1、汽车热管理系统行业特点
汽车热管理系统就是对汽车进行温控和冷却,用来保证汽车各零部件以及驾驶舱内处于合理温度范围,从而达到节油、舒适、提升续航里程等目的的系统。汽车热管理系统按照功能可分为舒适性热管理和动力系统热管理。舒适性热管理主要为空调系统热管理,可分为制冷和制热两大功能;动力系统热管理在传统燃油车上表现为发动机冷却,而在新能源汽车上则主要表现为调节电池、电机、电机控制器(合称“三电系统”)的温度,包含冷热控制下的不同模式选择。
整车热管理架构图
(1)新能源汽车推动热管理系统升级
新能源汽车相比传统燃油车增加了电池热管理,由于新能源汽车以电池电能作为驱动能源,当电池温度过高可能带来一定风险,而电池温度过低时电池充放电性能下降,容量大幅减少,因此有必要对电池进行热管理。插电混动车结合了传统燃油车和纯电动汽车的特点,相比纯电动汽车而言更为复杂,还需要配备发电机热管理系统;
相比传统燃油车,新能源汽车的空调系统和三电系统的热管理结构更为复杂,不仅新增了电池热管理系统,同时还带来了零部件的替换和升级,汽车热管理系统单车价值量大幅提升。根据是否使用热泵及冷媒型号的差异,新能源汽车的热管理系统单车价值量在5,000-11,500 元左右不等,约是传统燃油车单车价值量的3 倍。
(3)新能源汽车热管理技术处于成长和分化期,、
伴随着新能源汽车电池容量变大、能量密度提升、温控要求提高,新能源汽车热管理系统不断推陈出新。根据成本和功能要求的不同,新能源汽车热管理系统呈现出简约与复杂并存的局势,主要表现为热泵系统发展、冷媒介质突破、电池冷却方案的技术路线差异。
电池热管理尚在发展期
锂电池在-20-60℃的温度下可放电,在 0-60℃的温度下可充电,较合适工作温度为 5-35℃,高效工作温度为 20-35℃,因此电池温度高于 35℃时需要降温散热,低于-5℃时需要加热复苏。电池冷却方案分为风冷、液冷、制冷剂直冷和相变材料冷却,其中,风冷即空气冷却,是指通过运动产生的风将电池的热量通过排风扇带走,常见于混合动力汽车电池热管理中,具有结构简单、重量轻、成本低等优点,但热交换效率较低、散热效率较差,仅能胜任能量密度和放电功率均较低的电池组热管理;液冷即冷却液冷却,通过在电池包内部安装冷却管道或冷却板,把电池产生的热量传递给管道或板内循环流动的液体并由其带走而使电池系统冷却,具有冷却面积大、压力小、腐蚀小、成本低等诸多优点,目前应用占比较大;制冷剂直冷利用制冷剂(如R134a 等)在蒸发器中蒸发直接将电池系统的热量带走,具有热交换效率高、中间热阻小、冷却均匀等优点,但成本相对偏高;相变材料冷却通过选取具有较大潜热和较小相变温度的材料,利用其融化吸热和凝固放热,使得整体维持等温或近似等温条件,进而控制电池单体和电池组的温差,保持温度的相对恒定和均匀,具有高效、节能、温度波动小、防止热失效等优点,缺点是当相变材料在完全相变之后,电池的热量将无法被有效带走,将相变材料冷却与风冷或液冷相结合或成为未来趋势。低温时,锂电池由于电解质移动缓慢,导致电池充放电性能下降,容量大幅减少,为帮助电池快速恢复,越来越多的车型开始具备电池制热功能,常见的制热方式有PTC 水加热、电器余热加热和电池自加热。
电池热管理除了上述冷热方案选择不同外,技术的演化还涉及回路模式的复杂程度。随着电池容量的增加,电池和电机控制器温度在不同模式下区别较大,为了实现阶梯化温控管理,节约能耗,需要电磁阀和水泵来精细地调节流量和串并联控制。
如上所述,现阶段,新能源汽车热管理系统市场作为一个边际技术加速迭代、短期爆发性强的细分行业,处于一个百家争鸣百花齐放的状态。目前国内外厂商对于新能源汽车热管理还没有一个明显占优的方案,各个方案差异较大,在这种技术路线阶段,国内外汽车热管理系统供应商同处于一个竞争水平线。
3、面临的机遇
(1)国家产业政策鼓励行业发展
汽车工业是国民经济战略性、支柱性产业,与国民经济中的钢铁、石油、化工、电子等众多行业拥有紧密的联动关系,对国民经济发展具有重要的推动作用。当前,新一轮科技革命和产业变革愈演愈烈,汽车与能源、交通、信息通信等产业深度融合,汽车产业面临着“电动化、智能化、网联化、共享化”的发展趋势,汽车产业的产业结构调整和转型升级有利于促进我国国民经济的持续健康发展。近年来,国家各部委为支持汽车产业和汽车零部件产业,相继出台了一系列鼓励发展的产业政策,有利于促进行业发展。
(3)节能减排和轻量化、新能源汽车的发展催生广阔市场前景
随着低碳经济的提出和节能减排的号召,新能源汽车和节能减排已经成为汽车行业发展的主旋律之一,节能技术、新能源技术、轻量化技术发展迅速,进而催生相关汽车及零部件产品市场需求的增加。目前,以扩大铝合金全车应用为代表的轻量化技术已成为降低汽车排放、提高燃烧效率最有效的措施之一,而新能源汽车新增的三电系统对热管理提出了更高的要求,热管理系统单车价值量较传统燃油车大幅提升,汽车热管理系统市场前景更加广阔。
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