论道变革下的新能源汽车空调热管理系统

  • 时间:2021-02-10 23:45
  • 作者:福运快3
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  随着新能源汽车的发展和普及,与之相关的整车热管理问题迅速上升为行业关注的焦点。众所周知,整车热管理系统性能的优劣,将直接影响汽车的整体性能,对于整车的重要性不言而喻。而新能源汽车的发展,对于其热管理系统亦是一场重大的变革。

  受全新驱动方式影响,新能源汽车热管理系统较之传统燃油车变得更加复杂,对于整车的重要性也愈加提升。以二者共同拥有的空调系统为例,因动力方式的转变,新能源汽车的空调系统也发生了较大变化。

  在将传统汽车空调系统与新能源汽车空调系统的构成及技术进行分析对比后,天津三电汽车空调有限公司总工程师陆新林总结了以下六大差异点:

  ● 压缩机不同:传统汽车空调系统采用机械传动式压缩机,新能源汽车空调系统则采用电驱动式压缩机;

  ● 空调系统冬天的采暖热源不同:传统汽车空调系统冬季的热源来源于发动机的余热,而新能源汽车空调系统主要通过PTC加热或热泵加热;

  ● 空调系统服务对象的变化:传统汽车空调系统只管理乘员舱的舒适性,新能源汽车空调系统不仅要管理乘员舱的舒适性还要负责整车的温度管理;

  ● 控制系统不同:基于以上三点,新能源汽车空调系统的控制要比传统汽车更为复杂,而现实情况是新能源汽车空调系统与控制相关的技术与数据积累又不如传统汽车丰富;

  ● 零部件的成熟度不同:传统汽车空调发展时间长,零部件基础雄厚,而新能源汽车空调上的部分新生零部件,如电动压缩机、电子膨胀阀等尚不成熟。

  ● 测试方法及标准差异:新能源汽车空调部分新生零部件的单体标准、系统标准等还欠缺,有待进一步完善。

  较之传统汽车,新能源汽车空调系统呈现出的6大差异点,无疑蕴藏着许多新的市场机遇,但同时也不得不面对诸多新的技术挑战。

  南京奥特佳新能源科技有限公司副总经理陈祥吉告诉盖世汽车,新能源汽车空调系统集成空调制冷采暖、动力电池冷却功能,还增加了一些新零部件的应用,如电动压缩机、冷却模块的板式换热器、电磁阀等,将引发新的市场需求为行业带来一些新机遇。不过,新能源汽车空调热管理系统功能的增加、结构的复杂化,对技术和成本又提出了新的挑战。

  其分析到,技术方面的挑战主要有3点:第一,如何提供可靠、高效的低温采暖技术;第二,如何实现空调制冷、制热、电池冷却、加热多模式变工况的合理控制;第三,如何解决一套系统既要满足动力电池快充时的大冷量需求,又要兼顾系统低负荷时的调节。

  而成本方面的挑战则为:系统功能增加后,如何合理优化设计减少整体系统的成本,包括核心零件如何实现低成本设计和制造。

  曼胡默尔新能源产品首席专家迈克尔·哈伦布鲁克博士则直指:新能源汽车空调热管理系统最主要的挑战在于几乎所有的空调系统加热都必须由动力电池提供能量,而这会明显地减小纯电动汽车的续航里程。

  时值寒冬,迈克尔·哈伦博士简短的一句话无疑将新能源汽车空调最尴尬的问题引了出来。如上所述,传统汽车空调冬季可用发动机的余热采暖,对于没有热源的纯电动汽车而言,则主要通过PTC加热。

  然而,现实情况是,通过PTC加热器进行采暖,在冬天时将影响电动车续航里程。那么,业界对此有何解决方案?

  对此,陈祥吉坦言,PTC加热采暖由于能耗高,在冬季严重缩短车辆续航里程已是新能源汽车技术的一块“遮羞布”。“早些年业界已开始研究替代技术,目前有热泵和燃气加热器两种解决方案,燃气加热器虽然能解决低温供暖问题但依靠燃烧柴油仍然会产生排尾气排放问题,因此热泵成为当前替代PTC最热点技术。”

  不过,陈祥吉亦指出,当前热泵还存在一些问题,如不能满足低温(低于-10℃)运行、低温下不能可靠运行、供热能力不足和能效低(COP)。“以当前可实现的技术看,我认为要进一步完善双级补气增焓技术和低温制冷剂的应用才能很好要解决以上低温热泵技术难题。”

  在博格思众亚太区总裁白滨看来,到目前为止,业内还有没有一个很好的解决方案能够替代PTC加热器,包括热泵。其分析到,热泵相当于空调的逆运算,如果空调顺时针运转就是制冷,逆时针运作则是制热,然而从制热原理上来说又有诸多限制条件,譬如把空气中的热量吸收进来送到室内的过程中会存在一些工艺上的问题,特别是在极端气候条件下。

  陆新林亦表示,与国外相比,国内热泵空调还面临着不少问题,如:零部件的价格高昂;零部件的市场品质确认不充分;行业的标准规范不完备等。“前两点需要专业厂家更好地控制采购成本,提高产品的性价比,第三点则需要行业尽快出台各种标准,提高行业统一性和整体竞争力。”

  那么,就目前发展阶段来看,国内汽车空调系统热管理领域的企业竞争格局是怎样的?未来这种格局是否会被重构?

  陈祥吉表示,目前国内汽车空调系统热管理领域的企业竞争格局已较为激烈,既有传统热管理的国际四巨头:电装、翰昂、法雷奥和马勒,也有国内热管理企业新军:三花智控、、松芝股份、银轮股份、比亚迪、协众、超力、飞龙股份、中鼎股份等,这些企业均在不约而同地布局新能源汽车热管理市场。

  好在现阶段,国内汽车空调系统热管理市场份额还比较分散,集中度没有传统汽车空调那么高。“根据家用空调、传统汽车空调行业的发展规律,任何新行业在起步发展阶段都有众多参与者以寻找新的发展机会,市场到成熟阶段就会越来越集中,新能源汽车热管理领域也一样。” 陈祥吉强调称,那些不重视研发投入和提供稳定产品质量制造投入的企业会逐步被淘汰,目前的产业格局也会被重构。

  陆新林亦表示,目前国内热管理技术主要以欧系、日系、韩系及自主企业为主,这与国内车系分布相关。不过,其认为,长远来看这种格局的变化不大,因为多数热管理零部件厂具有一定的主机厂背景,零部件企业主要随主机厂的变化而变化。

  自今年7月份以来,新能源汽车市场从原有的高涨之势快速跌落到下行通道,截至11月份已经连续5个月下降,且全年基本将呈现负增长。车市低迷对新能源汽车空调热管理市场有何影响?未来新能源空调热管理市场前景如何?其与传统汽车空调热管理是否是此消彼长的关系?

  陈祥吉直言:“置身销量低迷的当下,新能源汽车热管理供应商也会面临市场下滑和价格下调导致的利润下降压力。”而所幸的是,从目前市场规模来看,空调热管理市场还没有真正达到饱和。

  “短期几年内,新能源汽车热管理系统市场会随着新能源汽车的数量和比例而增加,传统汽车热管理比例会减少但总体数量应该不会减少。不过,长期来看,未来空调热管理市场肯定是此(传统汽车)消彼(新能源汽车)长的关系。”陈祥吉表示。

  陆新林则表示,传统汽车空调热管理与新能源汽车热管理的发展并非此消彼长而是相辅相成。“新能源汽车热管理技术的发展基于传统汽车空调热管理,也有部分技术产品有别于传统汽车。例如,HVAC的设计开发基于传统汽车系统,但控制系统比传统汽车的控制逻辑更复杂,标定的工况更多。另外,新能源车上的许多新技术与产品也在传统车上有所应用。”

  由上可见,新能源汽车的发展给车辆空调系统带来的变革是多方位的,除了高效制冷、通暖外,未来新能源汽车空调热管理系统还将朝着哪些趋势发展?

  “当前的技术重点在满足舒适性和提升效率,未来会更加强调安全。” 陈祥吉表示,新能源汽车热管理系统会从传统汽车时代的“舒适性”向“舒适+安全”技术要求发展,从以前单纯的“硬件为主”转向“软硬兼并”的技术方向,因此需要企业大幅度提升软件开发能力。

  白滨则表示,基本需求不会变,就是调节温度和湿度,在把这两件事做好后,就需要考虑提高新能源汽车的能效。“能效是新能源汽车和传统燃油车的最大区别,而新能源汽车空调系统的能效涉及多个部件和系统,甚至与整车ECU密切相关,后期如何从空调系统方面提高新能源汽车的能效比,就要看各厂商的本事了。”

  陆新林表示,除了基本的制冷、通暖功能外,新能源汽车空调热管理系统在安全性、舒适性、NVH、系统运行的经济性、智能控制、EMC等方面的要求在日益提高。当然,零部件的轻量化、静音化、高效化是永恒的课题。

福运快3

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