液冷板行業報告“一體兩翼”,液冷板需求量大

Mondo 科技 更新 2024-01-31

報告製作人:民生**

以下是原始報告的摘錄。

1 電池液冷板在電池熱管理系統中直接與電池一起進行。

熱插拔部件。

電池液冷板是電池熱管理系統的一部分,直接與電池進行熱交換。 液冷板是液冷散熱器的產品元件,其散熱原理是處理金屬板中的流道,將電子元件安裝在水冷板表面,並在其之間塗覆導熱介質,內部冷卻液從板的入口進入, 然後從出口帶走零件傳導的熱量。根據形狀和結構的不同,目前市場上常見的液冷板主要有口琴管式、沖壓式、擠壓式、吹塑式等型別。 在新能源汽車領域,電池液冷板是電池熱管理系統中直接與電池進行熱交換的部件,電池產生的熱量通過液冷板流道中的冷卻液傳遞到冷卻裝置或熱量通過冷卻液輸送到電池, 從而將電池溫度保持在最適合其工作效率的20-35範圍內。

從產業鏈結構來看,液冷板行業的上游是中鋁集團、紫金礦業等鋁銅原料企業中游是銀邦股份、華豐鋁業等鋁型材傳熱材料的生產,以及銀輪股份、納百川等液冷板的配套加工企業下游終端應用主要包括新能源汽車、伺服器液冷、儲能等領域。

液冷板的生產工藝包括鋁型材的加工和液冷板的加工。 在液冷板的生產工藝上,雖然同一終端應用下不同型別的液冷板產品在結構設計上不同,但加工工藝卻高度相似。 以鋁熱轉印複合材料為例,液冷板的前生產工藝主要包括材料的復合、冷軋、熱軋等環節,其中復合和冷軋是水冷板生產的核心工藝,冷軋是熱軋卷板或鑄軋捲板在再結晶溫度下發生強烈塑性變形的過程。 冷軋後的半成品具有組織均勻、尺寸準確、表面質量高等特點。 後端包括前端退火和成品的芯材組裝、釺焊和氣密性測試。

鋁的物理優勢使其成為運輸領域傳熱材料的首選。 在質量和加工方面,鋁的密度為269g cm3,僅為鋼密度的34%,銅密度的30%。 而鋁可以通過新增合金元素來改善材料效能,具有優良的成型性,可以加工成複雜的效能;在導熱係數方面,鋁的導熱係數為247 W m·k,略低於銀(411 W m·k)和銅(398 W m·k),但遠高於鐵(73 W m·k)。 因此,鋁是工業上常用的金屬傳熱材料。

水冷板所用的複合材料一般採用3系鋁合金為芯材,4系鋁合金為復合層。 鋁熱傳熱複合材料是以鋁錳3系合金芯材即芯材為基礎的新型鋁合金材料,它採用軋制復合工藝,在芯材與一種或多種不同物理化學效能的鋁合金的接觸面上形成冶金結合。 與單一金屬相比,不同金屬的結合可以使其物理和化學效能更加優越,並且可以大大提高熱膨脹率、導熱性、強度、耐腐蝕性和導電性。

芯材由鋁錳3系鋁合金組成,起到支撐強度和散熱的作用復合層由鋁矽 4 系合金或其他等級的鋁合金構成,用於釺焊或改善整體材料效能。 以華峰鋁業的水冷板材材料為例,芯材以3003級鋁合金為主,復合層以4343級鋁合金為主。

2、行業壁壘高,頭部企業規模優勢顯著。

液冷板的材料壁壘高,主要表現在工藝複雜、鏈條認證周期長、工廠建設投資大三個方面。 在工藝壁壘方面:鋁釺焊複合材料製造工藝較長,需要經過多次軋制工序,理論良率為70%,實際良率為67-68%左右。 參考《傳熱用鋁基合金軋制複合材料的技術特點和發展趨勢》,複合材料傳熱複合材料不僅要在複合材料介面處進行清洗,以充分去除複合材料過程中的氧化層和表面油汙同時,熱軋複合材料時的通加工率設計也進行了深入研究,通路的加工率太小,使得想要的變形只在皮層中產生,使皮向上延伸,無法實現皮與芯材的結合加工速度過快會使變形區深入深處,新鮮金屬在復合介面處無法充分暴露,因此難以實現皮革與芯材的有效結合加熱過程和開口溫度,如果溫度過高,可能會熔化皮革;加熱時間過短,鋼坯溫度可能不均勻,軋制時因溫差導致金屬延伸不均勻,嚴重時會出現軋制現象和報廢此外,最終軋制溫度的控制以及材料的狀況和效能也會對產品質量和生產良率產生影響,複合材料生產過程複雜細緻。

在建廠投資壁壘方面:生產鋁基複合材料生產的鋁軋制加工行業屬於高能耗行業,因此投資建設能耗限額較高此外,行業整體投資規模大,對流動資金需求高,且工期長,尤其是軋制裝置,主要部件定製,工期基本在兩年以上,加上安裝除錯時間,整體一般需要三年以上。

* 在鏈條壁壘方面,汽車行業有2-3年的匯入期:參考普華優策的解釋,一般來說,汽車行業有2-3年的匯入期,零部件企業首先需要通過獨立第三方的IATF16949:2016質量管理體系認證,然後通過審核員的嚴格審核,才能在研發能力方面達到要求, 採購管理、生產工藝、質量控制等,只有通過供貨測試才能成為合格供應商,客戶整體認證週期更長;此外,下游型號的廣泛性使鋁型材傳熱產品具有高度的可定製性,產品種類繁多,尺寸規格複雜。 因此,目前各大廠商已經與客戶緊密繫結,新進入者很難輕易打破第一條鏈的壁壘。

複雜的生產過程等障礙塑造了行業的高度集中度。 由於行業壁壘較高,市場上只有三大公司:格蘭奇、華峰鋁業和銀邦,行業CR3超過60%。 Gränges Aluminium是世界領先的鋁型材生產商之一,其釺焊換熱器業務在全球占有25%的市場份額,2024年的銷量約為2940,000噸。 華峰鋁業目前是國內最大的鋁傳熱材料生產商,現有產能34-35萬噸,在建產能15萬噸,2024年銷量29家37萬噸;銀邦股份主要生產釺焊用鋁傳熱材料、鋁鋼復合帶材等產品,是國內電站空冷系統用鋁鋼復合帶的主要生產企業之一,2024年複合材料銷量約17萬噸。

3 新能源汽車電池熱管理帶動的液冷板市場快速增長。

3.1 與傳統車型相比,新能源汽車對鋁材的傳熱需求更大。

液冷是動力汽車電池熱管理系統的主要解決方案。 對於新能源汽車,電池熱管理系統(BTMS)技術主要分為風冷、液冷、相變材料冷卻和熱管冷卻。 目前,包括比亞迪、北汽、廣汽、別克、雲度、江淮、小鵬汽車在內的車企紛紛採用液冷技術解決方案,寶馬i3、特斯拉車型、通用Volt、華晨寶馬智諾、吉利帝豪EV等國內外典型車型也紛紛採用液冷技術。 根據 IDTechEx 的資料,2022 年上半年約有 70% 的電動汽車採用液冷,NE 預計到 2025 年,超過 80% 的乘用車市場將採用液冷。

與傳統車型相比,新能源汽車對鋁材的傳熱需求更大。 汽車熱管理系統包括冷凝器、蒸發器、水箱散熱器、中冷器、加熱器、油冷卻器等部件。 根據 Ducker 提供的估計,到 2030 年,汽車各種部件的鋁使用量將進一步增加。

自行車用鋁量增加的驅動因素是電池能量密度的提高和空間結構的優化。 2024年6月23日,寧德時代發布了第三代CTP-麒麟電池,三元電池系統能量密度為255Wh kg,磷酸鐵鋰電池能量密度為160Wh kg,體積利用率已超過72%。 在結構和功能上,麒麟電池水冷板除了散熱面積是傳統方案的四倍外,還兼顧了結構支撐、電芯隔熱和膨脹緩衝等其他職責。 從發展趨勢來看,未來,在材料效能發展逐漸面臨瓶頸的情況下,汽車傳熱用鋁材不僅要作為散熱功能的剛性需求,還要在效能、結構、工藝、用量等方面實現迭代更新,以滿足電池空間利用等潛在的更多需求, 結構構件替代和保溫效能。

新能源汽車的普及是水冷板在汽車熱管理市場擴張的主要驅動力。 IEA發布的資料顯示,儘管2024年全球汽車銷量受**鏈條中斷和地緣政治衝突的影響而下降3%,但包括純電動汽車(BEV)和混合動力汽車(PHEV)在內的新能源汽車銷量和份額仍實現了逆勢增長,銷量同比增長55%;根據乘聯公布的資料,2024年新能源汽車滲透率在35%左右8%,比去年全年提高8個百分點。 GlobalData預測,到2024年,全球乘用車銷量**的一半以上將以新能源汽車為銷售,而新能源汽車的普及預示著水冷板在交通領域將有廣闊的市場空間。

3.2 全球液冷板市場規模將達到36180,000噸,2022-2024年復合年增長率為3238%

參考公開資料,計算2020-2024年全球乘用車水冷板市場。 其中,銷售資料參考Statista和中商智網公開資訊,未來三年銷量已平滑各車型銷量佔比參考Markline和GlobalData的資料,液冷板參考銀邦股份公告保守給出2024年質量11kg,混合動力車液冷板用量為純電動汽車的一半,為新能源汽車液冷板用量給予一定增長空間, 從而獲得新能源液冷板的市場規模和市場增長率。

我們認為:1)受益於乘用車銷量回暖和新能源汽車普及,全球新能源汽車水冷板市場將達到14個5萬噸,同比增長6296%;2)隨著乘用車銷量增速放緩和新能源汽車逐步滲透,預計未來新能源汽車水冷板市場增速將逐步放緩,穩定在20-25%的水平;3)預計新能源汽車水冷板市場將達到36個180,000噸,2022-2024年復合年增長率為3238%。

3.3、液冷充電樁為新能源基礎設施開闢新市場。

充電樁作為新能源汽車的基礎設施發揮著關鍵作用。 充電樁除了汽車本身的續航能力外,是電動汽車提供能量補充的充電裝置,其功能類似於加油站的加油機,安裝在公共建築和住宅停車場或充電站,可以根據不同的電壓等級為各種型別的電動汽車充電。 在新能源汽車不斷滲透的背景下,中國充電樁市場規模越來越大。 國家資料顯示,截至2024年6月底,我國已建成各類充電樁660多萬個,換電站2200多個。

根據充電技術的不同分類,充電樁的充電方式可分為交流充電和直流充電。 交流充電又稱“慢充”,是指充電樁輸入電動汽車的交流電,電動汽車通過車載充電器(OBC)對電網的交流電進行變換整流,將其轉換為直流電,然後給動力電池充電。 直流充電又稱“快充”,是指將來自電網的交流電輸入通過充電模組內建的直流充電樁整流成直流電,然後通過充電槍輸入到電動汽車內部的動力電池。 與交流充電相比,直流充電一般具有大功率、快充電的特點,技術和裝置比交流充電更複雜,直流充電樁的製造成本和安裝成本也更高,更適合充電速率要求高的應用場景。

我國充電樁市場發展迅速,充電樁數量正在加速增長。 在新能源汽車銷量和保有量持續增長以及國家政策支援的背景下,我國充電基礎設施建設進入了快速發展階段。 根據充電聯盟的資料,截至2024年底,中國大陸充電樁數量達到520個96萬輛,年均復合增長率為6351%。其中,公共直流充電樁76個100,000臺,103個公共交流充電樁600,000輛,均實現顯著增長。

華為已發布全液冷超快充樁,到2024年底布局將突破10萬個。 2024年4月,華為在第20屆上海國際展覽會上正式發布“下一代全液冷增壓架構”充電網路解決方案,融合光儲存,通過“一架構、兩協同、三極”實現十年IRR提公升66。7%。液冷散熱保證裝置10年使用壽命,全模組化搭建單機櫃,最大功率720kW,12條槍線輸出,功率共享,市電利用率提高30%,實現全生命週期TCO降低40%。 11月28日,在智傑S7及華為全場景新品發布會上,華為執行董事、Device BG首席執行官、智慧型汽車解決方案事業部董事長餘成東預測,到2024年底,華為全液冷超級充電樁布局將突破10萬座。

從趨勢來看,液冷解決方案的滲透是充電效率和使用安全性的綜合選擇。 參考曉德熱能科技的描述,目前充電樁市場呈現以下發展趨勢:直流代交流、充電模組大功率標準化、液冷代風冷散熱、OBC。 同時,充電模組的大功率趨勢將進一步提高電池在一定體積下的能量密度,快充將明顯增加電流和發熱,對充電裝置的散熱能力要求將得到顯著提高,在高壓快充趨勢下,液冷技術將得到廣泛應用。

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