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电池热管理系统的一些新趋势-电池热管理系统的功能有哪些
来源:本站 时间:2024-05-30
锂电池热管理系统的进展?哪些技术最具前景?

文 | 文史充电站

编辑 |文史充电站

电动汽车的电池系统是满足不断增长的能源需求和可持续发展的重要组成部分,锂离子电池作为主要储能设备,对汽车的安全性、舒适性、续航里程和可靠性至关重要。

电池的热问题,如潜在的热失控、低温下性能下降和老化,限制了电动汽车的广泛应用,为了确保电池的安全和性能,监测其热状态至关重要,只是现有的温度传感器不足以准确测量电池内部温度。

电池温度性能和安全的关键

电池的温度对于了解其热状态至关重要,因为它直接影响电池的性能和安全性,通常情况下,人们可能会认为表面温度是反映电池热状态的最直观方式,因为我们可以通过在电池表面安装温度传感器来直接测量它,实际情况要比这更复杂,因为电池内部的温度分布并不总是均匀的。

电池的热导率和特征长度,这两个因素对电池的温度分布产生重要影响。

如果电池的热导率远远高于传热系数,或者电池非常薄,那么电池内部的温度分布可以近似为均匀的,但这只是在特定条件下成立的,而且这些条件并不总是满足的。

实际上,锂离子电池由于其层状结构而具有高度各向异性的热导率,这种各向异性在电池的不同部分之间产生显著差异。

这意味着电池内部的温度分布会因电池化学成分和工作条件的不同而有所不同,电池的热导率还会随温度、SOC(电池的充放电状态)和SOH(电池的健康状况)而变化,这使得温度分布更加复杂。

对于圆柱形电池来说,通常采用卷绕堆叠,使得轴向和径向方向分别对应电池的轴向和径向,这意味着轴向温度分布可能相对均匀,而径向温度梯度较大。

在自然对流冷却条件下,即使在高工作率下,小半径的圆柱形电池(如18650电池)的电池芯与表面之间的温差也可以保持在较低水平。

但是对于强制对流冷却条件下或半径较大的圆柱形电池,电池中心的温度可能会明显高于表面温度。

对于大型锂离子电池,如棱柱形电池,由于电池厚度大且平面热导率低,电池内部通常具有显著的温度梯度,在这种情况下,仅依靠表面温度就不足以提供有关电池的全面热状态信息,特别是在高速率运行期间。

表面温度是否能够反映电池的热状态取决于多个因素,包括电池的形式、内部结构、热导率以及工作条件,在某些情况下,表面温度可以提供有关电池热状态的有用信息,但在其他情况下,它可能无法提供足够的信息,特别是在高速率运行期间。

在管理锂离子电池时,仅仅依靠表面温度可能会导致电池管理效果不佳,因为一些关键的热状态信息将被忽略。

对于一些应用,如电动飞机和高充电/放电率要求的应用,需要高空间分辨率的温度信息,以便检测危险的局部热点,而仅仅使用表面温度无法满足这些要求。

在其他应用中,例如电池的健康管理,表面温度仍然可以提供有价值的信息,只有当电池内部的温度梯度可以忽略不计时,表面温度才能够充分反映电池的热状态。

连接电池和传热复杂性

电池单元可以被视为一个独立且高度复杂的电化学和热力学系统,内部热动力学和电化学行为相互耦合,使得很难准确捕获电池的热行为。

电池内部产生的热量不仅来自接触电阻,还来自各种电化学反应,这些反应在实际应用中很难校准。

电芯内部热源复杂,车载BMS难以捕捉电池实际产生的热量,尽管简化模型已被广泛应用于电池热动力学建模时的发热计算,但在高倍率运行下,它可能会导致发热表征出现较大误差。

不准确的发热建模会给开环和闭环估计的 SOT 估计带来重大误差,导致对要求苛刻的应用中热状态监测无效。

因电池内部普遍存在温度梯度,电化学反应在电池域内不会均匀,导致电池内部发热不均匀,进一步加剧温度分布的不均匀性和电化学反应。

当电池尺寸变大且运行率提高时,特别是当电池内部局部发生内部短路时,这种效应变得更加显著。

一般通常假设电池体积内的发热是均匀的,从而忽略了不均匀的发热,这给热建模过程和随后的温度估计带来了误差,特别是在高速率运行下,很少有研究考虑在面向控制的热建模过程中这种不均匀的热量产生。

那么,除了发热之外,电池内部的传热也很复杂,因为它取决于电池的热特性(如比热容、导热系数)。

而电池的热特性由电池的结构、材料特性和几何形状决定,电池的热特性还取决于 SOC、温度和老化状态,引起不同的热响应。

对于具有不同化学成分和格式的电池单元,传热模式显着不同,那么会产生不同的温度分布,由于电池内部复杂的产热和传热,即使在电池级别,建模和捕捉不同应用场景下电池的热行为仍然具有挑战性。

电池组通常由许多串联和并联的电池组成,这使得电池组级的热动力学变得复杂,在发热方面,电池和焊接点之间的连接产生的电阻可能会给电池组带来额外的热量。

因电池组内电池的内阻可能会不一致,流经并联配置中各支路的电流也会不同,导致包装内部发热不均匀,进一步造成温度不均匀性。

对于电池组中的传热问题,许多单体电池的集成必然会增加传热问题的复杂性,相邻电池之间以及电池与冷却剂之间的相互作用也不能忽视,这些问题使得在系统级准确估计电池温度仍然是一个主要障碍。

在实际应用中,电池通常会经历可变且复杂的负载曲线、环境温度和冷却条件,这给SOT估计带来困难。

因为混合热的显著贡献,XFC下的内部热源将与正常电动汽车行驶循环中的内部热源不同。

环境温度的变化最终会改变电池材料的内部电化学和热性能,导致不同的生热速率和热导率等热参数,它的散热率也会因环境温度的变化而改变。

提升电池温度监测的前景

电池芯作为一个封闭的电化学和热力学系统,其内部状态和参数难以直接测量,电池组内部的传感器仅能提供有限的外部信息,如电池电压、总电流和表面温度,这限制了电池热状态监测的准确性。

为了克服这一挑战,研究人员开发了各种算法来估计电池内部状态,特别是在热状态监测方面,即使表面温度传感器被布置在每个电池上,仍需要对内部温度信息进行估计,尤其是在大型电池或高速率操作下,表面温度传感器的精度较低。

随着传感技术的不断发展,一些物理信息,如内部温度、应变和压力,可以通过先进的传感器直接测量,光纤传感器是其中的亮点,它们具有多种优势,如重量轻、具有化学惰性和抗电磁干扰能力强。

这使得光纤传感器能够被嵌入电池内部来测量电池的应变和温度,而不会对电池的功能造成干扰。

通过这些传感器,我们可以获得高分辨率的温度和应变分布信息,进一步提高了电池内部状态估计的准确性和空间分辨率,这对于管理大型电池和要求苛刻性能的应用非常重要。

另一个关键的方向是开发高保真控制导向的热模型,热模型在电池热状态监测中发挥着重要作用,因为它们能够提供热动力学信息。

一种方法是将电池域分为多个节点,将热模型以集总形式表示,这既减少了计算复杂度,又保持了模型的准确性。

另一种方法是使用全局短波函数来重建原始解,从而获得更低阶的模型,这样还保留了关于电池内部状态的更多信息。

电池温度全景重建

在电池系统中,准确的温度信息至关重要,因为电池的性能、寿命和安全性都受温度的影响。

很多时候,我们只能获取电池系统中某些特定位置(如电池表面或核心)的温度信息,这可能会导致对电池内部温度分布的空间不均匀性缺乏了解。

特别是在高能量密度的大型电池和对性能要求极高的应用中,如电动汽车和高要求能源存储系统,了解电池内部温度分布变得至关重要,为了解决这一问题,温度场重建技术变得非常关键。

这些技术允许我们基于有限的温度测量和估计信息来还原整个电池系统的温度分布,以获得更全面的温度视图,这对于电池的安全管理、性能优化和寿命延长至关重要。

一种常见的方法是使用分布式卡尔曼滤波器(KF)来根据测量的表面温度数据来重建电池组的3D温度分布,这种方法允许我们从有限的观测数据中推断出全局温度信息,以便更好地理解电池内部的温度分布情况。

另一种方法源自图像处理领域,类似于图像修复技术,它假设电池温度场的全局信息可以由一组离散点表示。

可以应用迭代算法来从部分信息中还原全局信息,在这种情况下,电池的温度测量点被视为缺失图像中的像素,并且通过算法可以恢复完整的温度场,这种方法允许我们从有限的观测数据中推断出电池的整体温度分布。

近年来,机器学习算法,特别是神经网络,也被用于高精度地重建电池的全局温度场,这些算法能够根据部分观测数据恢复出全局温度信息,为电池管理系统提供了更多有关时空温度分布的信息。

基于稀疏感知的方法和基于短波函数(SBF)的重建方法也可以用来实现温度场的重建,这些方法能够有效地从有限的观测数据中估计出电池的整体温度分布。

电池温度对电动汽车性能和安全至关重要,可是表面温度传感器无法准确反映电池内部温度分布,电池内部热源和传热也复杂多变,挑战着热状态监测,新兴技术如光纤传感器和结合物理模型与机器学习的方法有望提高监测准确性。

还有就是温度场重建技术可以从有限测量数据还原电池全局温度分布,促进电池性能、寿命和安全的提升,这些技术将在电池技术进步和高性能应用中发挥重要作用。

新能源风起,热管理行业:焕发新动力,国产替代进程有望加速

(报告出品方/分析师:开源证券 吕明 周嘉乐 陆帅坤)

以中国为代表,各国持续加码新能源车领域,政策驱动叠加各传统主机厂电动化战略清晰,预计新能源车领域将保持较好景气度。

2021年年末,国家相继出台了大力推广新能源汽车,逐步取消各地新能源车辆购买限制。随后四川、上海、深圳、宁夏等多地积极响应,提出加大新能源充电设备建设力度、加速新能源车替代传统燃油车等指导意见。

全球政策引导下,国内外传统车企和新造车势力企业电动化战略清晰且一致,林肯、比亚迪、丰田、长安、北汽、大众等传统车企均提出停产纯燃油车计划,预计将推动新能源车行业驶入高速发展期。

根据EV Tank预测2025年全球新能源汽车销量将达到1800万辆,根据《中国新能源汽车行业发展白皮书(2021)》预测2025年全球新能源车销量1640万辆。

分区域来看,受益于补贴等政策推动,中国以及欧美区域新能源车渗透率较高,而日韩整体电动化率较低。

Marklines数据显示,中国新能源乘用车(EV 和 PHEV)渗透率由2019年 1 月的4%提升至2021年12月的21%,欧洲新能源乘用车渗透率由2015年的0.4%上升至2021年的14.2%,美国新能源乘用车渗透率由2015年的1.6%上升至2021年的18.7%,而韩国、日本新能源乘用车2021年渗透率分别为6.3%、1%,整体电动化率较低。

其中日本主要以燃油车向纯电动车初步过渡的HEV(混动车型)为主,2020年HEV渗透率达35.8%。

分车企来看,海外新能源乘用车市场以欧美车企为主,国内新能源乘用车市场以特斯拉和国产车企为主,日系车企新能源相对落后。

Marklines数据显示,海外市场方面以特斯拉以及大众、戴勒姆、宝马等德系企业为主,其中韩系车企现代集团份额也较为领先,但日系车企份额相对较小。

国内市场方面以特斯拉和国产车企为主,其中比亚迪份额18%,特斯拉份额14%,蔚小理合计份额10%左右,除特斯拉以及国产车企外主要有上汽通用、广汽丰田等合资品牌,中日合资企业份额约2%,整体表现相对较弱。

1.1、电动化带来全新热管理方案,新增零部件推升热管理市场规模

1.1.1、热管理方案的升级:新增电池热管理系统,冷却和加热回复更复杂

传统燃油车热管理由于有内燃机作为热能来源,主要有发动机热管理、变速箱热管理以及乘员舱热管理系统。

新能源车无发动机作为热能来源,同时新增了电池热管理系统,由于电池以及功率元件性能对温度的敏感性,新能源车特别是纯电动车的热管理范围、热管理方案以及零部件都有较大变化。

因此在纯电动领域,新增了电池冷却和加热系统,由于没有内燃机作为能量来源,加热系统新增了PTC加热器或热泵空调系统,最终带来了电池冷却器、电池水冷板、电子膨胀阀、电子水阀、电子水泵等新增零部件的需求。

具体通过纯电动车和传统燃油车热管理差异看新增零部件的重要性:

(1)乘员舱和电池制热系统差异:

传统燃油车利用内燃机废热,通过暖风芯体调节至适宜温度,最终通过鼓风机吹入驾驶舱从而加热乘员舱。新能源车由于没有内燃机产生的热量,需要通过PTC加热器或热泵空调从系统外额外获取热量从而加热乘员舱。针对乘员舱加热系统,PTC加热主要分为风暖PTC加热和水暖PTC加热,其中水暖PTC由于热量损失小成为主流趋势,水暖PTC系统下乘员舱制热回路中因此新增电子水泵、暖风散热器等零部件。

电池加热方面,部分车型在不使用电机余热加热电池的情况下在冷却液回路和制冷剂回路可能会各用到一个PTC加热器。

(2)乘员舱制冷的差异:

整体上新能源车空调制冷与传统汽车差异不大,只是新能源车压缩机无法从曲轴上借力,因此新能源车一般使用电动空调压缩机,属于电子驱动件。

电动压缩机主要由电池提供动力,控制器控制电机转速从而达到控制制冷量。电动压缩机价值量根据电动车排量、充电功率和是否采用热泵系统会有不同。

(3)电池冷却系统的新增:

传统燃油车热管理除乘员舱制热系统外以冷却为主。纯电动车动力电池性能对温度敏感(20℃-35℃性能最佳),因此纯电动车热管理系统需要时刻将电池温度控制在适宜温度以提升电池性能。

针对电池冷却系统主要分为风冷、液冷和冷媒制冷,其中液冷主要是液冷回路与制冷剂回路并联耦合,通过电池冷却器对冷却液降温,冷却液流经冷却板对电池降温。

由于液冷方案可与整车热管理耦合,例如特斯拉利用四通阀将电池冷却回路与电机电控冷却回路耦合,电机电控产生的热量可为电池低温下加热。因此目前电池冷却系统以液冷方案为主。

(4)动力系统冷却的差异:

传统燃油车动力系统冷却主要有节温器、机械水泵、油冷器等零部件,其中节温器根据温度变化控制阀门从而控制大小循环回路。

纯电动车的电机和电控等功率件对工作散热需求更高,对温度的敏感性也催生了对电子水泵、电子风扇和温度传感器的需求,需要通过主动冷却保证电机/电控系统处于安全工作的温度范围。主要控制逻辑在于通过传感器以及汽车热管理控制器 ATMS 控制电子水泵以及电子风扇的转速,从而达到调节环境温度的作用。

(5)从零部件上看,纯电动车电池加热需求以及高压充电需求对零部件的精确控制要求更高,因此需要增加电子水阀、电子膨胀阀等电控元器件:

(a)电子膨胀阀:由控制器、执行器和传感器三部分组成,电子膨胀阀流量控制范围大、调节精细,更适合电动车热管理精细化管控。一般液冷系统中需要两个电子膨胀阀,热泵系统中冷媒和水路更加复杂,可能会增加电子膨胀阀的用量,例如某间接热泵系统中需要 3 个电子膨胀阀。

(b)电子水泵:纯电动车冷却需求和电机轴转速解耦,电子水泵依靠电子控制,能够根据温度变化实时调整转速,精确控制更适合电动车热管理需求。一般电机/电控、空调和电池回路都需要一个电子水泵,因此单车价值有所提升。

(c)电子水阀:常见分为二通/三通/四通,可以控制不同管路冷却液流量大小,从而控制不同要求下的各区域温度。传统燃油车由于管路相对简单,没有电池热管理等耦合回路,因此较少用到电子水阀。

(d)电池冷却器/电子冷却板:电池冷却回路重要零部件。其中电池冷却器安装在空调系统和电池冷却系统之间,对电池进行加热和冷却,为纯新增零部件。

新能源车进一步可以分为 EV、PHEV 和 HEV(我国将新能源车分为 EV 和 PHEV,严格意义上 HEV 不属于新能源车),从热管理架构以及控制策略上看,EV 热管理系统较 HEV 和 PHEV 更复杂并且控制策略更难。

EV 高功率充电以及高压压缩机的使用环境下对零部件的要求更高,高压压缩机对电动压缩机的要求也更高。

此外不像 PHEV 和 HEV 能够利用发动机余热加热电池以及 HEV 简单以风冷形式冷却电池,EV 电池热管理需要引入 PTC 加热器或热泵系统,并且采用液冷方式冷却电池,因此对电池热管理的需求更高,热管理回路所需零部件更多。

1.1.2、新增零部件为热管理市场带来较大增量空间

传统燃油车热管理方面,单车价值2000-2500元左右,我们预计2021年燃油 热管理市场规模超 1000 亿元。

新能源车热管理由于新增电池热管理系统,并且对温度控制要求更高,因此水侧和冷媒侧零部件数量增加,整体单车价值提升至5500-6000元左右,考虑到更为复杂的热泵系统,单车价值预计提升至 7500 元左右甚至更高。

根据2021年国内外新能源车产销量测算2021年国内新能源热管理市场规模210亿元左右,海外热管理市场规模 180 亿元左右,合计390亿元左右,其中新增的电池热管理水侧和冷媒侧零部件市场规模约200亿元。

根据2025年国内外新能源车预计产销量测算2025年国内新能源热管理市场规模760亿元左右,海外热管理市场规模 430 亿元左右,合计 1200 亿元左右,其中新增的电池热管理水侧和冷媒侧零部件市场规模约 600 亿元。

正如前文所述,国内快速发展的新能源市场将带来较大的热管理市场。

从技术层面上看单车价值的提升:

(1)高压快充(800V)下材料的升级,电动压缩机,PTC加热器单车价值会有提升;

(2)二氧化碳热泵高压情况下预计压缩机、阀件和空调管路单车价值会有提升;

(3)目前部分车型采用热泵+PTC辅助加热方案弥补热泵在低温环境下效率较低的问题,整体单车价值略有提升。

1.2、行业格局的变化:依托国内新能源车产业链,国内厂商快速发展

传统燃油车热管理由电装、翰昂、马勒、法雷奥占据,新能源车热管理特别是国内新能源车热管理市场中三花智控、银轮股份、拓普集团、飞龙股份等国内厂商快速发展。

全球整车热管理方面,预计2019年电装、翰昂、马勒、法雷奥四大厂商合计份额72%。

热管理系统及零部件方面,2017年汽车空调领域以国际厂商为主,电装、翰昂、法雷奥合计份额61%;2017年压缩机领域电装、三电、翰昂、法雷奥合计份额76%。

新能源热管理市场方面,我们测算国内厂商份额有所提升,且预计国内新能源热管理市场国产份额提升显著,三花智控国内新能源热管理市场份额已位列行业前列,具体测算逻辑如下:

(1)法雷奥2021年热管理营收39.26亿欧元,其中新能源热管理营收22.4亿欧元(折算人民币约 150 亿元),根据整体营收中国占比16%测算预计中国热管理营收23亿元。

(2)翰昂2021年热管理营收7.35万亿韩元,其中新能源热管理营收折算为人民币约82亿元,根据整体营收亚洲(除韩国)占比 17%测算预计中国热管理营收10亿元。

(3)电装2021年热管理营收1.3万亿日元,预计新能源热管理营收折算为人民币约64亿元,根据整体营收亚洲(除日本)占比 24%测算预计中国热管理营收13亿元。

(4)马勒2021年热管理营收 38.65 亿欧元,预计新能源热管理营收折算为人民币约 130 亿元,根据整体营收亚洲占比 23%测算预计中国热管理营收 16 亿元。

(5)三花智控、银轮股份、拓普集团等根据国内外营收占比简单测算国内热管理业务营收(三花智控内销占比 50%左右,银轮股份内销占比 80%左右,拓普集团内销占比 75%左右,此处内外销占比包含热管理以外业务,因此与实际情况可能会有差异)。

从背后发展逻辑来看,我们认为国内厂商份额提升主要原因系在新增零部件(水侧以及冷媒侧)领域份额的提升,而传统压缩机、冷却模块以及 HVAC 总成由于零部件未发生较大变化仍以国际厂商为主。

(1)新增零部件,特别是阀件类产品,国际厂商没有技术积累,同时阀件类产品壁垒较高,对供应商的电控能力以及生产工艺的能力要求也更高,使得国内外厂商处于统一起跑线。

(2)从现有发展来看,在水侧以及冷媒侧领域我们认为国内厂商依托于国内新能源产业链以及自身供应链能力处于领先地位。

1.3、国际厂商、国内厂商和主机厂三个视角看国内厂商份额提升之路

从国际厂商、国内厂商和主机厂三个视角解答国内主机厂选择国内厂商的原因,主要有以下几点:

(1)传统热管理国际厂商与国内新能源车企绑定不深。

其中法雷奥和马勒以欧洲市场为主,中国区域占法雷奥比重约 16%,亚洲区域占马勒比重约 23%。电装作为日系企业,与本土日系车企绑定较深,其中丰田,本田合计份额占比约 67%。翰昂作为韩系企业,与本土车企现代集团绑定较深,现代份额占比约 47%,其次福特、大众、通用等德系、美系车企占比较高。整体来看,四大传统热管理厂商与国内新能源车企绑定不深。

(2)相较于国内厂商,针对新增零部件国际厂商在中国的产能布局相对不激进,产品升级迭代速度相对较慢,加上所依附的主机厂电动化水平进展较慢,特别是日系企业电动化水平相对落后,因此整体产品稳定性和配合度较国内厂商弱。

从国际热管理厂在中国的布局来看,更多聚焦于空调压缩机,换热器等传统燃油车零部件, 针对新增的水侧和冷媒侧零部件布局较少,此外从专利布局上看,国际厂商整体创新升级速度较慢,而国内以三花智控、盾安环境为代表的零部件厂商创新升级速度较快。

(3)针对新增零部件国内厂商在国内设有生产基地以及团队,天然具备本地化优势。

此外以三花智控、盾安环境为代表的家电上游零部件厂转型至车用阀件领域,由于核心零部件可共用产线设备,成本摊薄带来较大的成本优势,在价格策略上更加灵活。

以电子膨胀阀为例,其核心零件丝杆需新增设备生产制造,由于电子膨胀阀与家用电子膨胀阀的丝杆生产可共用设备(例如阀座芯组合机床以及阀针组合机床),因此依托于家用领域较大的产能,三花智控和盾安环境能够较好摊薄生产成本。

(4)针对新增零部件(水侧以及冷媒侧),国内厂商产品布局更加完善。

从整体布局上看,我们认为传统热管理国际厂商更多优势在于冷却模块以及空调系统,在新增的电池热管理回路特别是阀件侧整体布局较少。相反国内厂商例如三花智控、银轮股份、拓普集团、盾安环境等基于原有业务的基础上快速拓展,目前在电池管理/水侧以及冷媒侧产品矩阵更为完善。

(5)主机厂角度:

从供应商开发和定点流程上看,车企项目开发周期较长,项目开发设计前期就需要供应商介入,同时在开发过程中主机厂会实时跟踪供应商开发进度,需要供应商积极配合主机厂进度并且提前接触主机厂。

从主机厂供应商考量标准上看,最终主机厂会综合报价、过往产品供应质量和供货客户、资质和配合程度等从 4-5 家供应商中选取一家性价比较高的企业参与新项目的开发。

国内家电零部件商转型新能源车零部件天然具备成本以及供货稳定性优势,因此更容易进入 到主机厂供货体系中,以新增的电子膨胀阀为例,三花智控在家用领域拥有产品质量稳定的生产经验和成本优势,加上较早便开始接触主机厂,因此率先打入新能源供应链体系中。

展望后续怎么看新能源热管理格局发展?

(1)国内市场方面,从主机厂角度来看供应商选择有以下几点考量:

(a)随着现有车型起量,以及为了实现价格和服务上的平衡,主机厂会逐步开放第二、第三家供应商;

(b)有新车型的开发需求,而供应商技术和生产等能力符合新车型开发需求,主机厂会引入新供应商;

(c)为了降低供应链管理难度和复杂性,针对某一零部件或者同一平台不同车型的集成部件,主机厂一般引入3家左右供应商竞争;

(d)对于仍处于快速迭代的零部件,在产能充足的情况下主机厂更倾向于选择头部几家企业去做;

(e)对于已经进入主机厂供应链体系的厂商来说,拓展新的零部件相对更容易,需要厂商及时进入主机厂项目开发流程中。

因此综合来看,我们认为拥有快速更新迭代能力的国内厂商在大客户效应以及二供趋势下有望进入其他主机厂供应体系中,同时依托以往供货经验有望在现有客户中拓展新的零部件。

从供应商角度来看阀件整体壁垒较高,对电控和上产工艺要求较高,壁垒高使得行业入局者较少,国内头部企业有望实现强者恒强,参考家用阀件领域或形成寡头垄断格局。

电池热管理回路/水侧零部件整体壁垒相对低,行业玩家较多,不同主机厂根据自身定位或选择不同供应商,但我们预计原有供应商在供应稳定的情况下会保有一定份额,同时对于其他供应商来说也有机会拓展到其他主机厂中。

(2)国外市场方面,由于日本整体电动化水平较落后,同时本土企业与电装绑定较深,预计短期国际厂商仍将占据较高份额。欧美市场方面,随着国内厂商逐步布局海外生产基地以及本土团队,预计在技术领先和产品完善的水侧/冷媒侧领域份额有望得到提升。

以三花智控为代表的企业目前海外整体布局较为完善,同时具备较强的研发实力和快速的产品更迭能力,有望为客户提供更有优势的集成组件和零部件产品。

2.1、三花智控:国内新能源热管理市场龙头,布局海外着眼全球市场

国内市场方面,正如前文所述预计三花智控凭借水侧和冷媒侧零部件以及集成部件,国内新能源热管理市场份额已领先行业,逐步突破国际四大热管理厂商以往垄断格局。

从产品布局上看,公司的产品覆盖了阀、泵、热交换等三大类部件,产品品类丰富,拥有纵向一体化生产能力,集成模块化组件自制率高,在集成化趋势下有利于提升客户粘性。

从盈利能力上看,公司基于传统家用领域的生产技术优势,成本摊薄后整体热管理业务盈利能力高于行业平均,2021年三花智控、银轮股份、松芝股份热管理业务净利率分别约12%、4%、3.7%,2021年三花智控、拓普集团毛利率分别约24%、17.8%。

公司整体先发优势明显,较高的盈利能力有利于支撑产品的快速迭代,实现强者恒强。

随着主机厂开放二供、三供,虽然公司在单一主机厂的份额可能会略有下降,但我们认为公司还将在国内市场继续保持领先地位,阀件以外的品类以及集成组件领域还有客户拓展空间,预计公司热管理业务将继续保持较高增长。

国际市场方面,生产、研发等全球化布局一方面能够缩短供应链长度、提高供应链效率,另一方面通过本地化服务有利于海外客户拓展。目前公司在全球范围内共设立了 22 个销售办公室、37 个物流中心以及超 14 个生产基地,其中欧洲市场方面在德国建立了研发中心,在波兰、奥地利和土耳其建立了生产基地;北美市场方面在美国底特律和休斯顿建立了研发中心,在墨西哥建立了生产基地。

客户拓展方面,公司已进入戴勒姆、宝马、通用等德系、美系企业供应链体系。

本地化研究中心和生产基地提高了公司与当地客户的沟通效率,提升应答速度和配合度,叠加自身产品技术优势,我们认为公司有望逐步打开欧美市场。

2.2、盾安环境:国内热管理市场新秀,依托阀件领域优势有望实现 1-N 的快速发展

2017年公司设立盾安汽车热管理科技有限公司,正式进军新能源汽车零部件业务,围绕优势阀件领域拓展产品线,并逐步向电子水泵等水侧零部件拓展。

产品维度上,新能源热管理领域与空调制冷领域应用的阀件技术存在互通性,在研发设计和生产上公司具备深厚的积淀,围绕冷媒侧率先推出电子膨胀阀、电磁阀等关键零部件,此外不断加大对电子水泵等水侧零部件的研发投入。

随着格局入局提供流动性和资金支持,我们预计公司以往资金层面的障碍将得到缓解,整体战略定位调整后预计热管理市场整体竞争力或逐步提高。

长期技术沉淀与产品经验使得公司已与主流新能源车企及国际系统集成厂建立了合作。

当前公司客户包括比亚迪、蔚来、理想、吉利、长安、合众、零跑等新能源车整机厂商,法雷奥、空调国际、马瑞利、三电、松芝、豫新、博耐尔等车用空调系统厂及银轮、拓普等汽车零部件企业,同时公司与宁德时代、微宏动力、盟固利等电池企业及宇通、中车、一汽解放等商用车车企在商用车电池热管理领域也建立了良好的合作关系并已有供货。

我们认为当前公司已完成 0-1 的初期阶段,处于 1-N 快速发展阶段,展望未来我们认为有以下几点看点:

(1)车企零部件二供、三供趋势渐显,公司具备成为二供的优势。

正如前文所述,当主机厂车型放量以及有新车型开放需求时会开放新的供应商,公司作为传统阀件龙头,有优势抓住成为大型车企二供、三供的机会,借此打开市场,提高份额。当前,公司电子膨胀阀已在比亚迪部分车型中得到快速应用,未来随着更多厂商放开二供,我们预计公司有望凭借电子膨胀阀等优势阀件快速切入获得增量,同时进入供应链体系后,公司有望凭借阀件领域的电控能力将业务拓展至电子水泵等其他电子控件。

(2)格力电器入局缓解流动性风险,海外以及中外合资客户空白有望得到填补。

当前公司新能源热管理领域大部分客户是国内车企品牌。随着格力电器入股公司资本结构得到优化,流动性问题得到缓解,我们认为有利于公司逐步拓展海外以及中外合资客户。

(3)格力入局以往资金限制有望得到缓解,随着产线的逐步投放,有望支撑订单持续放量。

2021年上半年公司持续加大生产线投入,预计2022年开始针对大口径阀的扩产准备,目前公司小口径产能450万/年,大口径产能150万/年,电磁阀产能450万/年,随着新增产线的落地,有望满足未来客户拓展的需求。

展望后续,国内市场方面考虑到阀件壁垒较高,我们预计阀件领域或呈寡头垄断格局;水侧零部件方面行业参与者较多,整体来看具备集成优势以及先发优势的企业或能通过客户/产品拓展获得较快发展。国外市场方面国产厂商本地化布局带来的拓展机会。

公司:有望依托阀件优势和二供趋势快速拓展客户的盾安环境,热管理龙头,全球化布局领先的三花智控。

新能源车销量不及预期;行业竞争趋于激烈;原材料价格上涨等。

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