使用电驱动压缩机来驱动制冷循环。燃油汽车冬季制热时直接利用发动机余热对乘员舱进行供热，不需要额外的热源，而纯电动车的电机余热无法满足冬季制热的需求，因此冬季制热是纯电动汽车需要解决的问题。正温度系数加热器（positivetemperaturecoefficient，PTC）由PTC陶瓷发热元件与铝管组成，具有热阻小、传热效率高的优点，并且在燃油汽车的车身基础上改动较小，因此早期的电动汽车采用蒸气压缩制冷循环制冷加PTC制热的方式来实现乘员舱的热管理，例如早期三菱公司的i-MIEV电动汽车。与燃油汽车由燃料提供能量不同，电动汽车由动力电池提供能量。电动汽车正常运行时，动力电池放电产热，温度升高，需要对电池进行降温。电池冷却的方法主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却，由于空气冷却结构简单、成本低、便于维护，在早期的电动车上得到广泛应用。这一阶段的热管理主要形式是各个独立的子系统分别满足热管理的需求。在实际使用过程中电动汽车冬季供热能耗需求较高，从热力学角度来说PTC制热的COP始终小于1，使得PTC供热耗电量较高，能源利用率低，严重制约了电动汽车的行驶里程。而热泵技术利用蒸气压缩循环将环境中的低品位热量进行利用，制热时的理论COP大于1，因此使用热泵系统代替PTC可以增加电动汽车制热工况下的续航里程。宝马i3车型采用热泵系统来实现冬季制热。此外，一汽奔腾与红旗、上汽荣威等也在部分车型上采用了热泵系统。然而在低温环境下，传统热泵系统制热量衰减严重，无法满足电动汽车低温环境制热需求，需要额外的加热器辅助加热，因此热泵加PTC辅热的制热方式成为电动汽车冬季低温环境下乘员舱制热的主要方式。随着动力电池容量与功率的进一步提升，动力电池运行过程的热负荷也逐渐增大，传统的空冷结构无法满足动力电池的温控需求，因此液冷成为当前电池温控的主要方式。并且，由于人体所需的舒适温度和动力电池正常工作所处的温度相近，可以通过在乘员舱热泵系统中并联换热器的方式来分别满足乘员舱与动力电池制冷的需求。通过换热器以及二次冷却间接带走动力电池的热量，电动汽车整车热管理系统集成化程度有所提高。虽然集成化程度有所提升，但这一阶段的热管理系统只对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合，电池、电机余热未得到有效利用。传统热泵空调在高寒环境下制热效率低、制热量不足，制约了电动汽车的应用场景。因此，一系列提升热泵空调低温工况下性能的方法得以开发应用。通过合理增加二次换热回路，在对动力电池与电机系统进行冷却的同时，对其余热进行回收利用，以提高电动汽车在低温工况下的制热量。实验结果表明，余热回收式热泵空调与传统热泵空调相比，制热量显著提升。各热管理子系统耦合程度更深的余热回收式热泵以及集成化程度更高的整车热管理系统在特斯拉ModelY、大众ID4．CROZZ等车型上已得以应用。但当环境温度更低，且余热回收量更少时，仅通过余热回收依然无法满足低温环境下的制热量需求，仍需使用PTC加热器来弥补上述情况下制热量的不足。但随着电车整车热管理集成程度的逐渐提升，可以通过合理的增大电机发热量的方式来增加余热的回收量，从而提高热泵系统的制热量与COP，避免了PTC加热器的使用，在进一步降低热管理系统空间占用率的同时满足电动汽车在低温环境下的制热需求。除电池电机系统余热回收利用外，回风利用也是降低低温工况下热管理系统能耗的方式。研究结果表明，低温环境下，合理的回风利用措施能够在避免车窗起雾、结霜的同时使电动汽车所需制热量下降46%～62%，最大能够降低约40%的制热能耗。日本电装也开发了相应的双层回风/新风结构，能够在防起雾的同时降低30%由通风引起的热损失。这一阶段电动汽车热管理在极端条件下的环境适应能力逐渐提升，并朝着集成化、绿色化的方向发展。为进一步提高电池高功率情况下的热管理效率，降低热管理复杂程度，将制冷剂直接送入电池组内部进行换热的直冷直热式电池温控方式也是目前的一个技术方案，一种电池包与制冷剂直接换热的热管理构型。直冷技术能够提高换热效率与换热量，使电池内部获得更均匀的温度分布，减少二次回路的同时增大系统余热回收量，进而提高电池温控性能。但由于电池与制冷剂直接换热技术需要通过热泵系统的工作提高冷热量，一方面电池温控受限于热泵空调系统的启停，并对制冷剂环路的性能有一定影响，另一方面也限制了过渡季节的自然冷源利用，因此该技术仍需通进一步的研究改进与应用评估。电池液冷板行业竞争格局（一）新能源汽车电池热管理行业竞争格局从市场参与者角度来看，国内市场液冷板行业厂商主要可分为三类：①以温控零配件业务延伸的热管理头部企业（三花智控、银轮股份等）；②基于技术互通性进行业务拓展的厂商（纳百川等）；③跨界企业（科创新源等）。目前，国内市场液冷管主要生产厂商为新富科技，若未来国内更多新能源汽车厂商采用圆柱形电池技术路线，国内将发展出更多从事液冷管研发及生产的企业。国内新能源汽车电池液冷板市场呈现寡头竞争格局。2019年-2020年，国内液冷板市场大部分由传统汽车热管理集成商三花智控、纳百川及银轮股份所占据，三大厂商国内市场累计市占率单年均超过80%。2021年开始，以新富科技、科创新源、飞荣达等为代表的国内厂商逐渐切入国内液冷板领域市场且渗透率逐步提升。（二）合金线材行业竞争格局据《中国工程科学》2020年刊载的《面向2035的新材料强国战略研究》，全球新材料产业已形成三级梯队竞争格局，各国产业发展各有所长。第一梯队是美国、日本、欧洲等发达国家和地区，在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势；第二梯队是韩国、俄罗斯、中国等国家，新材料产业正处在快速发展时期；第三梯队是巴西、印度等国家。从全球看，新材料产业垄断加剧，高端材料技术壁垒日趋显现。经过几十年的发展，国内合金线材行业在原料、市场、技术、装备、产业配套能力等方面取得了长足进步，已能满足国内线材制品的绝大部分需求。我国线材制品除了满足国内市场需求还大量出口到国际市场，但存在以中低档产品为主的现象，具体可表现在进出口方面产量与价值倒挂，即出口量是进口的5倍但价值基本相当。新能源汽车热管理行业竞争格局从全球范围看电装、法雷奥、翰昂和马勒等多家零部件巨头的汽车热管理业务收入规模超过40亿欧元，它们的产品涉及冷却系统、空调系统、压缩机以及热泵系统等。从竞争格局来看，新能源车热管理领域国际巨头在空调系统领域仍将占据统治地位，在其他领域也在逐步布局。国际零部件巨头有望将他们在燃油车空调系统领域的统治优势延续到新能源车领域，以电动压缩机为例，电装、三电和翰昂占据了80%以上的市场份额。新能源汽车热管理领域竞争格局目前涉及新能源汽车热管理领域的厂商可主要分为两大阵营：一类是国际巨头，主要是传统车热管理业务的延伸，如电装、法雷奥等；另一类是零部件供应商的业务升级，随着电动化进程加快，抓住新生零部件机会，如三花智控、银轮股份等。从国际巨头的产品线来看，均为系统集成化产品，其优点是能够了提高新能源车的能量利用效率和续驶能力，国内企业则集中于单一布局（下表）。对于国际巨头来讲，主要集中于系统化的产品供应，占据中高端市场，而且布局产品较丰富，基本涉及热管理全线产品，在技术积累方面具备优势。热管理领域巨头在传统汽车热管理方面的技术及产品已相对成熟，并且进入新能源汽车热管理领域的时间较早。目前，热管理主流布局方向是绑定热管理供应商定制化方案，因此传统热管理供应商巨头凭借技术积累和客户优势，切入电动车车热管理领域。电装主要业务涉及动力系统、汽车电子及电气化系统、热管理系统（主要为空调系统及压缩机等）等，2019年业务总营收466亿美元，其中热管理系统营收占比为26．2%，占据全球热管理市场份额的26．5%。热管理系统功能复杂，推动向集成化方向发展为提高新能源汽车冬季续航，整车厂逐步提高热管理系统效率。如利用电机电控余热来实现对电池系统的加热需求