新能源汽车热管理行业专题报告——主被动协同助力行业发展
新能源汽车在主动和被动两方面加强对电池的热管理。主动管理是热泵系统中冷却水回路对三电系统进行冷却/加热,通过系统主动控制进行调节;被动管理主要起导热/隔热、阻燃等作用,通过材料的选择对热量的传输进行控制。电池能量密度提升叠加更高安全性的要求,热管理有望迎来高速增长。
热泵系统集成度提升,自主产业链优势显著。在特斯拉八通阀集成化的带动下,华为、比亚迪等跟进,热泵集成度和冷却回路的效率大幅提升。电动车时代,新进整车厂自研能力强,技术自主创新,摆脱传统的tier1供应模式,积极引入国内自主优秀企业。国内企业在系统设计和制造、以及重要部件(如八通阀、液冷板、水泵、胶管等)均具有明显优势。
液冷板和胶管价值量有望提升。目前大部分液冷板位于电池包下方,为达到更好的冷却效果,未来可将液冷板安装于电芯之间,使用量和技术难度均有所提升,单车价值量有翻倍潜力,液冷板和铝热传输材料或将受益;冷却回路的管路以胶管和尼龙管为主,电动车单车需求量大于燃油车,自主企业将加速国产替代。
被动热管理——防火隔热材料。为了防止让电池单体自燃扩散至整个动力电池包,一般厂商通过控制影响(如隔热)和保持温度(如泄压、散热)两方面来解决。目前三元电池系统中主要在采用的防火隔热材料主要有气凝胶、隔离板、隔热泡棉、热陶瓷。受益CTP电池工艺放量,导热/结构胶领域市场空间广阔,据我们测算,搭载CTP电池的汽车中导热胶/结构胶的单车价值量有望从传统工业的200-300元/辆上升至800~1000元/辆,我们预计至2025年全球新能源汽车销量达到2200万辆,动力电池用胶有望达到200亿市场空间。
01、新能源车热管理难度提升,热泵系统自主可控
汽车热管理:空调+动力总成热管理
燃油车热管理:
1)空调;2)发动机冷却;3)变速箱冷却。
电动车热管理:
1)空调;2)电池冷却及加热;3)电机电控冷却。如果是PHEV车型,则是燃油车+纯电车的集成。
技术原理差异:电动车更加复杂
燃油车热管理:
1)乘员舱制冷——空调冷媒;2)乘员舱制热——发动机余热;2)发动机冷却——冷却水;3)变速箱 冷却——冷却油。
电动车热管理:
1)乘员舱制冷——空调冷媒;2)乘员舱制热——PTC或空调制热(热泵);3)动力电池冷却——冷却 水;4)动力电池加热——PTC或电机余热;5)电机冷却——水冷/油冷。
电池快充对热管理提出更高的要求
快充下电池发热量增大,对热管理需求提升。快充时需要对电芯提前加热,但温度太高会加剧电芯的老化,因此需要热 管理系统保证电芯处于合理温度范围内。
液冷是动力电池主要冷却方式
液冷是动力电池冷却的主流技术,其冷却速度更快、换热系数更高。相比其他两种冷却方式,液冷式能够更快更高效地 进行冷却,并且体积变化小,可以最低限度影响电池的正常使用,提高电池的使用寿命。但是液冷式对密封要求高、结 构较为复杂,因此成本较高,下一步的降本提效尤为重要。液冷方式主要以液冷板的形式放置于两电芯之间。
宁德时代麒麟电池对热管理需求提升
宁德时代麒麟电池提升液冷板需求量。首席科学家吴凯在2022世界动力电池大会——“云上宜宾”高端对话活动上表示, 麒麟电池在两块电芯的中间加装液冷板,使相邻两块电芯的热传导降低、提升安全性。传统电池液冷板采用整板结构,置 于电池组下方,麒麟电池采用的全新布局方式将大幅提升单车液冷板用量。
热泵空调逐步取代纯PTC,提升续航里程
热泵比PTC能耗更低,提升电动车续航里程。PTC加热采用PTC加热丝将电力转化为热量,再由鼓风机将热风送进乘员舱, 低温制热效果好,但电能消耗高。热泵加热通过冷媒在车外通过换热器吸热,并将热量带入车内的方式给车内供暖,相比于PTC加热方式,电能消耗低,可大幅提升电动车续航里程,但其在低温环境下制热效果较差。
热泵空调逐步取代纯PTC,续航里程提升14%
热泵比PTC能耗更低,提升电动车续航里程。以Model3为例,相比于PTC加热方式,热泵空调的百公里平均电耗降低2.2- 2.5kwh,假设电池容量为50kWh,可增加约35km的续航里程,提升幅度为14%。
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