汽车热管理系统专题报告：整车守门员，新能源启增量

一、热管理需求催生热管理系统

无论对于燃油车型还是新能源车型，热管理的作用都可以归纳为通过不同形式的热交换对整车的不同部分 进行温域控制、形成合理温度场，以主导/协助满足整车安全性、经济性和乘员舒适性等需求。

温度场的形成和变化有赖于热的三种交换机理：传导、对流和辐射。其中，热传导对应直接接触的物体物 质微元运动速度的均一化；对流对应流体内部物质微元的宏观运动与速度均一化；辐射对应绝对温度引起的电 磁波发射。三者的客观效果均为热量从高温物体/部分向低温物体/部分转移。

1、热管理对整车安全和用能经济性重要性强

对燃油汽车而言，发动机处于工作状态时是核心产热部件。其不同工况下的温度场分布直接影响整车热效 率和工作寿命。

除发动机本身外，和发动机临近、有显著热交换关系的排气歧管、涡轮增压器等动力系统零部件的相应受 热程度较高，如超过设计上限则零部件寿命、强度、配合间隙等多因素可能受到影响。故除选择耐热程度更高 的材料体系外，也需热管理零部件保证相应工作温度不超过设计上限；部分减排零部件也有较精确工作温度范 围需求。

燃油车辆的发动机及附属系统在适宜温度下工作有利于保证热效率、实现较高的燃油经济性。

另外，车内汽车电子器件、管路和线束等含高分子基材零部件也可能受到产热部件的热辐射影响，相应工 作温度也需要得到保证。

对新能源汽车而言，动力电池单体对工作温域的要求更苛刻。

在较高的实际温度下使用或存放直接影响动力电池的使用寿命。

较高温度下使用和存放对电池寿命的影响多因为电解液和正极副反应加剧，正极元素溶出增加，正极表面 形貌劣化、惰性相形成等。

较高温度下使用或存放对动力电池寿命的影响既包括可部分缓解的动力学因素，也包括无法有效缓解的热 力学因素。进行有效温控是事实上合理的工程技术选择。

温度过高意味着动力电池的热滥用，可能诱发电池正极产氧、隔膜热收缩、电解液稳定性下降等不良后果， 最终引发电池起火等重大安全事故；另外，由内短路引发的动力电池热失控也收到散热条件的影响。

除了过热之外，环境温度偏低也阻碍了动力电池性能的正常发挥：可用能量衰减、离子电导下降、极化内 阻增加等因素降低续航里程、增加百公里电耗，严重影响新能源汽车的驾驶体验；低温下充电更易造成负极析 锂，造成安全隐患。所以，动力电池及对应新能源汽车对加热、制冷两方面热调节都有迫切的实际需求，以提 高安全性、延长使用寿命。

除动力电池外，新能源汽车的电机、电控系统等同样有产热、散热需求。如永磁同步电机中的永磁体在高 温工作时不同程度存在不可逆退磁现象，影响功率扭矩输出等。故电机、电控系统的相应工作温度也需要热管 理加以保证。

2、热管理影响乘员舱温度和乘员舒适程度

乘员舱的物理尺寸和温度分布严重影响驾驶、乘坐体验。通常情况下，不同季节时人对体感温度的可接受 区间有合适范围。行车环境下增减衣物调节空间有限，通过空调等手段进行乘员舱热管理重要性进一步增加； 另外，较低温度行车可能也面临挡风玻璃结露、凝霜等情况阻碍视线，同样需要热管理系统进行除霜除雾。

除乘员舱体感温度均值外，不同身体区域的体感温度还应尽量接近，且环境温度变化时热管理系统的温度 调节速率也影响驾驶体验。如某造车新势力产品受限于整车带电量建议冬天乘员仅使用座椅加热功能而不开空 调，实际上恶化了用户体验。

综上所述，整车不同位置的温度分布影响安全性、经济性和乘员舒适性；热管理对整车而言作用关键。

二、热管理系统，各司其职

1、发动机热管理、三电热管理、空调系统按需配置

汽车热管理系统是汽车上用于调节零部件工作温度环境和座舱温度环境的零部件的集合。

热管理系统所采用的零部件包括各类泵、阀、工质容器、热交换器、压缩机、管路、散热器等，分别按需 应用于发动机及附属系统、以动力电池为首的三电系统、空调系统。

传统车辆方面，燃油车辆需要发动机及附属系统热管理、空调热管理。

新能源汽车方面，纯电动车辆需要三电系统热管理、空调热管理；插混车辆同时需要发动机及附属系统热 管理、三电系统热管理和空调热管理。

2、发动机及附属系统的热管理

发动机及附属系统的热管理目的是对发动机、变速箱、增压系统、起减排作用的排气再循环（EGR）等部 分进行温度控制。

发动机热管理子系统一般由散热器、冷却风扇、节温器、水泵（自然吸气可用机械泵，涡轮增压需用电子 泵）、膨胀水箱（或储液罐）、冷却液管路、气缸体和气缸盖中的水套及其他附属装置等组成。当发动机温度较 低时，冷却液只在发动机内部循环，而不通过冷却器散热，以便发动机快速升温达到工作温度。冷却液只在发 动机内部循环辅助发动机均衡受热的工作状态称为小循环（冷车循环）。当发动机温度较高时，起发动机冷却液 控制作用的节温器打开，使得原本只在发动机内部循环的冷却系统与发动机外部的冷却系统相通。此时发动机 内部的高温冷却液会流经水箱，经风扇散热降温后再进入吸热工况保证发动机正常工作。这种冷却液在冷却器 和发动机之间不断循环流动均衡降温的工作状态称为大循环（正常循环） 。

变速箱多通过油泵循环润滑油、油冷器吸收交换润滑油热量并与外界换热实现冷却效果。

增压中冷、EGR 冷却器等的原理也类似，通过不同类型的工质循环换热实现冷却效果。

3、三电系统的热管理

新能源汽车和传统燃油车的本质区别就是电池、电机、电控组成的三电系统和动力电池的温度控制是三电 系统热管理的核心。根据工质的不同类型，动力电池包的冷却（温控）主要包括自然冷却、风冷、液冷、直冷、 相变材料冷却（研究中）等。主要的零部件是电池冷却器、电子膨胀阀、电子水泵等。

自然冷却不借助工质，单纯依靠外界环境进行电池包冷却。风冷包括被动风冷和主动风冷：被动风冷通常 直接使用外部空气/乘员舱空气作为工质；主动风冷则是对外部空气进行空调预热或预冷后再进入电池系统和电 池包热交换。

自然冷却、风冷的系统结构简单、成本低，但控温效果（规模、均匀性）有限，对大电池包的适应性相对 较弱。

液冷是纯电动车型的主要电池热管理技术手段：电池包内附带相对独立的水-乙二醇工质回路，当电池温度 和室温接近或稍高时由低温散热器进行电池包冷却（风扇吹冷却管路的冷却液）；当电池温度较高时空调制冷剂回路介入工作，和电池冷却器进行热交换以实现较高的散热效果；另外回路上还有 PTC 可加热工质以实现电池 包的预热需求。总体而言液冷是大多数纯电动车型的最佳选择。

相变材料冷却利用相变温度和电池工作温度接近的相变材料作为冷源，相变过程中吸热原理上可以保证电 池在较长时间内维持恒温。

纯电动车辆驱动电机、电控、车载充电机等高压组件（除动力电池外）的冷却系统主要依靠水泵带动冷却 液在冷却管道中循环流动，通过在散热器的热交换过程，由冷却液带走电机、电控、车载充电机等产生的热量。 为使散热器热量释放更高效，通常需要散热器后方设置风扇。

插混车辆需同时冷却发动机和高压系统，故高压组件需要单独的冷却回路。

4、空调系统

空调系统需要同时具备制冷和制热功能。其主要零部件包括压缩机（机械式、电动式）、冷凝器、蒸发器、 膨胀阀、贮液干燥器、管路、风道、空调箱总成及控制系统等。

燃油车辆、新能源车辆空调系统在制冷循环的工作原理相同：高温高压的制冷剂（工质）气体从压缩机排 出后，经排气管进入车外热交换器（冷凝器）。冷却风扇送风冷却制冷剂，将制冷剂中的大量热量散发到车厢外 的空气中。散热后的制冷剂冷凝成高压中温的制冷剂液体，然后进入起吸湿和过滤作用的储液干燥器中，再接 着经膨胀阀到达车内热交换器（蒸发器）。这时制冷剂为低温、低压液体（含部分气相），极易通过蒸发器吸收 车厢内的热量后气化并回到压缩机。在一个标准循环过程中，工质温度、压力、物相实现循环，压缩机耗电做 功，车厢得到冷却，外界环境同步吸热。

燃油车辆、新能源车辆在制热方面的原理有所不同。

燃油车辆发动机热效率上限仅约 40%，工作过程中有大量余热产生。所以其空调备有暖风热交换器，可吸 收发动机冷却水的热量并为乘员舱供暖。此过程无需额外耗能。

新能源车辆无发动机余热供利用，故为乘员舱加热需要额外的热源。相应的新能源汽车空调也分为 PTC 制 热空调和热泵空调两种。

PTC 空调基本结构和燃油车辆空调类似，但其制热的核心零部件是 PTC（Positive Temperature Coefficient） ——正温度系数热敏电阻。PTC 具有恒温加热特性，该温度只与 PTC 热敏电阻的居里温度和外加电压有关,而与 环境温度相关性很小。PTC 加热元件无明火、热转换率高、自然寿命长，但其热转换率有理论上限 100%，对新能源汽车而言开启 PTC 空调制热则意味着电耗大幅增加，影响整车续航，影响幅度通常可达 30%-40%工况续航。

热泵空调的基本结构则比燃油车辆空调、使用单一 PTC 加热的新能源汽车空调复杂，其复杂度体现在需要 四通阀和更复杂的管路系统实现工质运行方向可逆的特点。热泵空调在制热状态下，低温低压的工质气体经压 缩机压缩为高温高压气体，通过四通阀流入车内热交换器（冷凝器），对车内放热后冷凝至液相。工质液体经膨 胀阀降压，再经由车外热交换器（蒸发器）吸热全部蒸发为气相，再次通过四通阀进入压缩机。在一个标准循 环过程中，工质温度、压力、物相实现循环，压缩机耗电做功，车厢得到加热，外界环境同步放热。部分热泵 空调也配备 PTC 辅热。

热泵空调制热，在外界环境非极低温度的条件下，可以实现大大高于 1（通常在 2 或以上）的热电比。如荣威 Ei5 采用的热泵空调在室外-7 度、乘员舱内 20 度环境下可比使用 PTC 空调增加续航约 15km，缓解用户的 “里程焦虑”现象。

5、全局热管理：统筹控温，精巧高效

前述热管理系统的管理对象为整车的特定子系统，对热的管控也是分立的。如从整车全局出发，进行综合 热管理与冷热平衡，可能进一步提高效率。

大陆集团发布于2018年9月的热管理系统配套方案即将整车各种热循环系统进行整合，通过无极调节水泵、 多向阀等的合理搭配组建了综合热管理系统。

该系统对热的管控效率高，如可在冬季回收刹车、电机运转等产生的废热以加热动力电池包等。大陆集团 宣称，搭载其热管理技术之后，在相同的-10 度低温下，电动汽车的续航能力能够提高 25%左右。

马勒集团的热泵空调-综合热管理系统也有类似的效果。在冬季 0 度室外环境下，通过热泵空调以及热管理 系统对电机和电力电子元件散发的余热的有效利用，测试车型相比于对比车型完成从斯图加特到慕尼黑的 235km 行驶里程，电耗为 44%：57%，相当于节电 20%以上。

三、新能源汽车提供价值增量，热管理待一飞冲天

1、新能源汽车销量增速总体迅猛，纯电动乘用车主体地位确立

新能源汽车销量高增速、占比提升是我国汽车产业发展的主旋律。新能源汽车产业是国家战略性产业，兼 具能源安全、技术超车、消费升级、环境保护等作用。2018 年，我国新能源汽车销量逾 120 万辆，约为 2015 年的 4 倍，占全球份额的约 50%。

新能源汽车内部，乘用车的销量增幅明显。2018 年纯电动乘用车销量增速近 70%，插混乘用车销量增速近 140%。

销量结构方面，纯电动、插电混动乘用车占比逐渐提升，2018 年二者之和超过新能源汽车总销量的 80%。

2019 年 1-6 月，新能源乘用车销量累计达 57.50 万辆，同比增长 65%。其中 1-3 月补贴政策延续 2018 年， 同比去年高增速；4-5 月补贴过渡期，销量增速放缓；6 月抢装行情，销量增速重新走高；7 月、8 月增速同比 有相当降幅，但全年预计仍将有 130 万辆新能源乘用车销量。

销量结构部分，纯电动占比提升至约 80%，是销量增速上行的主要驱动力。

另外，2019 年上半年，我国新能源乘用车销量的全球占比超过 50%，处于历史最高水平。

2、补贴逐步退坡“双积分”征求意见，新能源汽车长期规模有保证

截至目前，补贴政策是我国新能源汽车从无到有的关键政策保障。同时，补贴政策也处在退坡调整过程中， 对新能源汽车主体纯电动乘用车而言同步经历了工况续航调整、电池系统能量密度提升、百公里电耗加严过程。

工况续航方面，从补贴政策开展初期的百公里即可获得补贴，到 2019 年的 250km 才可获得补贴；电池系 统能量密度方面，从约 100Wh/kg 即可满足标准，到 2019 年的 160Wh/kg 顶格 1 倍调整系数。以历史经验来看， 工况续航、电池系统能量密度等具备长期关键性。

补贴退坡后，我国新能源汽车长期扶持的方法是“双积分”政策，以新能源汽车取得新能源积分（NEV 积 分），需满足最低标准，可弥补燃油负分（CAFC 积分），可摊薄油耗。现行“双积分”政策实行至 2020 年底， 2021-2023 年“双积分”政策（《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》修正案）已开始 征求意见。

“双积分”修正案对 CAFC 积分进行了相当幅度的调整。关键点涉及汽车定义变更，工况调整与油耗目标、 达标值更新，小规模、“快速进步”核算优惠等。

汽车定义方面，“双积分”修正案所称的传统能源乘用车，是指除新能源汽车以外的，能够燃用汽油、 柴油、气体燃料或者醇醚燃料等的乘用车（含非插电式混合动力乘用车）。传统能源乘用车通过非插电、“燃用” 的化学能-内能转变唯一途径核心特征得以精确界定。

工况调整与油耗目标、达标值更新方面，将测试工况统一更新为 WLTP 工况，同时根据整车整备质量调整 燃料消耗量目标值和达标值。调整后测试工况与实际路况燃油消耗量更加贴近，此外也和国六排放标准全面接 轨。另外，新能源汽车在油耗积分方面的摊薄能力逐年降低，从 2020 年的 2 倍调整为 2021 年的 2 倍、1.8 倍、 1.6 倍。

小规模、“快速进步”奖励方面，对核算年度生产量、进口量较低的企业，对年均油耗降低较多的企业，放 宽燃料消耗量达标值要求。

“双积分”修正案对 NEV 积分也进行了相当幅度的调整。关键点涉及单车积分计算方式、企业积分比例要 求、新能源积分方面的“油电联动”、新能源汽车积分结转等。

单车积分计算方式方面，纯电动整车积分由在 CLTC 工况下的续航里程决定基准值，上限相比 2019-2020 年计算方式降低约 1/3；整车电耗不达标可获 0.5 倍调整，达标后随电耗降低调整系数增加，上限 1.5 倍。插混 乘用车积分基准值上限相比 2019-2020 年计算方式降低约 1/5，但油耗、电耗一项不达标调整系数即修改为 0.5 倍。总体而言，纯电动、插电混动乘用车的积分授予更加严格；得分易，满分难。另外，燃料电池乘用车的积 分上限有 20%提升。

企业积分比例方面，在 2020 年的 12%基础上，2021-2023 年积分比例分别调整为 14%、16%、18%，结合 单车积分的降低，对新能源乘用车的保有量有了更强的扶持作用。

“油电联动”方面，对综合工况燃料消耗量低于政策要求的燃油乘用车在核算积分时按数量 0.5 倍计算（最 新征求意见版本）。亦即低油耗乘用车背负的新能源“配额”大幅降低。

新能源积分结转方面，2020 年后新能源积分跨年度结转比例为 50%。

“双积分”修正案体现了国家对传统燃油乘用车和各类新能源汽车的共同指引：节能。燃油乘用车油耗低， 则 CAFC 负积分低甚至为零，并有减少新能源汽车生产比例的优势；纯电动乘用车电耗低，则积分调整系数增加， 单车积分总额增加；插电混动乘用车油耗、电耗双低，则积分可获取值也较高。

“双积分”修正案如和最终版本一致，则起到促进企业产品技术升级的作用，燃油、新能源车型技术进步 是大势所趋。基于节能降耗的基本考虑，燃油车型优化各类机内技术，采用阿特金森发动机，降低风阻滚阻， 以各类混合动力技术优化工况油耗等的重要性增加；纯电动车型优化三电系统效率，降低风阻滚阻，优化传动 系效率的重要性增加；插混乘用车则需兼顾两者，动力构型的选择和技术优化重要性均有所提升。

“双积分”修正案如和最终版本一致，则保证了新能源汽车的基本数量增幅。我们估计，在“双积分”修 正案的要求下 2023 年我国新能源乘用车产量约 300 万辆。

综上，政策引导对纯电动乘用车的工况续航提升、电耗下降具促进作用；对插混乘用车的电耗、油耗双降 均具促进作用。

3、纯电动乘用车长续航、高能量密度化进行时

2019 年以来，我国纯电动乘用车车型结构调整，A 级车占比大幅提升至 50%以上，相比于 2017、2018 年 向好趋势明显。

具体到车型销量排名，2019 年上半年销量排名前十的新能源乘用车中，比亚迪元 EV、北汽 EU、比亚迪 e5、 吉利帝豪 EV、上汽荣威 Ei5 等 A0/A 级车型的工况续航均达 400km；奇瑞 eQ、长城欧拉 R1、江淮 IEV6E 等车 型虽然定位偏低属 A00 级，但工况续航也超过了 300km。（相对）长续航几乎成为了爆款纯电动乘用车的必要 条件。

从《新能源汽车推广应用推荐车型目录》来看，工况续航、电池系统能量密度两项指标也呈递增趋势；2019 年，工况续航在 500km 以上车型，电池系统能量密度在 170Wh/kg 以上三元锂车型、在 140Wh/kg 以上铁锂车 型逐步增加。说明车型储备方面长续航、高能量密度趋势持续。

4、热管理重要性提升，真增量市场待逐步开启

整车工况续航的提升，主要途径包括开源、节流。开源指增加带电量，节流指降低百公里电耗，二者并行 不悖。以纯电动乘用车补贴基数、调整系数对应的技术指标论，工况续航、电池系统能量密度和百公里电耗（和 整备质量对应）均重要，“开源”直接间接占 2 项，是主要手段。

以“开源”方式提升整车工况续航，具体手段有提高电池单体（及系统）能量密度、增大电池单体/电池包 的质量/体积等。

电池能量密度的提升主要依赖于此前的三元替代铁锂和进行中的三元高镍化。随着电池能量密度的提升， 正极化学活性同步增强，热稳定性逐步劣化。以正极热稳定性为例，高镍三元材料 NCM811 的热稳定温度上限 相比于 NCM523 下降约 60 度至 240 度。电极体材料层面热稳定性的劣化属于材料本征范畴，难以通过传统材 料改性等方式取得根本性改善。

电池单体、电池包层面的体积、质量增大带来带电量的提升，但是也意味着内部传热路径显著增长。在导 热系数一定、产热速率一定的条件下，电池温度均值和不均匀性均显著增加。另外，实际上更多的电池材料也 意味着电池单体、电池包层面的微观不均匀性增加。

另外，电池快充性能的提升会大幅改善用户体验，但在给定电压条件下的高倍率充放电也会造成电池温度 均值和不均匀性的增加。

2019 年以来，多起新能源汽车起火事故让新能源汽车安全性问题受到更多的公众关注。如上海一辆特斯拉 Model S 地下车库内自燃，西安一辆蔚来 ES8 维修时突然起火等。

新能源汽车安全性也受到了国家层面的极度重视。工信部《新能源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》编 制工作重点为坚持发展新能源汽车方向不动摇，高度重视安全问题，强化创新驱动和加强人才队伍建设，安全 问题位居大方向之后的次关键位置，甚至超越了创新驱动和人才队伍建设。《关于开展新能源汽车安全隐患排查 工作的通知》则从车车辆安全排查、企业监控平台构建、燃烧事故上报和信息归档等各方面出发，结合取消产 品公告、将问题产品剔除出推广目录等强硬政策手段，绘制出了新能源汽车安全性的制度蓝图。

新能源汽车成本方面，虽然 BOM 成本难于和油车相抗衡，但是使用寿命的逐步延长可使新能源汽车依靠 更低的用能成本在部分场景（油价取 95 号汽油价格 7 元/L，电价取接近一般工商业电价的 1.2 元/kWh，年行驶 10000 公里，生命周期 12 年）实现对燃油车型的经济竞争力。

综上所述，长续航里程、高电池系统能量密度、快充等新能源汽车产品发展趋势的代价就是电池材料、单 体和电池包对温控要求（温度均值-温度范围要求）的提高。除底层材料层面进一步优化改进外，以热管理系统 进行宏观层面的有效温控，保证具备长续航里程的新能源汽车的安全性和使用寿命可接受是新能源汽车发展趋势下的红线和生命线。只要动力电池使用过程中还产生焦耳热，只要更强的氧化剂和还原剂还在成为电池活性 材料的潜在候选者，只要用户对新能源汽车还有续航里程、快充能力和动力性的高需求，新能源汽车产业中热 管理系统的关键地位就会得到保持甚至强化。

新能源汽车对热管理系统的高要求使得电子水泵、膨胀阀、电池冷却器、热泵空调等零部件的高价值量具 备了应用基础；补贴退坡、全生命周期平价等又对成本控制产生了较高要求。以 2020 年我国新能源乘用车销量 160 万辆，2025 年 420 万辆，2030 年 1000 万辆，单车平均热管理系统价值量（对不同类型车型进行统计平均） 6000 元估算，单车价值量超过燃油乘用车 1 倍；对应市场空间分别为 96 亿元、252 亿元、600 亿元；考虑规模 效应等导致的成本下降后，仍有可观的市场空间。

四、相关上市公司：面对国际巨头，自主待突破

1、国际巨头寡头垄断

全球范围内的热管理零部件/系统供应商包括日本电装（主要客户丰田、本田、日产、奥迪、宝马等）、法 国法雷奥（主要客户奔驰、奥迪、宝马、福特、通用等）、德国马勒（主要客户奔驰、奥迪、宝马等）、韩国翰 昂（主要客户现代、福特、通用等）。

前三者为综合型零部件巨头，翰昂专门提供热管理解决方案；四家公司均名列 2019 年汽车零部件国际排名 前 50，2018 年市场份额合计达全球的 55%；国际巨头拥有热泵空调等附加值较高的热管理系统产品，在综合热 管理技术方面也处于领先地位。

2、自主企业待逐步突破

我国热管理部件供应商主要包括三花智控、银轮股份、松芝股份、奥特佳、飞龙股份等。自主企业主要为 自主乘用车、商用车进行配套，也有部分零部件进入全球供应链。自主企业在综合技术实力方面不及国际巨头， 在成本方面不同程度占有一定优势。

自主企业多处在产品品类拓展、从零件向部件、系统供应转变的过程中；客户开发、技术同步开发能力重 要性不断提升。鉴于新能源汽车市场空间巨大、市场格局未定，对整车厂进行新能源汽车进行热管理零部件/系 统配套前景广阔；国六标准推行导致 EGR 冷却器等渗透率提升也能贡献部分增量，自主热管理企业有望迎来发 展良机。

（报告来源：中信建设证券）

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）