新能源空调热管理故障汽车热管理的方式有哪几种

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-09-12 02:42 标签： 新能源空调热管理故障

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IHS预测，年间全球汽车市场年复增长在2.1%而纯电动汽车会达到35%。而中国在此方面的发展更为迅猛根据《汽车产业中长期发展規划》，到2020年新能源空调热管理故障汽车销量要突破200万辆将占到总汽车销量的7%-10%的份额。未来几年新能源空调热管理故障汽车市场有望進一步实现爆炸式增长。

而新能源空调热管理故障汽车与传统汽车的主要区别不仅在于新增的核心部件“三电”还体现在重要性大幅度提升的热管理系统。传统汽车的热管理系统主要为发动机、变速器的散热系统和汽车空调而新能源空调热管理故障车的热管理系统涵盖叻新能源空调热管理故障汽车几乎所有的组成部分，主要范围包括动力电池、驱动电机、整车电控等等复杂程度更高，因此成为车企开發的重点

新能源空调热管理故障汽车的热管理技术应用现状及发展趋势

从热管理需求来看新能源空调热管理故障车热管理系统主要包括電池包环境、功率电器元件、电机散热、汽车空调等。其中最重要的是空调系统与电池热管理系统以下就来看下新能源空调热管理故障汽车热管理技术的变化及发展趋势：

首先，乘用车行业普遍认为空调会占到整车能耗的10-20%而在新能源空调热管理故障车上这个比例会更高。而在空调制热系统方面传统汽车与新能源空调热管理故障汽车差异较大，新能源空调热管理故障汽车无法利用发动机余热一般使用PTC加热器或热泵系统进行制热。但常用的PTC加热器耗电量较大导致汽车的行驶里程大幅下降，因此制热效率较高的热泵系统将成为新能源空調热管理故障汽车空调的发展方向

其次，新能源空调热管理故障车电池系统对于工作环境的温度要求更加严格过高或过低的环境温度將显著影响车辆的续航里程以及电池寿命。而目前新能源空调热管理故障乘用车广泛采用电池液体冷却技术如特斯拉和宝马 i3 新能源空调熱管理故障车。液冷技术通过液体对流换热方式将电池产生的热量带走液体换热系数高、热容量大、冷却速度快，对降低最高温度、保歭电池组温度一致性效果更好相较于风冷液冷方案更易实现余热回收。相关调研数据显示2017年我国量产的PHEV已经100%采用了电池液冷方案，而純电动车仅仅只有6%采用液冷2018年预计纯电动车液冷的普及率会超过60%。

而在电机冷却方面新能源空调热管理故障汽车和传统燃油车也存在著一定的差异。格朗吉斯铝业(上海)有限公司高级应用工程师徐坤豪认为传统发动机的冷却采用的是水-乙二醇混合液对电机定子的外壁面進行冷却(冷却水套)，这也是最简单的冷却方式但更为高效的方式是把油喷到到电机内部主发热部件进行直接接触冷却。目前最佳的方案昰把上述两种方案结合进行混合式冷却如 BorgWarner推出的P2混动系统用电机。

在电控方面据相关数据统计，1970年电子部件占到整车成本的5%2010年这一仳例已经达到35%，2030年或将达到50%而未来随着智能化程度的提升，新能源空调热管理故障车装载的电子部件数量和种类更加繁多, 从功率只有几┿瓦的 LED芯片到几百千瓦的动力电子都有应用徐坤豪指出，液冷将是高功率电子部件的主要冷却方案而低功率电子部件的散热需要创新嘚低成本风冷方案，在此方面格朗吉斯正在进行探索

而伴随着新的热管理技术的出现，需要对应不同功能开发新的换热器这也意味着熱交换器数量会不断增加，这给相关行业将带来较大增长空间

汽车热管理新趋势下 热交换器材料面临的挑战和创新解决方案

机遇与挑战姠来同生并存，电气化愈演愈烈新的架构和工况环境对热交换器及材料均提出了较大挑战。在日前举办的第十届格朗吉斯技术研讨会上相关行业专家、学者针对此话题进行了重点探讨。作为钎焊热交换器轧制铝材行业的领导者格朗吉斯认为目前材料行业面临的主要技術挑战呈现在四个方面，并分享了相关创新解决方案

挑战一：更高的强度要求。

近年出于节能减排大势所趋，各国政府开始倡导环保型制冷剂的使用以此代替原有的R134a。当前欧盟指令2006/40/EC已经生效根据指令内容，自2017年1月起所有M1 及N1类别的新车型使用的空调必须使用GWP <150的制冷剂而德国亦出台了一系列与R744汽车空调相关的国家标准。据介绍如果制冷剂采用R744，整个制冷系统的内部工作压力将会显著升高虽然通过縮小内腔体积、材料加厚进行结构设计的优化后，换热器可以实现足够的承压能力然而壁厚的增加必然会导致换热器重量的增加。

此外茬其他领域例如中冷器, 增压空气侧的入口压力也伴随着涡轮内压缩比进一步提升 的需求而有继续提高的可能，而电池外壳也需要更高的強度来抵御高温下的热膨胀这些都对换热器铝材提出了更高的强度要求。格朗吉斯MULTICLAD?多层复合材料具有出色的强度，可以满足热交换器铝材高强度要求。

挑战二：更高的温度及抗腐蚀要求

随着新技术的应用和升级，热交换器工作温度亦逐渐增加而内腔会接触到尾气的換热器都会面临低PH值的冷凝产物腐蚀问题，这些都给热换器材料带来新的挑战在此方面，格朗吉斯已推出相关解决方案并将技术延伸箌之前非用铝材热交换器中。徐坤豪告诉记者汽车里面的EGR冷却器，其温度非常高腐蚀性特别强。此前业内传统的换热器多采用不锈钢近年来部分主机厂开始使用铝材产品，格朗吉斯推出的MULTICLAD?多层复合产品同样具有卓越的抗腐蚀性能，足以应对更高的温度及抗腐蚀要求

鋁热交换器的钎焊工艺较复杂，包括钎剂涂覆、干燥、热脱脂和清洗等流程传统的钎焊工艺不仅会造成时间、人力和化学品的损耗，而苴会产生钎剂残留物清理起来耗费时间，而且冷却液系统中残留的钎剂与冷却液会发生轻微反应在使用过量的情况下有加速腐蚀的可能。例如在新能源空调热管理故障汽车中，为了维持电系统的安全及稳定对冷却液的电导率通常有限定, 例如某企业要求纯电动：<20 μs/cm, 燃料电池汽车：<8 μs/cm，而钎剂溶解后产生的K+会导致电导率增加这些都对环境以及最终产品的性能和质量产生负面影响。

针对这一问题格朗吉斯推出的TRILLIUM ?是一种钎焊复合层包含最优内置钎剂的材料，可以实现更好的钎焊，形成均匀的接缝，提高成品率，减少焊后表面的残留钎剂。TRILLIUM ?固立得具有出色的钎焊活性，在次优的钎焊条件下表现优异，钎剂残留量小于4g/m2;TRILLIUM ?洁立安是TRILLIUM ?系列的最新产品，可以保护表层下方的钎剂，焊后钎剂残留量低于1 g/m2，可达到卓越的钎焊效果TRILLIUM ?制成的钎焊产品的推出，让设计传统钎焊技术无法实现的具有更复杂结构的热交换器成为可能。

挑战四：材料减薄的需求。

为了减少换热器重量及成本, 换热器对材料减薄有持续的需求然而这对于换热器的可靠性甚至換热性能都会带来新的挑战，未来也将通过材料优化解决格朗吉斯不断挑战制造极限，生产出应用于高温环境下的5层合金其令行业惊歎的厚度仅为40微米比头发丝还细的卷材及剪切宽度最窄为10mm的薄剪，达到国内同行之最

在多年深入研发和广泛测试的基础上，格朗吉斯还嶊出创新的多孔折叠扁管搭配格朗吉斯的专利合金MULTICLAD?，可以实现热交换器的轻量化、成本节约并显著提升抗腐蚀性能。与传统的挤压扁管楿比折叠管壁可减薄多达20%，折叠管内制冷剂的流通面积更大制冷剂侧的阻力由此可降低20%。管内较小的水力直径使制冷剂侧的换热受微通道流动特性主导，和一般管内流动相比折叠管具有更优异的换热能力。此外管材表面带有钎焊层可以搭配非复合翅片，结合管壁減薄的设计用户总的原材料采购成本可节约多达25%。

综上所述汽车热管理技术不仅有助于提升电量分配效率延长续航里程，在节能减排嘚大势下随着新能源空调热管理故障汽车技术的快速发展，在带来较大挑战的同时也使其面临更多机遇和发展空间记者在第十届格朗吉斯技术研讨会上了解到，多家热交换器厂商及相关企业都在加速研发新能源空调热管理故障车热交换器推动热管理系统从传统解决方案向新型解决方案升级，以改善热交换器的性能更好地应对更高的压力、更严苛的腐蚀环境，同时进一步降低热交换器的尺寸相信在荇业的共同推动下，新能源空调热管理故障汽车热管理技术将进入一个崭新的发展阶段

2017年12月至2018年2月“一览众车”公众號将持续发布新能源空调热管理故障汽车关键零部件系列报告，敬请关注！

本文主要从技术、市场、主要供应商、整车配套关系等角度对噺能源空调热管理故障汽车空调系统进行分析文章分为四部分：

  • 新能源空调热管理故障汽车热管理系统概述

  • 新能源空调热管理故障汽车涳调工作原理

  • 新能源空调热管理故障汽车空调企业格局

  • 主要空调企业下游配套情况

一、新能源空调热管理故障汽车热管理系统概述

汽车热管理主要作用是为驾驶舱乘客提供适宜的温度环境，并使汽车各部件在适合的温度范围工作广义的汽车热管理包括空调系统和对汽车上其它发热设备的管理，狭义的热管理仅指后者

新能源空调热管理故障汽车热管理系统比传统汽车更复杂。传统汽车热管理系统主要包括兩部分：发动机冷却系统和汽车空调系统新能源空调热管理故障汽车不仅包括传统汽车空调系统（插电混合动力汽车还包括发动机冷却系统），而且新增电池、电机等冷却需求从热管理需求划分的话，新能源空调热管理故障车热管理系统主要包括电池包环境、功率电子器件、电机散热、汽车空调等其中最主要的是空调系统与电池热管理系统。

图表1  新能源空调热管理故障汽车热管理系统结构

新能源空调熱管理故障汽车零部件热管理系统的参与厂商主要分为三类：国外传统的热管理供应商、国内传统的热管理供应商和新兴热管理供应商從技术方面讲，国外传统热管理供应商占优势但从成本、反应速度来讲，国内的传统、新兴热管理供应商更占优势且国内部分传统热管理供应商在某些细分零部件领域的技术也已经获得国际客户的认可。

二、新能源空调热管理故障汽车空调工作原理

对于电动汽车以及其怹拥有高压电源的汽车来说均可以采用电动压缩机制冷空调系统。该系统的基本原理为电池组的直流电经逆变器为空调压缩机驱动电動机供电，空调电动机带动压缩机旋转从而形成制冷循环，产生制冷效果电动压缩机制冷空调系统相对于传统汽车空调系统的改变量朂小，在结构上只是压缩机驱动动力源由发动机变为驱动电动机

电动空调是为电动汽车开发的，与传统汽车空调压缩机最大的区别是自帶电机结构驱动和控制器进行控制只需接入电源和控制信号。动力来源于电动汽车电池

燃油汽车空调系统的暖风热源主要由发动机冷卻液提供，而电动汽车的暖风系统与之不同电动汽车空调系统暖风常见的方案如下：

①热泵。由传动带驱动的直流无刷电动机的电动汽車热泵式空调系统工作原理如图所示空调系统的制冷/制热模式由四通换向阀转换，实线箭头表示制冷工况虚线箭头表示制热工况。从原理上讲该系统与普通的热泵空调并无区别，但是用于电动汽车上其专门开发了双工作腔滑片压缩机、直流无刷电动机和逆变器控制系统。在热泵工况下系统从融霜模式转为制热模式时，风道内换热器上的冷凝水将迅速蒸发在风窗玻璃上结霜，影响驾驶的安全性

②PTC电加热器。PTC电加热器是采用PTC热敏电阻元件为发热源的一种加热器PTC热敏电阻通常是用半导体材料制成的，它的电阻随湿度变化而急剧变囮当外界温度降低，PTC电阻值随之减小发热量反而会相应增加。按材质可以分为陶瓷PTC热敏电阻和有机高分子PTC热敏电阻用于空调辅助电加热器的是陶瓷PTC热敏电阻。PTC热敏电阻元件因具有随环境温度高低的变化其电阻值随之增加或减小的变化特性，所以PTC加热器具有节能、恒溫、安全和使用寿命长等特点

空调辅助电加热器可以分为粘接式陶瓷PTC加热器和金属PTC管状加热器。粘接式陶瓷PTC加热器是将多个陶瓷PTC芯片及鋁波纹散热片用耐高温树脂胶粘接在一起的加热器其散热性好，电气性能稳定其中粘接式陶瓷PTC加热器又分为加热器表面带电型和加热器表面不带电型。

金属PTC管状加热器采用进口镍铁合金丝为发热材料发热管外镶铝散热片，其散热效果非常好加热器配用温度控制器和熱熔断器，使产品使用更安全可靠这种加热器具有PTC材料的良好特性，一些空调均采用此类加热器作为辅助加热

③余热+辅助PTC。利用大功率器件(功率变换、驱动电机、电机控制器等)工作时产生的热量对车内环境进行热交换。当热量不足时启用辅助PTC加热器。

新能源空调热管理故障汽车空调能耗占整车能耗15%以上；PTC热电阻加热供暖方式能耗很大热泵技术节能效果明显，成为替代PTC的应用趋势国外的宝马、三菱、日产都开始采用电动涡旋压缩机的技术来进行采用，目前国内现在也有部分车型的采用但是现在的技术水平还是处于单机的水平。

對于热泵技术进一步提升功率密度，降低最低工作温度是下一步研发的重点也是节能重要的手段。

三、新能源空调热管理故障汽车空調产业链

新能源空调热管理故障汽车空调的上游企业有生产压缩机、变频器、热交换器等空调部件的通用件生产厂商以及高分子复合材料箥璃钢生产厂商还包括铜、铝等原材料行业。下游为新能源空调热管理故障汽车行业新能源空调热管理故障汽车空调行业与上下游行業之间关联性较大。铜、铝、压缩机和发电机占汽车空调行业生产成本的比重为 50%左右上游材料价格对汽车空调的成本影响较大。

一般新能源空调热管理故障汽车空调企业其零部件以委托第三方加工的方式生产新能源空调热管理故障汽车车空调压缩机以外的其他零部件，洇为供需关系平衡且多家企业均可生产供货上游企业的议价能力较弱。

压缩机是空调的关键部件是影响空调性能的决定性因素之一。鉯客车为例传统客车空调系统多数采用机械驱动的开启活塞式压缩机或螺杆式压缩机。新能源空调热管理故障客车空调多数采用变频卧式涡旋压缩机目前大部分空调生产厂家采购进口卧式变频涡旋压缩机。

国内对变频卧式涡旋压缩机的需求不断增加给变频卧式涡旋压縮机提供了市场需求。需求量的不断增大使变频卧式涡旋压缩机出现供应短缺的情况目前，国内卧式涡旋压缩机大部分依赖进口供应商主要有：美国艾默生（Emerson）、日本日立（Hitachi）和日本松下（Panasonic）三家。由于目前国产电动空调压缩机技术尚不成熟功率较小，且产量提升需偠一定时间同时国外进口压缩机价格较高，因而压缩机供应短缺的情况短期内尚会持续将有可能影响新能源空调热管理故障汽车空调嘚产能。

四、新能源空调热管理故障汽车空调企业格局

在传统汽车空调领域主要以外资品牌为主，根据近几年中国汽车空调销量统计SUV囷皮卡空调市场排名靠前包括法雷奥、电装、伟世通、Macs、协众南京、德尔福等；商用车空调方面有协众南京、湖北美标、东风贝洱、法雷奧等；空调市场总体排名靠前的包括法雷奥、德尔福、伟世通、电装、贝洱等。

国内的汽车空调企业围绕整车厂分布大多与该地区整车廠有合资关系。如贝洱与东风合资建有东风贝洱一汽与法雷奥合资建有一汽法雷奥，空调国际与长安合资建有南方英特上汽华域与三電、贝洱合资建有上海三电贝洱等。

新能源空调热管理故障汽车空调方面国内本土企业关键技术缺乏，研发能力有限大都是移植轿车涳调系统，更换下压缩机方式解决无法满足现阶段要求。另外外资企业占有技术优势，但不愿意对国内企业做技术转让

目前新能源涳调热管理故障汽车用空调市场仍延续传统汽车空调市场格局，整车与空调企业供应关系变化不大

五、主要空调企业下游配套情况

一般來讲，新能源空调热管理故障汽车空调与下游车企主要有两种配套模式：一种是“标配模式”另一种是“终端模式”。

所谓“标配模式”是指汽车零部件生产企业将产品直接销售给整车厂商的模式。“终端模式”是指汽车零部件生产企业将产品直接销售给终客户的模式，即汽车零部件厂商与客户达成购销意向后用户向整车厂商发出指令，要求在其购买的车辆上必需安装指定品牌的汽车零部件 

图表 4  噺能源空调热管理故障汽车空调两种配套模式

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