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智研精品報告

2018年中國動力電池熱管理系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析【圖】

李玲玲 2018-05-24 05:35 來源：智研咨詢

1、動力電池工作溫度過高/過低影響放電效率和使用壽命

一般認為，鋰電池的工作溫度范圍應控制在25℃到40℃，工作溫度過高、過低，或者電池組內溫度不一致都會產生問題。（1）電池溫度過高導致的問題：鋰電池工作過程中電流通過和發(fā)生電化學反應產生的熱量會導致電池溫度升高，影響其內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電銷量、電池壽命等，可能導致安全隱患。同樣的電芯在環(huán)境溫度23℃剩余容量衰減值80%需要6238天，但在環(huán)境溫度55℃下僅需272天；同樣的電芯剩余容量為90%時，25℃下輸出容量為300kWh，35℃下輸出容量僅為163kWh。（2）電池溫度過低導致的問題：鋰電池溫度過低會使電池容量降低，容易過度放電，降低電池壽命。溫度低于0度時，充電會引發(fā)內部析鋰刺穿電池內部隔膜，引起電池內部短路。（3）電池單體溫度不一致導致的問題：電池產生的熱量累積會造成各處溫度不均勻，影響一致性、降低充放電循環(huán)效率，甚至導致單體熱失控。因此，電池熱管理包括電池的冷卻、加熱，以及減少電池組溫度差異，以使工作溫度維持在合適的范圍內。

溫度對日歷壽命的影響

資料來源：公開資料整理

溫度對循環(huán)壽命的影響

資料來源：公開資料整理

2、三元電池的廣泛應用使電池熱管理重要性進一步提高

補貼政策的傾斜將使新能源汽車市場結構不斷向高續(xù)駛里程、高電池能量密度調整。2018年中央財政補貼政策中純電動乘用車高續(xù)駛里程、高電池系統(tǒng)能量密度車型優(yōu)勢持續(xù)擴大，續(xù)駛里程門檻由去年的100km提高至150km，400公里以上的車型補貼由4.4萬/輛上升到5萬元/輛；而動力電池系統(tǒng)能量密度門檻由90Wh/kg提高至105Wh/kg，同時160Wh/kg以上的車型調整系數(shù)由1.1倍上升至1.2倍。

純電動乘用車續(xù)駛里程和補貼標準（萬元/輛）

資料來源：公開資料整理

純電動車型電池系統(tǒng)能量密度要求（Wh/kg）

資料來源：公開資料整理

去年以來列入《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》的多數(shù)純電動車型均已裝配三元鋰電池，并且整體續(xù)駛里程大幅提高，續(xù)駛里程在90公里以下的車型占比由2017年的36%降低到7%，140公里以上的車型占比由2017年的14%上升到2018年的60%。

推廣目錄純電動乘用車電池類型

資料來源：公開資料整理

推廣目錄純電動乘用車續(xù)駛里程（三元電池）

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三元鋰電池相比磷酸鐵鋰電池能量密度更高，但穩(wěn)定性相對較差。磷酸鐵鋰電池正極材料的分解溫度約為700℃到800℃，而三元電池正極材料的分解溫度約為200℃；磷酸鐵鋰電池的工作溫度約為-20℃~75℃，而NCM三元電池的工作溫度約為-20℃~55℃。三元電池的廣泛應用將使電池熱管理系統(tǒng)的重要性進一步提高。

正極材料性能比較

類型	理論能量密度（mAh/g）	實際能量密度（mAh/g）	適用溫度（℃）
磷酸鐵鋰	170	130-140	-20~75
鎳鈷錳三元材料	278	155-165	-20~55

資料來源：公開資料整理

3、液冷為動力電池主流冷卻方式，相關組件需求受益

目前鋰電池冷卻系統(tǒng)主要包括風冷、液冷、直冷、相變材料冷卻等類型。（1）風冷：風冷系統(tǒng)利用利用風機將熱空氣吹至蒸發(fā)器處降溫，吹出冷空氣用于電池降溫，主要部件為電動壓縮機、膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器等。（2）液冷：液冷系統(tǒng)通過冷卻液與空調系統(tǒng)的制冷劑進行換熱，形式包括將電池單體或模塊沉浸在液體中、在電池模塊間設置冷卻通道和在電池底部采用冷卻板。主要部件包括電池冷卻板、熱交換器、蒸發(fā)器、冷凝器、電動壓縮機、電子水泵等。（3）直冷：直冷系統(tǒng)中冷媒（如R134a）在膨脹閥節(jié)流后蒸發(fā)帶走熱量，主要器件包括冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器和壓縮機。直冷方式是一種特殊形式的液冷方式。（4）相變材料冷卻：通過相變材料（PCM）吸收并以相變潛熱的形式儲存熱量，在充電或低溫時將熱量釋放。

不同電池冷卻方案優(yōu)劣勢對比

項目	主動式風冷	主動式液冷	直冷	相變材料冷卻
冷卻介質	空氣	液體	液體	相變材料
接觸方式	直接	間接	間接	直接
冷卻方式	主動式冷卻	主動式冷卻	主動式冷卻	被動式冷卻
設計	簡單	復雜	復雜	簡單
傳熱效率	較低	較高	較高	理論上較高
成本	中等	較高	較高	較低
維護難度	中	高	高	低
溫度下降	低	高	高	高
溫度均勻性	非均勻	均勻	均勻	均勻
裝配難易程度	簡單	困難	困難	簡單
技術成熟度	已廣泛使用	已商用	已商用	不成熟
是否依靠空調系統(tǒng)	是	是	是	否

資料來源：公開資料整理

液冷方式已逐步成為新能源乘用車的主流冷卻方式，相關組件如電子膨脹閥、多通路閥、電子水泵、低溫散熱器等需求有望受益。各種冷卻方式中，風冷系統(tǒng)結構簡單、成本較低，但存在降溫不均勻的問題，多用于客車和早期的乘用車車型，如豐田Prius、日產Leaf、起亞SoulEV等；液冷方式溫度控制效率高，應用于特斯拉ModelS、通用Volt等，以及上汽、吉利、江淮等部分國內自主品牌新能源車型，未來滲透率將不斷上升；直冷系統(tǒng)冷卻銷量高、成本低，目前技術尚不成熟，只用于寶馬i3、奔馳S400等少數(shù)車型。

采用液冷方式車型

資料來源：公開資料整理

采用液冷方式車型

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上市公司電池熱管理業(yè)務進展

公司名稱	相關產品
松芝股份	相關產品包括電池冷卻器、電池液冷散熱代等，并開發(fā)了獨立式及共享式智能電池熱管理系統(tǒng)，空調和電池冷卻系統(tǒng)配套于江淮汽車、東南汽車、上汽通用五菱、奇點汽車、Tata汽車等
銀輪股份	相關產品包括電池深冷器、電池冷卻板等，配套于寧德時代、威馬汽車等
三花智控	相關產品包括電子水泵、電子水閥、冷卻板、電池冷卻器等，電池冷卻器等產品技術處于世界領先地位，配套于吉利汽車、上汽集團、比亞迪、Robertshaw等
中鼎股份	并購的TFH是電池冷卻系統(tǒng)優(yōu)秀供應商，技術處于國際領先水平，相關產品配套于奧迪、車和家等。