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新能源汽车热泵空调系统实现快速发展

发表于:2020-03-24 08:58 作者:金恩机电
  新能源汽车的发展,近年来在全球范围内愈发地被重视。新能源汽车的发展,有望解决传统燃油车带来的环境污染问题。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统,进而导致热管理及空调系统发生巨大变化。热泵技术在新能源车领域已成为未来发展趋势,新能源车的发展带动传统汽车空调企业快速转型,国内企业同步加紧布局空调热泵系统,国内外热泵空调系统均已在多产品实现装车。
大势所趋 新能源汽车热泵空调系统实现快速发展
  新能源车空调系统发展概况
 
  空调系统在热管理系统中起着重要作用
 
  狭义汽车热管理是指:对所有车载热源系统进行综合管理和优化;广义汽车热管理系统还包括空调系统。热管理在汽车节能、环保、安全、舒适性等方面具有重要作用。
 
  对于传统汽车,其热管理系统包括发动机冷却系统、润滑系统、进排气系统、发动机机舱空气流动系统以及驾驶室的空调暖风系统等。具体涉及冷却介质、热交换器、风扇、泵、底盘空气流通、传感器等。
 
  对于新能源车汽车,其热管理系统包括空调系统,除此还包括电池热管理、电机电控热管理及其他设备的冷却。新能源车和传统燃油车最大的不同在于动力系统,前者是电能转化为机械能,后者是化学能转化为内能再转化为机械能。
 
  新能源汽车的热管理系统与燃油车区别主要体现在以下两点:
 
  1、传统燃油车热管理系统是围绕发动机构建的(发动机带动空调压缩机、水泵运转,座舱制暖来源于发动机废热)。没有发动机或发动机只部分时间工作要求空调压缩机和水泵电动化,并且需要采用其他方式(PTC或热泵)为座舱制暖;
 
  2、新能源汽车的动力电池需要精细的散热和加热管理。相比于燃油车,新能源汽车新增动力电池热管理回路(增加chiller、电池冷却水板、阀件、PTC等)。
 
  新能源车空调电能驱动,制热方案为PTC、热泵模式
 
  新能源车空调系统由电能驱动。对于新能源汽车(特别是纯电动汽车),既没有发动机作为空调压缩机的动力源,也没有发动机余热可以利用达到取暖、除霜的效果。通常来讲,新能源车空调系统的冷源、热源和其他能源都来自电池。
 
  汽车空调直接影响驾驶舒适性,对于新能源汽车来讲,还影响其续航里程。根据ANL对NissanLeaf的测试,在高速公路循环路况下,当外界温度为20F(-6.7℃)时,调节车内温度至72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降30%;当外界温度为95F(35℃)时,调节车内温度至72F(22.2℃),车辆续航里程与不开空调时相比下降4%。
 
  目前空调系统制热方案包括PTC和热泵模式等
 
  目前市场上主流的新能源车空调系统
 
  (1)制冷方案:基本都采用电动压缩制冷方式,如福克斯新能源车空调系统的制冷采用的是“压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器”的制冷循环;
 
  (2)制热方案:主要包括PTC(液体/空气)和热泵系统等,如福克斯新能源车在温度较低或车辆起动时采用PTC加热方案,电机温度达到一定数值后采用电机余热方案,特斯拉Model-X制热模式采用空气PTC方案,比液体PTC方案的效率更高。
 
  PTC:PositiveTemperatureCoefficient,泛指正温度系数很大的半导体材料。
 
  热泵:是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置。
 
  热泵技术在新能源车领域已成为未来发展趋势
 
  PTC热敏电阻制热存在功耗大的缺陷。新能源车通过PTC热敏电阻制热,即通过电阻的热效应生产热量,具备了结构简单且制热效果好的优点,但是存在着功耗过大的严重缺陷。PTC加热方案耗能较多,对新能源车续航里程的影响更甚。
 
  热泵空调技术是将低位热源的热能转移到高位。水泵是将低处的水泵到高处,热泵则类似,是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置。热泵系统中使用四通换向阀可以使热泵空调的蒸发器和冷凝器功能互相对换,改变热量转移方向,从而达到夏天制冷冬天制热的效果。当前热泵系统的类型主要有直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统等。
 
  热泵空调相对于PTC加热的优势就在于更加节能。热泵空调方案的耗能大约为PTC加热模式的50%。因此,从应用层面来看,热泵空调方案更具优势,但其技术要求也相对较高,特别需要解决低温情形下室外换热器结霜的问题。
 
  热泵空调在新能源车领域实现快速推广。当前热泵空调技术在新能源车领域已经得到了市场验证,国际主要车型包括大众、奥迪、雷诺、宝马、日产等品牌均已量产装车。近年来国产电动汽车热泵空调也开始装车,典型车型如荣威Ei5、荣威MARVELX、长安CS75PHEV等车型覆盖纯电和混动。
 
  热泵空调市场扬帆起航
 
  新能源车空调单车价值是传统汽车的两倍以上
 
  新能源车的空调系统不仅要实现制冷/制热功能,而且要兼顾系统能耗,这使得其空调系统的复杂程度对比传统燃油车更高。新能源汽车的热管理系统单车价值量高于传统燃油车主要体现在四方面:
 
  1、相对燃油车新增零部件。动力电池散热回路,增加了chiller(电池冷却器)、动力电池冷却水板、阀件等;座舱制暖需增加PTC或热泵。
 
  2、空调压缩机、水泵电动化,单件成本提高。
 
  3、更高功率的电动空调压缩机。动力电池散热回路通常与空调系统并联,依靠空调制冷冷却电池的冷却液。高温天气时,空调同时为座舱和电池制冷,空调系统的工作负荷增大,需要更高功率的电动空调压缩机。
 
  4、电机电控散热要求更高。电机温度过高容易产生热磁退,电子元器件在温度过高的情况下,会出现性能下降或损坏的情况,故电机电控对散热系统要求较高。部分新能源汽车如特斯拉model3驱动电机已经采用油冷方式散热。
 
  新能源车空调系统单车价值量对比传统燃油车大幅提升。我们测算,新能源汽车热管理系统单车价值量约为7000~8000元,较传统燃油车提升约1倍。其中,新能源新能源车的空调系统(传统冷媒)单车价值量约为3950元,较传统燃油车的单车价值量1610元,大幅提升。
 
  国内热泵空调系统市场发展潜力巨大。《新能源汽车产业发展规划(2021-2025)》(意见稿)提出2025年渗透率目标25%。我们以此测算,2025年国内新能源车销量有望达到710万的规模,对应热管理系统的空间约为500亿元,其中空调系统单车价值量约为3950元,对应市场空间约为280亿元。

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咨询电话:刘经理-15327359120

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