新能源汽車的發(fā)展，近年來在全球范圍內(nèi)愈發(fā)地被重視。新能源汽車的發(fā)展，有望解決傳統(tǒng)燃油車帶來的環(huán)境污染問題。新能源車和傳統(tǒng)燃油車最大的不同在于動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致熱管理及空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生巨大變化。傳統(tǒng)國外熱管理龍頭電裝、法雷奧、翰昂、馬勒四家龍頭企業(yè)占據(jù)全球市場一半以上的份額，具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。而在當(dāng)前這輪汽車電動(dòng)化浪潮中，既有的汽車熱管理空調(diào)競爭格局已有松動(dòng)跡象，國內(nèi)企業(yè)存在彎道超車的可能性。（1） 熱泵空調(diào)在新能源車領(lǐng)域已成為未來發(fā)展趨勢，但是值得注意的是，二氧化碳作為制冷劑，具備高環(huán)保、低價(jià)、高制熱能效的特點(diǎn)，未來有望在新能源汽車上取得全面普及。此篇報(bào)告我們重點(diǎn)闡述了二氧化碳空調(diào)在技術(shù)方面的優(yōu)勢，并介紹部分國內(nèi)企業(yè)在這方面的布局。二氧化碳制冷劑全面高壓的系統(tǒng)環(huán)境對系統(tǒng)管路提出更高要求，國內(nèi)企業(yè)克來機(jī)電由于從事發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油分配管產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，因此拓展出新產(chǎn)品二氧化碳管路，并在 2020 年正式推出。三花智控全方位布局新能源熱管理領(lǐng)域，目前已經(jīng)形成二氧化碳產(chǎn)品解決方案。（2） 此篇報(bào)告重點(diǎn)提示了我國新能源汽車熱泵空調(diào)行業(yè)上的投資機(jī)遇。新能源車空調(diào)系統(tǒng)單車價(jià)值量對比傳統(tǒng)燃油車大幅提升，單車價(jià)值量約為 7000~8000 元（若使用熱泵空調(diào)則為 10000 元左右），較傳統(tǒng)燃油車提升約 1 倍。其中，新能源車的空調(diào)系統(tǒng)（傳統(tǒng)冷媒）單車價(jià)值量約為 3950 元，較傳統(tǒng)燃油車的單車價(jià)值量 1610 元，也得到大幅提升。2025 年我國新能源汽車滲透率目標(biāo)為 25%。我們以此測算，2025 年國內(nèi)新能源車銷量有望達(dá)到 710 萬的規(guī)模，對應(yīng)熱管理系統(tǒng)的空間約為 500 億元，其中空調(diào)系統(tǒng)的空間約為 280 億元。未來伴隨著二氧化碳熱泵技術(shù)普及，空調(diào)系統(tǒng)空間有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。1、新能源車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展概況
1.1 、空調(diào)系統(tǒng)在熱管理系統(tǒng)中起著重要作用狹義汽車熱管理是指：對所有車載熱源系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理和優(yōu)化；廣義汽車熱管理系統(tǒng)還包括空調(diào)系統(tǒng)。熱管理在汽車節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適性等方面具有重要作用。對于傳統(tǒng)汽車，其熱管理系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙空氣流動(dòng)系統(tǒng)以及駕駛室的空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)等。具體涉及冷卻介質(zhì)、熱交換器、風(fēng)扇、泵、底盤空氣流通、傳感器等。對于新能源車汽車，其熱管理系統(tǒng)包括空調(diào)系統(tǒng)，除此還包括電池?zé)峁芾怼㈦姍C(jī)電控?zé)峁芾砑捌渌O(shè)備的冷卻。新能源車和傳統(tǒng)燃油車最大的不同在于動(dòng)力系統(tǒng)，前者是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，后者是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
新能源汽車的熱管理系統(tǒng)與燃油車區(qū)別主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：
1、傳統(tǒng)燃油車熱管理系統(tǒng)是圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)建的（發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，座艙制暖來源于發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱）。沒有發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)只部分時(shí)間工作要求空調(diào)壓縮機(jī)和水泵電動(dòng)化，并且需要采用其他方式（PTC 或熱泵）為座艙制暖；2、新能源汽車的動(dòng)力電池需要精細(xì)的散熱和加熱管理。相比于燃油車，新能源汽車新增動(dòng)力電池?zé)峁芾砘芈罚ㄔ黾?chiller、電池冷卻水板、閥件、PTC 等）。1.2 、新能源車空調(diào)電能驅(qū)動(dòng)，制熱方案為PTC、熱泵模式
新能源車空調(diào)系統(tǒng)由電能驅(qū)動(dòng)。對于新能源汽車（特別是純電動(dòng)汽車）， 既沒有發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力源，也沒有發(fā)動(dòng)機(jī)余熱可以利用達(dá)到取暖、除霜的效果。通常來講，新能源車空調(diào)系統(tǒng)的冷源、熱源和其他能源都來自電池。汽車空調(diào)直接影響駕駛舒適性，對于新能源汽車來講，還影響其續(xù)航里程。根據(jù) ANL 對Nissan Leaf 的測試，在高速公路循環(huán)路況下，當(dāng)外界溫度為 20F（-6.7℃）時(shí)，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度至 72F（22.2℃），車輛續(xù)航里程與不開空調(diào)時(shí)相比下降 30%；當(dāng)外界溫度為 95F（35℃）時(shí)，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度至72F（22.2℃），車輛續(xù)航里程與不開空調(diào)時(shí)相比下降 4%。
目前空調(diào)系統(tǒng)制熱方案包括 PTC 和熱泵模式等。目前市場上主流的新能源車空調(diào)系統(tǒng)中，（1）制冷方案：基本都采用電動(dòng)壓縮制冷方式，如福克斯新能源車空調(diào)系統(tǒng)的制冷采用的是“壓縮機(jī)-冷凝器-膨脹閥-蒸發(fā)器”的制冷循環(huán)；（2）制熱方案：主要包括PTC（液體/空氣）和熱泵系統(tǒng)等，如福克斯新能源車在溫度較低或車輛起動(dòng)時(shí)采用 PTC 加熱方案，電機(jī)溫度達(dá)到一定數(shù)值后采用電機(jī)余熱方案，特斯拉 Model-X 制熱模式采用空氣 PTC 方案，比液體PTC 方案的效率更高。
1.3 、熱泵技術(shù)在新能源車領(lǐng)域已成為未來發(fā)展趨勢
PTC 熱敏電阻制熱存在功耗大的缺陷。新能源車通過 PTC 熱敏電阻制熱，即通過電阻的熱效應(yīng)生產(chǎn)熱量，具備了結(jié)構(gòu)簡單且制熱效果好的優(yōu)點(diǎn)， 但是存在著功耗過大的嚴(yán)重缺陷。PTC 加熱方案耗能較多，對新能源車?yán)m(xù)航里程的影響更甚。熱泵空調(diào)技術(shù)是將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位。水泵是將低處的水泵到高處，熱泵則類似，是一種可以將低位熱源的熱能強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置。熱泵系統(tǒng)中使用四通換向閥可以使熱泵空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向，從而達(dá)到夏天制冷冬天制熱的效果。當(dāng)前熱泵系統(tǒng)的類型主要有直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)、間接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)和補(bǔ)氣增焓直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。
熱泵空調(diào)相對于 PTC 加熱的優(yōu)勢就在于更加節(jié)能。熱泵空調(diào)方案的耗能大約為 PTC 加熱模式的 50%。因此，從應(yīng)用層面來看，熱泵空調(diào)方案更具優(yōu)勢，但其技術(shù)要求也相對較高，特別需要解決低溫情形下室外換熱器結(jié)霜的問題。熱泵空調(diào)在新能源車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速推廣。當(dāng)前熱泵空調(diào)技術(shù)在新能源車領(lǐng)域已經(jīng)得到了市場驗(yàn)證，國際主要車型包括大眾、奧迪、雷諾、寶馬、日產(chǎn)等品牌均已量產(chǎn)裝車。近年來國產(chǎn)電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)也開始裝車，典型車型如榮威Ei5、榮威 MARVEL X、長安 CS75 PHEV 等車型覆蓋純電和混動(dòng)。
1.4 、二氧化碳制冷劑助力熱泵空調(diào)系統(tǒng)性能升級
R134a 型熱泵空調(diào)系統(tǒng)為當(dāng)前市場主流。按照新能源車熱泵空調(diào)的制冷劑劃分，熱泵空調(diào)可以分為 R134a 型、CO2 型、R1234yf 型等。R134a（1， 1，1，2-四氟乙烷）是一種使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，它具有良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的R12（二氯二氟甲烷）替代品。目前各種電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要使用制冷劑 R134a，零部件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及售后服務(wù)及維護(hù)，均依據(jù)R134a 制冷劑物理性能設(shè)計(jì)。高效及環(huán)境安全性突出，二氧化碳熱泵空調(diào)有望成為未來趨勢。由于R134a 具有溫室效應(yīng)（在《京都議定書》中被列為限制使用的工質(zhì)），所以仍面臨巨大的替代壓力。二氧化碳作為制冷劑，可充分發(fā)揮其高環(huán)保、低價(jià)、高制熱能效的特點(diǎn)，因此二氧化碳熱泵空調(diào)在新能源車領(lǐng)域具備很廣闊的應(yīng)用前景。二氧化碳熱泵就是采用二氧化碳作為制冷劑的熱泵或空調(diào)，二氧化碳冷媒代號為 R744，所以二氧化碳熱泵也稱 R744 熱泵。二氧化碳熱泵與普通的熱泵工作原理基本是一樣的，都屬于蒸汽壓縮式。不同的地方在于， 二氧化碳熱泵屬于超臨界循環(huán)，即在冷凝器端，二氧化碳是不會(huì)被冷凝成液體的，而傳統(tǒng)冷媒在冷凝器端是被冷凝成液體再節(jié)流的。R1234yf 存在安全性問題，二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)仍占據(jù)全面優(yōu)勢。歐盟要求 2017 年起 GWP>150 的制冷劑禁止在所有車型的空調(diào)上使用，對此杜邦與霍尼韋爾開發(fā)了R1234yf（HFO-1234yf、四氟丙烯）作為新一代制冷劑。但是，R1234yf 的生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生 HF（氫氟酸）等多種臭氧層破壞物質(zhì)， 并存在一定的安全問題，因此德系車企將二氧化碳作為發(fā)展方向。R1234yf、二氧化碳兩者進(jìn)行對比，二氧化碳在環(huán)保性能、安全性能、制造成本和可持續(xù)發(fā)展上均占據(jù)優(yōu)勢，未來發(fā)展前景廣闊。
二氧化碳制冷劑全面高壓的系統(tǒng)環(huán)境對系統(tǒng)管路提出更高要求，克來機(jī)電新產(chǎn)品二氧化碳管路 2020 年正式推出。二氧化碳作為制冷劑的主要難點(diǎn)在于需要更高的運(yùn)行壓力，對系統(tǒng)的控制提出了更高的要求。二氧化碳工作高壓超 100kgf/cm2，因而熱泵系統(tǒng)的配件、管路等不僅要達(dá)到系統(tǒng)的要求， 還要充分研究其在高壓下的壽命周期，確保系統(tǒng)安全可靠。本土企業(yè)克來機(jī)電，2020 年 1 月公告，擬募集資金不超過 5000 萬元，用于新能源車用二氧化碳空調(diào)管路組裝項(xiàng)目的建設(shè)。子公司眾源新產(chǎn)品二氧化碳空調(diào)管能夠解決目前二氧化碳管路系統(tǒng)產(chǎn)品缺陷導(dǎo)致二氧化碳泄漏的問題，對二氧化碳空調(diào)在車輛上普及使用有一定的促進(jìn)作用。
國內(nèi)三花智控在二氧化碳熱泵空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域布局完善。目前國外一些企業(yè)已推出二氧化碳熱泵空調(diào)樣機(jī)，也在奔馳 E 級車部分車型有所使用。本土企業(yè)三花智控已做到除壓縮機(jī)外的全覆蓋，并且在二氧化碳熱泵領(lǐng)域布局超前。2018 年 3 月，三花智控加盟新能源車二氧化碳熱泵空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)聯(lián)盟，與東風(fēng)汽車等多家公司共同研發(fā)應(yīng)用。目前三花智控已經(jīng)形成 CO2 產(chǎn)品解決方案，如 CO2 膨脹閥、單向閥、氣液分離器等，其中電子膨脹閥實(shí)現(xiàn)了 COP 平均提高 10％以上。2、熱泵空調(diào)市場揚(yáng)帆起航，本土企業(yè)加速崛起
2.1 、新能源車空調(diào)單車價(jià)值是傳統(tǒng)汽車的兩倍以上新能源車的空調(diào)系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)制冷/制熱功能，而且要兼顧系統(tǒng)能耗， 這使得其空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜程度對比傳統(tǒng)燃油車更高。新能源汽車的熱管理系統(tǒng)單車價(jià)值量高于傳統(tǒng)燃油車主要體現(xiàn)在四方面：（1）相對燃油車新增零部件。動(dòng)力電池散熱回路，增加了 chiller（電池冷卻器）、動(dòng)力電池冷卻水板、閥件等；座艙制暖需增加PTC 或熱泵。（2）空調(diào)壓縮機(jī)、水泵電動(dòng)化，單件成本提高。（3）更高功率的電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)。動(dòng)力電池散熱回路通常與空調(diào)系統(tǒng)并聯(lián)，依靠空調(diào)制冷冷卻電池的冷卻液。高溫天氣時(shí)，空調(diào)同時(shí)為座艙和電池制冷，空調(diào)系統(tǒng)的工作負(fù)荷增大，需要更高功率的電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)。（4）電機(jī)電控散熱要求更高。電機(jī)溫度過高容易產(chǎn)生熱磁退，電子元器件在溫度過高的情況下，會(huì)出現(xiàn)性能下降或損壞的情況，故電機(jī)電控對散熱系統(tǒng)要求較高。部分新能源汽車如特斯拉 model3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)已經(jīng)采用油冷方式散熱。新能源車空調(diào)系統(tǒng)單車價(jià)值量對比傳統(tǒng)燃油車大幅提升。我們測算，新能源汽車熱管理系統(tǒng)單車價(jià)值量約為 7000~8000 元，較傳統(tǒng)燃油車提升約 1 倍。其中，新能源新能源車的空調(diào)系統(tǒng)（傳統(tǒng)冷媒）單車價(jià)值量約為 3950元，較傳統(tǒng)燃油車的單車價(jià)值量 1610 元，大幅提升。
國內(nèi)熱泵空調(diào)系統(tǒng)市場發(fā)展?jié)摿薮蟆！缎履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2025）》（意見稿）提出 2025 年滲透率目標(biāo) 25%。我們以此測算， 2025 年國內(nèi)新能源車銷量有望達(dá)到 710 萬的規(guī)模，對應(yīng)熱管理系統(tǒng)的空間約為 500 億元，其中空調(diào)系統(tǒng)單車價(jià)值量約為 3950 元，對應(yīng)市場空間約為280 億元。未來伴隨著二氧化碳熱泵技術(shù)普及，空調(diào)系統(tǒng)空間有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升。
2.2 、競爭格局：技術(shù)變革期國內(nèi)企業(yè)機(jī)遇顯現(xiàn)
目前新能源汽車熱管理行業(yè)的主要企業(yè)可以分為三類：國外熱管理龍頭企業(yè)，包括電裝、法雷奧、翰昂、馬勒等。這些企業(yè)原本就在傳統(tǒng)汽車熱管理的市場份額較高，根據(jù)法雷奧 2018 年年報(bào)數(shù)據(jù)，電裝、法雷奧、翰昂、馬勒四家龍頭企業(yè)收入占據(jù)熱管理市場 55%的份額。這類企業(yè)也已較早推出新能源車熱管理相關(guān)產(chǎn)品，比如，法雷奧的熱管理系統(tǒng)可回收能量，能夠延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程——冬天可延長 30%，夏天可延長 20%。這些國外龍頭企業(yè)的優(yōu)勢在于技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，但成本也比較高。國內(nèi)熱管理領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)上市公司，包括三花智控（002050.SZ）、克來機(jī)電（ 603960.SH）、奧特佳（ 002239.SZ）、松芝股份（002454.SZ）、銀輪股份（002126.SZ）等。這類公司大多主營熱管理核心零部件，而且是相應(yīng)細(xì)分領(lǐng)域龍頭企業(yè)，部分企業(yè)正在成長為解決方案提供商。其優(yōu)勢是對市場需求比較敏感，能夠適應(yīng)目前國內(nèi)新能源汽車企業(yè)的開發(fā)節(jié)奏。
部分動(dòng)力電池企業(yè)，包括CATL、國軒高科等。電池?zé)峁芾硎莿?dòng)力電池的關(guān)鍵輔助系統(tǒng)，部分動(dòng)力電池企業(yè)傾向于自己配套電池?zé)峁芾砟K。比如，CATL 獨(dú)立設(shè)計(jì)開發(fā)了電池包液冷熱管理系統(tǒng)，這種熱管理系統(tǒng)具備有換熱效率高、質(zhì)量輕、可靠性高、溫度控制能力強(qiáng)等特點(diǎn)；軟件設(shè)計(jì)上，電池溫度控制策略被集成到CATL 的電池管理系統(tǒng)（BMS）中。這些動(dòng)力電池廠商的優(yōu)勢在于對動(dòng)力電池領(lǐng)域有著深刻的理解。
18 世紀(jì)末期，隨著蒸汽機(jī)技術(shù)的逐步成熟，真正意義上的汽車開始出現(xiàn)，汽車行業(yè)的機(jī)械化大幕正式拉開；進(jìn)入 19 世紀(jì)之后，電動(dòng)汽車和內(nèi)燃機(jī)汽車相繼被發(fā)明；20 世紀(jì)以來，內(nèi)燃機(jī)汽車快速發(fā)展，成為汽車市場最為重要的組成部分。回顧過去 200 多年的發(fā)展歷史，動(dòng)力源的更替是汽車發(fā)展史上最為重要的變革。對于新能源汽車，空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力來源由原來的發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)閯?dòng)力電池，因此其技術(shù)方案需要重新設(shè)計(jì)。因此，總體來講，在汽車電動(dòng)化浪潮中，既有的汽車熱管理空調(diào)競爭格局已有松動(dòng)跡象，國內(nèi)企業(yè)存在彎道超車的可能性。
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