【转载】新能源汽车热泵空调系统深度报告

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。

• 三花智控继续加码热泵空调，已形成完整热泵解决方案。联合海尔在杭州组建空气源热泵技术联合实验室，同时加盟电动车CO2热泵空调系统开发技术联盟，将与东风汽车等多家公司共同研发CO2热泵空调应用；
• 银轮股份新能源热泵系统在改装的江铃E400上成功运行，蒸发器、冷凝器、换热器、暖芯、PTC、电子水泵等核心部件全部自制；
• 中鼎股份收购德国TFH，积极布局新能源车冷却系统管路总成，向系统供应商转型。

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。

• 搭载车型逐步增加，国外搭载技术已经过5年验证，日产Leaf、丰田普锐斯等销量极佳。近期捷豹i-pace也将搭载热泵空调系统。
• 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，其中荣威Ei5年底销量有望突破3万。到2020年热泵渗透率可达10%，2025年可达30%。
• 单车价值为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。

• 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%。

• 一般可以用所转换热量与输入能量之间的比值COP（能效比）来衡量空调器性能的好坏，COP越高说明空调的转化效率越高、越节能。PTC制热的COP仅为1，而热泵制热时的最低理论COP也高于1，在实际中一般可以达到2-4，即相同能耗下产生的热量是PTC的2-4倍。

仍以续航300km带电35kw的典型电动车为例，使用热泵空调将加热功率下降至1kw，则续航里程减少为233km，远高于PTC制冷的192km。可见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有效技术。

低温制热效率有限问题已有多种解决方案

• 当前热泵空调还存在的主要难点是室外换热器的结霜问题，在环境温度低于0℃且小于湿空气露点温度时换热器表面在短时间内就会被霜层覆盖从而降低冷却液与空气间的换热系数，这样无法充分利用热源致使实际COP较低，因此实际装车往往会配备辅助PTC加热器。
• 格力日前发布了其搭载双极增焓技术的车载热泵系统，能在 -30~54℃可靠运行，在测试中空调耗电量可降低 60% ，整车续航里程提升13%。奥特佳此前也发布过其补气增焓低温热泵系统，应用了蒸汽喷射式涡旋压缩机、补气增焓换热模块等技术，通过压缩机中间补气降低压缩机的排气温度，实现低温环境下的高效制热，可以在-20℃环境温度下提供4-5KW制热能力，保持2.0以上的系统运行COP。
• 松芝股份采用小管径铜管铝翅片结构的室外换热器，有效解决了微通道换热器在热泵模式下容易结霜的问题，实现了热泵系统在低温环境下的长时间工作，10℃、-15℃下系统制热能效比COP分别达到1.66与1.4，已应用于北汽福田等客车厂整车的新能源汽车低温变频热泵空调系统。

四大核心零部件：电动压缩机、电子膨胀阀、四通换向阀、换热器

• 热泵空调系统的结构相对复杂，关键零部件有四通换向阀、电动压缩机、电子膨胀阀、换热器、气液分离器、电子阀等，其他零部件则与传统汽车空调差别不大。

• 电动压缩机是电动机与压缩机的一体化产品，两者共用同一主轴，由于电动涡旋压缩机具有结构紧凑、可靠性高、排液连续等特点是电动汽车压缩机的最佳选择。电动压缩机价值在1600元左右，占热泵空调价值40%以上，因此竞争相对激烈，国内电动压缩机以奥特佳为首。
• 四通换向阀是热泵空调运转的核心，由电磁先导阀和四通主阀通过导向毛细管连接构成，控制冷却液的流向从而转换制冷制热模式，结构复杂容易损坏。目前三花智控是国内外一流的阀体供应商，市场份额国内35%、国外20%。
• 电子膨胀阀在温度调节范围、控制精度、过热度控制以及反应速度上对比传统的热力膨胀阀都有明显优势，尤其适合作为热泵空调的主要节流零件。同四通阀，电子膨胀阀以三花智控为首，不二工机、TGK、Egelhof等国外竞争对手也有较强实力。
• 换热器需要冷热两用，既是冷凝器又是蒸发器，一般采用微通道平行流换热器。换热器制造门槛较低，但在热泵系统中可以决定使用温度下限，国内银轮股份是热交换器的龙头。

四、CO2挑战传统冷媒技术与零部件

国际一级供应商已推出较完善的系统解决方案

• 电装、法雷奥、翰昂、马勒等国际一级供应商占据全球55%以上热管理市场份额，已纷纷踏足电动汽车热管理领域，各自推出自家热泵空调解决方案，多款搭载车型已经问世。
• 电装深耕日系车企，热泵装配三款车型，技术成熟经验丰富。Denso电装是全球前四的零部件巨头，2017年其销售额达到45271亿日元，其中热管理业务占30%。早在2013年就已推出热泵空调系统，使用 1kW 的电力即可以产生 3kW 的制冷效果和 2kW 的制热效果，在雷诺Zoe和日产Leaf上搭载，其中Leaf是全球销量最多的电动汽车。2017年电装又继续研发新型热泵搭载于丰田普锐斯Prime PHEV上，将工作范围扩展至-10℃，且比原先版本节能63%。

• 法雷奥推出新型制冷剂HFO-1234yf热泵系统。法雷奥针对不同的客舱大小与空调需求研发了多种热泵结构，使用具有超低GWP的最新制冷剂HFO-1234yf。还开发了包括水冷式冷凝器在内的间接热泵，获得2016年PACE奖，在冬季条件下可延长高达30％的行驶里程。

• 翰昂系统及零部件全产业链供应。翰昂前身是福特汽车与韩国万都组建的汽车空调企业，当前已成为业界仅有的两家汽车热管理解决方案全系列产品供应商之一，也是是特斯拉空调系统的供应商。当前翰昂已为起亚秀尔供应热泵空调系统方案，在热泵基础上还使用两个乙二醇回路来收集电池与电控的热量作为额外热源，可节省30%-40%电量。

• 马勒MEET概念车集成热管理技术。马勒在其48V城市交通概念车MEET中集成了自身热管理技术，利用电机和电力电子器件产生的余热并配合马勒的冷却液热泵，在0℃下可提升20%的续航里程。

• 博世拥有电动整车热管理系统方案。博世智能热管理技术方案的核心在于使用热泵以及冷却水泵和水阀相结合的水冷循环回路，制冷剂（绿色部分）的热泵空调系统可控地对冷却液（黄色部分）管路进行制冷和制热，对电驱动废热以及PTC产生的热量加以利用，并且可以对锂电池组进行温度调节。结合制冷剂、冷却液、空气间的热交换，对电驱动模块、锂电池系统、车厢内部的温度进行综合控制是博世这套基于热泵的热管理系统最突出的特点，可使电动汽车在冬季城市路况条件下的续航里程增加 25%。

国内供应商全覆盖零部件

• 零部件供应上三花智控已做到除压缩机外的全覆盖，奥特佳在国内电动压缩机占据市场30%份额，银轮正在研发防结霜换热器且已有专利在申请过程中，国外巨头企业以供应核心压缩机为主。
• 三花智控除压缩机外零件可全覆盖。三花智控是国际上重要的热管理零部件供应商，主要客户包括法雷奥、马勒等国际巨头，在商用空调、食品冷链、热泵空调、家用空调等四大领域均已形成完整的供应体系。公司微通道换热器市占率全球第一，国内国际均超过40%，业务已扩展至热泵换热器。以车载热泵空调最低3300元单车价值计算，三花已覆盖1650元以上。公司在车载热泵空调上已处于国内领军位置，后续行业爆发将成为三花的一大利润来源。

• 银轮股份研发热泵系统整车试验成功。银轮中报披露上海研发团队已成功研发基于热泵原理的电动空调，并且在改装的江铃E400上完成了整车搭载，可以满足-5-50℃使用需求，尤其是蒸发器、冷凝器、换热器、暖芯、PTC、电子水泵等核心部件全部自制。公司一款空调用防结霜换热器也正在专利申请中，采用上下垂直放置的扁管和翅片，既保留了微通道换热器的功能，又利于排水防止结霜。室外换热器是否耐低温对热泵的低温性能有决定性意义，银轮作为国内专业的热交换器供应商，在这方面有较强的技术优势。

• 奥特佳电动涡旋式压缩机国内市占率30%。奥特佳收购空调国际后升级成为系统供应商，在新能源汽车热管理布局已初见成效。2016年底承接设计蔚来电动车整体空调系统和CATL电动大巴车电池热管理系统，近期已成为大众、北汽、比亚迪、北汽福田、奇瑞等整车厂的电动压缩机供应商。其电动压缩机包含排量从18cc到66cc等5款系列产品，研发的“汽车用高效电动空调（热泵）压缩机”可在零下25℃使用，2016年占据国内市场30%份额，国际市场7%份额（排名第四），主要竞争对手还有电装、三电、翰昂、松下、重庆建设、牡丹江富通等企业。奥特佳作为电动压缩机行业龙头，占据国内市场中较多份额，在国际上仍有进步空间。

CO2制冷剂有望成为热泵最佳选择

• HFC-134a时代落幕，新冷媒大势所趋。当前小型空调制冷剂大多仍以HFC-134a为主，但欧盟要求2017年起禁止所有生产车型的空调使用GWP>150的制冷剂，美国环保部根也将于2021年起将HFC-134a从SNAP目录中剔除。美国杜邦与霍尼韦尔开发了HFO-1234yf (四氟丙烯)作为新一代制冷剂，德系车企质疑其安全性转而使用CO2作为替代品，虽然两者本身环保性能差别不大但HFO-1234yf生产过程中会产生HF、HCL及CFC等臭氧层破坏物质，日系供应商电装等则同时开发CO2与HFO-1234yf空调系统供整车厂选择。国内环保部已在调研HFC-134a在汽车行业的使用情况，企业还暂无替代计划，随着国际公约的陆续推进，可能数年内即将有相关法规推出。

• CO2是热泵空调最佳选择，长期优势明显。使用CO2作为制冷剂的主要难点在于运行压力达到12Mpa，需要设计全新的运行系统，而HFO-1234yf则可以完全沿用HFC-134a空调系统的零部件。但HFO-1234yf只能在-5℃以上的环境下运行，而CO2在-20℃下制热COP依然能达到2，是今后电动汽车热泵空调的能效最优选择。且综合比较两者，CO2在环保性能、安全性能、制造成本和可持续发展上均明显占优，仅在35℃以上制冷COP上低于HFO-1234yf，可用膨胀机、喷射器、双级压缩中间冷却等方式改进，因此长期看CO2空调系统拥有全面优势。

• 三花智控形成CO2空调解决方案。17年三花汽零注入后，公司充分发挥技术协同效应继续深耕汽车空调及新能源车热管理系统部件研发，今年3月三花联合海尔在杭州组建空气源热泵技术联合实验室，加盟电动车CO2热泵空调系统开发技术联盟，将与东风汽车等多家公司共同研发应用。公司当前已经形成CO2产品解决方案，如CO2膨胀阀、单向阀、气液分离器等，其中电子膨胀阀实现了COP平均提高10％以上，获得2107年PACE奖项。
• 法雷奥实现整车装载。法雷奥的CO2热泵系统则已实现整车装载，成为高端车型的选择方案，在0-15℃下可增程15%，在-20℃下可增程30%，获得2018年PACE奖项。

四、热泵系统应用：国外技术成熟，国内上汽领先

国外应用多款车型，捷豹i-Pace接力成熟热泵技术

• 海外品牌车型使用热泵空调较早，技术相对成熟，已上市的8款较为知名的车型以德日车系为主。其中2013年就已上市的雷诺Zoe是首款搭载热泵技术的量产车型，且该技术也应用于2013年后生产的日产Leaf中，后者也是当今“全球最畅销电动车”。宝马i3续航里程达到271km，其热泵系统可以将加热能耗从5.5kw降低至2.5kw，降低50%以上。

• 大众在原有Golf的HVAC上为新款e-Golf装备了热泵系统，成本和复杂性得以优化。其质量约为11kg，成本约为400美元。整车续航里程达到255km，在冬季可比普通空调提升30%。

• 热泵技术在欧美日市场已经过5年市场验证，最新将搭载的车型为捷豹首款纯电轿跑SUV i-Pace，对标特斯拉。其带电量高达81kwh，NEDC工况续航里程456km，瞬时扭矩达到696Nm。

国内应用上汽突破从0到1，MARVEL X再续Ei5热泵优势

• 将于9月交付的高端SUV车型MARVEL X是荣威第二款搭载全工况热泵空调系统的纯电动车，搭配PTC加热器在-7℃环境下比其他空调要节能37.5%，可使续航里程提升15-30%。此前荣威Ei5是国内首款装载热泵空调的纯电动汽车，技术源于上海三电，上市迄今已获得不俗销量，8月继续保持在高位3959量。今年第9批新能源目录显示Ei5已将续航里程提升至400公里，从补贴角度将获得更大优势，后续销售有望持续火热。Ei5是一款休旅车型， MARVEL X的加入可补充该系列在高端家用SUV的空白，争取更多市场份额。

• 长安9月上市国内首款搭载双向变频热泵空调PHEV车型CS75。紧随上汽热泵技术步伐CS75 PHEV成为国内第三款搭载热泵空调车型，可对标同样搭载热泵空调的丰田普锐斯混动。CS75 PHEV装载12.9kwh电池系统，前后双电机，最大峰值功率为150kw，纯电续航里程为60km。

搭载车型逐渐增多，热泵系统渗透加速，市场巨大

• 热泵空调成为车载空调新趋势。在电池技术没有突破性进展的前提下，热泵空调是当前传统空调损耗续航里程问题最好的解决方案，未来有望成为高续航车型的重要配置。从4月至今国内已陆续推出3款搭载车型，且涵盖混动与纯电，预计荣威Ei5今年销量可以突破3万辆，到2020年热泵渗透率可达10%，2025年可达30%。

热泵空调单车价值为3300元左右，比传统空调高出1000元。

• 2017年电动汽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。

• 在新能源汽车空调领域，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。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。

五、投资机会

当前热泵空调行业仍在成长初期，利润较高但规模较小，随着今后电动汽车市场的全面增长，已经提前布局的企业有望伴随这一新的市场增量获得成长的确定性。

• 三花智控：公司在车载热泵空调领域除压缩机外零件可全覆盖，提前布局CO2冷媒且已完成核心零件生产制造。公司是法雷奥、马勒贝洱等国际著名汽车空调及热管理系统制造商全球采购的认证供应商及长期合作伙伴，并成功开拓了戴姆勒、通用、特斯拉、比亚迪、吉利、蔚来汽车、长城、江铃、上汽、一汽、广汽等知名整车厂商及高端市场客户。公司近期成为沃尔沃新能源电动汽车平台水冷板项目的全球供货商，生命周期内国内部分预计销售额累计逾人民币6亿元。公司当前正分别投入5亿进入年产1150万套新能源汽车零部件建设项目，投入4.5亿进入年产730万套新能源汽车热管理系统组件技术改造项目，预计分别于20年初与19年初开始产生项目收益。公司中报上半年营收同比增长15.15%，净利润增长11.04%。
• 银轮股份：公司热交换器销量十多年保持国内第一，主要产品包括油冷器、冷却模块、EGR冷却器、SCR系统等。近期公司不断加码热泵空调研发，在改装的江铃E400上整车试验成功。公司近期成为吉利 PMA 纯电动平台热交换总成产品指定供应商，量产周期内合计供货量预计约为 338 万套。上半年营业收入增长30.8%,净利润增长21.13%。
• 中鼎股份：公司是2017年全球非轮胎橡胶制品第13强，2017年收购新能源汽车电池冷却系统全球前三的TFH成为热管理领域龙头。公司近期成为特斯拉新能源车型电池冷却系统密封类产品的批量供应商，成为沃尔沃、奇瑞捷豹路虎、CATL等减震产品批量供应商。2017年新能源业务贡献9.23亿元营收，占比7.88%。上半年营业收入与净利润分别增长13.32%与12.42%。

文章来源：新兴产业观察者

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