鑽石舞台

麒麟電池發布，電池熱管理解決方案升級。6月23日寧德時代發布麒麟電池，該電池將水冷板集成為彈性夾層，實現支撐、緩衝、水冷、隔熱四大功能。由於該方案採用了立式水冷板結構，在電芯層面建立換熱器件，熱管理面積較傳統底部水冷板方案增加至4倍，以支持快速熱啟動、4C倍率快充等功能。往前看，我們認為，高倍率快充是車企及電池企業的重要布局方向，而快充對精細化熱管理要求較高，將推動電池熱管理系統持續升級。

新能源車三大熱管理系統均有升級方向，推動單車價值量不斷提升。1）座艙空調系統出於降低電耗需求，將由PTC加熱向熱泵空調方案升級。在製冷劑的選擇方面，由於CO2新型冷媒更環保、制熱性能更佳，我們預計滲透率有望逐步提升。2）動力電池熱管理沿風冷-液冷-直冷方向升級，中短期內液冷仍為主流方案。3）電驅熱管理沿風冷-水冷-油冷方向升級，水冷為普遍方案，隨電機功率密度與電機轉速不斷提高，我們預計油冷解決方案滲透率趨於提升。圍繞熱管理系統及部件升級方向，技術升級背景下，我們認為，空間擴容、格局較優的細分賽道更具投資價值。

2025年國內新能源車熱管理市場空間達521億元。我們測算，燃油車熱管理單車價值量2,000元左右，純電車PTC/傳統冷媒熱泵/CO2冷媒熱泵方案下，熱管理單車價值量分別達5,000/7,000/11,000元以上，相比燃油車大幅提升。未來隨熱管理系統升級、新能源車滲透率持續提升，我們預計2025年國內新能源車熱管理市場空間達521億元。

技術升級不及預期，行業競爭加劇。

麒麟電池的系統集成度再創新高，結構創新成為核心亮點。6月23日，寧德時代推出應用CTP3.0技術的麒麟電池，創新電池包集成方案，體積利用率突破72%，能量密度可達255Wh/kg。麒麟電池取消模組形態設計，並對冷卻結構進行創新和優化。

冷卻板集成為彈性夾層，兼具支撐、緩衝、水冷、隔熱四大功能。麒麟電池開創性地取消了橫縱梁、水冷板與隔熱墊原本各自獨立的設計，集成為多功能彈性夾層。1）將立式彈性夾層插入各排電芯間，替代傳統橫縱梁，起支撐與保護作用，夾層與電芯共同組成一體化能量單元，在Z軸方向上具有更穩固的受力結構；2）夾層內置微米橋連接裝置，可配合電芯自由伸縮，起緩衝層作用，由於電池充放電時會受熱膨脹造成單體擠壓，而電芯加緊後壽命將大幅下降，該設計將提升電芯壽命；3）水冷板傳統水冷功能；4）夾層集成隔熱墊實現隔熱。

圖表1：麒麟電池多功能彈性夾層構造

圖表2：麒麟電池彈性夾層與電芯組成一體化能量單元

資料來源：寧德時代官微，中金公司研究部

和傳統電池包底部液冷方式相比，麒麟電池實現了結構創新，推動換熱面積增加、換熱效率提升。傳統冷卻方式中電芯正放，將水冷板放置於電芯底部，只對電芯底面進行熱交換，一方面換熱面積較有限，另一方面電芯發熱集中於頂部正極區域，底部換熱難以做到均勻控溫。麒麟電池將水冷板集成為多功能彈性夾層，立式放置於電芯之間，可從電芯側面換熱，換熱面積擴大4倍，大幅提升了換熱效率，也更有利於保證電芯單體溫度一致性。

圖表3：傳統電池熱管理方案中水冷板位於電芯底部

圖表4：麒麟電池熱管理方案中水冷板位於電芯之間

資料來源：國家知識產權局，中金公司研究部 註：專利號為CN 216648494 U

特斯拉4680電池與上汽魔方電池也採用立式水冷板冷卻方案。特斯拉採用圓柱形4680電芯，電芯正放，採用蛇形管的水冷板設計，將立式水冷板放置於電芯間散熱，與麒麟電池不同處在於，特斯拉方案下水冷板並不承擔結構件作用，且電池頂部額外放置了一層水冷板。上汽魔方電池採用躺式方形電芯，通過兩根橫縱梁+三根立式液冷板設計實現電池支撐與電芯冷卻功能，雙排穿插水冷板、未冷卻大面，相比之下，麒麟電池單排電芯間穿插水冷板、冷卻電池大面，能實現更好的冷卻效果。

圖表5：特斯拉電池蛇形管水冷板結構

圖表6：上汽魔方電池冷卻/隔離結構

資料來源：電動汽車觀察家，中金公司研究部

全新熱管理方案下，麒麟電池可實現更高倍率快充、更低熱失控風險、更長工作壽命。1）高倍率快充下電池溫度會迅速升高，成為電池快充掣肘，而麒麟電池通過電芯大面冷卻技術，可將電芯控溫時間縮短一半，更高效地將電芯溫度維持在合適區間，從而適應更大功率的快充。麒麟電池支持5min快速熱啟動，4C倍率快充，實現10min 10-80%SOC的充電速度。2）麒麟電池在極端情況下電芯可急速降溫，同時通過電芯間加裝液冷板，可有效阻隔電芯間異常熱量傳導，降低熱失控風險。3）通過急速控溫，有效避免電芯非正常工作溫度造成的不可逆損傷，提升電芯壽命。

麒麟電池支持4C快充，高壓快充補能方案落地在即。提升補能效率有換電和快充兩種方案。換電方案即通過更換電池直接補能，節省充電時間，目前，蔚來二代換電站單車換電時間約90s，吉利楓葉換電站換電僅需60s。但由於不同品牌車型電池規格、底盤設計不同，換電站兼容性不高，其大規模推廣需要各車企自建換電體系或統一電池規格。而以特斯拉、大眾集團、小鵬為代表的諸多車企均選擇快充方案並進行快充樁建設。此外，部分車企如廣汽埃安、蔚來，以及電池龍頭寧德時代同時布局換電與快充，雙線並舉構建多元補能網絡。根據寧德規劃，支持快充方案的麒麟電池計劃於2023年量產上市。

國內車企紛紛跟進800V高壓平台，2022年量產車型加速落地。2020年，吉利首次發布支持800V的SEA浩瀚架構；2021年，國內車企紛紛公布800V高壓平台及量產計劃。2021年9月，配備超充技術的AION Y Plus上市，2022年，800V車型極狐阿爾法S、小鵬G9、長城機甲龍陸續上市。另外，理想汽車、吉利、零跑均規劃了2024年底之前800V高壓車型的量產上市計劃。

圖表7：國內車企800V布局情況

資料來源：搜狐汽車，蓋世汽車網，易車網，中金公司研究部

注 ：代表車企平台規劃，代表車企車型/快充樁規劃

高倍率充電帶來電芯發熱問題，熱管理需要更精準。高倍率充電會使電芯溫度短時間內大幅上升，且熱分布不均勻，電芯正極區域發熱集中；電芯溫度過高會加劇電池析鋰、SEI累積等問題，縮短電池使用壽命，嚴重時甚至會出現熱失控鏈式反應，造成較大的安全威脅。同時，電池系統具有明顯的短板效應，單一電芯的局部過熱將影響整個電池系統運行。因此，高倍率充電需要對電池冷卻系統進行升級，提升散熱均勻程度，特別需要對發熱較為集中的電芯正極區域進行針對性冷卻，確保電池的溫度一致性。

圖表8：高充電倍率下LFP電池溫度明顯升高

資料來源：At, A , et al. "Lithium-ion battery fast charging: A review." eTransportation 1.，中金公司研究部

圖表9：熱失控時鋰電池的鏈式反應

資料來源：At, A , et al. "Lithium-ion battery fast charging: A review." eTransportation 1.，中金公司研究部

液冷系統加速滲透，電池換熱系統單車價值量提升。目前，電池換熱系統主要分為主動風冷、液冷（水冷或油冷）、直冷三種方案。風冷方案利用風機與電芯產生空氣對流，使用空氣為介質換熱；風冷結構簡單，但是換熱效率低下且無法實現精準控溫。液冷方案採用冷卻液對流換熱，液冷板上均勻分布的導流槽和電芯間接接觸，更靠近熱源、換熱效率高、能耗低，且更能保證電池單體溫度的一致性。直冷方案在電池系統中安裝蒸發器，通過製冷劑蒸發散熱，工藝要求與成本較高。發展趨勢來看，2-3年內直冷技術難以規模化落地，液冷技術是目前主流的電池冷卻方式。我們預計，隨着麒麟電池逐步落地，液冷方案的單車價值量有望進一步提升。

圖表10：風冷與液冷結構示意圖

資料來源：朱信龍，《集裝箱儲能系統熱管理系統的現狀及發展》，2021，中金公司研究部

空調系統、電池熱管理系統、電驅動熱管理系統共同構成新能源汽車熱管理主要模塊。燃油車熱管理系統主要分為發動機及變速箱熱管理系統、座艙空調系統。新能源車繼承了燃油車的座艙空調系統，並在此基礎上實現了產品的升級換代，此外還新增了電機電控熱管理系統、動力電池熱管理系統。

空調系統保障乘用艙舒適的乘車環境，具有製冷、制熱、通風、淨化等功能；電池熱管理系統是電動車熱管理的核心，保障動力電池安全，高效運行，其熱管理包括對電池進行冷卻及低溫啟動時的加熱；電驅動系統熱管理則主要是對其運行過程進行散熱，保障相關機械件和電子元器件在適宜溫度下高效安全運行。

座艙空調系統趨勢：熱泵滲透率提升、新型冷媒落地

新能源汽車和傳統燃油車空調系統基本相同，差異主要在於壓縮機的驅動方式和熱量來源上。在製冷系統中，燃油車採用機械壓縮機壓縮和輸送製冷劑蒸汽，而新能源汽車用電驅動系統取代了發動機，因此無法利用發動機帶動機械壓縮機運行，普遍採用電動壓縮機製冷；制熱系統方面，燃油車通過發動機餘熱作為空調系統熱源，新能源汽車由於沒有發動機，制熱則通過高壓PTC加熱或熱泵系統來實現。

熱泵能效係數更高，將逐步取代PTC：空調系統制熱有PTC與熱泵方案。PTC加熱是電流在高壓PTC熱敏電阻處產生熱量，通過水加熱或空氣加熱方法使冷空氣加熱，送入乘員艙而實現供暖的目的。PTC加熱對動力電池的電量消耗較大，進而縮短電動車的續航里程。熱泵則指空調系統在制熱過程中，依靠製冷系統的反向循環，將外界空氣的熱能轉移至座艙空調系統中，充當環境熱量的「搬運工」，熱泵空調的能效係數（COP值）高於PTC方案，可以在冬季環境下有效延長20%以上的續航里程。即使在低於30攝氏度的環境下，熱泵空調的能效係數仍大於1，體現出熱泵空調具備更廣泛的運行工況。

圖表11：熱泵空調能效係數COP高於PTC

圖表12：新能源車熱泵空調系統

資料來源：王從飛等，《碳中和背景下新能源汽車熱管理系統研究現狀及發展趨勢》，2021，中金公司研究部

汽車冷媒以R134a/R1234yf為主流製冷劑，新型CO2冷媒對汽車零部件性能提出挑戰。目前熱泵空調多使用R134a作為製冷劑，存在制熱能效比隨溫度降低以及不夠環保等問題，相比於R134a，二氧化碳更加滿足環保需求，制熱性能也更加優良，是解決低溫下熱泵制熱性能不足的有效手段，但二氧化碳作為製冷劑的空調系統其工作壓力為傳統空調系統的10倍，需要使用耐高壓的汽車零部件，例如耐高壓電子膨脹閥、壓縮機以及耐高壓管路等，對於現有的零部件性能提出了較高要求。

圖表13：冷媒技術發展

資料來源：汽車之家，中金公司研究部

圖表14：冷媒方案對比

資料來源：汽車之家，中金公司研究部

電池熱管理趨勢：液冷取代風冷成為主流

電池熱管理包括電池冷卻和電池加熱兩部分，一是對電池放電狀態下進行冷卻，二是對電池充電或靜置狀態下進行保溫。具體體現在，電池溫度過高時及時進行有效散熱，防止發生電池燃燒起火等失控事件；在電池溫度較低時進行預熱以提高電池溫度使其達到正常工作溫度區間，確保充放電性能、電池安全性及壽命；減少電池組內的溫度差異，避免過熱現象，防止高/低溫位置電池衰減、影響壽命等。

圖表15：動力電池溫度特性

資料來源：蓋世汽車，中金公司研究部

動力電池冷卻經歷了自然冷卻、風冷、液冷、直冷四個階段，冷卻效率逐步提升。液冷技術憑藉其較高的換熱係數成為動力電池冷卻主流應用方式，冷媒直冷技術尚未成熟。液冷系統包含電子水泵、換熱器、電池散熱片、PTC加熱器、膨脹水箱等零部件，通過液體對流換熱，帶走電池熱量，降低電池溫度。相比於風冷，液冷換熱係數高，冷卻速度快，對電池降溫效果更為顯著。在液冷的基礎上，電池製冷技術進一步發展為冷媒直冷技術，利用製冷劑蒸發散熱的原理，將蒸發器安裝在電池系統，製冷劑在蒸發器中蒸發，帶走電池系統熱量。從發展趨勢來看，液冷技術仍為目前主流的電池冷卻方式，液冷方案在換熱能力、換熱一致性等方面都有不錯的表現。

圖表16：動力電池主流冷卻方式

資料來源：蓋世汽車、中金公司研究部

動力電池加熱方面，液冷加熱同樣為主流應用方式。動力電池加熱系統包括熱風加熱、液體加熱、PTC加熱、加熱膜加熱等在外部對電池進行加熱，其中，液冷加熱模式由於其加熱效果較好，散熱分布均勻，安全可靠等優勢，在動力電池加熱中占據了主要位置，採用液冷加熱方式的電池組可將加熱和散熱功能相結合，實現設備共用，成本節約，目前通用的VOLT、特斯拉、吉利帝豪EV等車型均採用電池液冷加熱技術，該技術是目前主要研究和應用的方式之一。

圖表17：動力電池液體循環加熱示意圖

圖表18：動力電池各加熱方式對比

資料來源：電動學堂，中金公司研究部

電驅熱管理趨勢：風冷-水冷-油冷方向演進

新能源汽車驅動電機冷卻方式包括風冷和液冷，液冷是當前主流解決方案，分為水冷和油冷，油冷占比逐步上升。水冷屬於表面冷卻，將冷卻液通過預先布置在驅動電機殼體內的管道，通過熱交換帶走電機工作時產生的熱量，保證電機在適宜溫度區間內高效運行。其優點在於具有更高的比熱和導熱係數，成本低、無毒、沒有助燃和爆炸危險，且可提高材料的利用率；缺點在於對水道的密封性和那腐蝕性要求嚴格且冬天需添加防凍液。水冷技術難度較低，在純電動車上被廣泛使用。隨着電驅動系統向高轉速、高功率的發展，電機的單機散熱需求快速上升，而系統集成化的發展趨勢限制了通過外表面加速散熱的路徑，因此在電機內部以油冷方式散熱成為發展方向。

圖表19：電機冷卻技術對比

資料來源：蓋世汽車，中金公司研究部

單車價值量測算：

座艙熱管理：燃油車及插混車型單車價值量約為1,780元；純電動車中，若使用PTC制熱方案，單車價值量約為2,585元，若升級為熱泵方案，則價值量可提升至4,580元，若使用CO2冷媒的熱泵方案 ，則熱管理部件相應升級，單車價值量可達8,560元。

電池熱管理：插電混動車電池熱管理系統較為簡單，單車價值約800元，純電車型電池熱管理約1500元，隨着高壓快充方案逐步落地，我們預計電池熱管理價值量或進一步突破2,000元。

電機電控熱管理：插混及純電車型的電機電控熱管理部件單價約1,000元。

圖表20：2021年乘用車熱管理單車價值量測算

資料來源：佐思汽研，中金公司研究部

熱管理行業隨新能源汽車滲透率提升而放量，我們預計2025年新能源車銷量可達千萬量級。根據單車價值量測算值3%年降假設，我們測算得：2025年國內新能源乘用車熱管理系統市場規模為521億元。

銷量測算：考慮到R1234yf熱泵方案在熱效率方面的優勢，以及國產替代進程加速，我們預計，R1234yf熱泵方案滲透率逐年提升，2025年滲透率達到40%，另外，隨着二氧化碳熱泵方案技術趨於成熟，2025年滲透率有望達到10%。

價格測算：基於上述2021年乘用車熱管理單車價值量，同時考慮車企通常要求供應商報價有3%左右年降進行價格測算。

圖表21：新能源車熱管理市場空間測算

資料來源：中汽協，中金公司研究部

圖表22：2025年新能源車熱管理市場空間測算

資料來源：中汽協，中金公司研究部

我們認為，新能源汽車熱管理系統的投資可以圍繞系統集成化及部件量價升級這兩大方向展開。從傳統燃油車到新能源車，熱管理部件均實現了較多的技術升級，並且新能源汽車熱管理系統更加複雜化，帶來部件增加，從數量和價格兩方面推動單車價值量翻倍增長。同時，熱管理系統供應商將由單一零部件逐步轉向局部模塊供應，單車價值量將主要由其模塊搭載的核心零部件數量及價值決定，我們預計，提前布局系統集成化、及核心部件的優勢廠商將更多受益。

技術升級不及預期。當前自然冷卻/風冷方案普遍應用於低端車型，同時PTC加熱仍是主流方案，熱管理企業的業績增長有賴於新能源車熱管理系統升級帶來的單車價值量提升，若車企出於成本考量不願升級熱管理系統，若採用低成本熱管理方案的低端車型仍占據市場主要份額，則熱管理企業收入增長將不達預期。

行業競爭加劇。新技術推廣前期有望享受到技術溢價，但激烈的競爭環境下，存在熱管理企業為搶奪訂單而降低定價造成利潤下滑的情況，若行業競爭加劇，將造成企業毛利率加速下滑。

本文摘自：2022年6月28日已經發布的《從麒麟電池看熱管理行業再升級》

鄧 學 SAC 執業證書編號：S0080521010008 SFC CE Ref：BJV008

荊文娟 SAC 執業證書編號：S0080121010058

常 菁 SAC 執業證書編號：S0080518110003 SFC CE Ref：BMX565

何 偉 SAC 執業證書編號：S0080512010001 SFC CE Ref：BBH812