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    新能源汽车热泵空调行业深度报告

    报告来源:光大证券

    新能源汽车的发展,近年来在全球范围内愈发地被重视。新能源汽车的发展,有望解决传统燃油车带来的环境污染问题。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统,进而导致热管理及空调系统发生巨大变化。传统国外热管理龙头电装、法雷奥、翰昂、马勒四家龙头企业占据全球市场一半以上的份额,具备较强的技术优势。而在当前这轮汽车电动化浪潮中,既有的汽车热管理空调竞争格局已有松动迹象,国内企业存在弯道超车的可能性。

    我们区别于市场的创新之处

    (1) 热泵空调在新能源车领域已成为未来发展趋势,但是值得注意的是,二氧化碳作为制冷剂,具备高环保、低价、高制热能效的特点,未来有望在新能源汽车上取得全面普及。此篇报告我们重点阐述了二氧化碳空调在技术方面的优势,并介绍部分国内企业在这方面的布局。二氧化碳制冷剂全面高压的系统环境对系统管路提出更高要求,国内企业克来机电由于从事发动机高压燃油分配管产品的研发生产,因此拓展出新产品二氧化碳管路,并在 2020 年正式推出。三花智控全方位布局新能源热管理领域,目前已经形成二氧化碳产品解决方案。

    (2) 此篇报告重点提示了我国新能源汽车热泵空调行业上的投资机遇。新能源车空调系统单车价值量对比传统燃油车大幅提升,单车价值量约为 7000~8000 元(若使用热泵空调则为 10000 元左右),较传统燃油车提升约 1 倍。其中,新能源车的空调系统(传统冷媒)单车价值量约为 3950 元,较传统燃油车的单车价值量 1610 元,也得到大幅提升。2025 年我国新能源汽车渗透率目标为 25%。我们以此测算,2025 年国内新能源车销量有望达到 710 万的规模,对应热管理系统的空间约为 500 亿元,其中空调系统的空间约为 280 亿元。未来伴随着二氧化碳热泵技术普及,空调系统空间有望实现进一步提升。

    投资观点

    重点推荐克来机电:子公司上海众源产品为燃油分配器,受益“国六标准”的实施,产品实现了量价齐升。公司二氧化碳管路产品 2020 年正式推出,可有效解决二氧化碳泄漏的问题。公司募集资金拟投向二氧化碳空调管路项目,有望成为公司业绩主要增长动力。

    建议关注三花智控:公司为制冷元器件龙头,在新能源汽车空调及热管理系统领域实现了主流车企全覆盖。公司在二氧化碳热泵空调系统领域布局完善,后续发展值得关注。

    1、新能源车空调系统发展概况

    1.1 、空调系统在热管理系统中起着重要作用

    狭义汽车热管理是指:对所有车载热源系统进行综合管理和优化;广义汽车热管理系统还包括空调系统。热管理在汽车节能、环保、安全、舒适性等方面具有重要作用。

    对于传统汽车,其热管理系统包括发动机冷却系统、润滑系统、进排气系统、发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖风系统等。具体涉及冷却介质、热交换器、风扇、泵、底盘空气流通、传感器等。

    对于新能源车汽车,其热管理系统包括空调系统,除此还包括电池热管理、电机电控热管理及其他设备的冷却。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统,前者是电能转化为机械能,后者是化学能转化为内能再转化为机械能。

    新能源汽车的热管理系统与燃油车区别主要体现在以下两点:

    1、传统燃油车热管理系统是围绕发动机构建的(发动机带动空调压缩机、水泵运转,座舱制暖来源于发动机废热)。没有发动机或发动机只部分时间工作要求空调压缩机和水泵电动化,并且需要采用其他方式(PTC 或热泵)为座舱制暖;

    2、新能源汽车的动力电池需要精细的散热和加热管理。相比于燃油车,新能源汽车新增动力电池热管理回路(增加 chiller、电池冷却水板、阀件、PTC 等)。

    1.2 、新能源车空调电能驱动,制热方案为PTC、热泵模式

    新能源车空调系统由电能驱动。对于新能源汽车(特别是纯电动汽车), 既没有发动机作为空调压缩机的动力源,也没有发动机余热可以利用达到取暖、除霜的效果。通常来讲,新能源车空调系统的冷源、热源和其他能源都来自电池。

    汽车空调直接影响驾驶舒适性,对于新能源汽车来讲,还影响其续航里程。根据 ANL 对Nissan Leaf 的测试,在高速公路循环路况下,当外界温度为 20F(-6.7℃)时,调节车内温度至 72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降 30%;当外界温度为 95F(35℃)时,调节车内温度至72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降 4%。

    目前空调系统制热方案包括 PTC 和热泵模式等。目前市场上主流的新能源车空调系统中,(1)制冷方案:基本都采用电动压缩制冷方式,如福克斯新能源车空调系统的制冷采用的是“压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器”的制冷循环;(2)制热方案:主要包括PTC(液体/空气)和热泵系统等,如福克斯新能源车在温度较低或车辆起动时采用 PTC 加热方案,电机温度达到一定数值后采用电机余热方案,特斯拉 Model-X 制热模式采用空气 PTC 方案,比液体PTC 方案的效率更高。

    PTC:Positive Temperature Coefficient,泛指正温度系数很大的半导体材料。

    热泵:是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。

    1.3 、热泵技术在新能源车领域已成为未来发展趋势

    PTC 热敏电阻制热存在功耗大的缺陷。新能源车通过 PTC 热敏电阻制热,即通过电阻的热效应生产热量,具备了结构简单且制热效果好的优点, 但是存在着功耗过大的严重缺陷。PTC 加热方案耗能较多,对新能源车续航里程的影响更甚。

    热泵空调技术是将低位热源的热能转移到高位。水泵是将低处的水泵到高处,热泵则类似,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。热泵系统中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。当前热泵系统的类型主要有直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统等。

    热泵空调相对于 PTC 加热的优势就在于更加节能。热泵空调方案的耗能大约为 PTC 加热模式的 50%。因此,从应用层面来看,热泵空调方案更具优势,但其技术要求也相对较高,特别需要解决低温情形下室外换热器结霜的问题。

    热泵空调在新能源车领域实现快速推广。当前热泵空调技术在新能源车领域已经得到了市场验证,国际主要车型包括大众、奥迪、雷诺、宝马、日产等品牌均已量产装车。近年来国产电动汽车热泵空调也开始装车,典型车型如荣威Ei5、荣威 MARVEL X、长安 CS75 PHEV 等车型覆盖纯电和混动。

    1.4 、二氧化碳制冷剂助力热泵空调系统性能升级

    R134a 型热泵空调系统为当前市场主流。按照新能源车热泵空调的制冷剂划分,热泵空调可以分为 R134a 型、CO2 型、R1234yf 型等。R134a(1, 1,1,2-四氟乙烷)是一种使用最广泛的中低温环保制冷剂,它具有良好的综合性能,使其成为一种非常有效和安全的R12(二氯二氟甲烷)替代品。目前各种电动汽车的空调系统主要使用制冷剂 R134a,零部件设计、生产及售后服务及维护,均依据R134a 制冷剂物理性能设计。

    高效及环境安全性突出,二氧化碳热泵空调有望成为未来趋势。由于R134a 具有温室效应(在《京都议定书》中被列为限制使用的工质),所以仍面临巨大的替代压力。二氧化碳作为制冷剂,可充分发挥其高环保、低价、高制热能效的特点,因此二氧化碳热泵空调在新能源车领域具备很广阔的应用前景。二氧化碳热泵就是采用二氧化碳作为制冷剂的热泵或空调,二氧化碳冷媒代号为 R744,所以二氧化碳热泵也称 R744 热泵。二氧化碳热泵与普通的热泵工作原理基本是一样的,都属于蒸汽压缩式。不同的地方在于, 二氧化碳热泵属于超临界循环,即在冷凝器端,二氧化碳是不会被冷凝成液体的,而传统冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。

    R1234yf 存在安全性问题,二氧化碳空调系统仍占据全面优势。欧盟要求 2017 年起 GWP>150 的制冷剂禁止在所有车型的空调上使用,对此杜邦与霍尼韦尔开发了R1234yf(HFO-1234yf、四氟丙烯)作为新一代制冷剂。但是,R1234yf 的生产过程中会产生 HF(氢氟酸)等多种臭氧层破坏物质, 并存在一定的安全问题,因此德系车企将二氧化碳作为发展方向。R1234yf、二氧化碳两者进行对比,二氧化碳在环保性能、安全性能、制造成本和可持续发展上均占据优势,未来发展前景广阔。

    二氧化碳制冷剂全面高压的系统环境对系统管路提出更高要求,克来机电新产品二氧化碳管路 2020 年正式推出。二氧化碳作为制冷剂的主要难点在于需要更高的运行压力,对系统的控制提出了更高的要求。二氧化碳工作高压超 100kgf/cm2,因而热泵系统的配件、管路等不仅要达到系统的要求, 还要充分研究其在高压下的寿命周期,确保系统安全可靠。本土企业克来机电,2020 年 1 月公告,拟募集资金不超过 5000 万元,用于新能源车用二氧化碳空调管路组装项目的建设。子公司众源新产品二氧化碳空调管能够解决目前二氧化碳管路系统产品缺陷导致二氧化碳泄漏的问题,对二氧化碳空调在车辆上普及使用有一定的促进作用。

    国内三花智控在二氧化碳热泵空调系统领域布局完善。目前国外一些企业已推出二氧化碳热泵空调样机,也在奔驰 E 级车部分车型有所使用。本土企业三花智控已做到除压缩机外的全覆盖,并且在二氧化碳热泵领域布局超前。2018 年 3 月,三花智控加盟新能源车二氧化碳热泵空调系统开发技术联盟,与东风汽车等多家公司共同研发应用。目前三花智控已经形成 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。

    2、热泵空调市场扬帆起航,本土企业加速崛起

    2.1 、新能源车空调单车价值是传统汽车的两倍以上

    新能源车的空调系统不仅要实现制冷/制热功能,而且要兼顾系统能耗, 这使得其空调系统的复杂程度对比传统燃油车更高。新能源汽车的热管理系统单车价值量高于传统燃油车主要体现在四方面:

    1、相对燃油车新增零部件。动力电池散热回路,增加了 chiller(电池冷却器)、动力电池冷却水板、阀件等;座舱制暖需增加PTC 或热泵。

    2、空调压缩机、水泵电动化,单件成本提高。

    3、更高功率的电动空调压缩机。动力电池散热回路通常与空调系统并联,依靠空调制冷冷却电池的冷却液。高温天气时,空调同时为座舱和电池制冷,空调系统的工作负荷增大,需要更高功率的电动空调压缩机。

    4、电机电控散热要求更高。电机温度过高容易产生热磁退,电子元器件在温度过高的情况下,会出现性能下降或损坏的情况,故电机电控对散热系统要求较高。部分新能源汽车如特斯拉 model3 驱动电机已经采用油冷方式散热。

    新能源车空调系统单车价值量对比传统燃油车大幅提升。我们测算,新能源汽车热管理系统单车价值量约为 7000~8000 元,较传统燃油车提升约 1 倍。其中,新能源新能源车的空调系统(传统冷媒)单车价值量约为 3950元,较传统燃油车的单车价值量 1610 元,大幅提升。

    国内热泵空调系统市场发展潜力巨大。《新能源汽车产业发展规划(2021-2025)》(意见稿)提出 2025 年渗透率目标 25%。我们以此测算, 2025 年国内新能源车销量有望达到 710 万的规模,对应热管理系统的空间约为 500 亿元,其中空调系统单车价值量约为 3950 元,对应市场空间约为280 亿元。未来伴随着二氧化碳热泵技术普及,空调系统空间有望实现进一步提升。

    2.2 、竞争格局:技术变革期国内企业机遇显现

    目前新能源汽车热管理行业的主要企业可以分为三类:

    国外热管理龙头企业,包括电装、法雷奥、翰昂、马勒等。这些企业原本就在传统汽车热管理的市场份额较高,根据法雷奥 2018 年年报数据,电装、法雷奥、翰昂、马勒四家龙头企业收入占据热管理市场 55%的份额。这类企业也已较早推出新能源车热管理相关产品,比如,法雷奥的热管理系统可回收能量,能够延长电动汽车的续航里程——冬天可延长 30%,夏天可延长 20%。这些国外龙头企业的优势在于技术实力较强,但成本也比较高。

    国内热管理领域的优质上市公司,包括三花智控(002050.SZ)、克来机电( 603960.SH)、奥特佳( 002239.SZ)、松芝股份(002454.SZ)、银轮股份(002126.SZ)等。这类公司大多主营热管理核心零部件,而且是相应细分领域龙头企业,部分企业正在成长为解决方案提供商。其优势是对市场需求比较敏感,能够适应目前国内新能源汽车企业的开发节奏。

    部分动力电池企业,包括CATL、国轩高科等。电池热管理是动力电池的关键辅助系统,部分动力电池企业倾向于自己配套电池热管理模块。比如,CATL 独立设计开发了电池包液冷热管理系统,这种热管理系统具备有换热效率高、质量轻、可靠性高、温度控制能力强等特点;软件设计上,电池温度控制策略被集成到CATL 的电池管理系统(BMS)中。这些动力电池厂商的优势在于对动力电池领域有着深刻的理解。

    18 世纪末期,随着蒸汽机技术的逐步成熟,真正意义上的汽车开始出现,汽车行业的机械化大幕正式拉开;进入 19 世纪之后,电动汽车和内燃机汽车相继被发明;20 世纪以来,内燃机汽车快速发展,成为汽车市场最为重要的组成部分。回顾过去 200 多年的发展历史,动力源的更替是汽车发展史上最为重要的变革。对于新能源汽车,空调系统的动力来源由原来的发动机变为动力电池,因此其技术方案需要重新设计。因此,总体来讲,在汽车电动化浪潮中,既有的汽车热管理空调竞争格局已有松动迹象,国内企业存在弯道超车的可能性。

    3、重点公司

    3.1 、克来机电:受益国六标准业绩显著提升,二氧化碳管路正式推出

    ◆克来机电为稀缺的汽车电子自动化标的。公司是柔性自动化装备与工业机器人系统应用供应商,高度专注汽车电子市场。公司依靠与联电合作的丰富经验,切入海外博世供应链。2017 年 4 月公司正式取得德国博世的全球关键供应商资质,成为德国博世在亚太地区唯一的一家非标自动化供应商。根据公告,公司已经先后与博世签订了 ESP9.0、48V、i-Booster 等相关产品的自动化装备。这些产线订单的汽车电子产品,均为博世全球最新重量级产品。2018 年 7 月,公司获得博世颁发的“博世亚太区优秀供应商”奖,彰显出公司卓越的技术实力。公司发布 2019 年业绩预增公告,全年实现净利润 9772 万元-10424 万元,同比增长 50%-60%。

    ◆收购上海众源,成功实现汽车零部件业务的延伸。公司通过对上海众源的收购,业务增加了汽车发动机配套零部件的研发、生产和销售。上海众源为大众的战略供应商,合作关系稳定。上海众源最主要的产品燃油分配器是汽车节能减排关键部件,随着“国六标准”的实施,燃油分配器也将由低压向高压转型,产品实现了量价齐升。上海众源已成为公司业绩增长的第二动力。

    ◆募集资金投向二氧化碳空调管路项目,助力空调系统产业发展。公司 2020 年 1 月公告,拟定增募集资金不超过 5000 万元,将用于上海众源“国六 b 汽车发动机 EA888 高压燃油分配管制造及新能源车用二氧化碳空调管路组装项目”建设以及支付中介机构费用。此项目可填补公司在二氧化碳空调管产品领域的空白、优化公司产品结构。众源新产品二氧化碳空调管能够解决目前二氧化碳管路系统产品缺陷导致二氧化碳泄漏的问题,对二氧化碳空调在车辆上普及使用有一定的促进作用。同时,二氧化碳空调普及能够有效地解决新能源汽车续航的难题,对新能源车的普及有很大的推动作用。

    盈利预测和投资建议。受益于汽车电子市场规模增长和国内柔性自动化率提高,以及通过收购整合产业链等布局策略,我们看好公司未来成长。受困下游客户招标延期及上海众源产品出货不及预期,我们下调公司 2019、2020 年净利润为 1.01、1.60 亿元。上海众源新产品空调管路 2021 年销量有望实现放量,我们上调公司 2021 年净利润为 2.53 亿元。2019-2021 年对应EPS 为 0.57、0.91、1.44 元,维持“买入”评级。

    风险提示:客户及下游应用行业集中的风险;收购上海众源整合不及预期。

    3.2 、三花智控:制冷元器件龙头,全方位布局新能源热管理领域

    三花智控公司发展以热泵变频控制技术和热管理系统产品的研究与应用为核心,深耕建筑暖通、电器设备和汽车热管理领域的专业化经营。公司业务主要分为制冷空调电器零部件业务和汽车零部件业务。汽车零部件业务主要产品包括热力膨胀阀、储液器、电子膨胀阀、电子水泵等,广泛应用在传统燃油车、混合动力车及纯新能源车等乘用车热管理领域.

    ◆新能源主流车企全方面覆盖。公司专注于新能源汽车空调及热管理系统的深入研究,由零部件切入并逐渐向组件和子系统发展。公司已基本覆盖全球主流新能源车企,目前已拿到大众、戴姆勒、宝马、沃尔沃、奥迪、PSA、通用等新能源车平台订单,国内主要有吉利、比亚迪、上汽等,主要配套了水冷板、chiller、阀类部件、水泵及组件产品等。

    ◆二氧化碳热泵空调系统领域布局完善。目前国外一些企业已推出二氧化碳热泵空调样机,也在奔驰 E 级车部分车型有所使用。本土企业三花智控已做到除压缩机外的全覆盖,并且在二氧化碳热泵领域布局超前。2018 年 3 月, 三花加盟新能源车二氧化碳热泵空调系统开发技术联盟,与东风汽车等多家公司共同研发应用。目前三花已经形成 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。

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