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1、新能源汽车电池热管理系统产业深度调研及未来发展现状趋势一、 新能源汽车电池热管理行业发展概况和趋势（一）新能源汽车电池热管理行业概况及发展趋势新能源汽车电池热管理系统旨在调整电池温度，减小电池包内最高温度和最低温度的差异，使得动力电池保持在适宜工作的温度范围，从而确保充放电性能、电池安全性及寿命，降低新能源汽车由于电池过热导致自燃的风险。新能源汽车电池热管理系统按照冷却媒介不同主要可分为风冷、液冷和直冷三类，其中液冷是动力电池冷却的主流技术，其冷却速度快、比热容大、换热系数高，在换热能力、换热一致性等方面均有良好表现。液冷系统零部件较为复杂，主要包括电池冷却器、电子膨胀阀、电子水泵、电池阀、液
2、冷管、液冷板等，其中液冷管、液冷板通过冷却液在液流中循环流动传递走多余热量从而实现冷却功能，是液冷系统的关键部件。随着新能源汽车逐渐朝着高能量密度和高续航的方向发展，动力电池热管理系统对温度的监测和控制需求日益提升。为达到更好的冷却效果，未来液冷管、液冷板将根据客户需求逐步提升技术要求和质量品质，在工艺难度提升的同时，单车价值量及使用量有望获得较大提升。此外，伴随着下游新能源汽车行业需求放量，新能源汽车电池热管理系统下游特定品类和型号有望实现生产的规模效应，产业链增长潜力较大。（二）合金线材行业概况及发展趋势合金线材属于合金材料产业的一个重要分支，包括硬线钢、轴承钢、弹簧钢、碳素、合金结构钢等
3、，主要用于制造切割钢丝、轮胎子午线、轴承钢球、滚子及滚针、轿车气门及悬架簧、标准件及桥梁缆索等，较广泛应用于国家重点建设工程、汽车、工程机械、矿山及桥梁等领域。十二五至十四五期间，我国持续将新材料列入战略新兴行业，面向十四五以及更为长远的周期，战略性新兴产业将成为我国现代经济体系建设的新支柱，是破解经济社会发展不平衡、不充分难题的关键产业。合金线材方面，2021年9月，中国钢结构协会线材制品行业分会提出了线材制品行业十四五发展建议纲要，针对国产高端线材市占率、绿色生产等制定具体量化指标。二、 电动汽车热管理技术发展历程整车热管理是电动汽车发展的核心技术之一，涉及乘员舱温湿环境调控、动力系统温控
4、、玻璃防雾除雾等多目标管理。根据热管理系统架构与集成化程度，将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段，从单冷配合电加热到热泵配合电辅热再到宽温区热泵与整车热管理逐步耦合，电动汽车整车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展，并且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。在电动汽车产业化起步阶段，基本是以电池、电机等动力系统的替代为核心技术发展起来的，车室空调、车窗除雾、动力部件温控等辅助系统是在传统燃油汽车热管理技术基础上逐步改进而来的。纯电动汽车空调与燃油汽车空调都是通过蒸气压缩循环来实现制冷功能，两者的区别是燃油汽车空调压缩机由发动机通过皮带间接驱动，而纯电动车则直接使用电驱动压缩机
5、来驱动制冷循环。燃油汽车冬季制热时直接利用发动机余热对乘员舱进行供热，不需要额外的热源，而纯电动车的电机余热无法满足冬季制热的需求，因此冬季制热是纯电动汽车需要解决的问题。正温度系数加热器（positivetemperaturecoefficient，PTC）由PTC陶瓷发热元件与铝管组成，具有热阻小、传热效率高的优点，并且在燃油汽车的车身基础上改动较小，因此早期的电动汽车采用蒸气压缩制冷循环制冷加PTC制热的方式来实现乘员舱的热管理，例如早期三菱公司的i-MIEV电动汽车。与燃油汽车由燃料提供能量不同，电动汽车由动力电池提供能量。电动汽车正常运行时，动力电池放电产热，温度升高，需要对电池进行
6、降温。电池冷却的方法主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却，由于空气冷却结构简单、成本低、便于维护，在早期的电动车上得到广泛应用。这一阶段的热管理主要形式是各个独立的子系统分别满足热管理的需求。在实际使用过程中电动汽车冬季供热能耗需求较高，从热力学角度来说PTC制热的COP始终小于1，使得PTC供热耗电量较高，能源利用率低，严重制约了电动汽车的行驶里程。而热泵技术利用蒸气压缩循环将环境中的低品位热量进行利用，制热时的理论COP大于1，因此使用热泵系统代替PTC可以增加电动汽车制热工况下的续航里程。宝马i3车型采用热泵系统来实现冬季制热。此外，一汽奔腾与红旗、上汽荣威等也在部分车型上采
7、用了热泵系统。然而在低温环境下，传统热泵系统制热量衰减严重，无法满足电动汽车低温环境制热需求，需要额外的加热器辅助加热，因此热泵加PTC辅热的制热方式成为电动汽车冬季低温环境下乘员舱制热的主要方式。随着动力电池容量与功率的进一步提升，动力电池运行过程的热负荷也逐渐增大，传统的空冷结构无法满足动力电池的温控需求，因此液冷成为当前电池温控的主要方式。并且，由于人体所需的舒适温度和动力电池正常工作所处的温度相近，可以通过在乘员舱热泵系统中并联换热器的方式来分别满足乘员舱与动力电池制冷的需求。通过换热器以及二次冷却间接带走动力电池的热量，电动汽车整车热管理系统集成化程度有所提高。虽然集成化程度有所提升
8、，但这一阶段的热管理系统只对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合，电池、电机余热未得到有效利用。传统热泵空调在高寒环境下制热效率低、制热量不足，制约了电动汽车的应用场景。因此，一系列提升热泵空调低温工况下性能的方法得以开发应用。通过合理增加二次换热回路，在对动力电池与电机系统进行冷却的同时，对其余热进行回收利用，以提高电动汽车在低温工况下的制热量。实验结果表明，余热回收式热泵空调与传统热泵空调相比，制热量显著提升。各热管理子系统耦合程度更深的余热回收式热泵以及集成化程度更高的整车热管理系统在特斯拉ModelY、大众ID4CROZZ等车型上已得以应用。但当环境温度更低，且余热回收量更少时，仅通过余
9、热回收依然无法满足低温环境下的制热量需求，仍需使用PTC加热器来弥补上述情况下制热量的不足。但随着电车整车热管理集成程度的逐渐提升，可以通过合理的增大电机发热量的方式来增加余热的回收量，从而提高热泵系统的制热量与COP，避免了PTC加热器的使用，在进一步降低热管理系统空间占用率的同时满足电动汽车在低温环境下的制热需求。除电池电机系统余热回收利用外，回风利用也是降低低温工况下热管理系统能耗的方式。研究结果表明，低温环境下，合理的回风利用措施能够在避免车窗起雾、结霜的同时使电动汽车所需制热量下降46%62%，最大能够降低约40%的制热能耗。日本电装也开发了相应的双层回风/新风结构，能够在防起雾的同
10、时降低30%由通风引起的热损失。这一阶段电动汽车热管理在极端条件下的环境适应能力逐渐提升，并朝着集成化、绿色化的方向发展。为进一步提高电池高功率情况下的热管理效率，降低热管理复杂程度，将制冷剂直接送入电池组内部进行换热的直冷直热式电池温控方式也是目前的一个技术方案，一种电池包与制冷剂直接换热的热管理构型。直冷技术能够提高换热效率与换热量，使电池内部获得更均匀的温度分布，减少二次回路的同时增大系统余热回收量，进而提高电池温控性能。但由于电池与制冷剂直接换热技术需要通过热泵系统的工作提高冷热量，一方面电池温控受限于热泵空调系统的启停，并对制冷剂环路的性能有一定影响，另一方面也限制了过渡季节的自然冷
11、源利用，因此该技术仍需通进一步的研究改进与应用评估。三、 电机电控热管理：液冷是当前主流，油冷是未来趋势电机电控热管理当前主要采用液冷换热。新能源汽车的驱动电机及电机控制器等功率性部件在工作时仍会产生热量，通常需要主动冷却维持其性能和保障行车安全性。驱动电机冷却方案主要包括风冷、液冷及油冷，电控等相关功率件主要采取风冷或液冷的方式换热。通常将驱动电机和电控串联，通过散热器进行散热。电动化进程催化油冷成未来新趋势。现阶段由于电动汽车动力性和智能化的提升，电机散热需求较大，车企在电机热管理上有望从液冷方案向油冷方案替换。液冷系统的基本原理是用冷却液循环电机壳体内部的管道，从而带走电机的热量，然而液
12、冷方案空气导热系数低并且内部热量传递效率并不高，不能满足汽车电动智能化发展需求；油冷系统的基本原理是用油直接灌入电机内部，同电机的转子及定子绕组进行更有效率的热交换；油冷方案能够实现冷却介质与电机热源直接接触，强化了电机散热效果。油冷电机较早应用于日系油电混合车型，由于其对电机换热效果较好，现在也逐渐应用于部分新能源车型上。四、 电池液冷板行业竞争格局（一）新能源汽车电池热管理行业竞争格局从市场参与者角度来看，国内市场液冷板行业厂商主要可分为三类：以温控零配件业务延伸的热管理头部企业（三花智控、银轮股份等）；基于技术互通性进行业务拓展的厂商（纳百川等）；跨界企业（科创新源等）。目前，国内市场液
13、冷管主要生产厂商为新富科技，若未来国内更多新能源汽车厂商采用圆柱形电池技术路线，国内将发展出更多从事液冷管研发及生产的企业。国内新能源汽车电池液冷板市场呈现寡头竞争格局。2019年-2020年，国内液冷板市场大部分由传统汽车热管理集成商三花智控、纳百川及银轮股份所占据，三大厂商国内市场累计市占率单年均超过80%。2021年开始，以新富科技、科创新源、飞荣达等为代表的国内厂商逐渐切入国内液冷板领域市场且渗透率逐步提升。（二）合金线材行业竞争格局据中国工程科学2020年刊载的面向2035的新材料强国战略研究，全球新材料产业已形成三级梯队竞争格局，各国产业发展各有所长。第一梯队是美国、日本、欧洲等发
14、达国家和地区，在经济实力、核心技术、研发能力、市场占有率等方面占据绝对优势；第二梯队是韩国、俄罗斯、中国等国家，新材料产业正处在快速发展时期；第三梯队是巴西、印度等国家。从全球看，新材料产业垄断加剧，高端材料技术壁垒日趋显现。经过几十年的发展，国内合金线材行业在原料、市场、技术、装备、产业配套能力等方面取得了长足进步，已能满足国内线材制品的绝大部分需求。我国线材制品除了满足国内市场需求还大量出口到国际市场，但存在以中低档产品为主的现象，具体可表现在进出口方面产量与价值倒挂，即出口量是进口的5倍但价值基本相当。五、 液冷管液冷板行业壁垒（一）液冷管液冷板行业技术壁垒液冷管液冷板是通过金属管材、板
15、材（通常为铜铝等导热金属）构成的封闭腔体将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，通过冷却液体将热量带走的一种冷却形式。由于该种冷却方式会极大程度影响动力电池整体的安全、重量、工作稳定性等方面，因此具有较高技术壁垒，主要体现在以下几点：第一，散热效果要求高。由于新能源汽车电池工作时会产生较大热量，热量过高不仅影响电池工作效率，同时会产生一定安全风险，因此，液冷管、液冷板对散热功率要求较高，需要能够及时导出动力电池工作过程中产生的多余热量，避免过量温升的发生；第二，密封可靠性要求高。道路车辆环境工作复杂，存在振动、冲击、高低温交变等多种环境，同时，液冷板、液冷管设计寿命均需覆盖整车使
16、用寿命；动力电池电压动辄几百伏，若液冷板、液冷管密封出现问题以致内部冷却液泄露，会导致电池短路，温度积累到一定程度就会发生自燃；第三，散热设计精准度要求高。因新能源汽车车型不同，其使用的电池外形、排列组合方式不同，需要对不同电池包的液冷管、液冷板的冷却液流道进行精细化设计，使得冷却液可以均匀冷却电池温度，避免电池包内不同位置温差过大；第四，轻量化要求较高。为减轻车身重量，提高电动车续航里程，液冷管、液冷板使用的材质质量较轻，厚度较薄，材料的轻薄化进一步提升了技术加工难度；此外，液冷管、液冷板出厂前应进行相关试验并满足相关国家和行业标准及设计要求，包括外观质量、性能、水质性能、环境适应性、工作方式等多方面的测试和验证。因此液冷管、液冷板供应商需掌握核心研发及工艺技术并在产品性能上不断创新。精密合金线材行业生产工艺和核心设备虽然比较成熟，但在轧制及热处理工艺等方面依然存在一定技术壁垒。新进入企业短期内难以在工艺、技术方面取得突破，会导致产品技
