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新能源汽车热泵空调系统深度报告
2018-11-29 21:01:57
续航
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汽车
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新能源
行业观点
热泵空调是纯电动汽车制热有效解决方案。在动力电池没有突破性进展的情况下要保证低能耗制热,热泵空调是为数不多的可行技术,效能系数比PTC加热高出2-3倍,可以有效延长20%以上的续航里程。
当前电装、法雷奥、翰昂、马勒等国际热管理巨头均已推出车载热泵空调系统且有多款车型问世,国内零部件企业也已形成供应体系。
热泵空调在电动汽车领域深度替代趋势已经显现。国外搭载技术已经过5年验证,日产Leaf、丰田普锐斯、宝马i3、大众电动高尔夫均已量产装车;国产电动汽车完成热泵装载从0到1的突破,荣威Ei5、荣威MARVEL X、长安CS75 PHEV等三款车型覆盖纯电和混动。
热泵系统单车价值高,渗透加速,预计2025年市场规模达150亿元。
单车价值3300元左右,比传统空调高出1000元。2017年电动车空调国内市场规模为18.3亿元,预计到2020年翻三倍达到54亿元;全球市场规模2017年为40.6亿元,预计2020年达到117亿元。
以2020年热泵系统10%的替代率计算则有超过16亿空间,2025年30%渗透率市场空间将近150亿元。另外在家用方面地源、水源、空气源热泵的市场空间更大,但电动车用热泵对于汽零企业是一个全新的增量市场,可为提前布局的企业提供更多增长的确定性。
投资建议
热泵空调作为热管理行业的先进技术,其优秀的节能性、更高的单车价值将配合电动汽车的高速增长为提前布局的标的带来增长的确定性。当前我们保持预期并持续推荐该板块。
风险提示
新能源汽车发展不及预期;热泵空调渗透速度不达预期;原材料成本波动;传统汽车业务下滑拖累整体净利润。
一、总论
热泵空调是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置,在冬季制热工况下COP可达2-4,能效多倍于当今普遍使用的PTC加热,可以有效延长20%以上的续航里程。且限制其使用的低温结霜问题也已有多种解决方案,是目前为数不多适用于电动汽车制热的有效技术。
核心零件包括四通换向阀、电动压缩机、电子膨胀阀、换热器等,国内厂商已完成零部件全覆盖,主要包括三花智控、银轮股份、奥特佳。
热泵空调成为车载空调新趋势。
国际一级供应商电装、法雷奥、翰昂、马勒、博世等早已推出系统解决方案,电装深耕日系车企,热泵至少装配三款车型,技术成熟经验丰富;法雷奥推出新型制冷剂HFO-1234yf热泵系统;翰昂系统及零部件全产业链供应;博世拥有成熟的电动整车热管理系统方案。
国内供应商加码热泵空调,动作不断。三花智控完成除压缩机外零部件全覆盖,且在CO2制冷剂布局超前;银轮股份热泵系统在改装的江铃E400上整车试验成功;奥特佳电动涡旋式压缩机国内市占率30%,曾发布补气增焓低温热泵系统;格力日前也发布了搭载双极增焓技术的车载热泵系统。
二、热泵空调关键技术与零部件
热泵空调系统原理
热泵是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置,类似可以将低处的水泵到高处的“水泵”。使用四通换向阀可以使热泵空调的蒸发器和冷凝器功能互相对换,改变热量转移方向,从而达到夏天制冷冬天制热的效果。这样相对宝贵的电能在制热的过程中可以仅作为热量的“搬运工”,而不是自身转换成低品位的热能。
热泵空调的工作原理基于“逆卡诺循环”,如下图所示,制热模式下1.蒸发器从环境中吸取热量进入热泵系统,2.低压工质被压缩升温,3.高温高压工质在冷凝器中与舱内空气换热,4.加热后的空气被送入车厢内,5.高压工质经膨胀阀成为低温低压气体完成循环。
制热模式下热泵空调可使能量效率大幅提升
传统汽车空调的制热采用发动机冷却液作为热源,结构简单且无额外经济付出。电动汽车则因缺乏现成热源而多采用PTC材料进行电加热,但能耗巨大,这将大大缩减续航里程。
PTC指正温度系数热敏电阻,电阻与温度正相关,当外界温度降低,PTC电阻值随之减小,通电发热量会相应增加。但PTC方案能耗巨大,在寒冷的冬天打开暖风空调,电池续航减少三成甚至一半,目前大多数电动车并未考虑极寒条件下应用的场景,所以短期内PTC方案成为了大多数电动车的首选。
目前PTC加热器有两中方案:风暖和水暖,差异在于,采暖风时冷风是和PTC散热片直接换热,还是和流有被加热冷冻液的换热器换热。随着液冷方案的普及,液体加热器也必然将成为主流。
一般电动汽车的PTC功率大致在1-6kw,完成除霜功能按面积大小需要功率在2-3kw左右,PTC水加热则需要4-6kw左右,例如蔚来ES8采用了前置5.5kw后置3.7kw的双PTC组合。以当前主流的续航300km平均带电量35kw为例,以平均30km/h的城市车速行驶和2kw的PTC加热,续航里程将缩减为191km,减少36%。
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