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【国金新能源车】冬季续航焦虑,低温热管理潜力巨大——新能源车热管理专题

2019-03-14 12:16     互联网     来自:牛人趣事


行业观点

百万新车迎来冬季续航考验,冬季路试续航下滑24%。2018年全国完成新能源乘用车销售100.8万辆,同比增长89%;2019年1-2月完成销售14.3万辆,同比增长134%;但冬季道路试验显示8款车型的平均续航里程下滑24%,测试包含的钴酸锂、三元锂与磷酸铁锂均未出现明显的抗低温优势,低温热管理未来市场潜力巨大。


高温热管理已受重视,低温热管理技术路线更多。由于夏季的40多起电池自燃事件,众多厂商已开始重视高温热管理,而低温热管理潜力则仍有待开发,仅有少数厂家为电池配备了电加热系统;冬季续航是整车厂商乘用体验的核心指标,电池的低温性能则是电池厂商的核心竞争力,每一次冬季低续航的阵痛都将促进厂商加速低温热管理的渗透,未来市场潜力巨大。


低温下电化学反应不活跃是电池冬季电量降低的主要原因。环境温度过低时,电解液黏度增大甚至部分凝固,使得锂离子脱嵌运动受阻,电导率降低,最终引起了容量减少。低温下使用锂电池也易因锂晶枝生长而对电池造成不可逆的容量损伤,并形成潜在危险。与NCA、磷酸铁锂比较,国内主要的电池发展方向NCM811低温性能相对较强,高镍趋势有助于减缓冬季低电量的现象。


研发低温电池是解决冬季续航下降较为根本的方法,高效热管理是当前最可行的冬季续航管理方案。目前低温电池主要方向有电解液改性与全天候电池,混合型电解液可以综合各类电解液优势增强锂电池低温性能,全天候电池技术被宝马认可有机会引领市场。当前液冷热管理技术渗透率相比于去年已获得较大提升,可通过反向加热冷却液来便捷实现低温热管理,目前市场已有众多车型实现了低温加热功能。



投资建议

热管理行业业绩平均净利润增长优于传统零部件企业,成长远景可期。新能源热管理作为热管理行业的分支,随着电池电量、能量密度逐渐提升,三元电池、高镍化的趋势,电池安全性以及能量控制的难度加大,整车厂将会在此加大投入,未来更大的规模、更高的单车价值与高速的增长能够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。



风险提示

宏观经济低迷、汽车需求疲软、补贴政策扰动新能源车产销量、供应链子行业竞争加剧、高效热管理系统渗透率不达预期、原材料成本波动、传统汽车业务下滑拖累整体净利润



一、冬季电动车续航缩减多少? 

                                       – 24%



百万新车迎来冬季续航考验,低温热管理大有可为。


  • 2018年全年全国完成新能源乘用车销售100.8万辆,同比增长89%;2019年1-2月完成销售14.3万辆,同比增长134%。但新能源车在冬季,尤其在高寒的东北地区电动汽车实际续航里程已经出现明显下降,对用户使用造成了严重影响。以几款典型新能源汽车为例,一些冬季道路试验显示这些车型的平均续航里程下滑24%,测试包含的钴酸锂、三元锂与磷酸铁锂均未出现明显的抗低温优势。

  • 由于去年夏季的40多起电池自燃事件,众多厂商已开始重视高温热管理,而低温热管理潜力则仍有待开发,仅有少数厂家为电池配备了电加热系统。冬季续航是整车厂商乘用体验的核心指标,电池的低温性能则是电池厂商的核心竞争力,我们认为每一次冬季低续航的阵痛都将促进厂商加速低温热管理的渗透,未来市场潜力巨大。


电池实验表明温度越低,电池可用容量越低。以松下 NCR18650A为例,在电池实验中-10℃下电池容量相比25℃将下降约20%,且平均电压远低于常温下,电池对外做功能力明显衰减。而以某磷酸铁锂电池为例,-15℃下电池内阻是15℃下的4-5倍,表征电解液导电能力下降严重。


冬季车内加热设备的使用加大续航损耗。


  • 目前PTC加热器是电动汽车暖风空调的主要热源,相比于电热丝加热能量转化效率已从70%上升至98%,但将高品位的电能直接转化为低品位的热能,能量浪费依然巨大。蔚来汽车为ES8配备了前5.5kw后3.7kw等2个PTC加热器,即在始终开启的状态下仅暖风空调每小时将消耗近50公里续航,如果再考虑电池本身的劣化,355公里的续航只能完成一半。

  • 理论测算加热功耗严重制约续航里程。以当前主流的300km配备35kwh电池的车型为例,可获得加热功耗与里程关系曲线,若要保证75%的续航保持率,车内平均加热功耗需要控制于1-1.5kw。但电热转换效率最多为1,PTC加热器的效率已非常接近,因此需要寻找例如热泵空调等转化效率突破电热瓶颈的技术。


二、锂离子电池冬季电量减少的原因 – 低温电化学反应不活跃



低温下电化学反应不活跃是电池冬季续航降低的主要原因。锂离子电池是一种典型的“摇椅电池”,其充电时,锂离子从正极脱嵌穿越隔膜进入负极,使得负极呈富锂状态,正极呈贫锂状态,同时碳负极通过外电路获得补偿电荷,放电时则相反。环境温度过低时,电解液黏度增大甚至部分凝固,使得锂离子脱嵌运动受阻,电导率降低,最终引起了容量减少。


低温下使用锂电池易造成不可逆的容量损伤和潜在危险。锂离子的溶解性在低温时会显著降低,易析出沉积形成锂晶枝,生长到一定程度时有可能会刺穿隔膜造成电池短路,形成潜在安全风险。且此时电池负极动力学条件较差,固态电解质界面(SEI) 厚度会增加,将不可逆地持续阻碍离子流动,造成有效容量衰减。



各类正极材料的抗低温能力均不相同,NCM811电池相对抗冻。研究发现在-20℃下电池的容量保持率均有下降,总体上NCM与NCA材料抗低温性能相似,NCM811比NCA稍高,但两者均明显优于磷酸铁锂电池。当前国内的电池向NCM811发展的趋势有助于减缓冬季低电量的现象,但仍需要低温热管理来让电池工作在最佳范围。


三、低温续航下方案 – 高效热管理


 耐低温电池的研发是解决冬季续航下降较为根本的办法,主要方向有改性电解液与全天候电池,但当前仍在实验阶段。


采用混合锂盐、溶剂与添加剂获得综合性能较强的低温电解液是获得低温锂电池的重要手段。电解液是电池抗低温能力最重要的因素之一,当前研究表明将不同的锂盐、溶剂与添加剂这三种组分按特定比例混合可以达到综合最优的效果。例如在溶剂方面,传统溶剂EC介电常数高、成膜性好,但因其熔点高、黏度大,而低熔点(-48℃)的PC溶剂可有效地避免电解液体系在低温下发生凝固,调整两者配比可降低体系粘度,获得综合两者优点的抗低温溶剂。



全天候电池是未来电池的可选项。在2016年美国ECPower公司和宾夕法尼亚州立大学的华人团队就已经研发出可在低温条件下使用的锂离子电池,通过在内部加入电热镍箔经过电路设计实现低温自动加热,可在25秒内将电池温度从-20℃升至0℃并维持稳定。这种全气候电池为方形,添加成本每千瓦时少于1元,附加重量不超越1.5%,-20℃下的容量衰减仅为普通电池的一半。宝马18年1月宣布与ECPower签订专利协议,极有可能将该项技术应用于未来的宝马纯电动车型。我们认为带自加热功能的全天候电池是未来的可选项之一,但可靠性、加热耗电量与电路控制仍是需要解决的问题。


高效热管理是当前最可行的冬季续航管理方案


  • 低温下电池加热系统的设计是一项复杂工程。若仅从最大续航角度考虑,电池加热系统为保持电池在特定温度下的自身能耗存在最优解,但从电池安全角度,在0℃以下均需要采取电池加热系统以尽量延长电池寿命。此外采用电池加热势必需要在电池组中填入保温材料,但这与高温热管理的需求背道而驰,因此热管理系统的设计需要综合考虑各类因素。

  • 电池加热系统有多种方案,液冷加热系统可行性最高。目前电池加热系统有PTC加热、电热膜加热、相变加热、冷却液加热、热管加热、交流加热等多种实现方式。特斯拉2017年底在OTA系统中升级了电池预热功能,其专利中显示采取了多种加热策略,可以在不同工作状态、不同加热媒介、不同热量来源下进行全天候电池热管理。但从其拆解图看,主要的加热方法还是使用PTC加热冷却液,这也是目前的最合逻辑的选择,可以同时解决高低温热管理的矛盾,同时改造较为便利,仅需要在高温液冷热管理基础上增加热源即可。



已有众多车型装备低温热管理系统,电池液冷加热系统成主打卖点。目前大多数新能源汽车都已装备电池加热系统,但基于PTC的暖风加热系统效率较低。除特斯拉以外,威马EX5、传祺GE3以及销量前十的车型中装备液冷系统的车型均装备了基于电池冷却液加热系统,已经成为重要的产品卖点,随液冷系统渗透率的提升,冷却液加热功能也将持续渗透


热泵空调可在冬季高效节能。热泵制热时的实际COP可以达到2-4,即相同能耗下产生的热量是PTC的2-4倍。目前国内已有荣威Ei5与MARVELX装备了热泵空调系统,可保证冬季高效制热。以续航300km带电35kw的典型电动车型为例进行测算,PTC、热泵空调以及两者组合的方式所形成的3种方案中仅使用热泵空调相比于仅使用PTC加热可增加14%的续航里程,节能效应非常明显。



四、投资机会



多方因素带动液冷渗透率提升,热管理行业业绩优于大市


2018年全年全国完成新能源乘用车销售100.8万辆,其中300公里续航里程以上车型渗透率迅速上升至56%,从质量和数量上均有突破性提升。我们认为当前占比较少的新能源汽车凭借其50%以上的强劲增长会成为未来汽零企业重要的利润来源,一些热管理相关的头部企业新能源业务比重已经接近10%。由于高镍电池渗透、高续航车型增加、夏季电池自燃频发等因素,我们估算近期液冷系统渗透率已经从2018年上半年的25%上升至目前的40%左右,绝大部分可实现低温热管理功能。


相比于增速下滑的传统汽车销量,热管理相关标的前三季度业绩大部分仍有增速,板块前三季度净利润平均同比增长5%左右。随着新能源汽车占比的逐步提升,在2020年新能源热管理比重将达到热管理行业的10%以上,更高的单车价值将为提前布局的企业带来更加稳定的利润来源,当前我们保持预期并持续推荐该板块。



三花智控


公司是全球制冷控制元器件龙头,切入新能源车热管理领域。电子膨胀阀、四通换向阀、微通道换热器市占率全球第一,截止阀全球第二;汽车热膨胀阀市占率国内第一、全球第二。


热管理是新能源汽车产业的又一个高速成长的子行业。目前电动车热管理系统单车价值5000元,全球市场规模2020年达到250亿,2025年将超过800亿元。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。


公司配套新能源车热管理零部件价值1500-2200元,新增市场超300亿。最主要的增长来源于电子膨胀阀,凭借规模效应、技术以及质量的优势保证了维持较高的市场占有率和毛利率。预计2025年公司膨胀阀市场空间约11亿元,对应净利润约1.3亿元,有翻倍的增长空间。绑定热管理一级供应商稳定发展,国际前五大热管理供应商其中四家法雷奥、马勒、汉拿、空调国际都是三花汽零的主要客户。


有望受益于Model 3产能瓶颈突破。公司独家供应特斯拉Model 3热管理零部件,共带电磁阀的热力膨胀阀、电子膨胀阀、电子油泵、油冷器、水冷板、电池冷却器、压块7个项目,单车价值约2000元;并且独家供应Model S和X电子膨胀阀,单车价值约250元。特斯拉处产能突破期,2018年全年交付14.6万辆Model 3,且上海工厂环评产能25万辆,有望于年底前启动产线,计划采用本地采购模式,公司有望受益于Model 3产能瓶颈突破及特斯拉上海工厂放量。


公司前三季度实现营收和归母净利润分别为82.65亿元、10.23亿元,分别同比+15.0%、+4.5%,其中扣非归母净利润同比+25.0%;2018年业绩快报显示全年实现营业收入108.3亿元,同比增长13.1%,归母净利润12.9亿元,同比增长4.5%,符合预期。


预计2018-2020年净利润分别为12.9亿、14.9亿、15.8亿元。给予目标价19.74元,对应2019年28x估值,维持买入评级。



银轮股份


系国内热交换器龙头,尾气处理业务稳定,热管理业务持续拓展合资品牌客户。四大业务涵盖三大领域,油冷器、中冷器国内市场占有率分别达到45%和35%,核心业务稳定增长;尾气处理业务充分受益减排法规,进一步布局下一阶段方案;加大投入新能源车热管理业务,多款产品量产成为增长重点。


热交换器随着自主品牌的高速增长而发展。公司热交换器销量十多年保持国内第一,其中乘用车业务占比超40%,为主要增长来源。前五大客户分别为福特、吉利、广汽、长城、长安,有望继续受益于自主品牌的高速增长。中冷器增量主要来自乘用车涡轮增压发动机渗透率提升,且打入通用平台。同时,升级冷却模块已实现配套供应吉利。


尾气后处理业务受益于减排法规。公司受益于排放升级法规,已为各阶段排放法规布局应对产品与方案:国内商用车EGR冷却器市占率约30%,从轻卡扩展至整个柴油机商用车,并向汽油机迅速渗透;SCR封装以中重型商用车为主,继而进入轻卡领域;2017年定增投资的DPF项目达产后约新增营收3亿元,为国六阶段做准备。


热管理业务持续开拓新用户。2018年热管理业务全面开花,在合资品牌及国外供应商实现5大突破:第一,打入吉利领克平台,于2021年量产,338万套供货量;第二,成为捷豹路虎(顶级品牌) D4、P4 发动机油冷器供应商,2020-2021年开始供货,共225 万台;第三,电池水冷板通过GM(全球通用)审核;第四,成为德国采埃孚变速箱油冷器供应商。第五,被确定为东风雷诺发动机机油冷却器供应商,预计于2020 年供货,订单总额约为 1 个亿(127 万台)。公司定位明晰,随募投项目落地及持续拓展客户,看好长期业绩。


公司前三季度营业收入增长23.4%,净利润增长18.1%;2018年业绩快报显示全年实现营业总收入50.5亿元,同比增长16.9%,净利润3.6亿元,同比增长15.2%,符合预期。


预计2018-2020年净利润分别为3.6亿、4.5亿、5.0亿元。给予目标价13.90元,对应2019年25倍估值,维持买入评级。



中鼎股份


车用非轮胎橡胶件行业龙头,市场空间突破1800亿。公司系汽车非轮胎橡胶件龙头,通过并购扩充技术实力,同时新能源领域获大量订单。公司占据国内10%、国际3.8%的市场份额,营收位列全球非轮胎橡胶件企业第13位,国内第1。增长主线为零部件国产替代,随长续航高品质电动车销量增长,减震密封冷却需求持续上升,市场超1800亿。


传统业务较为稳定,海外收购落地国内+高端豪华车销量增长推动业绩,冲抵总体车市销量趋缓影响,升级系统供应商带来新增量。


  • 业务涵盖降噪减振、密封、冷却系统、空气悬挂及电机系统;

  • 通过收购海外企业获得核心技术及相关零部件,从零部件制造转向模块集成,单车价值量提升,配套一线整车厂,拓展至电动车领域;

  • 公司连续收购的十余家高质量海外汽零企业已在国内全部落地。公司进入高质量内生增长阶段,预计年均增长9%以上。

  • 国内车市下滑在低端车型,高端豪华车增长带来业绩推动,且公司60%以上业务在国外,对公司营收影响有限。


新能源车业务快速增长,占比8.5%,获核心密封技术,升级冷却管路总成供应商,受益于液冷系统渗透加速,获特斯拉、宁德时代订单。


  • 2018H1新能源业务贡献5.2亿元营收,占比8.6%,同比+16%;

  • 在电池冷却密封系统、电机密封、减振降噪、电桥密封总成等多个领域已有对应成熟产品,冷却管路总成在电池冷却领域居全球第一;

  • 随着电动车销量持续增长,大电池车型和液冷系统渗透率加速,单车价值量提升,公司冷却、密封、管路业务直接受益。

  • 新产能上马在即,10倍估值凸显投资价值。公司拟发行12亿可转债新建年产1,500 万标米冷却系统管路总成产线、177 万件/年控制臂部件产线及升级减震橡胶产线。


公司前三季度营业收入与净利润分别增长11.6%与10.4%;2018年业绩快报显示全年实现归母净利润约11亿至12亿,同比增长0-10.6%。


预计公司2018-2020年归母净利润分别为12.36亿、13.86亿、15.98亿,目标价17.04元,对应2019年15倍PE,维持买入评级。



西泵股份


国内最大的汽车水泵、排气歧管生产企业,盈利表现稳健。公司主要产品为汽车发动机水泵、汽车发动机排气歧管、发动机涡轮增压器壳体等。公司系产业龙头,汽车水泵产品市场占有率居行业第一位,汽车排气管产品居行业第二,对国内汽车水泵和排气歧管产品定价具有一定的主导作用。近年来公司核心产品水泵及排气歧管产销稳定增长,且顺应汽车电子化、智能化、节能化的趋势,积极调整产业结构,布局新的业绩增长点。


公司为行业龙头,核心竞争优势明显。公司市占率位于行业一位,客户资源稳定,覆盖国内外知名车厂,如通用、福特、大众、上汽、吉利、长城等,与国内外众多发动机及整车制造商建立了长期、稳定的合作伙伴关系。产品覆盖全国市场,且出口欧美,2018年H1国外直接和间接销售营收占比达35%,未来海外市场为业绩增长主要来源。


受益于节能减排趋势,涡壳产品持续放量。公司涡壳产品表现亮眼:2017年公司涡壳销售量增加62%,2018H1涡壳营收增长96%,产品产能将进一步释放。且随着耐热钢涡壳技术的突破,涡壳产品的毛利率有望进一步提升。


排气歧管销量稳步增长,公司产品结构改善。2017年排气歧管产销量大幅增加,营收同比增长40%,2018年H1排气歧管营收占同比增长22%,且占总营收的40%,成为公司第一大产品。


把握汽车业发展趋势,布局电子化、节能化零部件产业新蓝海。公司目前产品主要针对传统车型,为调整产品结构,公司着力研发电子泵、可变流量机油泵、电子真空泵、电子压缩机泵、电子系统、热管理系统、温控模块等产品,且寻求在汽车电子系统、热管理系统、底盘系统等新能源汽车不可替代产品领域实现突破。


2018年前三季度营业收入与净利润分别增长11.4%与5.3%;2018年业绩快报显示全年实现营业收入28.2亿元,与同比增长5.8%,净利润为2.4亿元,同比增长1.2%。



五、风险提示


宏观经济持续低迷,需求下降,汽车产业销量增长大幅低于预期。当前我国经济面对复杂的国内外形势,经济下行压力趋大,社会消费品零售总额增速放缓,需求端压力明显,可能带来汽车销量增长大幅低于预期。


补贴政策扰动,新能源汽车产销量大幅低于预期。2019年补贴政策尚未落地,若大幅退坡,可能导致2019年新能源汽车产销量大幅低于预期。


供应链子行业竞争加剧。国产企业可能受到合资品牌或国外企业挤压,进而企业业绩出现下滑。整车企业竞争压力传导至零部件,带来供应链公司的压价超预期,影响公司盈利。


行业竞争激烈,高效热管理系统渗透速度不达预期。可能存在产品市占率下降、产品价格下降超出预期等情况。


原材料成本波动。原材料主要为铝、铜等金属,涨价直接影响盈利水平。


传统汽车业务下滑拖累整体净利润。



张帅        zhangshuai@gjzq.com.cn

陈晓 13564766086 chenxiao@gjzq.com.cn

周俊宏13641845878 zhoujunhong@gjzq.com.cn


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