产品名称 | 产品类别 | 产品简介 | 市场价 | 价格 |
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液冷板乃液冷散热器之一重要组成部分,其散热原理在于在金属板材中精制出流道,电子元件紧贴于液冷板表面并在其间涂抹导热介质,内部的冷却液自板的进水口涌入,继而从出水口带走器件传导之热量。依据其形状及构造之差异,液冷板可细分为口琴管式、搅拌摩擦焊式、钎焊式以及吹胀式等多种类型。其中,吹胀式液冷板为现今最为广泛应用之一。
相较传统汽车,新能源汽车热管理增加了电机电控、电池热管理等诸多需求,电气化升级推动了热管理领域新生零部件步入繁荣期。工作温度过高极易诱发电池热失控,环境过于寒冷则会降低放电效能进而对续航里程产生负面影响。电池热管理在确保电池安全性能以及提升效能方面具有举足轻重的地位。热管理包括加热与冷却两大核心环节,而冷却部分则具体分为水冷与风冷两种模式,液冷板则是电池热管理系统中水冷功能模块的核心组件。
图表:液冷板分类
资料来源:智研瞻产业研究院整理
与传统燃油车相比,新能源汽车由于引入了额外的三电系统并同步削减了内燃机系统,因此在热管理系统的设计上更为复杂,其成本亦随之攀升。
值得注意的是,对于热度最为敏感、成本增幅最为显著的,当属动力电池部分。动力电池作为新能源汽车的核心部件,其工作状态直接关系到整车的运行性能,因此,其安全性、使用寿命及性能效能等指标在业界备受瞩目。而“电池制冷”无疑成为了整个电池热管理过程中最为关键的环节之一。
在众多冷却策略之中,液冷凭借其卓越的比热容和高效的换热性能,已然超越风冷和相变冷却,跃然成为新纪元冷却技术的主流技术。而此种冷却策略的核心组件即液冷板。
液冷板行业的构成相对简易,各家企业只需从上游采买铝热交换材料,然后依据电池厂商或汽车制造商的特定需求进行相应的加工处理,便可制成液冷板。然而,在前期的研发过程中,有赖于电池厂商或汽车制造商的深度参与。
液冷板解决方案及其发展趋势:单面液冷为主导且冷却需求日益提升
当前市场之中的解决方案,液冷板主要置于电池顶底部。然而,伴随着特斯拉搭载圆形电池的车型逐步实现国产化、宁德时代麒麟电池及亿纬锂能π电池的崭新面貌,以及一些圆形电池的设计应用,越来越多的汽车制造商开始将冷却部件置于侧边,使得电芯与电芯之间能够充分接触。
新能源乘用车历经了从早期的电动化革新,到基于一个全新的平台实行正向开发和精心设计的新型新能源汽车阶段,再到在成本控制要求下对电池模组进行优化的过程中,液冷板工艺路线也经历了诸多变革。
在“油改电”时期,电池液冷板以其特殊形式的挤压口琴管结构呈现,该结构是由多个相邻液冷板拼接而成,其流道则由铝经模具挤制工艺制成。在正向研发阶段,主导设计方向主要为冲压钎焊式和铝板吹胀式布局。值得关注的是,冲压钎焊式液冷板的钎焊炉需量身定制并进行精细调试,相应成本较高,且常常成为产线的瓶颈环节,这构成了目前最大的技术壁垒,限制了产线的自动化水平和生产效率。
在新的CTP3.0架构下,某些电池厂商选择电芯侧面冷却策略,并让液冷板兼作结构部件,由此导致液冷板的位置及使用数量与其他电池结构有显著差异。以宁德时代的麒麟电池为例,由于采用侧置冷却方案,液冷板从原先的大面积板材转变为多个小型模块。
超越了上述几种技术方案之外,由于特斯拉部分车型采用了圆柱形电池,以及侧面液冷的设计,自2013年至2021年,其冷却系统从蛇形管逐渐演变成为U型管,同时,电芯的数量亦有所增加,使得流道进一步拓宽。
图表:特斯拉液冷发展路线
资料来源:智研瞻产业研究院整理
从全局角度审视,当前液冷方案主要聚焦于单一方向,如底部冷却或侧面冷却,然而随着电池容量的攀升,冷却区域也可能随之扩大。
随着新能源汽车在性能及成本方面的双重需求,动力电池液冷板亟需具备轻量化、高效导热性、卓越防腐及抗疲劳等特性,同时还需要具备良好的工艺性能。在快充技术和高续航等趋势的推动下,电池单位发热量不断提升,亦对电池冷却能力提出了更高的标准。
液冷板供应现状:市场相对分散外采为主
目前业界的液冷板生产企业主要可归为两大类别:一类是综合性热管理零部件制造厂,另一类则是专注于液冷板生产的专业企业或凭借与热管理相关技术介入的公司。
从当前的主流液冷板制造商情况来看,由于市场较为分散且零件价格相对较低,因此部分专攻液冷板的企业的规模相对较小。
图表:液冷板行业企业竞争
资料来源:智研瞻产业研究院整理
再者,鉴于新能源汽车电池冷却板必须依附于电池产品,因此技术门槛并非高不可攀,再加上车企与电池制造商需求的先发优势,使其在早期研发阶段和方案制定过程中发挥了重要作用,所以车企与电池制造商的话语权相对较大。
电池冷却板的技术门槛以及其所蕴含的价值量亦决定了当前市场主要以外部采购为主导,现有的纵贯线、纳百川、三花智控、银轮股份等多家液冷板供应商,此举如同车企ABC点的供应商战略,集中供应与风险分散并重。当然,也不乏一些车企选择自主生产电池冷却板,如比亚迪,部分自产,部分外购。
轻量化和电池技术革新带动产品附加值的增长
为期提高新能源汽车的续航里程,缓解续航障碍,动力电池制造技术始终处于高速革故鼎新的状态。除在材料科学领域的持续钻研外,在电池组装技术层面,显著的趋势包括大型电芯、大尺寸模组、模块化消除以及一体化整合,以此提升灵便性程度和电池包装的空间利用率,进一步加深电池系统的体积能量密度。
现阶段,全球动力电池系统集成技术主要包括无模组设计电池包(CTP)、电池车身一体化技术(CTB/CTC)以及传统模组电池包装技术(CTM)。在传统的模组电池包设计中,主要包含壳体(含上盖、外壳底板及下护板)、电池模组、电池控制盒和一些电池外部接口等部分,同时还设有电池液冷板用于冷却。然而,这种设计空间利用率低,限制了其他组件的使用。为此,一系列旨在提高空间利用率的新型结构应运而生,如一体化电池集成技术(CBP、CTB和CTC),目前已成为业界关注热点。
2019年9月,宁德时代首次发布并大规模生产CTP电池包产品,通过长时间的研发,现已发展为第三代麒麟电池。同期,诸如比亚迪、蜂巢能源等知名企业也推出了自身的CTP产品。麒麟电池采用独特的设计,将横纵梁、电池液冷板及隔热垫一体化设计于“多功能弹性夹层”,扩大换热面积,提高换热效率,使其能够适应4C倍率的快充,10分钟内即可充电至80%。此外,该款电池具有支持结构支撑、热量散逸、电芯隔离和膨胀缓冲等功能。宁德时代为特斯拉Model 3、Model Y,以及小鹏G3、蔚来ES6、小鹏 P7、爱驰U6等多个品牌车辆提供了CTP电池,比亚迪则实现了全系使用刀片电池的突破。因此,电池液冷板产品因集成度的提高及其他功能需求,其价值有所提升。随着CTB/CTC等前沿科技的运用,电池液冷板将有机会进一步与电池箱体深度融合,以满足更高的性能要求和更加复杂的系统集成需求。这种电池液冷板与电池箱体集成的趋势,无疑将加强产品的附加值,为电池液冷板制造商带来更广阔的市场机遇。凭借其先进的热管理技术和产品优势,他们有望在电池箱体集成领域的竞争中抢占先机。
尽管诸多创新电池技术不断涌现,然而电池液冷板产品对热管理系统的高度同步开发能力依然严格考验。动力电池与新能源车企对电池液冷板供应商的生产整合能力,设计、以及检测、技艺及供应链管理、成本管控等方面的要求愈发提升。唯有具备丰富产品设计生产及稳定及时制造能力的供应商,方能在瞬息万变的新能源热管理市场中立足并谋求更大发展。
统计数据显示,2018年中国新能源汽车液冷板行业市场规模12.49亿元,2023年中国新能源汽车液冷板行业市场规模91.32亿元。2018-2023年中国新能源汽车液冷板行业市场规模如下:
图表:2018-2023年中国新能源汽车液冷板行业市场规模
数据来源:智研瞻产业研究院整理
产业链上,液冷板行业原料主要为大众化的铜和铝;其中游环节是完成原材料加工的铝热传输材料;根据市场需求,液冷板可实施进一步的配套处理;而其下游则广泛覆盖如新能源汽车、储能等领域,并且在燃油车、工程机械以及火力发电等方面均有大量运用。
图表:液冷板行业产业链
资料来源:智研瞻产业研究院整理
AI和锂电池储能液冷可能开拓全新市场领域
1. AI行业飞速发展,推动了液冷服务器市场的壮大。由于数据中心硬件环境限制以及环保法规的压力,传统风冷无法满足散热需求,因此液冷技术崛起,尤其是冷板式液冷,已经成为了最为成熟的保养方案。据预测,至2025年,液冷服务器的渗透率将稳定在20%-30%之间。
2. 作为液冷解决方案关键部分的液冷板,随着锂电池储能温度控制技术的进一步发展,预计有望为其带来巨大商机。锂电池储能液冷系统主要包含接头、液冷板、主机、管路、蒸气发生器等设备,液冷板的成本虽其次于主机(16%),但因其重要性而备受关注。