準(zhǔn)備買新能源汽車時(shí)你的主要顧慮是什么？我們除了關(guān)注行駛里程，充電是否方便外，還有個(gè)很大的顧慮，便是冬天的時(shí)候汽車電池衰減嚴(yán)重，有效行駛里程驟降，因此，新能源汽車的熱管理非常重要。
一、新能源電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)較燃油車發(fā)生的變化
新能源汽車相對(duì)于燃油車，其動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)換成了電池，變速箱變成了電機(jī)電控，其熱管理系統(tǒng)也發(fā)生了較大變化。
新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車熱管理對(duì)比
傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)候會(huì)發(fā)熱，因此熱管理方向主要是冷卻。動(dòng)力電池工作溫度范圍一般為-20℃~60℃，工作的最佳溫度在15 ~ 40 ℃ 范圍內(nèi)。在溫度低于10℃后，電池活性下降，出現(xiàn)電池容量的急劇衰減。當(dāng)溫度下降至 10 ℃時(shí)，電池放電容量為常溫下的93%；當(dāng)溫度降至-20℃時(shí)，電池放電容量?jī)H為常溫下的43%。因此新能源電池?zé)峁芾矸较虺死鋮s，還有加熱。
內(nèi)燃機(jī)汽車可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱進(jìn)行采暖，但是純電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)能量均來(lái)自動(dòng)力電池。有研究指出，空調(diào)系統(tǒng)的能效水平直接影響電動(dòng)車整車經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程，電動(dòng)車運(yùn)行空調(diào)加熱和冷卻裝置后，其最大續(xù)駛里程下降約40%。
另外，在新能源車高電壓電流運(yùn)行環(huán)境、智能駕駛技術(shù)日益復(fù)雜背景下，電機(jī)電控及電子功率件等耐受溫度低的部件對(duì)散熱要求高，也需額外添設(shè)冷卻裝置。
新能源汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)較傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)多出制熱需求，新能源空調(diào)系統(tǒng)以電動(dòng)壓縮機(jī)替代普通壓縮機(jī)制冷，以諸如PTC加熱器或熱泵等電熱器替代發(fā)動(dòng)機(jī)余熱制熱。在新能源汽車新增的電池冷卻/加熱、熱泵系統(tǒng)以及其他電氣化升級(jí)帶動(dòng)下，熱管理零部件隨之發(fā)生變化。
在熱管理中，應(yīng)用的零部件分為閥類、換熱器類、泵類、壓縮機(jī)類、傳感器類、管路等。與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車熱管理系統(tǒng)新增了電動(dòng)壓縮機(jī)、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器部件，系統(tǒng)集成度及復(fù)雜度更高，合計(jì)單車配套價(jià)值量有望達(dá)7000 元。
新生零部件市場(chǎng)規(guī)模（億元）
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2020年
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2021年
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2025年
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國(guó)內(nèi)
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全球
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國(guó)內(nèi)
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全球
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國(guó)內(nèi)
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全球
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電動(dòng)壓縮機(jī)
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24
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59
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29
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77
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69
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204
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PTC加熱器
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7
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18
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9
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24
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22
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64
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電子膨脹閥
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6
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14
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7
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18
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16
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49
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電池冷卻器
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2
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4
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2
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6
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5
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15
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電子水泵
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13
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33
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6
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43
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39
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115
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空調(diào)系統(tǒng)的采暖模式對(duì)冬季電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程具有重要的影響，目前電動(dòng)車主要采用構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉的PTC加熱器作為補(bǔ)充。
但是，PTC加熱方案采暖能耗高、對(duì)于續(xù)駛里程的影響較大，由此便加速了熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由電動(dòng)壓縮機(jī)、車外換熱器、車內(nèi)換熱器、四通換向閥、電子膨脹閥等構(gòu)件組成，當(dāng)然為了提高熱泵系統(tǒng)的性能，可能還需要添加儲(chǔ)液干燥器、換熱器風(fēng)扇等輔助部件。熱泵系統(tǒng)采暖模式熱效率是PTC加熱模式的2倍。但是當(dāng)環(huán)境溫度低于-5 ℃時(shí)，熱泵空調(diào)系統(tǒng)會(huì)失效。
三、新能源汽車熱管理技術(shù)升級(jí)方向
動(dòng)力電池的工作溫度是決定性能、安全及電池壽命的關(guān)鍵因素。溫度過(guò)低可能會(huì)導(dǎo)致電池容量和功率的急劇衰減，甚至出現(xiàn)電池短路。溫度過(guò)高可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)分解、腐蝕、起火甚至爆炸。
從安全角度考慮，溫度過(guò)高，會(huì)加快電池副反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)溫度接近60℃時(shí)電池內(nèi)部材料/活性物質(zhì)就會(huì)分解，進(jìn)而出現(xiàn)“熱失控”，致使溫度驟升，甚至可達(dá)400~1000 ℃，進(jìn)而導(dǎo)致起火爆炸。如果溫度過(guò)低，電池充電倍率需維持在較低充電倍率，否則將導(dǎo)致電池析鋰而造成內(nèi)短路起火。
溫度對(duì)電池壽命的影響也是不可忽視的。低溫充電易發(fā)的電池析鋰將導(dǎo)致電池循環(huán)壽命急速衰減至幾十次，高溫則很大程度上影響電池的日歷壽命和循環(huán)壽命。研究發(fā)現(xiàn)，溫度在23℃時(shí)，80%剩余容量的電池日歷壽命大約在6238天，然而當(dāng)溫度升高至35℃時(shí)，此日歷壽命大約為1790天，當(dāng)溫度至55℃時(shí)，此日歷壽命僅為272天。
目前電池?zé)峁芾砀鶕?jù)傳導(dǎo)介質(zhì)，可分為風(fēng)冷（主動(dòng)式和被動(dòng)式）、液冷和相變材料（PCM）3 大技術(shù)路徑。
風(fēng)冷相對(duì)簡(jiǎn)單，具有經(jīng)濟(jì)性，但冷卻效率較低，適用于初期發(fā)展的LFP電池和小型車領(lǐng)域。
液冷效果優(yōu)于風(fēng)冷，液體冷卻介質(zhì)具有比熱容大、換熱系數(shù)的高的特點(diǎn)，是目前乘用車優(yōu)化的主要方案。其缺點(diǎn)是成本較高、封裝要求嚴(yán)格、有液體泄露的風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。
相變材料兼具換熱效率及成本優(yōu)勢(shì)，且維護(hù)成本低，技術(shù)未完全成熟，是未來(lái)最有潛力的電池?zé)峁芾戆l(fā)展方向。
總體來(lái)看，液冷是目前主流技術(shù)路線。
隨著消費(fèi)體驗(yàn)需求提升，駕駛艙熱管理技術(shù)也變得尤為重要。制冷方式上，以電動(dòng)壓縮機(jī)替代普通壓縮機(jī)制冷。制熱方式上，需借助 PTC加熱，未來(lái)制熱效率更高的熱泵系統(tǒng)是趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)金證券研究：預(yù)計(jì)到 2025年熱泵空調(diào)市場(chǎng)國(guó)內(nèi)可達(dá) 70.6億元，全球可提升至147.1億元。電動(dòng)車用熱泵對(duì)于汽車零部件企業(yè)是一個(gè)全新的增量市場(chǎng)。
在新能源車高電壓電流運(yùn)行環(huán)境、智能駕駛等日益復(fù)雜背景下，電機(jī)電控及電子功率件等耐受溫度低的部件對(duì)散熱要求高，需額外添設(shè)冷卻裝置。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)向高轉(zhuǎn)矩密度和高功率密度方向發(fā)展，溫度過(guò)高會(huì)引發(fā)電機(jī)故障，出現(xiàn)安全隱患。高效的散熱能力可以提高電機(jī)的持續(xù)功率和持續(xù)轉(zhuǎn)矩。伴隨著電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)二合一、三合一、多合一的集成化發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)的散熱能力也提出了更高要求。電磁負(fù)荷及電機(jī)單機(jī)容量的持續(xù)提升，使得其冷卻方案由低成本、低冷卻效果的風(fēng)冷向液冷（包括水冷和油冷）過(guò)渡。
油冷一般采用機(jī)油（潤(rùn)滑油），機(jī)油在低溫下不易結(jié)冰，高溫下不易沸騰；對(duì)端部裸露面積更大的扁線繞組電機(jī)的冷卻效果更明顯，能夠主動(dòng)冷卻到內(nèi)部轉(zhuǎn)子部件；有利于電機(jī)與變速箱的集成。
溫度過(guò)高會(huì)影響其疲勞老化壽命，工作溫度每上升 10 ℃ ，加速疲勞老化壽命減少50%，通常需鋪設(shè)冷卻管路并入電動(dòng)車整車熱平衡體系。隨著全速自適應(yīng)巡航、全自動(dòng)泊車等ADAS功能日益豐富，其域控制器集成度提升，自動(dòng)駕駛芯片功耗增大，熱管理需求將從目前的自然散熱方案進(jìn)化，出現(xiàn)散熱風(fēng)扇和液冷散熱。
四、新能源汽車熱管理領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)格局
目前涉及新能源汽車熱管理領(lǐng)域的廠商可主要分為兩大陣營(yíng)：一類是國(guó)際巨頭，主要是傳統(tǒng)車熱管理業(yè)務(wù)的延伸，如電裝、法雷奧等；另一類是零部件供應(yīng)商的業(yè)務(wù)升級(jí)，隨著電動(dòng)化進(jìn)程加快，抓住新生零部件機(jī)會(huì)，如三花智控、銀輪股份等。
對(duì)于國(guó)際巨頭來(lái)講，主要集中于系統(tǒng)化的產(chǎn)品供應(yīng)，占據(jù)中高端市場(chǎng)，而且布局產(chǎn)品較豐富，基本涉及熱管理全線產(chǎn)品，在技術(shù)積累方面具備優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)則集中于單一部件布局。
目前，熱管理主流布局方向是綁定熱管理供應(yīng)商定制化方案，因此傳統(tǒng)熱管理供應(yīng)商巨頭憑借技術(shù)積累和客戶優(yōu)勢(shì)，切入電動(dòng)車熱管理領(lǐng)域。
日本電裝主要業(yè)務(wù)涉及動(dòng)力系統(tǒng)、汽車電子及電氣化系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)（主要為空調(diào)系統(tǒng)及壓縮機(jī)等）等，2019年業(yè)務(wù)總營(yíng)收466 億美元，其中熱管理系統(tǒng)營(yíng)收占比為26.2%，占據(jù)全球熱管理市場(chǎng)份額的26.5%。
法國(guó)法雷奧業(yè)務(wù)涉及舒適及駕駛輔助、動(dòng)力總成、熱管理系統(tǒng)、能見(jiàn)度系統(tǒng)等，2019年新能源汽車熱管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 51億美元（同比增長(zhǎng) 0.3%）， 占公司總營(yíng)收23.7%。占全球熱管理市場(chǎng)份額的 10.3%。
德國(guó)馬勒布局發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、濾清器、汽車空調(diào)系統(tǒng)三大主線，2018年熱管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收55億美元，占比41.9%（同比上升 6.9%），占全球熱管理市場(chǎng)份額的11.9%。
韓國(guó)翰昂主要涉足汽車暖風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、壓縮機(jī)、管路、 泵、閥門及換熱管等熱管理全線產(chǎn)品，2019年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收61億美元，占全球熱管理市場(chǎng)份額的 10.2%。
對(duì)比來(lái)看，本土汽車熱管理龍頭企業(yè)全球熱管理市場(chǎng)份額分別為：銀輪股份4.2%，奧特佳 3.5%，三花智控 1.78%，相較海外巨頭依然存在較大差距。
然而，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于單一零部件產(chǎn)品技術(shù)已達(dá)較高水平，在中低端市場(chǎng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，并且各有專攻。銀輪股份、三花智控、奧特佳、松芝空調(diào)、騰龍股份分別主打換熱器、電子膨脹閥、壓縮機(jī)、空調(diào)總成、空調(diào)管路產(chǎn)品。還有一些國(guó)內(nèi)新興熱管理類零部件企業(yè)也在崛起，如浙江清優(yōu)、祥博傳熱等。
而且，本土汽車熱管理龍頭的優(yōu)勢(shì)也較為明顯：
（1）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大，多綁定國(guó)內(nèi)整車廠，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)；
（2）產(chǎn)品具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同類產(chǎn)品較外資價(jià)格更便宜；
（3）成本管控力強(qiáng)，產(chǎn)品毛利率普遍高于外資。
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的加速推進(jìn)，其熱管理系統(tǒng)市場(chǎng)也將繼續(xù)增大，未來(lái)熱管理系統(tǒng)將向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。相對(duì)應(yīng)的，其使用的高分子材料也會(huì)增多，并提出新的性能需求。下篇文章，我們將分析熱管理系統(tǒng)主要用到的高分子材料，歡迎關(guān)注。
參考素材：新能源汽車熱管理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析，朱培培等；網(wǎng)絡(luò)資料。
艾邦建有新能源汽車材料技術(shù)交流群，長(zhǎng)城、一汽、長(zhǎng)安、東風(fēng)、大陸、敏實(shí)、庫(kù)爾茲、日寫、東麗、科思創(chuàng)、巴斯夫、LG、帝斯曼、朗盛等企業(yè)均已加入，歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游的朋友入群探討，共謀進(jìn)步。
2022年新能源汽車電池系統(tǒng)高分子材料論壇
2022年3月17日
常州
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序號(hào)
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暫定議題
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1
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動(dòng)力電池包箱體輕量化設(shè)計(jì)與選材
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2
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SMC/碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)電池箱的輕量化
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3
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聚丙烯鋁塑膜在軟包電池中的應(yīng)用
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4
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動(dòng)力電池模組的設(shè)計(jì)及選材
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5
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鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及選材
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6
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導(dǎo)熱硅膠在鋰電池散熱系統(tǒng)中的應(yīng)用
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7
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電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)（接插件、線路等）材料解決方案
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8
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充電樁、充電槍用高分子材料解決方案
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9
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BMS系統(tǒng)用高分子材料
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10
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電機(jī)用高分子材料
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11
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氫燃料電池的高分子材料解決方案
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12
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阻燃PA、PC、PBT、PPS、PP等塑料在電池包系統(tǒng)的應(yīng)用
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13
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鋰電池隔膜用高分子材料（PP、PE等）
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14
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聚偏氟乙烯（PVDF）在鋰電池中的應(yīng)用
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15
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鋰離子電池負(fù)極粘結(jié)劑用丁苯橡膠
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