2018年中国动力电池热管理系统行业发展现状及发展前景分析【图】

李玲玲 2018-05-24 05:35 来源：智研咨询

1、动力电池工作温度过高/过低影响放电效率和使用寿命

一般认为，锂电池的工作温度范围应控制在25℃到40℃，工作温度过高、过低，或者电池组内温度不一致都会产生问题。（1）电池温度过高导致的问题：锂电池工作过程中电流通过和发生电化学反应产生的热量会导致电池温度升高，影响其内阻、电压、SOC、可用容量、充放电销量、电池寿命等，可能导致安全隐患。同样的电芯在环境温度23℃剩余容量衰减值80%需要6238天，但在环境温度55℃下仅需272天；同样的电芯剩余容量为90%时，25℃下输出容量为300kWh，35℃下输出容量仅为163kWh。（2）电池温度过低导致的问题：锂电池温度过低会使电池容量降低，容易过度放电，降低电池寿命。温度低于0度时，充电会引发内部析锂刺穿电池内部隔膜，引起电池内部短路。（3）电池单体温度不一致导致的问题：电池产生的热量累积会造成各处温度不均匀，影响一致性、降低充放电循环效率，甚至导致单体热失控。因此，电池热管理包括电池的冷却、加热，以及减少电池组温度差异，以使工作温度维持在合适的范围内。

温度对日历寿命的影响

资料来源：公开资料整理

温度对循环寿命的影响

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2、三元电池的广泛应用使电池热管理重要性进一步提高

补贴政策的倾斜将使新能源汽车市场结构不断向高续驶里程、高电池能量密度调整。2018年中央财政补贴政策中纯电动乘用车高续驶里程、高电池系统能量密度车型优势持续扩大，续驶里程门槛由去年的100km提高至150km，400公里以上的车型补贴由4.4万/辆上升到5万元/辆；而动力电池系统能量密度门槛由90Wh/kg提高至105Wh/kg，同时160Wh/kg以上的车型调整系数由1.1倍上升至1.2倍。

纯电动乘用车续驶里程和补贴标准（万元/辆）

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纯电动车型电池系统能量密度要求（Wh/kg）

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去年以来列入《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的多数纯电动车型均已装配三元锂电池，并且整体续驶里程大幅提高，续驶里程在90公里以下的车型占比由2017年的36%降低到7%，140公里以上的车型占比由2017年的14%上升到2018年的60%。

推广目录纯电动乘用车电池类型

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推广目录纯电动乘用车续驶里程（三元电池）

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三元锂电池相比磷酸铁锂电池能量密度更高，但稳定性相对较差。磷酸铁锂电池正极材料的分解温度约为700℃到800℃，而三元电池正极材料的分解温度约为200℃；磷酸铁锂电池的工作温度约为-20℃~75℃，而NCM三元电池的工作温度约为-20℃~55℃。三元电池的广泛应用将使电池热管理系统的重要性进一步提高。

正极材料性能比较

类型	理论能量密度（mAh/g）	实际能量密度（mAh/g）	适用温度（℃）
磷酸铁锂	170	130-140	-20~75
镍钴锰三元材料	278	155-165	-20~55

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3、液冷为动力电池主流冷却方式，相关组件需求受益

目前锂电池冷却系统主要包括风冷、液冷、直冷、相变材料冷却等类型。（1）风冷：风冷系统利用利用风机将热空气吹至蒸发器处降温，吹出冷空气用于电池降温，主要部件为电动压缩机、膨胀阀、冷凝器、蒸发器等。（2）液冷：液冷系统通过冷却液与空调系统的制冷剂进行换热，形式包括将电池单体或模块沉浸在液体中、在电池模块间设置冷却通道和在电池底部采用冷却板。主要部件包括电池冷却板、热交换器、蒸发器、冷凝器、电动压缩机、电子水泵等。（3）直冷：直冷系统中冷媒（如R134a）在膨胀阀节流后蒸发带走热量，主要器件包括冷凝器，膨胀阀，蒸发器和压缩机。直冷方式是一种特殊形式的液冷方式。（4）相变材料冷却：通过相变材料（PCM）吸收并以相变潜热的形式储存热量，在充电或低温时将热量释放。

不同电池冷却方案优劣势对比

项目	主动式风冷	主动式液冷	直冷	相变材料冷却
冷却介质	空气	液体	液体	相变材料
接触方式	直接	间接	间接	直接
冷却方式	主动式冷却	主动式冷却	主动式冷却	被动式冷却
设计	简单	复杂	复杂	简单
传热效率	较低	较高	较高	理论上较高
成本	中等	较高	较高	较低
维护难度	中	高	高	低
温度下降	低	高	高	高
温度均匀性	非均匀	均匀	均匀	均匀
装配难易程度	简单	困难	困难	简单
技术成熟度	已广泛使用	已商用	已商用	不成熟
是否依靠空调系统	是	是	是	否

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液冷方式已逐步成为新能源乘用车的主流冷却方式，相关组件如电子膨胀阀、多通路阀、电子水泵、低温散热器等需求有望受益。各种冷却方式中，风冷系统结构简单、成本较低，但存在降温不均匀的问题，多用于客车和早期的乘用车车型，如丰田Prius、日产Leaf、起亚SoulEV等；液冷方式温度控制效率高，应用于特斯拉ModelS、通用Volt等，以及上汽、吉利、江淮等部分国内自主品牌新能源车型，未来渗透率将不断上升；直冷系统冷却销量高、成本低，目前技术尚不成熟，只用于宝马i3、奔驰S400等少数车型。

采用液冷方式车型

资料来源：公开资料整理

采用液冷方式车型

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上市公司电池热管理业务进展

公司名称	相关产品
松芝股份	相关产品包括电池冷却器、电池液冷散热代等，并开发了独立式及共享式智能电池热管理系统，空调和电池冷却系统配套于江淮汽车、东南汽车、上汽通用五菱、奇点汽车、Tata汽车等
银轮股份	相关产品包括电池深冷器、电池冷却板等，配套于宁德时代、威马汽车等
三花智控	相关产品包括电子水泵、电子水阀、冷却板、电池冷却器等，电池冷却器等产品技术处于世界领先地位，配套于吉利汽车、上汽集团、比亚迪、Robertshaw等
中鼎股份	并购的TFH是电池冷却系统优秀供应商，技术处于国际领先水平，相关产品配套于奥迪、车和家等。