2018年汽车热管理系统行业分析报告
- 格式:doc
- 大小:3.39 MB
- 文档页数:42
2018年汽车热管理系统行业分析报告2018年3月目录一、热管理系统运作原理及其行业现状 (4)1、传统燃油车热管理系统原理 (4)2、新能源汽车销量保持快速增长,电动化是确定性方向 (7)3、新能源车电池热管理最为关键,热管理重要性水平显著提升 (7)4、空调热泵系统节能降耗,有望成为发展趋势 (12)二、销量快速增长及单车价值量上升,市场空间有望大幅提升 (15)1、新能源汽车销量高速增长,可提升空间大 (15)2、随着电动化水平提升,平均单车价值提升超过4000元 (18)三、与国际知名零部件供应商站在同一起跑线 (20)1、国际市场:国际巨头市场份额过半,目标转向新能源 (20)2、国内市场:积极布局新能源汽车热管理,中国制造挑战国际巨头 (22)(1)三花智控:阀类产品进入壁垒高,新能源汽车热管理系统可以期待 (22)(2)银轮股份:传统车换热器由商转乘成功,积极布局新能源汽车热管理系统 (28)四、总结和展望 (30)1、电动化趋势确定性强,保持高速增长基本无忧 (30)2、新能源汽车热管理系统单车价值量提升幅度大 (30)3、全球市场空间也将大幅提高,中国企业有望弯道超车 (31)热管理系统将迎变革,行业重要性提升。
新能源热管理与传统车热管理相比,空调系统与热管理系统的关系变得更为紧密相连,并且新增了电池、电机、电子设备冷却的热管理系统,代替了传统对发动机、变速箱的却冷。
其中,电池不仅需要传统的冷却功能,还需要具有制热的功能,新能源车电池的重要性使得热管理系统的重要性显著上升。
另外,电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题,热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。
单车价值显著提升,电动车渗透率提升空间大。
新能源汽车的车载空调及热管理系统相比传统汽车更为复杂,部分零部件数量及种类均有增加,新增零部件包括电子膨胀阀、带电磁阀的膨胀阀和电池冷却器、冷却板、电子水泵和电子水阀。
2018年新能源汽车热管理系统分析报告投资聚焦研究背景汽车电动化浪潮下,新能源汽车热管理系统的需求高增长;与传统汽车热管理系统相比,新能源汽车热管理系统的单车价值量更高。
我们在本篇报告中深度研究了汽车电动化浪潮下热管理行业的变化,并结合分析推导出投资策略。
创新之处(1)在本报告中,我们从空调系统、电池热管理系统及整体解决方案三个方面,对电动车和传统燃油车热管理系统的异同进行了定性和定量分析,进而对电动车热管理系统的市场需求进行了测算。
(2)本报告投资策略的标的选择范围更广,我们在A股和新三板两个市场中选择优质标的。
投资观点汽车电动化趋势下,热管理行业迎来变革期。
微观角度来看,与传统燃油汽车相比,电动车热管理系统的变化包括:(1)热管理模块新增电池热管理系统、电机电控热管理系统等;(2)空调系统动力源由发动机变为电能,系统复杂程度明显提升;(3)热管理整体解决方案需更加重视功能实现和能耗管理的平衡。
以上变化反应在行业层面为:(1)热管理系统的单车价值量明显提升,行业空间也相应增加;(2)行业格局或将出现变化。
根据我们的测算,2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元,CAGR约50%,其中,中国市场需求约125亿元(CAGR44%),海外市场需求约175亿元(CAGR59%)。
我们认为在汽车电动化浪潮中,既有的汽车热管理竞争格局已有松动迹象,国内企业存在弯道超车的可能性。
我们首次给予汽车热管理行业“买入”评级,建议关注:1、A股:三花智控(002050.SZ,全球空调阀门龙头)、奥特佳(002239.SZ,汽车空调压缩机龙头)、松芝股份(002454.SZ,客车空调龙头)、银轮股份(002126.SZ,汽车热交换器龙头)、中鼎股份(000887.SZ,密封件龙头)等;2、新三板:昊方机电(831710.OC)、瑞阳科技(834825.OC)等。
风险因素(1)新能源汽车政策变化影响行业发展的风险:新能源汽车行业仍在早期发展阶段,政策会对行业发展产生较大影响,若监管部门发布相关政策,可能会冲击行业发展。
汽车发动机舱热管理技术作者:于雷梅云峰来源:《中国科技博览》2018年第35期[摘要]如今,汽车工业的发展十分迅速,人们对汽车的发动机机舱热管理技术越来越重视。
因为汽车的发动机机舱热管理技术可以有效提高汽车发动机的性能,提高汽车运行的可靠性和安全性。
本文主要对汽车发动机机舱热管理技术进行分析,指出其中的问题,并提出相应的解决办法。
[关键词]汽车;发动机;机舱;热管理技术中图分类号:U464.13 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)35-0033-011我国目前汽车发动机机舱热管理技术的发展现状和问题如今我国的汽车在设计上往往喜欢低车身、流线型的设计,这就会导致很多问题。
1.1导致汽车发动机空气流动受阻而过热目前的汽车发动机机舱热管理技术还不够完善,汽车的舱内空间往往会比较狭小,人们对于小车型汽车的追求往往会导致汽车的零部件安放位置过于紧凑,这就会导致汽车的发动机舱内的空气流动受到很大影响,空气的流动不顺畅,但是从某种意义上来讲,空气流动是发动机舱中散热的唯一方式,如果机舱的空气流动收到影响,就会在很大程度上影响汽车发动机机舱的散热效果。
这时虽然冷却风扇也能起到一定的辅助作用,但是发动机机舱内部的气流的通畅性仍然受到很大程度的限制,导致散热不畅,从而造成过热的汽车的发动机舱环境,汽车的散热器和冷凝器等热交换器都会有很大的影响,换热性能就会变得很差,散热状况也会十分恶化,从而不能保证人们的汽车的关键部件始终在高效运行的温度范围内,这就会对发动机的性能和使用寿命带来很大的影响。
1.2汽车发动机机舱热管理技术缺乏足够的性能对于汽车来说,发动机起到的是动力作用,类似于汽车的心脏,因此发动机的性能的好坏对于汽车的经济性和动力的高低有着很大的影响,并且在很大程度上影响汽车的安全性。
相关技术人员必须相处一定的办法来开发更加高效和可靠的汽车发动机舱热管理技术系统。
对于目前的汽车发动机的发展技术来讲,汽车目前的发动机机舱热管理技术的好坏已成为进一步提高发动机功率,从最大限度上改善汽车的运行的经济性的必须条件,成为发动机技术的突破性关键技术问题。
中国汽车热管理行业发展前景研究报告前 言Introduction汽车是一个非常复杂的系统,由上万个不同材料的零部件组成,而每个零部件的工作温度和材料耐受温度都不尽相同。
汽车热管理系统的主要作用就是通过散热、加热、保温等手段,让不同的零件都能工作在合适的温度下,以保障汽车的功能安全和使用寿命。
随着国内汽车行业的快速发展,汽车热管理市场需求打开,发展前景广阔。
目录CONTENTS01定义汽车热管理产业链主要分类发动机冷却系统空调系统02中国汽车市场汽车产量汽车销量汽车进口电池热管理系统汽车出口03中国新能源汽车汽车市场目录CONTENTS新能源汽车产量新能源汽车销量04中国汽车热管理市场系统组成新能源汽车热管理系统05汽车热管理市场格局新能源汽车进口新能源汽车出口市场格局企业——奥特佳企业——三花智控企业——松芝股份目录CONTENTS企业——中鼎股份企业——西泵股份06汽车热管理市场发展趋势发展趋势01汽车热管理定义热管理的本质就是通过热量传递进而达到对温度的控制。
热量传递是指由于温度差引起的能量转移,主要有传导、对流和辐射等三种方式。
热传导,指在物质在无相对位移的情况下,物体内部具有不同温度、或者不同温度的物体直接接触时所发生热传导的热能传递现象。
热对流,是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
热辐射,是一种物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的传热方式。
热传导热对流热辐射热管理资料来源:中商产业研究院产业链热管理系统对于汽车而言十分重要,可以保障汽车的功能安全和使用寿命。
一般来说,汽车热管理系统主要包括发动机冷却系统、空调系统、电池热管理系统等,根据不同的车型需求进行配置。
主要分类汽车构造复杂、零部件繁多,为了更有效地控制各部分的温度,汽车热管理细分多个领域,其中发动机冷却系统、空调系统、电池热管理系统为主要的三个部分。
来源:中商产业研究院汽车热管理发动机在正常工作时,缸体内温度可能高达上千摄氏度,排 气管周围温度也非常高。
2018年汽车热管理系统行业深度分析报告投资要点:⏹技术路线:从传统到新能源,热管理系统复杂性提升汽车热管理系统广泛意义上包括对所有车载热源系统进行综合管理与优化,热管理系统主要是用于冷却和温度控制,例如对发动机、润滑油、增压空气、燃料、电子装置以及EGR的冷却,对发动机舱及驾驶室的温度控制。
热管理系统工作性能的优劣,直接影响汽车的整体性能,对于整车的重要性不言而喻。
新能源汽车的发展,对于汽车热管理系统是一场大的变革。
传统燃油车的热管理架构主要包括了空调系统以及动力总成热管理系统。
新能源汽车由于动力源发生了变化,新增了三电系统,因此要对电池、电机、电控等进行热管理的重新构建。
此外,新能源汽车的空调系统因为动力方式的转变也产生较大的变革,从压缩机部件到制暖系统都需要进行技术的升级以及产品的替换。
总体而言,从传统燃油车到新能源汽车,汽车热管理系统变得更加复杂,对于整车的重要性愈加提升。
⏹产品空间:传统叠加新能源,热管理市场扩容1)节能减排带来传统燃油车热管理部件新需求。
节能推动涡轮增压器市场渗透率持续提升。
针对2020年我国乘用车产品平均燃料消耗量达到5L/100km 的目标,涡轮增压(小排量化)成为提升发动机能量转化效率的重要技术,预计到2020年汽油机涡轮增压的比例会上升到40%。
节能减排推动尾气处理(EGR)渗透率持续提升。
到2020年,我们预测柴油车EGR装机率将逐步达到60%,汽油车EGR装机率达20%。
涡轮增压器和尾气处理(EGR)市场渗透率的提升,将直接带动中冷器、电子水泵、EGR冷却器等热管理零部件需求量提升。
2)电动化趋势下,催生新能源汽车热管理新增量市场。
目前电动化已经成为汽车行业最主要的趋势之一,各国政府出台相关政策推动,而各家车企也都不同程度的投入到新能源汽车的研发生产中。
在政策与产业的联合助力下,新能源汽车发展迅速。
单车价值方面,由于新能源汽车热管理系统相对于传统燃油车增加了电机电控冷却系统和电池热管理系统,形成新的产品需求如电子膨胀阀、电池冷却器、电池水冷板、电子水泵等,因此单车价值从传统车的2200元左右提升至4600元左右。
空调HVAC总成、电动压缩机总成、冷凝器总成:弗迪科技负离子发生器:镇江汉邦车架、制动器、减震器:弗迪科技轮胎:固特异IPB智能集成制动系统:博世轮毂盖:太仓盖兹护套/端子/板端连接器/大电流端子:动力总成高压线束管夹/内饰卡扣:阿雷蒙驱动电机、电机控制器、碳化硅电机控制模块、电池管理系统:比亚迪混动DCT:重庆蓝黛BMS连接器:莫仕电池加热器总成:弗迪科技汉EV-磷酸铁锂刀片电池:重庆弗迪锂电池汉DM-三元锂电池/2.0T发动机:比亚迪汉DM-发动机冷却模块ECM:马勒汉DM-排气系统:佛吉亚增压器:宁波丰沃汉EV-DCT:弗迪科技电气电子系统车载充电机、整车控制器:比亚迪车身控制器(BCM)、整车线束(包括高压线束)、室外温度传感器、安全气囊模块:弗迪科技共模组件:安泰科技BD-EPS:采埃孚低速报警器/行人提醒系统:天博电器TPMS胎压监测:琻捷电子充电口/高压连接器:巴斯巴科技前格栅(高光烫印)、车标:湖南浩润座椅:佛吉亚IP/DP/FC面板:延峰汽车内饰内水切总成、呢槽下段和塑料导轨:兴宇宁波综研化学车身&内外饰天窗总成、安全带总成、方向盘、隐藏式门把手:弗迪科技全车玻璃(除天窗外):福耀玻璃前保左右高亮黑饰条:延锋彼欧窗框条/手套箱:银宝山新比亚迪汉EV/DM零部件供应商智能网联DiPilot智能驾驶辅助系统:比亚迪自动泊车系统:德赛西威HiCar智慧互联系统、5G技术:华为动力系统长盈精密旭升股份特斯拉泰科电子电机:富田电机和大工业、旭升股份三花智控摩丁制造Modine 基础制动:布雷博电控制动:特斯拉避震结构:拓普集团轮胎:米其林空气悬挂:大陆集团蒂森克虏底盘结构件:拓普集团精密铝合金:广州鸿图车用改性材料:金发科技精锻齿轮:精锻科技铝合金压铸件:鸿特精密压铸铝/镁合金结构件/母排钣金件:春兴精工电气电子系统安全气囊/方向盘元件:均胜电子电动助力转向:博世充电线:智慧能源超级充电桩:上海普天(运营);中国联通、众业达(网络建设);许继电气、国电南瑞(建设)等高压动力总成布线:宏发股份、车身&内外饰车身模具:天汽模车身结构:液态金属汽车门锁扣:宜安科技内饰板:麦格纳座椅:富卓噪声处理:拓普集团安全带:海利得玻璃:旭硝子Multimatic特斯拉MODEL3零部件供应商智能网联视觉处理运算器:英伟达中控屏面板:F-TPK宸鸿中控屏模组:长信科技仪表显示屏:鸿海精密汽车天线:大富科技地图:Google、四维图新自动驾驶Autopilot系统:特斯拉摄像头:Mobileye毫米波雷达:法雷奥人车交互:均胜电子智能网联中控显示屏/液晶仪表/大屏仪表一体全贴合显示模组:群创自动驾驶感知/视觉运算处理器/iBooster/ESP车身电子稳定系统:电动助力转向:博世华域自动驾驶摄像头:LG德赛西威英伟达小鹏(软件)、铁将军(硬件)车载充电机/DCDC/高配配电三合一:家用充电桩:万邦德和、科陆电子充电插座:安费诺高压充电电缆:莱尼超级充电桩:特锐德、科陆电子、长园深瑞、科士达智能控制器:加达利小鹏P7零部件供应商空调系统&热管理系统迪比卡车身&内外饰隐藏式充电口总成:慧鱼门锁:恩坦华、布拉诺LED大灯:小系保险杠总成:模塑科技座椅:东风安道拓被动安全系统:奥托利夫门饰系统:延峰车身结构:爱机车身模具:天汽模内饰纹理:广州澎泽八光涂料:艾仕得整车车型工程设计:爱达克后副车架结构件:汇众汽车隐藏式门把手:本田制锁动力系统精进电动、方正电机采埃孚悬挂系统:萨克斯、电池电机电控热管理比亚迪重庆弗迪电池LG 松下宁德时代小鹏MODEL 3P7比亚迪汉:汉/MODEL3/P7三电及热管理系统核心零部件供应商对比(包括整车控制器、电机控制器、BMS)比亚迪弗迪电池有限公司弗迪视觉有限公司弗迪科技有限公司弗迪动力有限公司弗迪模具有限公司产品覆盖3C电池、动力电池、储能电池、梯次利用等多个覆盖车用照明及信号系统相关产品的研发生产主营汽车电子及底盘业务,覆盖乘用车、商用测及轨道开发燃油车动力总成、新能源汽车动力总成及新能源整白车身及零部件焊接生产线全球市场韩国电池厂商装机量增长LG/宁德时代/松下市场份额相当,比亚迪位居第四因MODEL3(中国产)、奥迪e-tron 等车型畅销,LG超越宁德时代跃居全球首位宁德时代LG化学 2 114.2%48.7%14.2%22.9%2020H1中国动力电池市场份额松下等其他公司比亚迪 2 LG化学宁德时代SDI等其他公司 2123.5%24.6%20.4%25.5%2020H1全球动力电池市场份额6.0%松下4比亚迪 3 2020年上半年中国动力电池市场份额中国市场外企入局,一超两强一超:宁德时代两强:LG化学与比亚迪MODEL3及P7电池供应商LG/松下/宁德时代市场份额领先比亚迪坚持磷酸铁锂技术路线,并已实现技术突破,具备差异化竞争优势汉/MODEL 3/P7电池供应商实力相近总结磷酸铁锂电池2020年上半年中国动力电池种类应用占比情况相关供应商具体情况2020年上半年全球动力电池市场份额技术路线:高镍三元软包电池(以NCM622为主,其次为NCM811)产能情况:约30GWh,在建产能60GWh 客户情况:基本攘括国际主流车企产业链布局:涉及上游三元前驱体、正极材料、硫酸镍及锂矿加工电池供应商技术路线:磷酸铁锂电池+方形高镍三元(NCM523 + NCM811)产能情况:约40GWh,在建产能约40GWh客户情况:95%以上为自供,封闭的供应体系一定程度上制约了动力电池部门的发展产业链布局:覆盖从上游正极、电解液、隔膜、锂材料、前驱体到中游电池至下游整车制造全产业链电池供应商安全性高技术路线:三元锂电池+方形/软包+CPT产能情况:53GWh,在建产能22.2GWh客户情况:中国一线车企市占率达50%,包括北汽、上汽、吉利、广汽,并逐步打入宝马、大众、本田等高端车企产业链布局:已经实现上中下游全方位布局电池供应商比亚迪及特斯拉在电机及电控份额方面均位于中国市场前列小鹏电机供应商方正电机及精进电机市场份额较低,与比亚迪、特斯拉仍存较大差距;电控供应商汇川联合动力位居中国第三,与比亚迪、特斯拉份额接近汉/MODEL 3/P7电控供应商市场份额相近,P7电机供应商市占率较低总结2020年上半年中国新能源汽车电机出货量及市场份额比亚迪 5.13万套14.1%特斯拉 4.98万套13.7%蔚然动力2.95万套8.1%方正电机1.59万套4.7%精进电动0.93万套2.6%…………出货量市场份额供应商竞争格局:中国新能源汽车电机行业发展时间较短,市场竞争激烈,行业内没有出现绝对龙头,新进入者仍有机会占据一定市场份额,行业竞争格局还未定型2020年上半年中国新能源汽车电控出货量及市场份额竞争格局:行业竞争激烈,装机量前八名的企业集中度约为69.6%,根据贝恩分类法,中国新能源汽车电控市场为低集中寡占型(40%≤CR8<70%),行业尚未出现绝对龙头企业比亚迪 5.18万套13.3%特斯拉 4.98万套12.8%汇川联合动力 4.80万套12.4%联合电子3.93万套7.6%蔚然动力3.00万套7.6%……出货量市场份额麦格米特1.03万套2.7%电机、电控市场份额均位居中国市场首位是中国第一家获得ISO26262认证的电动汽车电控供应商,凭借吉利、江淮、海马、宇通等整车厂订单,其电控出货量位居中国第三汇川联合动力特斯拉比亚迪驱动电机系统出口量位居中国行业首位精进电动方正电机转向泵永磁同步电机市占率达80%得益于国产MODEL3的畅销,其电机、电控市场份额与比亚迪相近BMS供应商为宁德时代,其市场份额位居中国首位,采用“BMS+PACK”模式,技术全国宁德时代7.71万套21.2%特斯拉 5.00万套13.7%比亚迪4.59万套12.6%PREH1.41万套3.9%国轩高科0.87万套2.4%…………出货量市场份额竞争格局:在BMS领域中,专业第三方企业的机会减少,整车厂自供和电池厂配套的趋愈发明显。
2018年新能源汽车热管理行业分析报告正文目录新能源汽车热管理要求高于传统汽车,电池热管理系统为核心 (5)新能源汽车热管理要求高,系统复杂、价值量大 (5)电池热管理系统:新能源热管理核心,液冷为应用趋势 (9)新能源汽车空调系统:压缩机有升级,热泵系统为趋势 (14)空间:下游快速放量+单车价值提升,2020年全球规模超200亿 (20)电动化大势所趋,全球新能源汽车市场加速放量 (20)全新增量+产品升级,新能源汽车热管理单车价值高 (23)2020年国内空间有望达70亿,全球空间超200亿 (25)格局:行业尚处发展初期,国际巨头和本土企业各有优势 (26)巨头垄断汽车热管理市场,凭技术优势加大新能源汽车热管理布局 (27)兼具市场和成本双重优势,本土企业发力新能源汽车热管理 (31)系统配套壁垒高,优质本土企业有望突围 (32)相关建议 (34)主要公司分析 (35)三花智控 (35)银轮股份 (35)奥特佳 (35)中鼎股份 (36)图目录图1:新能源汽车热管理复杂程度高于传统汽车 (6)图2:按冷却介质分类,新能源汽车热管理系统包括三个回路 (6)图3:常见新能源汽车热管理系统产品(控制、换热及驱动部件) (8)图4:燃油车及电动车空调及热管理(液冷)系统组成及工作原理 (8)图5:新能源车热管理系统组成部件及功能 (9)图6:高温时放电会影响锂电池寿命 (10)图7:低温时放电锂电池容量会出现衰减 (10)图8:电池直冷采用空调冷却剂直接冷却,液冷新增了冷却液冷却回路 .. 11图9:A00 /铁锂电池乘用车多直接风冷,插混及高级别纯电动乘用车一般采用液冷 (12)图10:16年(左)及17年3Q新能源乘用车产量结构(单位:辆) (13)图11:16年(左)及17年前十月燃油乘用车销量结构(单位:辆) (13)图12:历年新能源乘用车动力电池技术路线及能量密度预计(Wh/kg).. 14 图13:18年纯电动乘用车热管理系统渗透率有望加速提升 (14)图14:汽车空调系统主要功能 (15)图15:汽车空调系统原理图 (15)图16:汽车空调压缩机结构示意图 (15)图17:PTC水暖加热器示意图 (17)图18:PTC水暖加热工作原理图 (17)图19:热泵空调系统示意图(使用四通阀) (18)图20:雷诺ZOE使用的热泵空调系统(未使用四通阀) (18)图21:三菱重工热泵空调系统与PTC加热能耗对比 (19)图22:宝马i3纯电动车热泵空调系统与PTC加热能耗对比 (19)图23:2017年前三季度国内新能源乘用车销量同比增长54% (21)图24:2017年前三季度新能源乘用车分级别产量(辆)及占比 (21)图25:2017年前三季度海外新能源车销量同比增长63% (22)图26:2016年海外新能源乘用车分级别销量及占比 (22)图27:海外传统车企新能源车战略规划 (23)图28:主要零部件企业新能源汽车热管理产品布局情况 (26)图29:2016年前四大巨头占据全球汽车热管理55%市场份额 (27)图30:新能源汽车热管理系统单车价值明显高于传统汽车 (27)图31:2016年电装热系统业务收入占比达到30% (28)图32:电装汽车热管理系统相关产品 (28)图33:2016年法雷奥热系统事业部收入占比达到28% (29)图34:法雷奥汽车热管理系统相关产品 (29)图35:翰昂发展历程 (30)图36:翰昂汽车热管理系统相关产品 (30)图37:2016年马勒热管理业务收入占比达到35% (31)图38:马勒汽车热管理系统相关产品 (31)图39:全球汽车空调系统市场份额情况 (33)图40:国内主要整车厂汽车空调配套关系 (33)图41:国内乘用车空调压缩机市场份额情况 (34)图42:国内主要整车厂汽车空调压缩机配套关系 (34)表目录表1:三类汽车空调压缩机特点 (16)表2:积分制作用下,2019-2020年满足达标要求的国内新能源乘用车产量测算 (21)表3:海外车企新能源乘用车产销量(万辆)预计 (23)表4:电池热管理系统(液冷)单车价值量拆分 (24)表5:传统汽车与新能源汽车空调系统价值量对比 (24)表6:新能源汽车热管理系统单车价值量拆分 (25)表7:中国及全球新能源汽车热管理系统空间测算 (26)表8:国内企业新能源汽车热管理产品配套情况 (32)新能源汽车热管理要求高于传统汽车,电池热管理系统为核心与传统汽车相比,新能源汽车热管理系统更复杂,不仅有空调系统,而且新增电池、电机等冷却需求。
2020年第1期整车热管理系统集成仿真分析和试验验证郑旭阳1、2,李韦林1、2,崔健1、2,范皓龙1、2(1长城汽车股份有限公司技术中心河北071000;2河北省汽车工程技术研究中心,河北071000)摘要:随着时代的快速发展,科学技术也在不断进步,文章在研究过程中主要对整车热管理系统集成仿真以及试验进行了深入细致的分析。
整车热管理系统中各个系统之间的相互作用关系对于整个车辆的综合性能有着较大影响,因此需要对整车热管理系统进行深入细致的研究,采用仿真模型的研究方式能够提高研究的准确性,并且及时发现在研究过程中存在的问题,进而对整个系统进行更好的改进。
关键词:整车热管理;仿真分析;试验验证作者简介:郑旭阳(1991-),男,汉族,河南省焦作市,职称无,本科,主要研究方向:整车热管理。
当前世界范围内的能源资源一直都十分紧缺,各个国家在发展过程中都在大力研究新能源汽车。
这对于传统燃油型的汽车发展造成了较为严重的影响。
传统燃油型的汽车在行驶过程中,其整车热管理系统与整个车辆的能耗有着非常大的关系,因此将降低传统燃油型汽车的能耗则必须要从整车热管理系统入手,将动力传动系统和冷却系统进行有效的协调,避免各个系统之间存在较为严重的影响,这样才能有效提高传统燃油汽车的发展水平。
1仿真模型的建立传统燃油型汽车在行驶的过程中,整车热管理系统会涉及很多子系统。
其中最为主要的包括动力传动系统,冷却系统以及空调系统,这三个系统之间会产生一定的相互作用。
在具体的分析过程中,如果将其中任何一个系统进行单独分析都会降低整个仿真研究的准确性,因此在研究过程中需要将影响因素充分考虑在内,将三者看作一个整体进行研究,这样才能提高仿真分析的准确性。
在建立仿真车模型的过程中可以通过两种方式进行建立,分别是一维仿真模型和三维仿真模型。
1.1一维仿真模型在进行一维仿真模型构建的过程中,可以分为两种方式,首先第一种是在一个1d 软件内将三个系统进行同时搭建,采用该种方法的优点在于各个系统之间的数据可以进行自动的交换,但是缺点就在于由于是同时进行三个系统的搭建,整个搭建过程显得十分繁琐,而且在对数据资料进行计算的过程中,也需要较长的计算时间。
新能源汽车“三电”系统功能安全技术现状分析彭忆强;芦文峰;邓鹏毅;王洪荣;马媛媛;徐磊;何波;杨丽蓉【摘要】In this paper,the different development stages of functional safety standards are introduced.The challenges and influences of Road Vehicles Functional Safety (ISO 26262) standard for new energy automobile industry are analyzed.The application of ISO 26262 for new energy automotive key technologies',such as battery,motor and electronic control system (hereinafter referred to as the EIC system),are discussed in detail.The application method of functional safety technologies for new energy vehicle industry is prospected.%介绍功能安全标准的3个发展阶段,分析ISO 26262道路车辆功能安全标准给新能源汽车产业技术带来的挑战及其推进作用,详细论述了功能安全在新能源汽车的动力电源、电驱动、电控(简称“三电”)等关键技术的应用情况,总结了在新能源汽车“三电”领域中,应用功能安全技术的基本方法.【期刊名称】《西华大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】8页(P54-61)【关键词】新能源汽车;三电;ISO 26262;功能安全;现状【作者】彭忆强;芦文峰;邓鹏毅;王洪荣;马媛媛;徐磊;何波;杨丽蓉【作者单位】西华大学汽车与交通学院,四川成都610039;四川汽车关键零部件协同创新中心,四川成都610039;汽车测控与安全四川省重点实验室,四川成都610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都610039;四川汽车关键零部件协同创新中心,四川成都610039;汽车测控与安全四川省重点实验室,四川成都610039;中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆401122;中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆401122;中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆401122;西华大学汽车与交通学院,四川成都610039;西华大学汽车与交通学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】U472.7随着越来越多的电子电气测量、控制设备应用于过程控制领域,电子电气设备的功能安全问题逐渐成为该领域的重点研究内容。
2018年汽车热管理系统专题研究报告✧热管理系统将迎变革,行业重要性提升新能源热管理与传统车热管理相比,空调系统与热管理系统的关系变得更为紧密相连,并且新增了电池、电机、电子设备冷却的热管理系统,代替了传统对发动机、变速箱的却冷。
其中,电池不仅需要传统的冷却功能,还需要具有制热的功能,新能源车电池的重要性使得热管理系统的重要性显著上升。
另外,电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题,热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。
✧单车价值显著提升,电动车渗透率提升空间大新能源汽车的车载空调及热管理系统相比传统汽车更为复杂,部分零部件数量及种类均有增加,新增零部件包括电子膨胀阀、带电磁阀的膨胀阀和电池冷却器、冷却板、电子水泵和电子水阀。
在补贴逐步退坡的情况下,双积分制有望接过补贴政策,从供给端推动国内新能源汽车行业的快速发展,明确汽车行业电动化的发展方向,新能源汽车的热管理系统市场空间有望快速提升。
我们初步测算,新能源汽车的热管理系统价值相比传统汽车提高超过4000元,且国内新能源汽车市场上升空间仍然巨大,我们认为热管理系统的各项驱动因素的环比情况仍然能够进一步提升。
✧与国际主流一级供应商站在同一起跑线目前,电装公司、法雷奥、汉拿、马勒贝洱四家国际公司四家合计占据超过50%的全球市场份额。
国内的热管理系统制造企业在传统车上落后于国际主流企业,但是在新能源汽车的热管理系统的技术上国内企业与国际主流一级供应商站都仍在起步阶段。
受益于国内新能源汽车政策面的大力推动,国内新能源汽车销量增速领先全球,利好国内零部件企业,有望在热管理的细分行业弯道超车。
✧投资建议受益于国内汽车市场近十五年的快速发展,部分优秀零部件企业已经拥有自己的核心产品,不仅进入国内自主品牌的供应链体系,也进入国际主流主机厂商的供应链配套。
我们建议持续关注拥有核心技术,成本优势明显,客户资源丰富以及积极布局新能源汽车热管理系统的优质企业。
2018年汽车热管理系统行业分析报告正文目录1、什么是汽车热管理系统 (5)2、热管理子系统分析:新能源汽车单车价值较传统汽车明显提升 (7)2.1、空调系统:单车价值大幅提升 (7)2.1.1、电动车空调系统由电能驱动 (7)2.1.2、制热方案包括PTC和热泵模式等 (9)2.1.3、电动车空调单车价值是传统汽车的两倍以上 (11)2.2、电池热管理系统:电池核心辅助模块 (12)2.2.1、BTMS影响电池安全/充放电性能/寿命 (12)2.2.2、冷却方式包括风冷/液冷/相变材料冷却等 (13)2.2.3、BTMS是新增模块,技术壁垒逐步提升 (16)2.3、整体解决方案:综合考虑功能实现+能耗管理 (16)3、需求分析:汽车电动化驱动热管理需求高增长 (19)3.1、汽车电动化浪潮势不可当 (19)3.2、2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元 (21)4、竞争格局:技术变革期国内企业机遇显现 (24)4.1、三类企业群雄逐鹿 (24)4.2、技术变革背景下,汽车热管理格局有望重塑 (28)5、相关建议 (29)5.1、行业发展趋势 (29)6、风险因素 (30)7、主要公司分析 (30)7.1银轮股份 (30)7.2中鼎股份 (32)7.3松芝股份 (35)7.4奥特佳 (37)7.5、三花智控 (39)7.6、昊方机电 (40)7.7瑞阳科技 (41)图目录图1:传统汽车热管理系统 (5)图2:新能源汽车热管理系统 (6)图3:新能源汽车热管理解决方案(PHEV) (6)图4:传统汽车空调系统 (8)图5:新能源汽车空调系统(福克斯电动车空调系统) (8)图6:不同路况下开启空调对Nissan Leaf续航里程的影响 (9)图7:冷暖双模式热泵空调原理图 (10)图8:日产Leaf制热模式制冷剂循环回路 (11)图9:特斯拉Model-X空调系统方案 (11)图10:不同温度下锂电池容量及放电平台变化 (12)图11:动力电池风冷模式 (14)图12:动力电池液冷模式 (14)图13:动力电池直冷模式 (15)图14:动力电池相变材料冷却原理 (15)图15:福克斯电动汽车冷却系统方案 (17)图16:Smart fortwo ED 冷却方案 (17)图17:BMW i3 冷却系统方案 (18)图18:model-S 冷却系统串行模式 (18)图19:model-S 冷却系统并行模式 (19)图20:国内典型电动车冷却系统方案 (19)图21:2011-2017年国内新能源汽车累计销量(按季度) (20)图22:节能与新能源汽车技术路线图 (21)图23:2015-2025E国内电动车热管理系统市场规模 (23)图24:2016-2025E海外电动车热管理系统市场规模 (23)图25:2016-2025E全球电动车热管理系统市场规模 (24)图26:2016年全球汽车热管理市场份额占比 (25)图27:法雷奥产品类型 (26)图28:三花智控汽车空调和热管理系统产品模块 (27)表目录表1:几类不同的电动车空调系统方案 (10)表2:传统汽车和纯电动乘用车空调系统价格对比 (12)表3:三种电池冷却方式对比 (13)表4:国外主流电动车电池冷却方式 (16)表5:新能源汽车电池热管理系统价格拆分 (16)表6:新能源汽车热管理系统单台车价值量 (21)表7:电动车热管理系统市场需求测算 (22)表8:国内上市公司新能源汽车热管理产品 (27)表9:国外车企新能源汽车战略规划 (28)表10:国内车企新能源汽车战略规划 (28)表11:银轮股份收入预测 (32)表12:银轮股份成本、费用预测 (32)表13:中鼎股份收入预测 (34)表14:中鼎股份成本、费用预测 (34)表15:松芝股份收入预测 (36)表16:松芝股份成本、费用预测 (37)表17:奥特佳收入预测 (39)表18:奥特佳成本、费用预测 (39)1、什么是汽车热管理系统狭义汽车热管理是指:对所有车载热源系统进行综合管理和优化;广义汽车热管理系统还包括空调系统。
热管理在汽车节能、环保、安全、舒适性等方面具有重要作用。
对于传统汽车,其热管理系统包括发动机冷却系统、润滑系统、进排气系统、发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖风系统等。
具体涉及冷却介质、热交换器、风扇、泵、底盘空气流通、传感器等。
图1:传统汽车热管理系统对于新能源汽车,其热管理系统除了空调系统之外,还包括电池热管理、电机电控热管理及其他设备的冷却。
电动车和传统燃油车最大的不同在于动力系统,前者是电能转化为机械能,后者是化学能转化为内能再转化为机械能。
因此,电动车的电池热管理系统非常重要,其直接关系到电池的安全性、性能及使用寿命等。
图2:新能源汽车热管理系统图3:新能源汽车热管理解决方案(PHEV)2、热管理子系统分析:新能源汽车单车价值较传统汽车明显提升2.1、空调系统:单车价值大幅提升2.1.1、电动车空调系统由电能驱动对于新能源汽车(特别是纯电动汽车),既没有发动机作为空调压缩机的动力源,也没有发动机余热可以利用达到取暖、除霜的效果。
通常来讲,电动车空调系统的冷源、热源和其他能源都来自电池。
图5是福克斯电动车空调系统解决方案,其工作原理为压缩制冷+电机余热+水加热PTC模式。
图4:传统汽车空调系统图5:新能源汽车空调系统(福克斯电动车空调系统)汽车空调直接影响驾驶舒适性,对于新能源汽车来讲,还影响其续航里程。
根据ANL对Nissan Leaf的测试,在高速公路循环路况下,当外界温度为20F (-6.7℃)时,调节车内温度至72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降30%;当外界温度为95F(35℃)时,调节车内温度至72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降4%。
图6:不同路况下开启空调对Nissan Leaf续航里程的影响2.1.2、制热方案包括PTC和热泵模式等目前市场上主流的电动车空调系统中,(1)制冷方案:基本都采用电动压缩制冷方式,如福克斯电动车空调系统的制冷采用的是“压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器”的制冷循环;(2)制热方案:主要包括PTC(液体/空气)和热泵系统等,如福克斯电动车在温度较低或车辆起动时采用PTC 加热方案,电机温度达到一定数值后采用电机余热方案,特斯拉Model-X制热模式采用空气PTC方案,比液体PTC方案的效率更高。
PTC:Positive Temperature Coefficient,泛指正温度系数很大的半导体材料。
热泵:是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。
图7:冷暖双模式热泵空调原理图PTC加热方案耗能较多,对电动车续航里程的影响更甚,而热泵空调方案的耗能大约为PTC加热模式的50%。
因此,从应用层面来看,热泵空调方案更具优势,但其技术要求也相对较高,特别需要解决低温情形下室外换热器结霜的问题。
表1:几类不同的电动车空调系统方案图8:日产Leaf制热模式制冷剂循环回路图9:特斯拉Model-X空调系统方案2.1.3、电动车空调单车价值是传统汽车的两倍以上电动车的空调系统不仅要实现制冷/制热功能,而且要兼顾系统能耗,这使得其空调系统的复杂程度更高。
与传统燃油车相比:(1)制冷电动压缩机的价格更高,其单价约1500元/台(传统压缩机单价约500元/台);(2)制热新增PTC 器件、电子水泵、电子膨胀阀等,通常PTC器件价格约300元/台。
综合来看,传统燃油乘用车车空调系统的单车价格区间在1400-1500元左右,而纯电动乘用车空调系统的单车价格是前者的两倍以上,在3000-3500元之间。
表2:传统汽车和纯电动乘用车空调系统价格对比2.2、电池热管理系统:电池核心辅助模块2.2.1、BTMS影响电池安全/充放电性能/寿命动力电池的热管理系统(BTMS),简而言之就是通过冷却或加热方式对电池系统进行温度控制。
电池温度控制对电池的性能有很大的影响,具体表现在:在电池温度较高时进行有效散热,防止产生热失控事件;在电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性;减小电池组内的温度差异,抑制局部过热的现象,防止高温位置处的电池过快衰减,降低电池组整体寿命。
图10:不同温度下锂电池容量及放电平台变化2.2.2、冷却方式包括风冷/液冷/相变材料冷却等目前电池热管理冷却方式主要包括:(1)自然散热;(2)强制风冷;(3)液冷;(4)直冷;(5)相变材料。
其中相变材料冷却系统更多是在小范围探索试验阶段。
表3:三种电池冷却方式对比自然散热:即不借助额外的装置进行散热,是最简单的冷却方式。
风冷:包括被动风冷和主动风冷,被动风冷通常直接采用外部空气进行热量交换,主动风冷则是对外部空气进行预先加热或冷却后再进入电池系统。
液冷:与风冷不同的是,液冷采用液体作为热交换介质。
通常来讲,液冷效果好于风冷,但结构相对复杂,成本也高于风冷。
直冷:即制冷剂直接冷却,制冷剂通过蒸发快速高效地带走电池系统的热量,从而完成对电池系统冷却的作业,相比冷冻液而言换热效率可提升三倍以上。
相变材料冷却(PCM):相变材料在吸热放热过程中,系统温度比较平稳,可以达到近似恒温的效果。
在实际应用过程中,整个电池组浸渍在PCM中,当电池组放热时,PCM会吸收热量从而降低电池温度。
图12:动力电池液冷模式图14:动力电池相变材料冷却原理表4:国外主流电动车电池冷却方式2.2.3、BTMS是新增模块,技术壁垒逐步提升我们以液冷电池热管理系统为例,制冷模块包括电动压缩机(与空调系统共用)、冷却片、电池冷却器、电子水泵等组成,制热模块包括PTC(与空调系统共用)等,连接模块包括电子膨胀阀、水管、密封件等。
根据我们的计算,液冷电池热管理系统的单车价值约1500元左右。
表5:新能源汽车电池热管理系统价格拆分2.3、整体解决方案:综合考虑功能实现+能耗管理电动车热管理系统除了实现应有的功能外,还需综合考虑系统能耗。
目前国内电动车的冷却系统构型相对简单,基本没有利用电机的余热,控制也较简单,一方面受技术的影响,越复杂的系统,优化控制难度更大,另一方面,系统的复杂程度也会导致成本的增加。
我们梳理了部分海外车企的电动车热管理整体解决方案,总体表现为以下两个特点:较多的从能量角度考虑,通过电机余热利用、电机及电池温度分级控制等方面,尽可能地优化能量利用;由于不仅考虑了冷却系统的功能实现,还兼顾了系统的能耗,使得系统的复杂程度较高,通过较多的四通阀、三通阀来实现,控制上也更为复杂,对系统的要求更高。
图15:福克斯电动汽车冷却系统方案图16:Smart fortwo ED 冷却方案图17:BMW i3 冷却系统方案图18:model-S 冷却系统串行模式图19:model-S 冷却系统并行模式图20:国内典型电动车冷却系统方案3、需求分析:汽车电动化驱动热管理需求高增长3.1、汽车电动化浪潮势不可当新能源汽车行业逐步由政策驱动转向市场/技术驱动。