热管理行业新趋势展望分析

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1. 趋势一：热管理系统向集成化趋势发展

集成化是通过全新的设计和工艺，将以往由多个零部件分别实现的功能，集成在一个模块组件中，以实现由单个模块组件代替多个零部件的技术手段。汽车零部件行业目前集成化已日渐成为主流趋势，新能源车热管理行业也向集成化逐步靠拢。新能源汽车发展初期，各系统的热管理功能独立。乘员舱制冷采用传统空调制冷系统，而采暖则采用高压 PTC。电池包冷却采用空调制冷系统对电池内的冷却液二次换热再冷却，电池包加热则采用高压 PTC。电机冷却多采用前端散热器冷却。这样的分散式热管理系统部件众多，体积及质量大，能耗高，系统成本高，但结构简单，系统控制简单。

在电动汽车续驶和整车能耗的压力下，随着技术进步，具备更低热管理能耗、更宽工作温域、更低系统成本和更紧凑的系统结构的一体化集成热管理系统成为电动汽车的大势所趋。采用更高效的热泵空调代替 PTC 作为主要热源，并采用电机余热回收或电机发热等作为补充热源来拓展工作温域。将各系统的加热功能、冷却功能集成化，而非分散式热源。将冷却管路、控制阀、水泵、膨胀壶等辅助系统部件集成使结构更紧凑。但集成化的系统在面临不同环境，不同系统的热管理需求时，控制策略会变得更复杂。

新能源汽车集成化趋势，为车用胶管领域迎来了新的增量。胶管在新能源车热管理中主要负责冷却液的输送，是新能源汽车冷却系统的重要组成部分。随着新能源汽车热管理技术由传统的 PTC 供热，进入到热泵技术，并向整车热管理集成一体化技术发展，管路需求有明显增加。新能源汽车在热管理设计上更加总成化和模块化，这使得系统间的零部件均需要相应的管路进行连接和冷却。纯电动车管路系统所使用的管路一般为20-35 组，混合动力车的管路系统所使用的管路可达40-50 组，使用量相较传统汽车（11-16 组左右）增加了约 3 倍左右。传统汽车胶管单车用量约为20 米。对新能源汽车电池的冷却是汽车软管的最大增量，冷却管路排列在电池的下方覆盖电池整个下方，大约需要 18 米。电机在驱动与回收能量的工作过程中，定子铁芯和定子绕组在运动过程中都会产生热量，需要有效的冷却介质及冷却方式来带走热量。驱动电机的冷却软管布置在前舱中，连接各个组件，一般需要长度是 8 米，因此新能源单车管路用量约为46米。胶管的核心壁垒为技术壁垒，新能源汽车热管理对胶管工艺性能要求也更高，须具有耐超高温、抗高压、密封性、残油率等性能，这导致胶管单位价值量的提升。据川环科技投资者交流公告，大部分新能源汽车所使用的管路价值是传统燃油车的2-3 倍。

全车所有的管路系统，就单车价值而言，传统燃油车一般在200-400 元左右，纯电系统一般在 400-600 元左右，混动系统一般在 800-1000 元左右，有部分车型在设计中使用量最大的话可达到 1200 左右。以新能源车胶管部分单车价值量700 元来算，2022年全球胶管市场新增市场空间约为 76 亿元。预计 2023 年全球新能源车胶管市场增量为95亿元，2025 年约为 147 亿元。 2021 年中国胶管十强企业排名为鹏翎、川环科技、美晨、派克、康迪泰克橡胶、峻和、利德东方、LEAD-FLEX、利通科技 LETONE、SUNSONG。国内企业有望借新能源车胶管市场弯道超车，需要提高技术水平。 在集成方面，国外公司具有先发优势。特斯拉在 Model Y 车型上，提出了新型集成热管理系统，该系统为其第 4 代热管理系统，相对于第3 代热管理系统，该系统采用了热泵空调系统、低压风暖 PTC、电机、压缩机、八通阀门、控制阀、水泵、溢水壶等附件系统，实现了结构高度集成化、尺寸紧凑、系统低成本、热量充分利用等目的。该系统在集成性和系统性设计上达到了新高度，主要优势体现在热泵空调同时满足电池加热、冷却和乘员舱采暖、制冷需求。同时，取消了高压PTC，充分利用电机余热和产热、压缩机产热来为系统补热，实现了控制阀、水泵、溢水壶等附件系统的高度集成化。

国内龙头零部件厂商凭借自身优势，也正积极布局集成化热管理。银轮股份热管理集成模块包括电池冷却器总成，可以有效控制电池温度，满足常规运行及快充等各种模式下电池冷却需求，亦可作为热泵系统余热回收装置，根据客户端系统布置特点，可集成各种关联部件。银轮股份的冷却模块包括冷却风扇、高温散热器、低温散热器、中冷器、油冷器、冷凝器、减震垫、塑料框架等换热元件和附件，可根据需求自由匹配。用于冷却车辆动力总成系统、润滑系统、增压进气系统、空调系统以及电池系统，保证上述系统在合适的温度下工作。冷却模块经过优化匹配，能够以最小尺寸获得最高效率，有效降低开发、生产和物流成本。热管理零部件龙头企业三花智控同样开发出热管理集成组件。该组件通过减少制冷剂接头、管道和支架来降低成本和重量与体积，有利于整车布置以及管路设计，并且可以使各部件的性能得到良好匹配。

作为电动汽车热泵空调系统的功能部件，弗迪科技热管理集成模块把电磁阀、电子膨胀阀等通过新的装配方式和工艺进行高度模块化集成，其通过管路直接或间接外接包括压缩机、室内冷凝器等部件，在不同的工况条件下配合整个热泵空调系统，同时能实现空调制冷、空调制冷+电池冷却等 11 种功能需求，更好地服务于整车空调系统。比亚迪海豚配备了集成的热泵技术，并在刀片电池上面，采用了直冷直热技术，刀片电池上覆盖直冷直热板，以冷媒取代了传统的冷却液，直接对电池进行冷却和加热。

从组成上看，这套系统主要包括电池直冷制冷（内部直冷板）、电驱动散热（电机散热器），所以整套系统围绕制冷剂系统、冷却液系统和冷却液回路排气管。制冷剂架构复杂，电池直冷、直热，系统中有 6 个电磁阀和 3 个电子膨胀阀。这个集成的阀体主要包括电池加热、电池冷却、空气换热、水源换热、空调采暖、空调制冷。同时需要给乘员舱采暖和电池加热时，热泵空调系统开启电动压缩机，吸收高压系统余热进行冷媒直接采暖和电池加热，必要时可以开启 HVAC 总成的 PTC 风加热器。同时有乘员舱制冷及电池冷却需求时，为保证乘员舱制冷及电池包的充电工作状态，防止充电时电池温度过高，限制其充电功率，利用热泵空调系统对电池包及成员舱进行冷媒直接冷却。

华为 TMS 集成式热管理系统对热管理系统进行一体化设计。华为推出业界集成度最高的智能汽车热管理解决方案，通过回收余热提高热量综合利用率，并且能够精细化控制车内温度分布。整个系统将部件高度集成化，压缩机、PTC 等12 个部件集成，实现管路数量降低 40%，装配工作量降低 60%。空调系统运用极简架构设计实现-18°C超低温热泵，使用环境范围将更加广泛。目前搭载华为 TMS 的车型为阿维塔11，已于2022年8月上市。

2. 趋势二：技术赋能，二氧化碳热泵大有可为

热泵空调取代 PTC，已成为新能源汽车标配。热泵空调系统按照制冷剂不同可分为R134a、R1234yf 和 R744（CO2 二氧化碳）等几种类型：R134a 型热泵是目前最常见的热泵，目前各种电动汽车的零部件设计、生产售后及维护大多依据 R134a 制冷剂物理性能设计。由于温室效应潜能值（GWP）高达1430，不环保，因此欧盟、美国分别决定自 2017 年、2020 年起不再允许采用该制冷剂的车辆销售，欧盟规定未来使用的制冷剂 GWP 必须小于 150。R134a 制冷剂必将退出历史舞台。R1234yf是新型冷媒，GWP为1，较为环保，但存在专利壁垒，且冬季性能较差。R1234yf与 R134a 有很多相似的参数，可直接将 R1234yf 灌注到原空调系统中工作，减少了研发制造成本。然而 R1234yf 被杜邦和霍尼韦尔公司专利垄断，短期内普及存在困难。并且R1234yf 冬季性能较差，在-5 度以下，R1234yf 制热效果有限。因此R1234yf不是最佳技术路线。 R744（二氧化碳）是最好的替代品之一。R744 的 GWP 为1、安全等级为A1，环保且安全。R744 制热性能好，即使在-20℃下运行，COP 也能达到2，明显高于R134a。但是由于 R744 沸点较低，制冷系统在工作时需要高压力，增加了新的研发制造成本。考虑到环保趋严以及热效率的差距，CO2 热泵路线有望成为主流。

CO2 热泵价值量较普通热泵大幅提升。CO2 热泵需要整个系统有较强的抗高压和高温性能，因此对零部件抗压要求高。二氧化碳热泵系统高压出口的极限压力为18MPa，温度为 180℃；而传统制冷剂 R134a 制冷系统的高压出口压力仅为1MPa，温度为80℃。因此 CO2 热泵对压缩机、管路和阀类等的抗高压、高温能力要求严格，同时需要压力传感器监测系统压力。此外，CO2 易与管路材料等发生反应，技术难度加大。因此CO2冷媒对制冷空调系统的设计和制造提出了较高要求。 含 CO2 热泵的热管理系统单车价值量接近万元。传统燃油车空调系统单车价值量约为 2250 元，配备 R134a 热泵的热管理系统单车价值量约为6860 元，而配备CO2热泵的单车价值量约为 9600 元，比 R134a 空调增加约 2700 元。价值量的增加主要体现在电动压缩机、空调管路、传感器和阀类等产品。随着热泵系统的推广以及技术改进，预计未来热泵系统价格将大幅降低。

国内厂商纷纷布局 CO2 热泵市场。三花智控已经在欧洲部分车型上实现CO2热泵配套,包括 CO2 电子膨胀阀、CO2 截止阀/单向阀/调节阀、四通阀、气液分离器等。克来机电致力于研究二氧化碳高压管路系统（冷媒导管），目前已通过大众 MEB 的实验认证，并进入预批量生产供货阶段。