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特斯拉在新车上采用热泵空调系统

发表日期:2020/5/6 11:25:29 来源:今日头条 评论 总点击量:

日前,特斯拉Model Y开始首批交付。与特斯拉此前的车型相比,Model Y采用了热泵空调系统。近年来,热泵空调的装车占比开始增长,此次特斯拉在新车上采用该系统,是否会带动其市场“升温”?

可降低能耗、增加续驶里程

据了解,目前市场上主流的新能源汽车空调系统制热方案主要有两大类。一是PTC方案,即给热敏电阻通电,通过电阻发热提高温度。特斯拉Model X采用的是空气PTC方案,相比液体PTC方案,效率有所提高。二是采用热泵空调技术,将低位热源的热能转移到高位。热泵系统中的四通换向阀,可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。而热泵空调相对于PTC加热的优势就在于更节能,其耗能约为后者的50%。

“热泵技术采用传统空调逆向运行的原理,实现从空气中吸取热量降低能耗的效果。与传统电加热技术相比,在相同的冬季采暖工况下,采用热泵技术可降低50%~70%的制热能耗。”美国伊利诺伊大学香槟分校访问学者王丹东对《中国汽车报》记者表示,纯电动汽车面临着冬季续驶里程(低于零下5℃环境下)衰减超过50%的挑战。热泵技术通过提高制热能效,提升最高30%的冬季续驶里程,从而解决冬季用户因担心续驶里程大幅降低,而不敢开空调的痛点。

“因为热泵空调低耗能的优势,所以在纯电动汽车上应用成为一种趋势。”新能源汽车行业独立研究者曹广平表示,就目前特斯拉热泵空调系统透露出来的信息看,其特点主要集中在软件、硬件及集成设计三个方面。软件方面有多种工作模式,可根据充电桩、车、动力电池、外部环境的温度、湿度、时间、地点等不同工况进行充分调整,提升效率。硬件方面主要是在环境温度不够高等情况下,空调压缩机进入产热模式,同时PTC退居到次要的设计。

市场渗透率5年后或超过90%

其实,在特斯拉Model Y之前,海外市场上已有多款车型配装热泵空调系统,涉及大众、奥迪、雷诺、宝马、日产等品牌。近年来,国产电动汽车也开始搭载热泵空调,荣威ei5是国内最早采用热泵技术的车型,长安CS75、蔚来ES6等紧随其后。奥特佳、三花、银轮、空调国际、华域三电等则是热泵领域领先的自主零部件供应商。

“目前,国内在售电动汽车的热泵空调装机率还不到5%,但我们预计两年后上市的车型40%以上都会配装该系统,5年后热泵系统的渗透率会达到90%以上,成为新能源汽车的标配。”奥特佳新能源科技股份有限公司总经理丁涛对记者表示,奥特佳下属企业空调国际在北美加利福尼亚的热泵空调工厂于2020年2月正式投产,供应北美市场的知名整车企业客户。“最近一个多月来,我们收到客户关于热泵系统的开发需求多达10多份,根据到手订单以及未来客户需求,公司计划在南通再建新的热泵空调工厂,以满足中国市场的需求。”他说。

光大证券发布的行业调查报告显示,国内热泵空调系统市场发展潜力巨大:2025年,我国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。热泵空调行业目前处于成长初期,国内新能源汽车仍以PTC为主,但随着消费者对经济性及电动汽车续驶里程需求的提升,PTC升级为热泵将成为趋势。

江苏中关村科技产业园节能环保研究有限公司副院长施骏业表示,上海交通大学江苏中关村研究院研发了采用低全球气候变暖指数的环保制冷剂R1234yf低温热泵系统,同时采用自然工质二氧化碳的跨临界汽车热管理系统,为上汽大众、上汽乘用车、蔚来汽车、长城、长安等十几家整车企业提供技术服务。据悉,该研究院通过将动力电池、电机和电控以及空调系统进行整合,实现整车的能量流管理,保证零部件在适宜的工作温度下运行,同时大幅提升整车续驶里程。

需大力提升技术和产品性能

有消息人士表示,此次特斯拉Model Y采用的热泵产品供应商是自主零部件企业奥特佳。事实上,包括奥特佳在内,我国自主供应商不断提高新能源汽车热管理技术和产品水平,屡获整车企业客户订单。

不过,王丹东指出,中国热泵产品总体处于世界先进水平,但与日本电装、三电等外资品牌竞品相比还有一定差距,主要体现在电动压缩机等关键零部件、控制系统集成能力等方面。比如,电动压缩机的局部核心技术享受国外专利保护,自主企业的产品在可靠性、能效等方面仍需进一步提高。控制系统涉及乘客舱、动力电池、电机等多个区域的热管理,控制器的集成开发有待突破。据他介绍,热泵产品的挑战主要包括开发高效率的零部件和智能控制系统以及提高极寒气候下的系统性能等。针对车用热泵产品,系统要实现包括制冷、制热、除霜、除湿、除雾在内的复杂模式功能,这对零部件的可靠性提出很高的要求。智能控制系统则需对乘客舱舒适性、动力电池热管理、电机电器热管理做出快速、精确的最优决策。

“热泵技术也存在一定局限性,即低温性能较差。室外环境较低时,空气中的水份会在热泵空调的外蒸发器上结霜,从而影响传热效率。当外部环境低于零下15℃时,热泵系统难以吸收足够热量。”曹广平说,在极低温度下运行,热泵空调只能起到部分节能作用,并不能全面解决电动汽车热管理的全部问题,还要依靠充电设施、整车设计以及零部件尤其是动力电池创新技术。

常规的热泵系统在零下10℃环境温度以上运行,开发适用零下20℃环境温度的产品是目前技术的前沿方向。据悉,对于电动汽车的冬季采暖问题,上海交通大学江苏中关村研究院研发了两项技术,一是低温热泵补气增焓技术,在零下20℃的环境下依然可从室外吸收热量,给车内加热;二是整车余热回收技术,可检测零部件在运行过程中的温度,进行能量回收,提高整车续驶里程。

“车用热泵技术还在不断发展,从日产聆风采用的全球第一款热泵开始,几乎每年投入量产的热泵技术都有改进。自主零部件供应商和整车企业一方面要加大联合科研投入,解决已有的零部件和系统难点,促进热泵技术的推广应用,加速热泵产品产业链的发展;另一方面还要大力支持前瞻性基础研究和行业共性技术,比如采用自然工质的二氧化碳跨临界循环热泵等,为引领全球车用热泵技术发展做准备。”王丹东说。

无论热泵还是整车热管理系统,自主整车及零部件企业仍有较大的发展空间。曹广平认为,对于自主企业来说,一是要注意充电桩做为基础设施为电动汽车加热制冷方面的研究,桩车关系不只是充电关系,还包括更多配电及服务关系;二是要在整车层面注意发展动力电池、电机、电控等其他零部件与空调系统结合创新的技术,比如空调系统与“三电”的物理集成、功能集成、软件集成等;三是在零部件层面进行二氧化碳热泵空调、液氮蓄冷等多方面的创新与开发;四是注重基础研究工作,比如热泵空调除霜的全新技术方案、蓄冷蓄热材料的研究等。

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