汽车热管理行业前景展望
通常我们将汽车热管理分为传统汽车热管理及新能源汽车热管理，2022年中国新能源乘用车渗透率已达到27.6%，电动化推动热管理市场规模持续增长。
新能源热管理的技术和市场发展均处于前期阶段，格局尚未固化，由此可见国内优质热管理企业的发展潜力和国产替代空间巨大。
下面我们从汽车热管理相关概念出发，了解汽车热管理的必要性、技术路线、竞争格局、产业链及相关公司、市场空间、电动化带给热管理系统单车价值量提升等方面的问题，以期读者能够见微知著。
汽车热管理概念及组成
汽车热管理是指从系统集成和整车角度出发，统筹整车热量与环境的热量，采用综合手段控制和优化热量传递，保持各部件工作在最佳温度范围，改善汽车各方面性能。
主要通过散热、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。
汽车热管理系统组成
传统汽车热管理主要有发动机、变速箱的冷却以及空调系统热管理，新能源汽车热管理有电机电控系统热管理、电池系统热管理及乘员舱空调热管理。
汽车热管理系统主要零部件包括各类泵（机械水泵、电子水泵、电子油泵等）、阀（热力膨胀阀、电子膨胀阀、电磁阀、多通水阀等）、工质容器
热交换器（前端模块、空调箱、电池冷却器、电池水冷板）、压缩机（机械/电动）以及管路系统等，并按需应用于发动机、变速箱、电池、电机电控和空调系统等部位。
汽车热管理必要性
燃油车高温环境下增加发动机、变速箱报废风险
过高温度会导致活塞拉缸、缸盖缸体变形，甚至整个发动机报废。进入气缸的混合气温度变高也容易产生爆燃。
过高温度会加速橡胶密封的老化，油液的润滑性能下降，甚至变速箱的报废。
低温环境下阻力加大，增加油耗
低温启动时润滑油的粘度增大，润滑油从机油泵到曲轴轴承的时间加长，阻力加大。克服低温所造成的运转和行车阻力增加燃油消耗量。
纯电车
高温环境下易电池热失控现象
出现电池热失控现象，电池包出现漏液和冒烟，严重时会导致起火和爆炸。长期高温会导致电池容量快速衰减，降低其使用寿命。
低温环境下放电性能变差
目前大规模使用的锂离子电池，在-30℃到45℃气温范围内电池放电均压和放电容量均随温度的降低而降低，进而影响新能源车的续航里程。
汽车热管理前沿技术及升级变化
油车到电车热管理系统的变化
油车到电车，由于动力总成发生变化，使得整车热管理在功能架构和技术方案上均产生一定变化。
功能架构变化
发动机、变速箱取消，新增电池、电机和电控。电池同时需要制热和制冷，电机电控需要制冷；纯电动汽车由于智能座舱和智能驾驶功能的提升，芯片算力大幅提升，部分车型新增了对芯片散热的需求。
主要技术方案变化
乘员舱（空调系统）：电车沿用了传统的“压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器”的制冷循环，区别仅是油车的压缩机由发动机带动，电车采用的是电动压缩机，由动力电池供能驱动。
乘员舱的制热功能油车和电车区别较大，油车采用发动机运转的余热来给乘员舱加热，而电车由于取消了发动机，需要额外新增制热功能，通常采用的有PTC加热方案和热泵方案。
动力电池：动力电池的冷却方案有风冷、液冷和直冷；低温加热方案有电加热膜、PTC加热（水暖PTC）和热泵加热等技术方案。
汽车热管理制冷系统
液冷是动力电池的主要冷却方式
液冷是动力电池冷却的主流技术。动力电池的续航和工作环境温度有较大关联，因此动力电池的温度控制是三电系统热管理的核心。
根据管理方式分类，动力电池包的冷却（温控）主要包括自然冷却、风冷、液冷、直冷四类，其中风冷一致性差，冷却效果难以控制，冷媒直冷技术难度较高，因此电池冷却的技术路线仍以液冷为主。
冷媒直冷有望成为电池冷却新方案
冷媒直冷技术原理与空调制冷原理类似。通过压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压的气体，然后进入前端冷凝器后，将制冷剂气体被冷凝成高温中压的液体。
高温中压的液体通过膨胀阀碰撞，将低温低压的两相流进入蒸发器，蒸发器通过车舱空调蒸发器或是电池包内的冷板，制冷剂吸收热然后不断蒸发，最后变成气体通过膨胀阀回到压缩机完成整个循环。
冷媒直冷技术换热性能强、结构简单。换热性能强。相较于液冷系统利用冷媒与冷却液换热，再通过冷却液冷却电池，直冷系统可以减少一次换热过程，降低换热温差，且制冷剂在电池冷板内沸腾化热，换热能力显著增强。
结构简化。原有的液冷系统借助Chiller来完成，然后再通过水泵水管到水冷板上，直冷技术可以直接将电池回路的冷却液系统彻底消除，在额外的空调回路中用制冷剂直接冷却电池，节省大量零部件以及成本。
冷媒直冷直热优秀案例：比亚迪海豚热管理系统
比亚迪海豚热管理系统：对热泵系统进行集成，用冷媒直冷直热替代传统冷却液。
宽温域热泵技术
运用阀岛结构对制冷剂回路大部分控制组件进行了集成，并通过将制冷剂回路和电机电控冷却液回路进行耦合，将电机电控的热量用于乘员舱制热或者电池包制热，提高热量利用效率，实现更宽的空调工作温域（-30℃—60℃）以及更长续航里程。
冷媒直冷直热
刀片电池上面采用了直冷直热技术以冷媒取代了传统的冷却液，直接对电池进行冷却和加热，直冷模式制热效果较好，但制冷剂用量大、成本高，且对电池一致性要求高，目前比亚迪电池包直冷直热技术属于全球首创。
汽车热管理制热系统
热泵空调逐步替代PTC空调
发动机热源消失，新能源车新增PTC加热器。由于发动机热源消失，汽车需额外的热源补充，才能维持空调系统高效运转。
成本低、结构简单、工作稳定的PTC加热方案就成为了新能源汽车行业普遍采用的制热方案。根据其工作方式不同，PTC加热器可分为风暖式和水暖式。
PTC电加热严重降低续航里程。通常PTC电加热器功率都在6KW左右，每小时耗电6度，以带电量为70度电的蔚来ES6为例，PTC暖风使用一小时，电池耗电10%左右，对动力电池的消耗极大，严重影响了电动汽车的续驶里程。
热泵空调制冷过程和传统空调一致，制热过程依靠系统的反向循环，将外界空气的热能强制转移到乘客舱的空调系统，整个热泵系统充当环境热量的“搬运工”。
制热过程（逆卡诺循环）主要分四大循环过程：冷媒从大气环境中吸收热量，吸收热量汽化后的冷媒被压缩，温度进一步升高，高温高压冷媒通过热传递加热舱内空气或冷却液，被加热的热空气吹入驾驶舱。
能效系数更高的热泵空调是未来空调系统的发展趋势。热泵通过制冷剂的气液转换，将空气中的热量转化为自身的内能。
COP值（能效系数）比PTC加热高出2-3倍，可以有效延长20%以上的续航里程，即使在极低温度下，仍可保证COP大于等于1，而PTC能效系数永远小于1。
据我们计算，2022年热泵车型渗透率已经达到38%，预计后续随着比亚迪、特斯拉等车企旗下热泵车型的热销，越来越多的电动车企将布局热泵空调新能源车型，热泵渗透率有望持续提升。
技术赋能，二氧化碳热泵大有可为
热泵空调类型
热泵空调取代PTC，已成为新能源汽车标配。热泵空调系统按照制冷剂不同可分为R134a、R1234yf和R744（CO2二氧化碳）等几种类型：
R134a型热泵是目前最常见的热泵，目前各种电动汽车的零部件设计、生产售后及维护大多依据R134a制冷剂物理性能设计。
由于温室效应潜能值（GWP）高达1430，不环保，因此欧盟、美国分别决定自2017年、2020年起不再允许采用该制冷剂的车辆销售，欧盟规定未来使用的制冷剂GWP必须小于150。R134a制冷剂必将退出历史舞台。
R1234yf是新型冷媒，GWP为1，较为环保，但存在专利壁垒，且冬季性能较差。R1234yf与R134a有很多相似的参数，可直接将R1234yf灌注到原空调系统中工作，减少了研发制造成本。
R1234yf被杜邦和霍尼韦尔公司专利垄断，短期内普及存在困难。并且R1234yf冬季性能较差，在-5度以下，R1234yf制热效果有限。因此R1234yf不是最佳技术路线。
R744（二氧化碳）是最好的替代品之一。R744的GWP为1、安全等级为A1，环保且安全。R744制热性能好，即使在-20℃下运行，COP也能达到2，明显高于R134a。
由于R744沸点较低，制冷系统在工作时需要高压力，增加了新的研发制造成本。考虑到环保趋严以及热效率的差距，CO2热泵路线有望成为主流。