新能源汽车热管理行业专题研究：二氧化碳热泵_从1到N.docx

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1、新能源汽车热管理行业专题研究：二氧化碳热泵_从1到N1 二氧化碳热泵低温性能优势显著，有望替代普通热泵热泵空调取代 PTC，已成为新能源汽车标配新能源汽车热管理系统包括乘员舱空调、动力电池热管理和电机电控等热管理。与燃 油车相比，新增的热管理部件包括电池、电机、电控和其他高压系统部件，而对于空调系统而言，制冷系统保持不变，制热系统由于没有发动机产生余热，因此出现了 PTC 加热 和热泵两种形式，热泵应用更加广泛，且可以与三电热管理更好地集成。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，其在低温环境下制热效果较好，

2、但电能消耗高， 大幅削弱续航里程。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。二氧化碳热泵低温性能更优，或将成为新趋势二氧化碳热泵与普通热泵的主要区别在于热泵系统所使用的冷媒。目前热泵空调使用 的冷媒主要包括 R-134a、R-1234yf 以及 R744（二氧化碳），其中 R134a 会加剧温室效应 （GWP=1430），R-1234yf 环境更友好，但制冷效果弱于 R-134a，而 R744 属于自然产生 的一种气体，无毒无害，单位制冷量是 R1234yf 型制冷剂

3、的 9 倍左右（为 22600KJ/m ）， 可大幅提高热泵的换热效率。二氧化碳热泵低温制热效果更佳，可提高车辆冬季行驶里程。二氧化碳热泵空调在低 温下比 R1234yf 型热泵能源利用率更高，以更少的耗电量达到相同的制热效果，进而增加 新能源车的行驶里程。一汽大众 ID4 CROZZ 搭载二氧化碳热泵空调，续航历程最高提升 30%。相比普通的热泵空调系统在-15 摄氏度会存在较大的使用问题，二氧化碳热泵空调 可以在-30 摄氏度持续工作。单车价值量：二氧化碳热泵单车价值量近 1 万元二氧化碳热泵将单车价值量提升近万元。据我们测算（假设只有空调系统使用二氧化 碳冷媒，电池、电机和电控等热管理还

4、是使用普通液冷或者风冷），传统 PTC 的单车价值 量约为 5400 元，R134a 热泵的单车价值量约为 6860 元，二氧化碳热泵（R744 热泵）的 单车价值量约为 9600 元，其中空调系统的价值量约为 7350 元，比 R134a 热泵空调增加 约 2700 元，主要为电动压缩机、空调管路、传感器和其他阀类产品单价提升所致。海外家用领域已有应用，车载领域有望崛起二氧化碳热泵历史悠久，已经从理论逐步走向实践。热泵理论的提出在 19 世纪初， 经过一百多年的发展和技术的提升，使用的范围已经从商业走进普通住宅。后来经过能源 危机的事件催化，二氧化碳热泵开始有所推广。在进入到新能源汽车时代，

5、部分车型已逐步配备二氧化碳热泵空调。大众汽车已率先搭载二氧化碳热泵。大众汽车在 ID 系列车型上搭载了二氧化碳热泵 空调，其结构设计延用了普通热泵的结构，但是由于二氧化碳热泵运行压力较大，需要使用耐高压零部件，例如使用耐高压管路、耐高压电子膨胀阀、耐高压的空气压缩机等。以 大众的 ID.4 二氧化碳热泵空调为例，其架构主要采用直冷/直热架构，制冷蒸发器与热泵 冷凝器直接进入乘员舱，并采用电磁阀和双向电子膨胀阀的组合方式对制冷剂回路进行控制。未来更多主机厂有望搭载二氧化碳热泵。除了大众 MEB 车型之外，奥迪在 2018 款 奥迪 A8 上搭载了二氧化碳热泵，并在纯电动车型 e-tron 上也使

6、用了二氧化碳热泵。此外， 2015年梅赛德斯奔驰表示未来将在 S 级和 E级率先配备 CO2 空调系统的量产乘用车。凭借在低温下优势，CO2热泵对电动车冬季续航里程有显著提升，我们认为未来更多的主机 厂将使用该项技术。市场空间：2025年全球市场空间约 360 亿元2025年全球新能源汽车二氧化碳热泵市场空间预计为 362 亿元。假设 2021-2025 年 全球新能源汽车中二氧化碳热泵的渗透率分别为 1%、3%、7%、13%、20%；预计 2025 年全球新能源汽车二氧化碳热泵配套量有望达到 459 万套，CAGR 为 186%；假设二氧化 碳热泵的单车价值量分别为 9600 元，且每年降低

7、 5%；计算可得 2025 年全球新能源汽车 二氧化碳热泵的市场空间为 359 亿元，CAGR 为 172%。2 二氧化碳热泵对零部件的性能要求提升二氧化碳冷媒从技术难度和价值量两方面影响新能源汽车各部件二氧化碳工作压力范围及温度滑移较大，易与管路材料等发生反应，加大技术难度。 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。因此二氧化碳热泵需要整个系统有较 强的抗高压和高温性能，对压缩机、管路和阀类等产生了较高的要求，同时需要压力传感 器监测系统压力。此外，二氧化碳易与管路中的润滑油、橡胶等发生反

8、应，其与水等介质 混合后也易腐蚀管路，这进一步提升了对管路的可靠性、耐腐蚀性要求。压缩机：压力增加，价值量提升二氧化碳压缩机具有工作压力大、压差大、压比小、体积小、重量轻、运动部件间隙 难控制和润滑困难等特点。压缩机包括活塞式、滑片式、涡旋式、螺杆式和滚动转子式等 技术路线，目前翰昂、美的威灵等在二氧化碳压缩机领域较为领先。我们预计目前压缩机 价格有望达到 2500 元，比普通热泵压缩机高 1200 元左右。空调管路：二氧化碳冷媒对系统密封性能要求高为解决目前二氧化碳热泵空调管路系统产品缺陷导致的二氧化碳泄漏问题，需改变管 路的结构，如增加一层金属结构，以达到加固的作用。在价值量方面，我们预计

9、二氧化碳 空调管路单车价值量约为 2000 元，远高于普通热泵空调管路的 700 元。康迪泰克在欧洲已实现批量生产二氧化碳热泵空调管路系统。该公司开发的二氧化碳 热泵空调管路系统，采用低渗透复合胶管和 ContiLock-R 连接技术，其中，低渗透复合胶 管具备耐高压、耐高温性能，可承受 170 Bar 高压和 180C 高温；ContiLock-R 连接接 头已获得国际专利，能有效将车辆在使用过程中制冷剂的渗漏量减小到低于 0.1 克/年。目 前，公司相关产品已得到相关主机厂的认可，在欧洲已经实现了批量化生产。压力传感器：通过压力差控制压缩机，延长空调寿命压力传感器的作用是提供低压调节和制冷

10、剂缺少识别的信号，并位于低压管路上的蓄 压器出口侧。当检测到空调制冷管路压力过低或过高时，控制系统停止对空调压缩机离合 器供电，压缩机停止运转，以免对空调系统造成损坏。当二氧化碳制冷剂压力达到中等压 力值时，散热器风扇运转，降低空调制冷剂压力。二氧化碳含量传感器：实时监控车内二氧化碳浓度。二氧化碳含量传感器连接车内空 调系统，会根据传感器检测到的车内二氧化碳含量数值对空调工作情况进行调整。如果二 氧化碳数值过高时，则通过车外空气循环空气翻板，增加车外空气的输入，从而降低二 氧化碳的浓度；当车内风扇提高到最大强度，如果浓度还继续增加，此时在组合仪表的驾 驶员信息系统中将出现警告信息。阀类零件：电

11、子膨胀阀技术难度和价值量提升提升高压工作性能方面，在阀体腔内设置多极磁性转子，可提高其高压工作寿命；在 阀腔中设置阀杆并使其沿阀座轴向通孔运动，可均衡正反向通冷媒的开阀能力；优化阀体 端部和垫片的配合结构，可改善密封质量。提高安全性方面，优化阀芯座和套筒流道的结 构，可防止阀芯座偏心、避免内漏；安装泄压部件、电磁阀，可在波纹管破裂时卸载高压 冷媒，并防止其泄漏到车厢内。保障稳定性方面，灌注灌封层可提高阀件防水、耐腐蚀、 耐冷热冲击性能。价值量方面，我们预计二氧化碳空调电子膨胀阀单车价值量约为 600元， 高于普通热泵空调电子膨胀阀的 300 元。空调系统：二氧化碳冷媒对制冷空调系统的设计和制造

12、提出了较高要求二氧化碳热泵系统处于跨临界循环，有高的临界压力和低的临界温度：二氧化碳的临 界温度为 31.1，临界压力为 7.3MPa（水的临界温度为 374，临界压力为 22MPa）。 并且，无论亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都高于传统的制冷 空调系统。因此使用二氧化碳冷媒需要空调系统零部件具备较强的耐压性和安全性，由此 提升了空调系统及部件的制作难度和成本。3 重点企业分析克来机电：借力上海众源，开发二氧化碳热泵空调管路产品公司二氧化碳高压管路系统已通过实验认证，并向客户供货。公司自主研发的二氧化 碳空调管路产品能够解决目前二氧化碳热泵空调管路系统产品缺陷导致的二氧化

13、碳泄漏 问题，相关产品已通过大众 MEB 的实验认证，并进入预批量生产供货阶段。随着公司客 户相关车型放量，二氧化碳空调管路产品有望实现高增长。公司产品在技术专利和客户资源方面具有优势，成长可期。公司收购的上海众源深耕 发动机配套管路领域多年，掌握高压油轨锻造系统、高压软硬管连接系统等核心技术。2020 年 3 月，公司申请了高压阀发明专利，将助力二氧化碳空调管路产品进一步发展。此外， 众源作为大众燃油分配器一级供应商，将有助于公司二氧化碳空调管路产品切入大众更多系列的供应体系。据测算，我们认为公司 2022 和 2023 年二氧化碳热泵空调管路营收分别 有望达到 2.7/4.5 亿元，公司未

14、来成长可期。三花智控：领先技术、高毛利率深筑竞争壁垒公司技术先发优势明显，已经形成二氧化碳产品解决方案。目前公司的电子膨胀阀、 单向阀、气液分离器、二氧化碳四通阀、微通道换热器等产品可适用二氧化碳清洁冷媒、 冷藏设备、热泵热水机等领域。公司的 CBVT 系列二氧化碳球阀多项技术获得发明专利： 全不锈钢阀体和接管技术不仅满足 120bar 设计压力而且大幅降低了原材料成本；高强度 不锈钢钢管+紫铜衬套的焊接结构提升了焊接效率；阀杆引入石墨密封材料使产品可适用 于-56/+150的流体环境中；激光焊工艺解决了氩焊四氟垫变形问题。公司的一种压力控制阀能够用于超临界二氧化碳制冷循环系统，对高压侧的制冷

15、剂压 力进行直接控制。该压力控制阀阀体的内腔与低压腔室相通，与高压腔室之间设有节流通 路，节流通路具有朝向内腔的阀口；内腔中的阀芯能够相对于节流通路朝向内腔的阀口往 返移动，以使节流通路打开或闭合；内腔和高压腔室之间设有常开节流通路。在超临界二 氧化碳制冷循环系统中，采用该压力控制阀能够通过控制高压侧和低压侧的压力差，从而 直接控制高压侧的制冷剂压力。盾安环境：新冷媒领域产品创新，阀件业务规模优势突出公司在新冷媒领域持续布局开发相关技术和产品。公司对 R32、R454B 等市场选择 度高的替代制冷剂展开多方位研究，如新冷媒与制冷零部件产品之间兼容性测试和安全性 认证等。公司在二氧化碳阀件领域有

16、所创新，二氧化碳电子膨胀阀、电磁阀、二氧化碳单 向阀广泛运用于以 R744（二氧化碳）为制冷剂的热泵热水器、冷冻和冷藏系统，采用的激光焊接技术和新材料替代应用技术能够满足系统高温、高压运行使用要求，适用于亚临 界及超临界系统，具备较高的新型替代冷媒兼容性。公司在二氧化碳热泵系统领域拥有多项专利。公司的二氧化碳热泵系统领域发明专利 和实用新型专利在现有技术基础上做了多方面的突破，各产品分别具有充分利用二氧化碳 热泵系统的热量、提高冷媒化霜效率、提升换热效果、提升系统制热量和能效、使系统制 热运行稳定等多项优势。公司持续加大对新能源汽车热管理产业的投入，积累了众多客户资源。目前已经同国 内比亚迪、

17、吉利、长安、上汽等知名企业开展业务合作，致力于成为全球领先的新能源汽 车热管理系统核心零部件供应商。腾龙股份：进军二氧化碳热泵空调阀类系统公司在二氧化碳热泵系统的产品主要是阀组件集成模块。公司汽车热管理系统零部件 业务板块主要产品为汽车空调管路、二氧化碳热泵系统阀组集成模块、汽车热管理系统连 接硬管及附件。2022 年 1 月，公司董事会通过了在安徽省马鞍山市当涂县设立全资子公 司的提案，公司计划投资金额 1.05 亿元，生产新能源汽车热管理管路系统产品，相关工作 的稳步推进将助力提升公司在行业内的竞争力。美的威灵：CO2 空气压缩机全球领先美的威灵三大产品线于 2021 年正式投产。2021

18、 年 5 月，美的威灵汽车部件官宣驱动 系统、热管理系统和辅助/自动驾驶系统三大产品线全线投产。目前威灵热管理系统的产品 包括 R134a 电动压缩机、CO2 电动压缩机、中功率电子水泵、大功率电子水泵；电机驱 动系统的产品包括驱动电机、驱动控制器；辅助/自动驾驶系统的产品包括电子助力转向电 机、旋转变压器。公司热泵产品已经在小鹏汽车全线、蔚来 ES6 和 ES8 上使用。美的威灵 CO2 电动压缩机具有高效的制冷和制热性能。威灵的 CO2 电动压缩机在-15 的条件下可实现 COP=2.5 的制热效率，在-30条件下可实现 COP=2 的制热效率，满足 高效制冷和低温制热两种需求，相比传统热

19、泵续航里程提升 20%。该电动压缩机拥有 220 项国内发明专利、14 项国际发明专利和完全自主知识产权，采用的 C02 环保冷媒主要来 源于工业废气提纯，环保性高。银轮股份：新能源业务快速发展，客户资源高端优质公司研发实力强劲，新能源汽车零部件技术储备完善。公司过去生产配套燃油车的冷 却部件，近年来致力于新能源汽车零部件方面的研究，实现了液冷板、泵阀类产品的生产， 取得了水路集成模块系统集成和匹配技术的突破，实现了三大模块化（前端模块、冷媒冷 却液集成模块、热泵空调箱总成模块）配套生产。公司拥有国内顶尖的热交换器批量化生 产能力和系统化技术储备，产品竞争力全球领先，实现了全球首次在水空中冷器

20、产品上的 局部无钎剂钎焊。公司新能源订单大增，为公司贡献大笔新增营收。公司加大力度拓展新能源汽车热管 理及工业换热、电力储能换热等新兴领域。2021 年上半年陆续获得了北美新能源标杆车 企空调箱项目、嬴彻科技无人驾驶 ADU 水冷系统项目、小鹏汽车冷媒冷却液集成模块项 目、蔚来前端模块及冷媒冷却液集成模块项目、长安新能源电子水泵项目、三一重机冷却 模块项目等。根据客户需求与公司预测，上述项目达产后有望为公司新增年销售收入近 29.19 亿元，其中新能源业务占比约 66%。奥特佳：压缩机和空调箱技术积累深厚公司压缩机业务具有深厚的技术积累，在业内优势突出。公司生产的第四代高效电动 热泵空调压缩机

21、产品，具备长寿命、低故障率、较耗和低 NVH 等特点，相关技术处 于国内外领先水平。公司适用于传统能源汽车的涡旋式空调压缩机和活塞式空调压缩机在 国内市场占有率名列前茅。公司全资子公司空调国际掌握电动汽车空调系统相关技术。就空调系统业务而言，公 司为全球主流厂商设计和开发了大量的完整系统、模块和热交换器部件项目。全资子公司 空调国际掌握并将相关技术应用在其自研的温热泵空调系统上，在近两三年已经与全球多 家整车厂一起做了大量研究，完成设计开发到道路试验一系列流程，在冬天汽车空调制暖 功能方面全面超越了目前新能源车普遍应用的 PTC 系统，并已开始向蔚来汽车等高端电 动汽车产品供货。公司向新能源业

22、务成果突出。随着新能源车的蓬勃发展，公司着重发展新能源车用的 电动压缩机和空调系统等方面的业务。据公司 2020 年报，公司的新能源板块业务收入占 比超过了新能源车整车市场的相应比例，体现出公司业务新能源方向转化的成果。公司在 新能源汽车领域签订了多笔压缩机业务订单，随着新能源汽车市场占有率的持续走高，将 促进公司新能源战略转型。公司汽车空调系统业务收入增长迅速，热泵空调系统的产能逐步增长。2021 年以来， 随着国内外新能源汽车市场的强劲增长，公司新能源车热泵空调系统及相关零部件等业务 迅速发展，空调国际 2021 年上半年收入同比增长约 152%，该公司收入占公司总收入的 比例也由 202

23、0 年 H1 的刚过三成上升到 2021H1 的接近五成。且公司面向新车型的研发 订单饱满，得益于募投项目的建设，热泵空调系统的产能逐步增长，公司为国内外主流电 动车厂商供货的能力得到进一步稳固。松芝股份：大中客热泵空调龙头，研发实力强劲，行业认可度高公司大中客热泵空调龙头，在汽车空调领域持续进行重点技术突破。公司拥有国际首 款新型环保制冷剂 R290 客车空调产品；公司的直接式热泵空调系统完成开发并实现量产， 间接式热泵空调实现整车搭载；使用环境温度更低、性能更优的“带余热回收和补气增焓 功能的热泵空调”样车测试已完成；采用新型环保制冷剂的热泵空调系统也开始进行台架 验证。在关键零部件方面，

24、公司的热泵空调用车内、外换热器实现批产；二氧化碳热泵空 调换热器实现设计冻结、并实现向客户的交样。公司空调不断迭代，热泵空调已经更新到超低温热泵空调（4.0），具有技术优势。该 产品能够在-25环境下满足整车需求，-35环境下热泵制热能够正常运行；系统采用带 补气卧式涡旋电动压缩机和板式换热器作为系统经济器，能够在大巴空调等领域发挥功效； 两路电子膨胀阀的设计保证了低温下对空调补气系统运行的精确化控制；此外，公司自主 研发引入排气温度和压力等参数进行控制的控制系统，采用第二代全新大集成电控盒，大 幅提升了系统的功能性、轻便性、可靠性。公司不断斩获优质自主和合资客户，在手订单充沛。2021 年上

25、半年，公司获得了包 括蔚来、福特、比亚迪、长安、上汽通用五菱等多个车型的空调箱项目，预计将于今年年 底陆续量产，大众和本田的空调箱有望明年开始突破。松芝小车也顺利通过了通用、PSA、 北汽、蔚来等众多跨国合资、自主品牌主机厂的审核，已与上汽大众、上海交大、海立新能源联合开展“面向上汽大众 R744 热泵空调系统联合研究开发项目”，获得了上汽、广 汽、长安、俄罗斯 GAZ 等多家客户的全新空调系统和总成项目。公司研发实力突出，获得多项体系认证及供应商资质审核。截至 2021 年末，公司获 得授权专利 640 项，其中发明专利 71 项，实用新型 543 项，外观设计 26 项。制定国家 标准 4

26、 项、行业标准 11 项、企业标准 99 项。试验中心通过 BYD、SGM GP-10、NIO 试 验室体系认可，可见公司在行业认可度高。苏奥传感：车载压力传感器有望加速国产替代公司聚焦开发各类新型传感器，新能源业务继续拓展。公司具备多种传感器芯片已备 国产化能力，具有较强的产品开发和技术研发能力。公司研发部被确定为江苏省车用传感 器多参数集成工程技术研究中心和江苏省企业技术中心，已经完成新能源以及燃油车压力 传感器产品开发，产品压力测量能力覆盖（0-20Mpa）检测范围，精度达到 0.5%-2%。公 司在压力传感器方向上进一步提高传感的压力量程和精度，实现 70Mpa300MPa 级别的 压

27、力传感器开发，产品面向新能源燃料电池汽车和大功率商用车高压共轨系统应用。公司新能源业务拓展块，迅速发展了一批优质的客户。公司凭借较强的研发创新能力 和技术实力，在新能源零部件主要产品分布在新能源的三电系统即电机、电控、电池系统， 其中产品有电机绝缘环、高低压滤波组件及电池包结构件等，积累了大量优质的客户资源。 在主机配套市场，公司与上汽通用、上海汽车、比亚迪、吉利汽车、江铃汽车等知名汽车 厂商建立了稳定配套关系。（报告来源：未来智库）飞荣达：进军新兴领域，供货多家优质客户公司积极开拓新领域，重点发力新能源汽车领域。公司在新能源汽车、光伏逆变器、 电源产品等新领域持续精耕细作，汽车电池端板、液冷

28、板、导热膏和逆变器散热器件等产 品已开始批量交货。新能源产业链中，公司产品主要包括压铸件、注塑件、液冷板、复合 材料、屏蔽材料及导热材料等，公司拥有多种与汽车相关的 EMI/TIM 新材料及新工艺产品， 如半固态压铸其组件（新能源电池包端板）、钎焊液冷板、密封橡胶、导热界面材料等。公司取得多领域优质客户供货资质。公司凭借在新能源汽车、光伏逆变器、电源产品 等新领域持续的精耕细作，已获得多领域优质客户供货资质。2021 年 11 月公司与宁德时 代签署合作协议，为其提供压铸件、液冷板、连接件、复合材料等多类产品，根据协议， 公司未来 5 年来自宁德时代的订单金额预计约为 36 亿元。受益于 5G、光伏、新能源汽车行业的快速发展，公司相关业务享有巨大发展机遇。 近年来，智能手机、5G 手机和基站等功能升级，将带动电磁屏蔽与散热方案升级，打开 电磁屏蔽和导热领域成长的新空间，新领域带来对冷却板升级的需求有望成为公司新的增 长点。公司从 2018 年开始计划涉足新能源汽车领域，将该领域作为公司重要战略发展产 业，散热相关业务将成为公司未来重要增长点。