(1)热管理对新能源汽车的重要性
电动化与智能网联化是新能源汽车区别于传统燃油车的显著特征。热管理作为新能源汽车核心子系统,解决了整车电动化与智能网联化的关键问题。
①热管理是解决电动化带来的续航与安全焦虑的关键
主要动力来源从燃油转变为动力电池中存储的电力是新能源汽车相比于传统燃油车最为显著的差异。电动化为新能源汽车引入高压系统,使得负责车辆驱动、充放电、电能变化及热管理功能的高压电气系统成为了新能源汽车的核心。通过高效、安全和智能的高压电气系统,新能源汽车能够实现高性能、长续航和良好的用户体验。
在高压快充和长时间过度放电状态下,动力电池内部温度容易升高,可能会引发热失控,进而导致自燃或爆炸,造成严重后果——热管理系统可以智能监控电池温度,在必要时对电池进行降温,同时保持电池组内各个电芯的温度均匀以避免电芯之间的温度不一致,保证电池的充放电安全。在寒冷天气中,过低的温度会使电池容量、性能衰减,从而导致整车续航降低——热管理系统可以根据需要对电池进行加热,保证电池处于最佳工作状态,延长续航里程。
热管理系统将整车各部件维持在合适运行温度的同时自身也需要消耗电能——通过高效的热管理,可优化各个子系统的冷热能量使用,同时利用系统余热,尽量减少对电池的能耗,从而延长车辆的续航里程。
②热管理的智能网联化是整车网联化的核心组成部分
新能源汽车的智能网联化主要指通过先进的传感器、控制器、通信技术和数据处理能力,实现车辆的自动化和智能决策,涵盖了从驾驶辅助到智能热管理,从信息娱乐到远程控制和诊断等广泛功能,为用户提供更安全、更高效和更舒适的出行体验。
其中,智能热管理系统实时收集各种数据,包括外部环境温度、车速、电池状态、乘客指令等,通过精准控制压缩机和 PTC 加热器,实现更加高效、精准的温度控制,提高能效,延长车辆各部件的使用寿命;远程控制和诊断系统通过远程监控、OTA(Over-the-Air)软件更新、故障诊断和预测性维护,可以提高车辆管理的便捷性和维护效率。
(2)热管理高压控制器是实现热管理功能的核心
①压缩机和 PTC 控制器是高压部件,关系整车安全性
新能源汽车高压电气系统的部件包括热管理系统的电动压缩机及其控制器、PTC 及其控制器。由于整车高压系统电压工作范围通常高达数百伏,部分 800V高电压平台车型工作时峰值电压接近千伏,一旦前述控制器的 EMC、绝缘性能失效,不仅可能影响整车的行驶安全,甚至可能影响乘客的人身安全。控制器通过监测压缩机、PTC 的工作状态,如温度、电压和电流等,可进行过热、过压、欠压和过流保护,确保系统的安全运行。
通过内置的诊断系统,控制器可以对压缩机、PTC 及相关系统进行故障诊断,提供预警信息,帮助维护人员及时发现和解决潜在问题,确保系统长期可靠运行。此外,在极端情况下当压缩机、PTC 发生故障,控制器可通过隔离设计及采用相应控制算法保护其他关联系统和组件,防止对整车高压系统产生连锁反应,造成故障扩散。
②控制器内嵌智能算法,自动监控和调节整车的热管理状态
根据内嵌的智能算法,控制器可以通过调节压缩机、PTC 的输出功率来实现精准的温度控制,以满足不同工况下各系统对制冷或制热的需求,减少不必要的能量消耗,从而延长新能源汽车的续航里程。作为整车控制系统的一部分,控制器可以接入整车的智能管理系统,通过数据共享和协同控制,实现更加智能化的整车管理,基于外部环境和整车状态的自适应调节,例如在低温环境下优先保证电池的温度调节,在低电量时限制压缩机的功率从而提高整车续航里程。
③控制器具有 FOTA 及 UDS 功能,可实现车辆的性能迭代提升和智能诊断
通过智能网联技术,控制器可以与云端服务器和车内其他控制单元进行通信,实现远程监控、软件更新和性能迭代提升,持续改进控制算法和功能,提升用户体验和车辆性能。控制器还可以上传工作状态和故障信息到云端平台,实现智能诊断和预测性维护,提高车辆的可靠性。
(3)全球及国内新能源汽车电动压缩机控制器市场规模及预测
随着新能源汽车技术的发展以及基础设施布局的完善,全球新能源汽车及其部件的市场规模呈现出快速增长的趋势。其中,电动压缩机控制器作为新能源汽车热管理系统的核心控制部件之一,其整体市场规模也在不断扩大。
根据灼识咨询,以销售收入计,2020 年全球新能源汽车电动压缩机控制器的市场规模约为8.66 亿元,并于 2024 年增长至 56.64 亿元,期间年均复合增长率为 59.93%。随着今后新能源汽车整体销量的增加以及热管理系统的持续发展,预计到 2029 年,全球新能源汽车电动压缩机控制器市场规模将增长至 153.80 亿元,2024 年至2029 年的年均复合增长率为 22.11%。
根据思瀚咨询,2020 年中国新能源汽车电动压缩机控制器的市场规模约为3.04 亿元,并于 2024 年达到 30.00 亿元,期间年均复合增长率为 77.27%。未来,随着新能源汽车市场的不断扩大和热管理系统技术的不断创新升级,预计到2029年,中国新能源汽车电动压缩机控制器市场规模将增长至 65.34 亿元,2024 年至2029 年的年均复合增长率为 16.84%。
(4)全球及国内新能源汽车 PTC 控制器市场规模及预测
PTC 控制器作为 PTC 加热器的重要控制部件,具有良好的市场前景。根据灼识咨询,全球新能源汽车 PTC 控制器的市场规模从 2020 年的 7.69 亿元增长至2024 年的 37.76 亿元,期间年均复合增长率为 48.87%。预计全球新能源汽车 PTC控制器的市场规模将于 2029 年达到 77.94 亿元,2024 年至 2029 年的年均复合增长率为 15.60%。
中国新能源汽车 PTC 控制器的市场规模从 2020 年的 2.25亿元增长至 2024 年的 18.54 亿元,期间年均复合增长率为 69.38%。未来,随着下游新能源汽车行业的快速发展和热管理系统的不断升级,预计中国新能源汽车PTC 控制器的市场规模将于 2029 年达到 33.41 亿元,2024 年至 2029 年的年均复合增长率为 12.50%。
(5)所属行业上下游关系
新能源汽车热管理高压控制器行业的上游主要原材料为功率器件、芯片、阻容器件、PCB 等。功率器件和芯片为新能源汽车热管理高压控制器的重要原材料,目前处于国产化替代阶段。公司积极推进半导体国产化替代战略,通过与国内半导体厂商构建稳固且紧密的合作关系,积极推动国产芯片、功率器件在公司产品中的应用,并与国内芯片厂商合作定制化开发,助力提升新能源汽车核心部件的芯片国产化率。
新能源汽车热管理高压控制器行业的主要客户为 Tier 1,最终应用于新能源汽车整车。近年来,受益于我国对于新能源汽车产业的大力支持,中国新能源汽车市场快速发展。热管理高压控制器是新能源汽车不可或缺的核心零部件,其市场规模将随着新能源汽车销量的增长而增长。
(6)行业发展的趋势
①技术创新与规模降本方面优势推动第三方供应商市占率提升
随着市场竞争的日益激烈,越来越多的电动压缩机制造商开始倾向于选择产品优质、具备性价比的第三方控制器供应商。一方面,第三方供应商由于专注于控制器领域,在大量实践中积累了方案的迭代创新,使其能为下游客户提供更具竞争力的解决方案,具备比较优势,从而推动其市占率的稳步提升。另一方面,随着市场占有率的提升,第三方供应商能够在保证产品质量的前提下,通过规模化生产进一步优化成本,从而形成技术、成本、市占率三者的良性循环。
②碳化硅及高压化控制器等高端产品加速渗透高
耐压的碳化硅器件是 800V 及以上电压平台汽车电动压缩机控制器的首选方案。同时,使用碳化硅作为功率器件能够提升转换效率,减少能量损耗,从而提升新能源汽车的续航能力和整体能效。随着碳化硅材料制备技术的不断成熟和成本的逐步下降,越来越多的新能源汽车制造商和电动压缩机控制器供应商开始积极采用碳化硅器件,以满足市场对高性能、高效率、高可靠性产品的迫切需求。
③PTC 加热器将与热泵系统协同工作
热泵系统因其较高的能效比而备受青睐,可以有效减少电能消耗,延长续航里程。然而,热泵系统存在在低温条件下表现不佳、加热速度较慢以及成本较高等问题。因此,整车企业的主流方案仍然是采用 PTC 加热或将其与热泵系统相结合,以构建更加智能高效的热管理系统,这也对 PTC 控制器的控制功能提出了更高的要求。
(7)行业技术水平及技术特点
热管理高压控制器是一种以压缩机电机和 PTC 加热单元为主要控制对象的汽车电力电子产品,涉及控制算法、软件工程、硬件设计等多学科领域,技术复杂度较高。与此同时,需要满足汽车零部件产业严格的成本与可靠性要求,技术产品化难度大。
①控制算法
压缩机电机是一种多变量、强耦合、非线性的时变被控制对象。同时,基于体积及成本考虑,压缩机电机通常不会配合速度传感器使用。因此,行业通常采用无速度传感器矢量控制算法。近年来,在能量管理精细化、整车舒适性提升的趋势下,出现了重载启动、静音运行、宽转速范围等新需求,对磁链和转子位置估算、谐波电流控制等性能提出了更高要求。控制算法需要具备高精度电机参数在线观测能力和高带宽电流控制能力,并要在有限的算力资源下达到毫秒级控制响应,在算法先进性和工程实现两方面均具有较高的技术难度。
PTC 加热单元是整车热管理系统中产生热量的主要部件,是一种具有较高非线性特征的被控制对象。在能量管理精细化与整车电气架构持续进化的趋势下,出现了准确控制 PTC 加热单元温度和功率的新需求。需要在对 PTC 电压电流监控的高精度采集的基础上,实时闭环补偿调节输出电压脉宽,对热力学、电子工程和控制理论等方面均提出了较高要求。
②软件工程
软件工程是实现控制算法的基石。无论是控制器与整车的可靠安全通信,还是获取控制所需的基础信息,乃至控制算法在微控制器上的高效实现,都离不开高质量的软件设计。在这一过程中,高私密性与安全性的诊断协议栈、高精度与高实时性的数据采集方法、高度资源优化的实时操作系统以及高覆盖率的软件测试,共同对软件工程技术提出了新的挑战与要求。
③硬件设计
热管理高压控制器作为高度集成化的电子系统,其硬件设计需在紧凑结构设计与材料特性约束下实现电路功能,要求参与者通过深度整合多维度技术经验形成系统性设计能力,应对第三代半导体应用、热设计、电磁兼容设计、可靠性、成本与供应链安全等方面的挑战。
第三代半导体应用技术:功率半导体及其驱动电路是电力电子电路的核心。
第三代半导体具有耐高压、耐高温、高效率和高速开关等特性,在整车电压平台提升的趋势下应用更加广泛。但需要解决高速开关带来的驱动干扰与尖峰电压问题和更高耐压的绝缘设计问题。
热设计:半导体器件在工作中会产生大量热量,影响器件可靠性及寿命,需通过优化控制电路设计降低半导体器件损耗,优化结构设计提高散热效率。
电磁兼容性(EMC)设计:随着车载高压部件的增多,电磁兼容的要求日益增高。车载电气设备不仅需要耐受自身与外部电磁环境的干扰、确保自身稳定工作,同时也必须在线缆传导和辐射发射两方面同时降低对其他电气部件的干扰。
可靠性设计:在复杂行驶条件和极恶劣工况(如振动、高低温)下仍能保持电子部件性能稳定和安全运行,对电子部件可靠性提出了极高的要求。硬件设计需要与热设计相结合,对关键部件的电气状态和温度进行持续监测,甚至在关键传感器与执行器发生异常时进行告警和容错运行。
成本与供应链安全:在缺芯和全行业降成本的背景下,供应链安全与成本优势成为了产品的核心竞争力之一。需要在满足上述各项设计需求的同时,通过系统性的架构设
(8)行业内的主要企业
根据供应商在产业链中所处位置,新能源汽车热管理高压控制器供应商可分为能自研控制器的 Tier 1,以及向 Tier 1 提供新能源汽车热管理高压控制器的第三方控制器供应商。
上海儒竞科技股份有限公司(儒竞科技):第三方控制器供应商。儒竞科技成立于 2003 年,股票代码为 301525.SZ。儒竞科技是一家专业的变频节能与智能控制应用方案供应商,专注于电力电子及电机控制领域综合产品的研发、生产与销售。在新能源汽车热管理系统领域,儒竞科技产品包括电动压缩机控制器和 PTC 控制器等,主要客户为华域三电、上海光裕等。
南京飞洋汽车电子有限责任公司(南京飞洋)第三方控制器供应商。南京飞洋成立于 2009 年,主要产品包括汽车空调自动和电动控制器、鼓风机调速模块、风门伺服电机、步进电机以及电动压缩机控制器。
江苏首智新能源技术有限公司(首智科技):第三方控制器供应商。首智科技成立于 2018 年,在新能源汽车动力系统及热管理系统领域具备完整的产品开发能力和丰富的量产产品经验。主要产品包括整车控制器、电机控制器、电池管理系统、电动压缩机控制器、热管理控制器等。
苏州汇川联合动力系统股份有限公司(联合动力):第三方控制器供应商。联合动力是深圳市汇 川技术股份有限公司(300124.SZ)的控股子公司。主要产品包括电驱系统(电控、电机、三合一/多合一驱动总成)、电源系统(车载充电机、DC/DC 转换器、二合一/三合一电源总成)、电动压缩机控制器等核心部件。
上海金脉汽车电子有限公司(上海金脉):第三方控制器供应商。上海金脉成立于 1999 年,是英恒科技集团(股票代码1760.HK)的全资子公司,专注于为客户提供汽车电子产品。上海金脉自 2011 年开始发力新能源汽车解决方案,主要产品包括电池管理系统、电机控制器、整车控制器、PTC 加热器控制器、电子水泵/油泵控制器和冷却风扇控制器等。
福州西诚科技股份有限公司(福州西诚):第三方控制器供应商。福州西诚成立于 2006 年,是一家专注于汽车零部件研发、生产和销售的高新技术企业,已量产包括汽车电子集成开关、汽车空调控制器、汽车灯具、电子换挡总成、新能源汽车高压 PTC 控制器等产品。
弗迪科技有限公司(弗迪科技):能自研控制器的 Tier 1。弗迪科技成立于 2019 年,为比亚迪旗下全资子公司。弗迪科技拥有整车热管理、整车线束及配电产品、智能座舱、智能驾驶、被动安全、底盘系统、排放系统和车身附件等产品线,产品包含新能源汽车电动压缩机、PTC 等。
奥特佳新能源科技股份有限公司(奥特佳):能自研控制器的 Tier 1。奥特佳成立于 2002 年,股票代码为 002239.SZ。奥特佳是一家领先的 Tier 1,专注于传统燃油和新能源汽车压缩机的一体化研发、生产和销售。
法雷奥集团(法雷奥):能自研控制器的 Tier 1。法雷奥成立于 1923 年,总部位于法国,股票代码为FR.PA。法雷奥是全球领先的综合性 Tier 1,专注于各类汽车零部件、系统、模块的设计开发生产和销售,其业务涵盖舒适与驾驶辅助系统、动力系统、热管理系统和视觉系统四大板块业务。在热管理系统业务板块中,法雷奥积极布局新能源汽车的电动压缩机业务,并拥有完整的开发体系。
镇江东方电热科技股份有限公司(东方电热):能自研控制器的 Tier 1。东方电热成立于 1992 年,股票代码为 300217.SZ。东方电热公司以电加热技术为核心,致力于多个领域热管理系统的研发、集成、应用。目前,东方电热已形成家用电器元器件、新能源(装备制造、汽车元器件、锂电池材料)和光通信材料三大业务板块,是国内排名靠前的 PTC 电加热器企业。
上海奉天电子股份有限公司(奉天电子):能自研控制器的 Tier 1。奉天电子成立于 2002 年,股票代码为 430293.NQ。奉天电子是一家专注于从事汽车电子零部件的研发、生产和销售的高新技术企业,产品主要包括 PTC、车载电源产品等。
博格华纳公司(博格华纳):能自研控制器的 Tier 1。博格华纳成立于 1928 年,总部位于美国,股票代码为BWA.N。博格华纳是全球最大的汽车零部件供应商之一。集团业务包含增压系统、摩斯系统、传动系统、动力驱动系统、燃油喷射系统和售后市场等板块。新能源汽车热管理领域,其主要产品包括 PTC 加热器。
深圳艾为电气技术股份有限公司(艾为电气):创立于2017年,总部位于深圳,股票代码为688798。是一家融合电力电子和数字控制技术,专注于为新能源核心零部件提供驱动控制和高效能源变换产品的国家高新技术企业。 愿景:以先进的技术,推动能源革命,共建绿色美好未来 使命:聚焦客户关注的挑战和压力,提供有竞争力的电力电子和数字控制解决方案,持续为客户创造最大价值 价值观。
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