一、新能源車熱管理功能架構及趨勢

新能源車熱管理系統技術迭代的目的在于實現各回路熱量與冷量需求的內部匹配，能耗最優，降低電 池能耗實現制冷與制熱功能；純電動車型的熱管理回路主要包括汽車空調回路（駕駛艙熱管理回路）、電池熱管理回路，電機熱管理回路。其中，空調制暖回路可以通過 PTC或熱泵產生熱量、空調制冷回路可以 產生冷量；電池熱管理回路可產生熱量，但在不同情況下既需要被制冷又需要被制熱；電機熱管理回路可 產生熱量，主要需要被制冷。如果我們按照熱量與冷量的供給和需求角度去劃分各個回路：熱量供給方：空調制暖回路、電池熱管理回路、電機（或電驅動）熱管理回路；冷量供給方：空調制冷回路；熱量需求方：駕駛艙、電池熱管理回路；冷量需求方：駕駛艙、電池熱管理回路、電機熱管理回路。

熱管理系統升級可提升新能源汽車整車續航里程和車主駕駛體驗。1）高效的熱管理技術能夠降低整 車能耗，在不增加動力電池容量的情況下提升續航里程。同時，汽車空調系統能夠通過調節 PTC 功率或者 熱泵功率保持汽車座艙恒溫，使得乘客體感溫度舒適；2）通過對熱管理回路結構差異、零部件增減量拆 分來看，新能源車熱管理系統單車價值量可達 5000-10000 元（含熱泵），顯著高于傳統燃油車一般不高于 2500 元的價值量。隨著熱管理技術、集成化程度、冷媒介質等解決方案升級，有望驅動熱管理單車價值量 提升。

通過分析梳理熱管理技術解決方案迭代變化歷史，我們發現行業在加速成長期具備二大特征：第一，目前國內主流主機廠已完成熱管理基本功能實現，但熱管理技術仍在不斷創新和迭代。通過梳理特 斯拉、豐田等強勢主機廠和三花、銀輪等熱管理廠商的技術路線，我們認為熱泵空調及集成控制等技術迭 代方向明確。目前，領先的主機廠的電機熱管理、電池熱管理和座艙熱管理均已衍生出了第二代、三代技 術，且每一代技術對于軟件和硬件的集成要求都更高。以電機熱管理的主動液冷技術為例，為了快速冷卻 電機，車載電腦需要根據預設程序調節回路中冷卻液流量大小，并可根據電池包熱量決定是否通過四通閥 將電池回路和電機回路進行串聯，以實現更高效的集成熱管理控制。我們認為，新能源汽車熱管理方案的 技術趨勢是通過集成或改變各回路的連接方式等方式，實現各熱管理回路內部能耗最優，盡可能減少對于 電池能耗的依賴。

第二，主機廠主導熱管理解決方案開發，定制化特征顯著；政策層面無明確熱管理技術路線指引；通 過整理工信部、市場監管總局等監管部門的政策，我們發現國家政策對技術指引較少，主要聚焦于新能源 整車及電池安全上。目前，國家多部門先后出臺政策以防控電池在極端情況下發生自燃、爆炸現象。但是， 并沒有對具體熱管理技術路線做出指引要求。以熱泵技術為例，目前歐洲等國出于環保要求禁止使用 R134a， 但并沒有確定未來進一步的冷媒路線（CO2 或 R1234yf）。

在熱管理技術層面，特斯拉在 Model S/X/3/Y 四款車型中先后迭代出了 3 個版本的技術路線；分別在 電機余熱回收、大型集成式控制閥、電機堵轉技術、整車熱管理標定和智能熱管理算法方面擁有極強的技 術積累。通過比較特斯拉和國內各家主機廠商技術差異，我們認為以 Model Y 為代表的特斯拉第三代技術 在能耗管理和熱控制方面具有卓越的優勢。相較之下，國內主機廠和熱管理廠商仍停留在電機余熱回收階 段（特斯拉第一代技術），2021 年熱泵滲透率僅約二成，尚未大規模量產大型集成式控制和智能熱管理算法等解決方案。

特斯拉 Model Y 是新能源車熱管理技術集大成者。2010-2019 年新能源純電動熱管理技術仍然處于實現基 本功能階段，技術仍在頻繁迭代（集成化），同時類似于冷媒技術升級等技術趨勢尚未明確，行業競爭格局尚未 完全定型（各供應商基于自身優勢產品逐步擴展熱管理其余環節產品）。2020 年特斯拉 Model Y 開辟了新能源 車熱管理解決方案新標桿，2021 年比亞迪及華為等跟進推出新型高效解決方案，對于其技術路線的分析有助于 梳理技術發展路徑以及前瞻預判技術趨勢：1） 技術特點一：大型集成式八通閥。將熱泵空調系統和電機、電池熱管理回路動態地結合在一起，實現 電機余熱回收，減少管路用量，節能降本；2） 技術特點二：采用 R1234yf 冷媒的多功能熱泵。基于 R1234yf 的熱泵通過回收熱管理回路中的余熱，同時輔以低電壓加熱器并采用冷媒再循環技術，加強了低溫環境下熱管理回路的制熱量和制熱效率， 提升續航，改善車主體驗；3） 技術特點三：電機油冷。在 Model 3 的系統中，特斯拉加入油冷模塊來輔助冷卻，大幅提高熱管理效率， 滿足電機的高功率運行的冷卻要求。

二、新能源車熱管理 1.0 技術架構

核心觀點：為了更好地了解特斯拉的技術迭代以及集成度較高的熱管理技術，我們首先介紹最基礎的 新能源純電動熱管理回路。一般而言，新能源純電動整車熱管理系統可以分為汽車空調回路、電池熱管理 回路和電機熱管理回路。其中，電池熱管回路工況溫度適中一般需要維持在 20-35℃，該回路可產生熱量， 在夏天和冬天分別有制冷和制熱需求；汽車空調回路工況溫度一般在 18-30℃，可制熱與制冷；電機熱管 理回路正常工況溫度最高可達 60-80℃，該回路可產生熱量，只有制冷需求。

2.1 功能原理及結構組成

在基本的熱管理架構中，空調、電池和電機三大回路相互并聯并獨立，冷卻液不會出現跨回路流動的現象。以國內某新勢力車企第一代熱管理回路為例，電機回路并聯在整個熱管理回路的外側；電池回路和汽車空調回 路相互并聯，并通過 chiller 進行冷媒和冷卻液的熱交換；汽車空調回路內部，制冷和制熱功能回路又相互并聯。

2.1.1 乘客艙空調回路

制冷路徑：電動壓縮機 7→冷凝器 8（電子風扇 24）→三通閥 9→電子膨脹閥 10→蒸發器 11→三通閥 12→壓縮機 7

制熱路徑：電子水泵 20→W-PTC 21 →暖風芯體 22→膨脹水壺 23→電子水泵 20

汽車空調回路被分為空調制冷回路和空調制熱回路。空調制冷回路通過電子膨脹閥+Chiller 和電池回 路并聯，空調制暖回路則完全獨立。當座艙需要制冷時：制冷回路中的壓縮機會開始工作，并將高壓氣態冷媒（R134a、R1234yf 等）輸送至冷 凝器中轉化為高壓液態冷媒，冷媒在冷凝器出由氣態轉換為液態，實現放熱，由電子風扇將熱量吹走，之后冷 媒經三通閥（9）抵達電子膨脹閥（10）節流，并在蒸發器（11）處由液態轉換為氣態，同時吸收周圍環境熱量， 開始制冷，同時，緊貼蒸發器上的鼓風機（24）開始工作，并將蒸發器附近的冷風打入座艙進行制冷。最后冷 媒從蒸發器流出，經由三通閥（12）返回壓縮機，完成循環。當座艙需要加熱時：此時制暖回路中的 W-PTC（水冷-PTC）開始工作，冷卻液從電子水泵出發，經 W-PTC 加熱后抵達暖風芯體，并在暖風芯體中向座艙吹出熱風，之后經水箱重新回到電子水泵，完成循環。

2.1.2 電池熱管理回路

冷卻路徑：電子水泵 17→電池水冷板 19→Chiller14（右側）→低溫水箱 15→W-PTC 16（關閉狀態） →電子水泵 17；電子膨脹閥 13（冷媒回路導通）→Chiller14（左側）

加熱路徑：電子水泵 17→電池水冷板 19→Chiller14（關閉狀態）→低溫水箱 15→W-PTC 16（加熱狀 態）→電子水泵 17

當電池需要冷卻時：汽車空調制冷回路開始工作，并且三通閥右側閥口會打開，電子膨脹閥 13 調節 經過 Chiller 冷媒流量大小，降低 Chiller 溫度，此時 W-PTC 處于工作停止狀態，此時低溫冷卻液會從電子 水泵出發流經水冷板，帶走電池產生的熱量，之后抵達 Chiller 并再次降溫，之后冷卻液經水箱、停止工作 的 W-PTC 后重新返回電子水泵，完成回路循環。當電池需要加熱時：空調回路中的三通閥關閉右側閥口，使得熱交換器 Chiller 保持常溫，同時回路中 的制熱部件 W-PTC 開始工作；經 PTC 加熱的冷卻液從電子水泵出發，抵達電池水冷板并加熱電池，隨后 經過 Chiller、水箱后抵達 W-PTC 并再次加熱，并最終回到電子水泵，完成回路的循環；

2.1.3 電機熱管理回路

冷卻路徑：電子水泵 6→低溫散熱器 1→DC/DC2→IPU3→電機 4→膨脹水壺 5→電子水泵 6

當電機需要冷卻時，高溫冷卻液從電子水泵出發，抵達低溫散熱器進行降溫，之后溫度較低的冷卻液 流經 DC/DC、IPU、電機并帶走功率部件的熱量；高溫冷卻液隨后通過水箱回到電子水泵，完成回路循環。

2.2 Model S 熱管理解決方案

2.2.1 功能及組成

特斯拉第一代熱管理技術路線應用在 Mode S/X 上，和國內各家廠商一樣把整車熱管理分成電池、電 機和汽車空調三大管理回路。其中，Model S 回路有 4 大功能：電池冷卻、電池加熱、座艙熱管理、電機 電控冷卻。從熱功能元件來看，整車是電池冷卻器+空冷 PTC（chiller+A-PTC）的雙能系統，可以通過 PTC 和電機余熱的方式給座艙和電池包加熱。第一代熱管理技術路線相對通用基礎方案的變化主要體現在：第一，通過新增四通閥實現了電機熱管理回路和電池熱管理回路的串聯，也就是引入了電機余熱回收 功能，實現將電機多余熱量導入電池回路功能；第二，采用了兩組冷凝器+電子風扇的組合，其考慮主要是高端車駕駛艙溫度控制及保障舒適性；第三，其空調制暖回路采用一個集成的 A-PTC+蒸發器。

汽車空調回路分析

制熱路徑：A-PTC（風冷 PTC）16→鼓風機 17→座艙

制冷路徑：壓縮機 9→冷凝器 10（電子風扇 11）→冷凝器 12（電子風扇 13）→熱力膨脹閥 14（打開） →蒸發器 15→壓縮機 9

汽車空調主要為座艙加熱或者冷卻。當座艙需要加熱時，此時回路不循環，壓縮機不工作，A-PTC 通 電并放熱，緊貼 A-PTC 的鼓風機（回路中未畫出）將外部風吹至 A-PTC 上，經加熱后吹出熱風至座艙內。當座艙需要冷卻時，此時 A-PTC 不工作，冷媒經壓縮機抵達蒸發器并吹出冷風后產生冷量，經截止閥（14）、 蒸發器并回到壓縮機，完成循環。

電池熱管理回路分析

加熱路徑：電子水泵 25→三通閥 26（左側關，上側開）→電子水泵 20→W-PTC 21（加熱狀態）→電 池 23（電池水冷板 22）→四通閥 3（左側和下側關閉）→電子水泵 25

冷卻路徑：電子水泵 25→三通閥 26（左側開，上側關）→Chiller19（與空調制冷回路發生熱交換進行 冷卻，電子膨脹閥 18 處于打開狀態，控制流經冷媒流量）→電子水泵 20→W-PTC 21（關閉狀態）→電池 23（電池水冷板 22）→四通閥 3（左側和下側關閉）→ 電子水泵 25

當電池需要加熱時：冷卻液從電子水泵開始，經 W-PTC 流過緊貼電池的水冷板，最后再經過四通閥、 水泵、三通閥后回到最初的電子水泵，完成回路的循環。此外，Model S 還可以通過調整四通閥導向，將 電機回路和電池回路串聯，實現電機余熱回收。當電池需要冷卻時：水路從電池冷卻器 Chiller 開始，經電子水泵、W-PTC（此時不工作）流經水冷板， 給電池降溫；之后再流過四通閥、電子水泵、三通閥并回到 chiller，完成回路的循環。

電機熱管理回路分析

冷卻：電子水泵 5→充電機 6→電機集成減速器及逆變器 7→三通閥 8（左側開，下側關）→低溫散熱 器 1（電子風扇 2）→四通閥 3（上側和右側關，左側和下側開）→膨脹水壺 4→電子水泵 5

電機工作時溫度較高，主要需求是冷卻。當電機電控和充電機需要冷卻時，冷卻液從低溫散熱器出發， 流經四通閥、電子水泵后經過功率元件并帶走熱量，最后經三通閥后回到低溫散熱器，完成循環。

2.2.2 價值鏈分布

通過拆解不同回路中使用的零部件，我們測算預計 Model S 單車熱管理價值量約 9075 元左右（不包 括軟管和傳感器）。其中，價值量最高的是使用 A-PTC 的空調熱管理回路，價值量約為 5000 元，成本占比 約 55%；電池熱管理回路價值量約為 2375 元，成本占比約 25%；電機熱管理回路價值量約為 1500 元，成本占比約 16%；交叉回路1價值量約為 390 元，成本占比約 4%。Model S 中并沒有特別新穎的熱管理技術， 但因定位屬于高端車型，配備了雙冷凝器且電機回路低溫散熱器單獨加裝電子風扇，而不是和空調回路共用，因此熱管理系統綜合單車價值量較高。

2.3 Model X 熱管理解決方案

2.3.1 功能及組成

特斯拉 Model X 的熱管理回路設計與 Model S 的熱管理回路差別較小，在核心技術上都主要利用四通 閥進行電機回路和電池回路的串并聯。

當座艙需要制冷時：此時 PTC 不工作，冷媒經壓縮機壓縮成高壓氣態的工質后流冷凝器變為液態，并 經 2 個截止閥（膨脹閥）節流后抵達蒸發器，通過吸收外部熱量的方式降低環境溫度。鼓風機對蒸發器打 風后吹出冷風，為座艙供冷。之后冷媒由蒸發器流出，回到壓縮機，完成循環。

電池熱管理回路分析

加熱路徑：電子水泵 12→Chiller 13（電子膨脹閥 21 處于關閉狀態）→電子水泵 14→W-PTC 15（加熱 狀態）→電池包 16（電池水冷板 17）→四通閥 2（左、上關，右、下開）→電子水泵 12

冷卻路徑：電子水泵 12→Chiller 13（電子膨脹閥 21 處于打開狀態，控制流經冷媒流量）→電子水泵 14→W-PTC 15（關閉狀態）→電池包 16→四通閥 2（左、上關，右、下開）→電子水泵 12

當電池需要加熱時：W-PTC 正常工作，被加熱的冷卻液從電子水泵流經 Chiller、電子水泵后抵達四通 閥，并通過緊貼在電池包上的水冷板加熱電池。此外，還可以通過調節四通閥流向，接通電機回路和電池 回路進行電機余熱回收。

當電池需要降溫時：此時 W-PTC 不工作，冷卻液和 Chiller 中的冷媒進行熱交換以達到降溫的效果， 并且從 Chiller 流出的低溫冷卻液經電子水泵、四通閥后抵達水冷板，通過接觸的方式帶走電池熱量。

2.3.2 價值鏈分布

相較于 Model S，Model X 熱管理系統單車價值量增加主要在空調制暖回路，這是因為 Model X 是一 款中大型 SUV，座艙空間較大。單個 A-PTC+蒸發器系統無法在較大空間內實現制熱，在冬天必須要使用 多個 PTC 才能保證極寒情況下座艙供暖。特斯拉 Model X 與 Model S 熱管理回路主要差異點體現在：第一，Model X 是一款軸距近 3 米的 B 級 SUV，內部座艙空間比 Model S 大，單個 A-PTC 加熱提供 的熱量不足，需要配備 2 個 A-PTC 用于座艙加熱；第二，空調制冷回路減少了一個冷凝器+電子風扇的結構；第三，電機熱管理回路中減少一個電子風扇，主要通過和冷凝器（19）共用電子風扇。

2.3.3 技術創新：基于四通閥的電機余熱回收（回路串聯）

新能源汽車在正常工況時驅動電機溫度約在 60℃以下。當電機功率過大時電驅動系統溫度會發生熱過 載的現象。過高的溫度將引發電機故障、造成安全隱患，所以大部分主機廠商會采用鋪設冷卻水路的方式 進行電機熱管理。相較于電池熱管理回路（20~25℃）和汽車空調回路（20~30℃）而言，電機熱管理溫度（50~60℃） 仍然是最高的，自然擁有將熱量從高內能傳到低內能的條件。

前沿技術開始嘗試將電機運行中產生的余熱給車輛電池包甚至是汽車座艙加熱；該方案通過一個四通 閥，將電機熱管理回路與電池熱管理回路串聯，并依賴多通閥的特性來切換不同回路的串并聯，將電機熱 管理回路中的高溫冷媒導入到低溫電池回路中，對電池包進行加熱。還有方案嘗試用 Chiller 代替四通閥， 將電機冷卻水路通過 Chiller 與電池冷卻回路進行熱交換。國內廠商早期熱管理技術普遍將電機、電池、汽車空調 3 大回路并聯（如蔚來 ES8、小鵬 G3），直到 2018 年以后的第一代技術時才通過加入四通閥/三通閥將電機冷卻回路和電池回路串聯起來，實現電機余 熱回收的功能。然而，特斯拉在 2013 年上市的 Model S 中已設計出了這一功能。這也是第一代技術的核 心難點與增量空間。Model S 電機余熱回收路徑：電子水泵 5→充電機 6→電機集成減速器及逆變器 7→三通閥 8（左側關 閉，右側與下側打開）→四通閥 3（下側和右側關閉，左側和上側打開）→電子水泵 25→三通閥 26（左側 關閉，下側和上側打開）→電子水泵 20→W-PTC 21（此時可以不工作）→電池 23（電池水冷板 22）→四通閥 3（左側和上側關閉，右側和下側打開）→膨脹水壺 4→電子水泵 5

通過電機余熱回收技術，主機廠可以節省下電池熱管理回路中的 PTC 加熱模塊。在 Model S 中，特 斯拉僅使用 A-PTC 加熱汽車座艙，取消了電池回路中常見的 W-PTC。此外，電機余熱回收方案還可以和熱泵系統搭配使用。博世曾在 2016 年開發出了使用熱泵系統的電 機余熱回收技術。博世的新型熱管理系統通過結合使用熱泵、冷卻劑泵、電子膨脹閥和電磁閥，根據汽車 空調回路和電池回路中的熱量來決定熱泵工作效率以及三大回路中的冷卻液流量分配比例。通過將電機/ 電控產生的廢熱傳導到另外兩個回路中，可以提升 25%的熱泵系統能耗節省水平，使得 1000 瓦的熱泵產 生接近 2000-3000 瓦時輸出的熱量。

三、新能源車熱管理 2.0 技術架構

3.1 Model 3 熱管理解決方案

3.1.1 功能及組成

特斯拉第二代熱管理技術應用在 Model 32上，通過將 2 個電子水泵、1 個 chiller、1 個三通閥和 1 個四 通閥組裝在一起，實現了熱管理回路中閥、泵、交換器的初步集成。這個集成閥體，又名 Super bottle， 能夠極大地節省回路中不必要的閥體和泵體數量以節省成本，簡化管路結構以降低整車質量。基于 Super bottle 的第二代回路在功能效用上和之前保持一致，仍然是將整車熱管理回路分成了電池、 電機電控、汽車空調三大熱管理回路。相較于 Model S 繁瑣的回路結構和功能單一的閥體，Model 3 因為 使用了集成閥體，所以比 Model S 節省了：1 個 W-PTC、1 個電子水泵、1 個膨脹水壺、1 個三通閥、1 個 冷凝器、2 個電子風扇，共計 2655 元的價值量（不包括節約下來管路的價值量）。此外，在 Model 3 的系 統中，特斯拉還可以通過優化管路設計，將 ADAS 控制器和電池包管理模塊整合入冷卻回路中，并且加入 油冷模塊來輔助冷卻，大幅提高熱管理效率。

電池熱管理回路分析

冷卻路徑：電子水泵 8→Chiller 9（電子膨脹閥 16 打開，獲得冷量）→電池 11（電池冷卻板 12）→五 通閥 2（C 口）→ 五通閥 2（B 口）→電子水泵 8

加熱路徑：電子水泵 8→Chiller 9（電子膨脹閥 16 關閉，無冷量）→電池 11（電池冷卻板 12）→五通閥 2（C 口）→五通閥 2（D 口）→ 電子水泵 3→充電機 4→電控 5→油冷器 6→五通閥 2（A 口）→ 五通 閥 2（B 口）→ 電子水泵 8

當電池需要制熱時：在電池熱管理回路中（藍色回路），因為取消了 W-PTC，所以當電池需要加熱時， 必須利用電機余熱來加熱電池包：冷卻液先從 Super bottle 上方的電子水泵流出，經過充電機、電控、油冷 器后加熱，再抵達四通閥口 A、B，并從下方的電子水泵進入電池熱管理回路；之后水路再由 chiller 到水 冷板，以加熱電池，最后經四通閥口 C、D 流向上方的電子水泵，完成循環。當電池需要冷卻時：使用冷卻液的電池回路和使用冷媒的空調回路會通過 Chiller 進行熱交換，此時汽 車空調回路會進行制冷：壓縮機壓縮冷媒后，冷媒在冷凝器內降溫成高壓液態工質，然后經截止閥（此時 完全打開，不節流）抵達 Chiller，為 chiller 提供穩定的冷源。同時，電池回路內冷卻液仍然以 chiller-電子 水泵-水冷板-四通閥口 C-四通閥口 B 的路線進行循環，于是中溫冷卻液和低溫冷媒在 chiller 進行熱交換， 實現電池包降溫的功能。

3.1.2 價值鏈分布

從熱管理零部件拆分來看，Model 3 主要熱管理部件單車價值量約6420 元左右（不包括管路及傳感器、 空調箱等）。其中，空調回路價值量為 4150 元，成本占比約 65%，電池回路為 875 元，成本占比為 14%， 電機回路為 545 元，成本占比約 8%，交叉連接回路價值量為 850 元，成本占比約 13%。通過對各個回路零部件拆解，我們發現受益于集成閥體 Super bottle，Model S的熱管理回路從構造上 來說更加簡潔了，同時可以更有效地利用電機和座艙的余熱來加熱電池包，并節省下串聯在電池熱管理回 路中的 W-PTC，節省將近 1000 元的成本。在三大回路中，價值量最高的仍然是空調回路，因為未改款 Model 3 仍采用高電壓 PTC 和電動壓縮機，這兩個零部件成本合計約 2500 元左右。

我們進一步比較特斯拉第一代熱管理技術和第二代熱管理技術在價值量上的差異，通過比較 Model 3 和 Model S（車型類型均為轎車）的熱管理回路差異，我們認為差異點主要體現在以下幾點：第一，從價值量的角度來看，我們測算特斯拉第二代 Model 3 比第一代 Model S 的熱管理回路在電池 回路減少 1475 元，在電機回路減少 730 元，在空調回路減少 850 元，但是新增加的交叉回路價值量為 400 元，整體來看特斯拉第三代 Model 3 比第一代 Model S 的熱管理回路減少 2655 元；第二，從零部件增減角度來看，通過五通閥集成組件實現電機余熱回收功能，節省了原電池熱管理回 路中的 PTC、三通閥、四通閥以及電子水泵等部件；第三，Model 3 車型定位低于 Model S，空調制冷回路中減少了一套冷凝器+電子風扇的組合。整體來看，Model 3 在電機熱管理回路中使用了 Super bottle 來實現閥體和泵體的集成化，所以在電池 回路和汽車空調回路中，Model 3 先后節省了 W-PTC、三通閥、水泵、電子風扇等零部件，以實現集成化。

3.1.3 技術創新：基于 Super bottle 的電機余熱回收

特斯拉第二代熱管理技術在回路串聯方案中利用一個可以電控切換水路循環流向的 Super bottle（五通 閥）以改變電機熱管理回路和電池熱管理回路的串并聯情況。Super bottle 不僅充當普通新能源汽車膨脹 水壺的功能，還被特斯拉的工程師們集成了兩個電子水泵、一個水-水換熱器、1 個三通閥和 1 個四通閥， 是一種中型集成換熱模塊。

當電池需要升溫時：汽車會打開 Super bottle 中的多通閥體，將電池回路和電機回路串聯起來，電池 內部的低溫冷卻液經過四通閥（1）流向電子水泵（3），直接進入電驅動系統冷卻回路，并且與驅動系統 的油冷回路在水-水換熱器進行熱交換（加熱）。加熱后的冷卻液再次返回四通閥（5）并經電子水泵（7） 和冷卻設備（4，此時冷卻設備停止運行）進入電池熱管理回路，并且對電池包進行加熱。

目前，國內已有主機廠根據成品逆向研發出了 Super bottle 類產品，但是在動態穩定性上距特斯拉的產品有 一定距離。此外，大部分 Tier1 如大陸、德昌電機、三花、銀輪也已推進 Super bottle 中四通閥單體產品的技術 攻關，當前或已完成對第一階段集成式閥體的實驗與標定。

3.2 Model Y 熱管理解決方案

3.2.1 功能及組成

Model Y 的熱管理在 Model 3 上又進一步完成了迭代，并且有四大亮點技術：（1）閥體集成技術、（2） 電機 堵轉技術、（3）多功能熱泵技術、（4）智能熱管理算法。這四種技術壁壘極高，是熱管理行業內其他玩家難以逾越的四座高峰。通過對 Model Y 技術的研究分析，我們能夠發現熱管理行業在硬件和軟件兩方面的發展趨勢：集成化和智能化。

從功能上來看，Model Y 主要也可被分為電池、電機電控和汽車空調三大功能回路。因為第三代技術 在 Super bottle 的基礎上進一步整合了另一個四通閥，構成了八通閥模塊，所以在閥體集成度上比 Super bottle 更高。此外，Model Y 在智能熱管理算法上也十分有特點。根據披露的專利來看，車載計算機可以依 據用戶輸入的溫度參數和預計行駛里程，實時感知回路中各元件工況溫度，依據智能熱管理算法進行調節 八通閥通路方向、電機運行效率、散熱風扇轉速，并且動態地實現熱管理最優化。Mode Y 的熱管理回路十分復雜，單從汽車空調回路中的熱泵子回路來看，就能通過八通閥的調節實 現包括制冷、制熱、預熱、強制冷卻、除霧、除濕、除霜等十二種功能。受限于篇幅原因，我們在此簡單 展示三大回路中的普通制冷、制熱功能。

汽車空調回路分析

制冷路徑：壓縮機 12→三通閥 13（左關，上、右開）→液冷冷凝器 15→電子膨脹閥 9→蒸發器 10→ 氣液分離器 11→壓縮機 12

制熱路徑：壓縮機 12→三通閥 13（右關，上、左開）→室內冷凝器 14→電子膨脹閥 8→chiller7→氣 液分離器 11→壓縮機 12

在汽車空調回路中，Model Y 是特斯拉第一款不搭載高電壓 PTC 的車型。當座艙需要加熱時，壓縮機 會將高壓氣態工質送至室內冷凝器并放熱，并由鼓風器吹出熱風；之后第一電子膨脹閥關閉，高壓液態工 質會流向第二電子膨脹閥并抵達 chiller 進行降壓，之后冷媒經由氣液分離器抵達壓縮機，完成循環。值得 一提的是，Model Y 汽車空調回路中，存在 2 個低電壓加熱器，他們的主要用途并不是給座艙加熱，而是 給室外蒸發器除霜用。當座艙需要冷卻時，三通閥會打開右側通路，關閉左側通路；壓縮機會將高壓氣態 工質輸送到水冷冷凝器里變成高壓液態工質，之后再經由第一電子膨脹閥（第二電子膨脹閥關閉）節流至 蒸發器并吸收外部熱量；此時鼓風機將風打至蒸發器上，吹出冷風，實現制冷；之后冷媒由蒸發器流出， 經氣液分離器返回到壓縮機，完成循環。

3.2.2 價值鏈分布

從熱管理零部件拆分來看，Model Y 的整車價值量約 7620 元左右（不包括管路及傳感器，空調箱等）。其中，空調回路價值量為 3900 元，成本占比約 51%，電池回路為 1025 元，成本占比為 20%，電機回路為 1195 元，成本占比約 16%，交叉連接回路價值量為 1025 元，成本占比約 13%。通過拆分 Model Y 價值量，我們可以發現：在電池回路和電機回路中，價值量分別增加 150 元和 650 元，主要來源為增加了截止閥、膨脹水壺和電子風扇等部件；在空調回路中，因為 Model Y 作為一款緊湊 型 SUV，搭載了八通閥和熱泵系統，新增了 12 種制熱模式和 3 種制冷模式，相比 Model 3 熱管理空調回 路，Model Y 中減少了 1 個 A-PTC 和 1 個電子風扇，新增了 1 個氣液分離器、1 個三通閥以及 2 個低電壓 加熱器，總體來說價值量下降了 250 元，但整個空調回路價值量依舊高達 3900 元；由于八通閥集成度更 高，系統更加復雜，制造難度大，因此閥體集成溢價較高，單車價值量約 2500 元。

Model Y 較 Model S 集成度更高，且整車可以分成 4 大模塊：冷媒模塊、冷卻液模塊、空調模塊和前 端模塊。其中，冷媒模塊包括壓縮機、水冷冷凝器、chiller、氣液分離器、閥件、溫度壓力傳感器等；冷 卻液模塊包括 2 個水泵、八通閥、膨脹水壺、傳感器等；空調箱模塊包括各種蒸發器、冷凝器、鼓風機等；前端模塊包括散熱器和風扇。特斯拉通過將熱管理回路模塊化打包，可以減少閥體數量和管路連接件數量， 降低零件成本和裝配成本。通過梳理 1.0-2.0 新能源車熱管理技術架構（基本回路以及特斯拉第一代至第三代回路）、5 款不同車 型的價值量變化，我們可以發現：（1）集成度越高的回路結構越簡潔，能夠通過“一閥多用”、“一泵多用” 的方式節省不必要的零部件，從而降低整車熱管理成本；（2）SUV 熱管理回路價值量更高，往往需要功率 更大、數量更多的制熱零部件實現冬天座艙供暖；（3）閥體集成度越高，閥體價值量越高，因為在 Super bottle 和八通閥都是通過高強度塑料板或者鋁鑄板材進行集成的，模塊越大、精度越大。

3.2.3 技術創新之一：多功能熱泵空調

特斯拉搭載于 Model Y 的直接式熱泵系統從技術上領先于其他主機廠商，能夠實現 12 種制熱、除霧、 除霜和去濕模式，并能實現 3 種制冷模式，并且通過配合使用電機電控余熱來解決傳統熱泵固有的制熱效 率低、蒸發器易結霜的問題。

一般來說，基于 R1234yf 冷媒的熱泵系統在極低溫下會出現制熱效率和制熱量不足的問題。對此國內 和歐洲大部分廠家傾向于采用 CO2 為冷媒介質來繞開這一技術難題。但是，Model Y 基于 R1234yf 的熱泵 通過回收熱管理回路中的余熱，創新性地解決 Nissan Leaf、BMW i3 等使用 R1234yf/R134a 冷媒車型遇到 的問題：低溫下（-7℃以下）熱泵 COP 較低；極低溫下（-20℃以下）熱泵系統制熱量不足、失效；低溫環境下（-5℃-5℃）熱泵系統中的室外蒸發器容易結霜。特斯拉通過回收利用電機電控、電池包、壓縮機和鼓風機的余熱，同時輔以低電壓加熱器并采用冷媒 再循環技術，加強了低溫環境下熱管理回路的制熱量和制熱效率（COP 系數最高可達 5），使得在-20℃以 下的工況下仍然能正常制熱（COP≥1）。

3.2.4 技術創新之二：大型集成式八通閥

Model Y 中最亮眼的技術是一個直徑約 50cm 的集成式八通閥（Octovalve）。這個集成式閥體是電機、 電池、汽車空調熱管理回路交互的核心零部件，整車絕大部分所有高壓、低壓的冷媒（R1234yf）和冷卻 液水路都會從八通閥經過。八通閥從原理上來看能夠很明顯地發現 Super bottle 的影子，可以被認為是一種 集成度更高的 Super bottle。

從模塊整體構造來看，八通閥由 2 個四通閥組成，并且在模塊側身處接入一個旁路，所以八通閥總共 有 9 個管道入口；此外，多通閥體和冷媒通道支撐架緊密地卡在一起，能夠在穩定閥體的同時防止冷媒異 常泄露。從零部件來看，閥體的其他通路分別和 2 個熱交換器、1 個控制器、2 個電動水泵連接起來，合 計單車價值量約 2500 元左右。通過控制閥體回路通斷情況，Model Y 可以實現三大回路的串聯和并聯，將 熱泵空調系統和電機、電池熱管理回路動態地結合在一起。目前，除特斯拉以外地其他廠商多停留在對 Super bottle 這一類產品地研發制造中，像八通閥這種高度集成化模塊產品尚未大規模開展設計。

八通閥體的制造工藝較為復雜，不僅用到了電火花切割、熔融堆積技術（3D 打印），還用到了攪拌摩 擦焊接技術。這是一種常用在航天飛機制造上的精確鋁焊接方法，通過劇烈摩擦產生的熱與壓力共同作用， 對鋁材表面的分子進行混合，以實現無縫、精密且強度超高的接合。特斯拉通過把這種用于 SpaceX 的技 術運用到 Model Y 上，能夠極大地加強八通閥體的結構強度，同時降低閥體和管路連接處的泄露概率。通 過各種制造工藝的相互糅合，特斯拉能把多種不同閥、泵、熱交換器等部件集成在 16 孔鋁鑄支架上，最終實現八通閥體的模塊化生產制造。

3.2.5 技術創新之三：電機堵轉技術

此外，Model Y 的另一技術難點是電機堵轉，通過降低電機（驅動電機、電子水泵、電動壓縮機）的 工作效率，將原本制動的電能轉換為熱能，再把熱能經過四通閥從電機回路導到電池回路中。在這一技術 方案中，特斯拉的電機工程師加大電機線圈繞組中的電流強度，使得繞組絲起到熱敏電阻絲的作用。

電機堵轉并不指的是電機轉子被用物理的方式堵住、停止轉動，而是在某一額定電流情況下轉子不能 達到額定轉速。特斯拉的堵轉技術是加大電流的同時保持電機速率不變。一般來說正常情況下當電流加大時電機功率也會更大，導致電機效率更高，但特斯拉的電機工程師們 能夠通過控制電流 d、q 矢量強度強行降低電機效率。從公式上來看，電機效率=扭矩轉速，而扭矩=k（常 數）電流，而其中電流 I 又可以根據 Park 變換分成 id 和 iq 兩個矢量方向的分電流。特斯拉的工程師通過 分配 id和 iq 的大小，在降低等效電流值（id 2+dq 2，也就是扭矩中的電流數值）的同時保持或者加大電機中 的電流強度（I’），使得電機效率相對降低但是提升發熱量（Q=I’ 2Rt）。

除特斯拉外，目前國內外各大主機廠和熱管理廠中沒有任何一家掌握甚至觸及這種通過降低電機效率、用 電機中電機線圈繞組充當熱敏電阻絲發熱的技術。電機堵轉技術的難度不在于熱管理零部件制造工藝和回路架 構設計，其核心反而在于對電機中電流分矢量強度的把控，需要極強的理論基礎和電機標定技術。特斯拉在 Model Y 中通過加入電機堵轉技術，能夠取消電池包中的 PTC，進一步降低電池包回路中的價值量，并且提升 整車能耗水平，增加續航里程。

3.2.6 技術創新之四：智能熱管理算法和標定

上述都是特斯拉在硬件方面的創新，然而在軟件方面特斯拉也憑借對整車精確的熱管理標定和控制， 通過檢測外部環境溫度、電機系統溫度、電池組溫度和座艙溫度等參數，來綜合電機、電池組、熱泵系統 和壓縮機等所有熱源供給的最佳效率，最終經由智能熱管理算法輸出一個綜合結果來提升整車熱體驗（包括整車續航和座艙舒適性）。在 Model Y 的整車熱管理算法中，車載電腦可以根據如下幾個參數：（1）車主設定的座艙溫度；（2） 外部環境溫度；（3）熱管理回路各模塊溫度；（4）預計行駛里程；（5）電池剩余電量；（6）車輛行駛速度， 來智能選擇熱泵工作模式，并且調節各個熱管理零部件工作效率，以實現最佳的整車熱體驗和更長的續航 里程。

要實現高效、快速、富有創意的熱管理算法必須要求特斯拉對整車熱管理回路中各個零部件做到精準 的標定。新能源整車熱管理系統標定是指在不同溫度下，對開發的熱管理系統性能進行試驗驗證與適應性 修改，得到最優工況參數并保證整車在高溫（40℃以上）和極寒（-10℃）以下都能達到設計的熱管理性能， 兼顧整車耗與駕駛舒適性。從標定內容來看，新能源汽車標定需要對發動機、電機、電池加熱冷卻策略、乘員艙冷卻采暖策略、 除霜與除霧策略、電池與乘員艙協調加熱冷卻策略標定等，工序和技術非常復雜。

制熱環節：主要為駕駛艙制熱，熱泵及內部換熱體系為主流。在 Model 3 設計方案上，特斯拉摒棄高 壓 PCT 加熱器方案，創造性運用電機及相關控制器生熱提供熱源，正常行駛時回收電機熱量，靜止時電機 仍轉動獨轉產生熱量。Model Y 設計上新增熱泵系統，同時選擇以壓縮機、低效模式的鼓風機以及小功率 PCT 作為補充熱源。此外，特斯拉在 Model Y 上創新性使用八通閥作為連接冷卻環節和熱泵系統的橋梁， 實現幾個系統間的串并聯，進一步簡化熱管理系統閥件及管路的的復雜性。

只有經過熱管理標定，得到各個零部件和整車在不同溫度下的參數后，才能應用上述復雜的整車智能 熱管理算法。一般來說，每隔 2℃就要重新標定一次，并且必須要協調好不同回路互相傳導的熱量。熱管 理標定是如此的復雜，以至于需要 100-200 臺車才能標定完成，并且標定費用平均高達數千萬。特斯拉 Model Y 在實驗室通過數百次的標定后才得到了各個模塊在串聯和并聯下的熱參數，在精準度 上媲美豐田等日系廠商，并遙遙領先其他競爭對手。此外，隨著特斯拉熱管理技術的愈發成熟，Model Y之后還可以通過 OTA 系統升級熱管理算法，根據車主的駕駛習慣優化對各個零部件的控制，實現更智能 的熱管理。

四、熱管理技術路線研判

4.1 熱泵空調普及大勢所趨

新能源車輛續航里程一直是重點關心的問題，而目前電池能量密度提升遇到瓶頸，因此降低整車能耗 尤為關鍵。熱泵系統相對于 PTC 空調的優勢非常明顯，在冬天能夠極大降低整車能耗水平，從而大幅提升 續航里程。而國內大多數廠商遲遲不搭載的主要原因是：（1）技術不達標，在冬天無法解決制熱效率和制 熱量低、蒸發器結霜的問題；（2）成本原因，熱泵平均會提升 1000-2000 元的單車價值量，A00 級 EV 搭 載意愿較低；（3）政策原因，國內不少主機廠還在等待國家給出冷媒的技術路線指引，少部分開始主攻 CO2 介質。但是，從特斯拉 Model Y 上，我們可以發現通過使用電機余熱回收、電機堵轉技術、壓縮機與鼓風機 余熱利用等技術，特斯拉完美解決了低溫下熱泵系統 COP 較低、制熱量不足的問題，并且在-5℃-5℃區間 內室外蒸發器不結霜。所以，在可見的將來，隨著技術上的突破和政策的明朗，熱泵空調將會因為其出色 的 COP 比例而被更多主機廠使用，所以我們預計對于售價在 15 萬元以上的新能源汽車而言，熱泵系統將 成為標配；同時，隨著成本的降低，熱泵系統有望被售價更低的 A00 級 EV 所搭載。

4.2 集成化應用加速滲透

比亞迪海豚使用一體化熱管理技術。海豚是配置 e 平臺 3.0 架構首款車型，其一體化熱管理（冷媒介 質）技術是以熱泵電動空調壓縮機為基礎，一體化熱管理控制模組為核心，對產生的“冷量”或“熱量” 再分配至不同需求單位（駕駛艙、刀片電池、電驅動等），比亞迪對冷媒回路進行了大規模集成，極大降 低冷卻液回路的復雜度。

4.3 局部降本增效延續

高壓快充技術路線下，電池熱管理技術升級。2022 年 6 月 23 日寧德時代發布麒麟電池熱管理技術，通過 水冷系統結構設計優化適應新能源車高壓快充（大電流充放電，縮短充電時間）熱管理要求，導熱性能提升 50%。

4.4 環保推動空調冷媒升級

環保推動空調冷媒升級，第四代冷媒加速滲透。使用 R1234yf 冷媒的熱泵可兼容現有熱泵零件，成本 更低，但冷媒專利仍在保護期；R744（二氧化碳）冷媒熱泵空調零下 20 度制熱效果更優，但成本更高。

大眾 ID.4 CROSS 車型的高配版可選裝 CO2 熱泵空調：二氧化碳氣體本身成本小，但更新熱管理零件 成本高。大眾 ID.4 二氧化碳熱泵選裝包價格需要 9000 元，包括加厚的空氣壓縮機以適應二氧化碳冷媒運行中的高壓力，同時采用高壓閥件（防泄露）來確保長期運行中的可靠性問題。

五、投資分析

從趨勢層面，新能源車熱管理行業進入 2.0 時代，供應鏈扁平化，提效、降本及響應是核心驅動力：

1）技術層面：熱泵空調+集成控制等技術升級已成為主流趨勢，尤其 2020 年特斯拉 Model Y 車型量產 加速了熱管理解決方案的迭代周期及應用普及，當前時點行業技術迭代仍在延續；

2）空間層面：2021 年是全球新能源車高速成長元年，國內銷量同比增長 165%，滲透率達到 13.4%；疊 加熱管理解決方案升級導致的單車價值量提升，熱管理市場空間快速擴充；預計 2021-2025 年國內市場空 間分別達 173/301/401/502/606 億元，同比分別增長 199%/74%/33%/25%/21%。

3）格局層面：2021 年行業空間快速擴充，主機廠上量后主動開發 B 點供應商需求，拓普、盾安等行業 新進入者加大布局。

當前新能源車熱管理產業鏈分工較為清晰，主機廠主導系統設計及軟件控制，Tier1 的核心競爭要素 在于底層零部件的自研自制能力。燃油車熱管理系統簡單、供應鏈成熟：主機廠直接向空調系統廠商（法 雷奧、電裝、瀚昂等）采購總成；新能源車熱管理系統更復雜，主機廠主導系統設計開發，三花等原先 Tier2 升級為 Tier1，這主要因為：1）技術差異性：熱管理系統解決方案持續升級，主機廠需要具備 know-how， 原 Tier1 總成商難滿足需求；2）快速響應：新能源新車型研發周期縮短，主機廠直面零部件供應商更為高 效；3）降低成本：零部件廠商作為 Tier1 直供，供應鏈分散有利于主機廠提升議價能力。

國內 Tier1 有望憑借快速技術迭代及成本領先等優勢逐步確立全球領先地位。目前，國內各家熱管理 零部件廠商均擁有各自的核心技術：三花智控產品組合、技術創新等優勢占據領先優勢，銀輪、奧特佳、松芝股份、克來機電分別在熱交換器、壓縮機和管路環節具備較強技術儲備。在國際熱管理市場上，日系、韓系熱管理廠商憑借深厚的積累牢牢把控著豐田、現代等主機廠商的供應渠道；美系、德系的傳統熱管理 巨頭也正同海外各主機廠共同開發，希望以此加速切入新能源汽車熱管理市場。

來源：中信建投證券

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