熱泵技術(shù)在新能源車領(lǐng)域已成為未來發(fā)展趨勢

• 陳博 2023年10月31日 來源：中研網(wǎng) 1482 98
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熱泵空調(diào)技術(shù)是將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位。水泵是將低處的水泵到高處，熱泵則類似，是一種可以將低位熱源的熱能強制轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置。熱泵系統(tǒng)中使用四通換向閥可以使熱泵空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向，從而達到夏天制冷冬天制熱的效

汽車空調(diào)用于把汽車車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動調(diào)整和控制在最佳狀態(tài)， 是對確保安全行車起到重要作用的通風(fēng)裝置。汽車空調(diào)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是壓縮機、制冷 劑等原材料，下游主要應(yīng)用于汽車制造、汽車維修行業(yè)。汽車保有量和產(chǎn)銷量不斷提高的同 時，汽車空調(diào)作為汽車的重要部件已被廣泛運用。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的轎車空調(diào)安裝率已經(jīng)接 近 100%，在其他車型上的裝置率也在逐年提高。

目前空調(diào)系統(tǒng)制熱方案包括 PTC 和熱泵模式等。目前市場上主流的新能源車空調(diào)系統(tǒng)中，(1)制冷方案：基本都采用電動壓縮制冷方式，如?？怂剐履茉窜嚳照{(diào)系統(tǒng)的制冷采用的是“壓縮機-冷凝器-膨脹閥-蒸發(fā)器”的制冷循環(huán);(2)制熱方案：主要包括PTC(液體/空氣)和熱泵系統(tǒng)等，如?？怂剐履茉窜囋跍囟容^低或車輛起動時采用 PTC 加熱方案，電機溫度達到一定數(shù)值后采用電機余熱方案，特斯拉 Model-X 制熱模式采用空氣 PTC 方案，比液體PTC 方案的效率更高。

PTC：Positive Temperature Coefficient，泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料。熱泵：是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。PTC 熱敏電阻制熱存在功耗大的缺陷。新能源車通過 PTC 熱敏電阻制熱，即通過電阻的熱效應(yīng)生產(chǎn)熱量，具備了結(jié)構(gòu)簡單且制熱效果好的優(yōu)點， 但是存在著功耗過大的嚴(yán)重缺陷。PTC 加熱方案耗能較多，對新能源車?yán)m(xù)航里程的影響更甚。

熱泵空調(diào)技術(shù)是將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位。水泵是將低處的水泵到高處，熱泵則類似，是一種可以將低位熱源的熱能強制轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置。熱泵系統(tǒng)中使用四通換向閥可以使熱泵空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向，從而達到夏天制冷冬天制熱的效果。當(dāng)前熱泵系統(tǒng)的類型主要有直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)、間接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)和補氣增焓直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。

熱泵空調(diào)相對于 PTC 加熱的優(yōu)勢就在于更加節(jié)能。熱泵空調(diào)方案的耗能大約為 PTC 加熱模式的 50%。因此，從應(yīng)用層面來看，熱泵空調(diào)方案更具優(yōu)勢，但其技術(shù)要求也相對較高，特別需要解決低溫情形下室外換熱器結(jié)霜的問題。

熱泵空調(diào)在新能源車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速推廣。當(dāng)前熱泵空調(diào)技術(shù)在新能源車領(lǐng)域已經(jīng)得到了市場驗證，國際主要車型包括大眾、奧迪、雷諾、寶馬、日產(chǎn)等品牌均已量產(chǎn)裝車。近年來國產(chǎn)電動汽車熱泵空調(diào)也開始裝車，典型車型如榮威Ei5、榮威 MARVEL X、長安 CS75 PHEV 等車型覆蓋純電和混動。

R134a 型熱泵空調(diào)系統(tǒng)為當(dāng)前市場主流。按照新能源車熱泵空調(diào)的制冷劑劃分，熱泵空調(diào)可以分為 R134a 型、CO2 型、R1234yf 型等。R134a(1， 1，1，2-四氟乙烷)是一種使用最廣泛的中低溫環(huán)保制冷劑，它具有良好的綜合性能，使其成為一種非常有效和安全的R12(二氯二氟甲烷)替代品。目前各種電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要使用制冷劑 R134a，零部件設(shè)計、生產(chǎn)及售后服務(wù)及維護，均依據(jù)R134a 制冷劑物理性能設(shè)計。

高效及環(huán)境安全性突出，二氧化碳熱泵空調(diào)有望成為未來趨勢。由于R134a 具有溫室效應(yīng)(在《京都議定書》中被列為限制使用的工質(zhì))，所以仍面臨巨大的替代壓力。二氧化碳作為制冷劑，可充分發(fā)揮其高環(huán)保、低價、高制熱能效的特點，因此二氧化碳熱泵空調(diào)在新能源車領(lǐng)域具備很廣闊的應(yīng)用前景。二氧化碳熱泵就是采用二氧化碳作為制冷劑的熱泵或空調(diào)，二氧化碳冷媒代號為 R744，所以二氧化碳熱泵也稱 R744 熱泵。二氧化碳熱泵與普通的熱泵工作原理基本是一樣的，都屬于蒸汽壓縮式。不同的地方在于， 二氧化碳熱泵屬于超臨界循環(huán)，即在冷凝器端，二氧化碳是不會被冷凝成液體的，而傳統(tǒng)冷媒在冷凝器端是被冷凝成液體再節(jié)流的。

R1234yf 存在安全性問題，二氧化碳空調(diào)系統(tǒng)仍占據(jù)全面優(yōu)勢。歐盟要求 2017 年起 GWP>150 的制冷劑禁止在所有車型的空調(diào)上使用，對此杜邦與霍尼韋爾開發(fā)了R1234yf(HFO-1234yf、四氟丙烯)作為新一代制冷劑。但是，R1234yf 的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生 HF(氫氟酸)等多種臭氧層破壞物質(zhì)， 并存在一定的安全問題，因此德系車企將二氧化碳作為發(fā)展方向。R1234yf、二氧化碳兩者進行對比，二氧化碳在環(huán)保性能、安全性能、制造成本和可持續(xù)發(fā)展上均占據(jù)優(yōu)勢，未來發(fā)展前景廣闊。

二氧化碳制冷劑全面高壓的系統(tǒng)環(huán)境對系統(tǒng)管路提出更高要求，克來機電新產(chǎn)品二氧化碳管路 2020 年正式推出。二氧化碳作為制冷劑的主要難點在于需要更高的運行壓力，對系統(tǒng)的控制提出了更高的要求。二氧化碳工作高壓超 100kgf/cm2，因而熱泵系統(tǒng)的配件、管路等不僅要達到系統(tǒng)的要求， 還要充分研究其在高壓下的壽命周期，確保系統(tǒng)安全可靠。本土企業(yè)克來機電，2020 年 1 月公告，擬募集資金不超過 5000 萬元，用于新能源車用二氧化碳空調(diào)管路組裝項目的建設(shè)。子公司眾源新產(chǎn)品二氧化碳空調(diào)管能夠解決目前二氧化碳管路系統(tǒng)產(chǎn)品缺陷導(dǎo)致二氧化碳泄漏的問題，對二氧化碳空調(diào)在車輛上普及使用有一定的促進作用。

國內(nèi)三花智控在二氧化碳熱泵空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域布局完善。目前國外一些企業(yè)已推出二氧化碳熱泵空調(diào)樣機，也在奔馳 E 級車部分車型有所使用。本土企業(yè)三花智控已做到除壓縮機外的全覆蓋，并且在二氧化碳熱泵領(lǐng)域布局超前。2018 年 3 月，三花智控加盟新能源車二氧化碳熱泵空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)聯(lián)盟，與東風(fēng)汽車等多家公司共同研發(fā)應(yīng)用。目前三花智控已經(jīng)形成 CO2 產(chǎn)品解決方案，如 CO2 膨脹閥、單向閥、氣液分離器等，其中電子膨脹閥實現(xiàn)了 COP 平均提高 10%以上。

欲了解更多中國汽車空調(diào)行業(yè)的未來發(fā)展前景，可以點擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報告《2022-2027年中國汽車空調(diào)行業(yè)市場深度全景調(diào)研及投資前景分析報告》。

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