熱管理系統(tǒng)研究：CO?熱泵、集成控制器等創(chuàng)新產(chǎn)品加速量產(chǎn)

佐思汽研發(fā)布《2023年新能源汽車熱管理系統(tǒng)研究報告》。新能源汽車熱管理是從系統(tǒng)和整車的角度出發(fā)，統(tǒng)籌調(diào)控整車熱量與環(huán)境熱量，保持各部件工作在最佳的溫度范圍，保證汽車整體的高效協(xié)作，從而提高經(jīng)濟(jì)性、動力性和節(jié)能環(huán)保性。

新能源汽車熱管理包括電機(jī)電控?zé)峁芾怼?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B1%A0%E7%B3%BB%E7%BB%9F/">電池系統(tǒng)熱管理以及座艙空調(diào)熱管理等。

新能源乘用車熱泵空調(diào)裝載率超20% ?熱泵空調(diào)向中低端車型滲透

熱泵空調(diào)是純電動汽車制熱最有效的解決方案。純電動汽車的續(xù)航焦慮一直是消費(fèi)者的痛點(diǎn)，在電池技術(shù)沒有突破性進(jìn)展的情況下，熱泵空調(diào)效能系數(shù)比PTC加熱高出2-3倍，可以有效延長20%以上的續(xù)航里程。

目前，熱泵空調(diào)裝載主要集中在新能源乘用車（尤其是純電動乘用車）中的中高端車型上，主要是因?yàn)椋盒履茉闯擞密嚢l(fā)展速度較快，市場規(guī)模效應(yīng)明顯；熱泵空調(diào)系統(tǒng)較PTC系統(tǒng)單車成本高2000-3000元，中高端車型利潤空間較大，可以有效彌補(bǔ)差額。

2023年1-9月，中國新能源乘用車?yán)塾嬩N售591.2萬輛，標(biāo)配熱泵空調(diào)的車型銷量約149.5萬輛，新能源乘用車領(lǐng)域內(nèi)熱泵空調(diào)搭載率達(dá)到25.3%。

2023年，標(biāo)配熱泵空調(diào)新車平均起售價已從20-25萬元下調(diào)至15-20萬元，中低端走量的國產(chǎn)電動車型紛紛布局熱泵空調(diào)系統(tǒng)，熱泵滲透率有望持續(xù)提升。預(yù)計，到2027年中國新能源汽車熱泵空調(diào)滲透率將接近60%。

中國新能源汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)滲透率

來源：佐思汽研《2023年新能源汽車熱管理系統(tǒng)研究報告》

佐思汽研通過對18家主要整車廠熱管理系統(tǒng)的分析與對比，發(fā)現(xiàn)整車廠大多發(fā)展“多通閥+熱泵+余熱回收”的熱管理系統(tǒng)技術(shù)方案。

例如，特斯拉第四代熱管理系統(tǒng)：八通閥+熱泵系統(tǒng)+液冷+余熱回收，實(shí)現(xiàn)整車熱管理集成化；比亞迪E3.0平臺熱管理系統(tǒng)：Nonavalve（九通閥）+熱泵系統(tǒng)+冷媒直冷+余熱回收；小鵬X-HP2.0智能熱管理系統(tǒng)：十通閥+熱泵+整車集成熱管理；哪吒汽車浩智平臺整車層面一體化熱管理技術(shù)：熱泵空調(diào)+3組電子水泵+2組“4通”閥體；小米汽車10通閥全車熱管理系統(tǒng)：十通閥+熱泵空調(diào)+800V；... ...

新能源汽車OEM廠商熱管理最新發(fā)展趨勢

來源：佐思汽研《2023年新能源汽車熱管理系統(tǒng)研究報告》

新能源汽車熱管理系統(tǒng)市場的穩(wěn)步增長，直接帶動了熱管理零部件領(lǐng)域的發(fā)展。近年來，新能源汽車熱管理市場參與者數(shù)量明顯增加，帶動產(chǎn)品產(chǎn)能增長、市場競爭加劇。在這樣的行業(yè)競爭下，多家OEM廠商陸續(xù)發(fā)布自己的最新技術(shù)和產(chǎn)品。

國內(nèi)新能源汽車熱泵R744制冷劑發(fā)展將有所突破

熱泵空調(diào)取代PTC，已成為新能源汽車標(biāo)配。但從熱泵空調(diào)制冷劑來看，國產(chǎn)新能源汽車還是以R134a制冷劑為主。

目前全球市場范圍內(nèi)，制冷劑的選擇上，R744（二氧化碳）是最好的方案。R744制冷劑優(yōu)勢在于環(huán)保、安全以及制熱性能好，發(fā)展劣勢在于需要高壓力，對壓縮機(jī)、管路和閥類等的抗高壓、高溫能力要求嚴(yán)格，同時需要壓力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)壓力，需要投入更多的研發(fā)制造成本。

未來采用R744制冷劑CO?熱泵系統(tǒng)將成為主流。國內(nèi)廠商已經(jīng)開始布局CO?熱泵市場：

車企CO?熱泵合作圈：車企積極聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游伙伴，共同把CO?熱泵熱管理系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，推動車用CO?熱泵技術(shù)發(fā)展。2023年4月，東風(fēng)公司技術(shù)中心牽手17家合作伙伴簽訂《CO?熱泵產(chǎn)業(yè)鏈合作協(xié)議》。東風(fēng)公司技術(shù)中心將啟動“CO?直接式熱泵+集成化設(shè)計”技術(shù)路線。

東風(fēng)攜手17家伙伴深化CO?熱泵產(chǎn)業(yè)鏈合作

國內(nèi)零部件廠商布局CO?熱泵配套：在新能源汽車零部件領(lǐng)域，2022年三花智控生產(chǎn)的CO?電子膨脹閥、CO?截止閥/單向閥/調(diào)節(jié)閥等產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)搭車；2023年克來機(jī)電CO?高壓管路系統(tǒng)已經(jīng)量產(chǎn)搭車；威靈汽車已經(jīng)研發(fā)出適配CO?的轉(zhuǎn)子式電動壓縮機(jī)。

國內(nèi)零部件廠商CO?熱泵零部件布局情況

來源：佐思汽研《2023年新能源汽車熱管理系統(tǒng)研究報告》

PTC加熱器輔熱已成為車企熱泵空調(diào)應(yīng)對超低溫的主要方案

新能源汽車因?yàn)闆]有發(fā)動機(jī)，所以在-10℃以下的環(huán)境中，加熱器必不可少。PTC加熱器優(yōu)點(diǎn)是成本低、結(jié)構(gòu)簡單、出熱快、受外界環(huán)境影響小，缺點(diǎn)是能耗相對較大，目前主流車型采用的多是熱泵+PTC的解決方案。隨著電池技術(shù)的不斷突破，未來在新能源汽車領(lǐng)域PTC制熱還有非常大的市場空間。

目前新能源汽車中低端車型采用PTC加熱為主， 且熱泵空調(diào)車型采用PTC作為輔熱手段依舊擁有相對穩(wěn)定的份額。平均一輛新能源乘用車使用兩臺 PTC 加熱器（一臺風(fēng)冷+一臺水冷），單車價值在800-1500元之間，我們預(yù)計2025年中國新能源汽車PTC加熱器市場規(guī)模約110億元。

以特斯拉為例，特斯拉為Model Y的熱泵系統(tǒng)加入了額外的PTC加熱器，這個PTC加熱器采用了和傳統(tǒng)燃油車相同的12V電壓，同時Model Y也單獨(dú)配置了一個12V的蓄電池。這里的PTC輔助加熱系統(tǒng)采用單獨(dú)的12V電池供電，功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)空調(diào)的PTC加熱功率。既能節(jié)電，又能有效緩解熱泵空調(diào)的低溫制熱效應(yīng)。

特斯拉Model Y熱泵空調(diào)PTC輔熱示意圖

除了特斯拉，比亞迪、蔚來、高合汽車等均在熱泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加PTC輔助加熱器。

除了熱泵空調(diào)加PTC輔熱方案外，應(yīng)對冬季低溫對電池的影響，行業(yè)內(nèi)還通過高電壓大功率的水暖電加熱器產(chǎn)品來解決。傳統(tǒng)的新能源汽車水加熱器使用的是PTC陶瓷片發(fā)熱技術(shù)，這種技術(shù)因?yàn)樽陨聿牧咸匦砸约皬?fù)雜的生產(chǎn)過程，其工作電壓上限，通常為750V，無法滿足額定新能源汽車800V快充的需求，在應(yīng)用到800V高壓條件下時，會存在較明顯的絕緣問題，給整車帶來安全性問題。目前國內(nèi)只有少量廠商可以供應(yīng)800V PTC型水加熱器，量產(chǎn)交付極少。

800V加熱器供應(yīng)商最新產(chǎn)品進(jìn)展

來源：佐思汽研《2023年新能源汽車熱管理系統(tǒng)研究報告》

熱管理控制器同整車電子電氣架構(gòu)整合發(fā)展

熱管理控制器通過實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的溫度，智能調(diào)節(jié)散熱設(shè)備的轉(zhuǎn)速和功率，保證設(shè)備處于最適溫度范圍，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，壽命更長。此外，熱管理控制器擁有精度高、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，對于處理器、顯卡等高性能電子設(shè)備異常溫度情況下，能夠快速地做出響應(yīng)，從而避免對設(shè)備和數(shù)據(jù)造成損壞。隨著整車電子電氣架構(gòu)的集中化，熱管理控制器將與域控融合到中央集成系統(tǒng)中。

Audi e-tron熱管理系統(tǒng)的熱管理控制器采用CAN總線，PTC、EXV、ACCM、PT、四通閥和截止閥均采用了LIN線控制方式。

Audi e-tron熱管理系統(tǒng)熱管理控制器

來源：奧迪

特斯拉將熱管理控制器集成在了車身控制器中，用于控制閥體和電子水泵。

除了空調(diào)系統(tǒng)、制冷劑、PTC加熱器、電子水泵、熱管理控制器以外，熱管路系統(tǒng)技術(shù)還包括技術(shù)集成、電池?zé)峁芾?、電動壓縮機(jī)、電子膨脹閥、管路燈等零部件。在電動化、集成化發(fā)展的浪潮推動下，這些熱管理零部件均面臨著技術(shù)更替和變革。