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不久前，特斯拉Model Y開始首批交付。與特斯拉此前的車型相比，Model Y採用了熱泵空調系統。這個差異迅速被行業“捕捉”到，並就此帶熱了相關話題。近年來，熱泵空調的裝車佔比開始增長，此次特斯拉在新車上採用該系統，是否會帶動其市場“升溫”？
可降低能耗、增加續駛里程
據瞭解，目前市場上主流的新能源汽車空調系統制熱方案主要有兩大類。一是PTC方案，即給熱敏電阻通電，通過電阻發熱提高溫度。特斯拉Model X採用的是空氣PTC方案，相比液體PTC方案，效率有所提高。二是採用熱泵空調技術，將低位熱源的熱能轉移到高位。熱泵系統中的四通換向閥，可使熱泵空調的蒸發器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉移方向，從而達到夏天製冷、冬天制熱的效果。當前，熱泵系統的類型主要有直接式熱泵空調系統、間接式熱泵空調系統和補氣增焓直接式熱泵空調系統等。而熱泵空調相對於PTC加熱的優勢就在於更節能，其耗能約為後者的50％。
“熱泵技術採用傳統空調逆向運行的原理，實現從空氣中吸取熱量降低能耗的效果。與傳統電加熱技術相比，在相同的冬季採暖工況下，採用熱泵技術可降低50％～70％的制熱能耗。”美國伊利諾伊大學香檳分校訪問學者王丹東對《中國汽車報》記者表示，純電動汽車面臨著冬季續駛里程（低於零下5℃環境下）衰減超過50％的挑戰。熱泵技術通過提高制熱能效，提升最高30％的冬季續駛里程，從而解決冬季用戶因擔心續駛里程大幅降低，而不敢開空調的痛點。
“因為熱泵空調低耗能的優勢，所以在純電動汽車上應用成為一種趨勢。”
新能源汽車行業獨立研究者曹廣平表示，就目前特斯拉熱泵空調系統透露出來的信息看，其特點主要集中在軟件、硬件及集成設計三個方面。軟件方面有多種工作模式，可根據充電樁、車、動力電池、外部環境的溫度、溼度、時間、地點等不同工況進行充分調整，提升效率。硬件方面主要是在環境溫度不夠高等情況下，空調壓縮機進入產熱模式，同時PTC退居到次要的設計。市場滲透率5年後或超過90％
其實，在特斯拉Model Y之前，海外市場上已有多款車型配裝熱泵空調系統，涉及大眾、奧迪、雷諾、寶馬、日產等品牌。近年來，國產電動汽車也開始搭載熱泵空調，榮威ei5是國內最早採用熱泵技術的車型，長安CS75、蔚來ES6等緊隨其後。奧特佳、三花、銀輪、空調國際、華域三電等則是熱泵領域領先的自主零部件供應商。
“目前，國內在售電動汽車的熱泵空調裝機率還不到5％，但我們預計兩年後上市的車型40％以上都會配裝該系統，5年後熱泵系統的滲透率會達到90％以上，成為新能源汽車的標配。”奧特佳新能源科技股份有限公司總經理丁濤對記者表示，奧特佳下屬企業空調國際在北美加利福尼亞的熱泵空調工廠於2020年2月正式投產，供應北美市場的知名整車企業客戶。“最近一個多月來，我們收到客戶關於熱泵系統的開發需求多達10多份，根據到手訂單以及未來客戶需求，公司計劃在南通再建新的熱泵空調工廠，以滿足中國市場的需求。”他說。
光大證券發佈的行業調查報告顯示，國內熱泵空調系統市場發展潛力巨大：2025年，我國新能源車銷量有望達到710萬的規模，對應熱管理系統的空間約為500億元，其中空調系統單車價值量約為3950元，對應市場空間約為280億元。熱泵空調行業目前處於成長初期，國內新能源汽車仍以PTC為主，但隨著消費者對經濟性及電動汽車續駛里程需求的提升，PTC升級為熱泵將成為趨勢。
江蘇中關村科技產業園節能環保研究有限公司副院長施駿業表示，上海交通大學江蘇中關村研究院研發了採用低全球氣候變暖指數的環保製冷劑R1234yf低溫熱泵系統，同時採用自然工質二氧化碳的跨臨界汽車熱管理系統，為上汽大眾、上汽乘用車、蔚來汽車、長城、長安等十幾家整車企業提供技術服務。據悉，該研究院通過將動力電池、電機和電控以及空調系統進行整合，實現整車的能量流管理，保證零部件在適宜的工作溫度下運行，同時大幅提升整車續駛里程。
需大力提升技術和產品性能
有消息靈通人士對記者表示，此次特斯拉Model Y採用的熱泵產品供應商是自主零部件企業奧特佳。事實上，包括奧特佳在內，我國自主供應商不斷提高新能源汽車熱管理技術和產品水平，屢獲整車企業客戶訂單。
不過，王丹東指出，中國熱泵產品總體處於世界先進水平，但與日本電裝、三電等外資品牌競品相比還有一定差距，主要體現在電動壓縮機等關鍵零部件、控制系統集成能力等方面。比如，電動壓縮機的局部核心技術享受國外專利保護，自主企業的產品在可靠性、能效等方面仍需進一步提高。控制系統涉及乘客艙、動力電池、電機等多個區域的熱管理，控制器的集成開發有待突破。據他介紹，熱泵產品的挑戰主要包括開發高效率的零部件和智能控制系統以及提高極寒氣候下的系統性能等。針對車用熱泵產品，系統要實現包括製冷、制熱、除霜、除溼、除霧在內的複雜模式功能，這對零部件的可靠性提出很高的要求。智能控制系統則需對乘客艙舒適性、動力電池熱管理、電機電器熱管理做出快速、精確的最優決策。
“熱泵技術也存在一定侷限性，即低溫性能較差。室外環境較低時，空氣中的水份會在熱泵空調的外蒸發器上結霜，從而影響傳熱效率。當外部環境低於零下15℃時，熱泵系統難以吸收足夠熱量。”曹廣平說，在極低溫度下運行，熱泵空調只能起到部分節能作用，並不能全面解決電動汽車熱管理的全部問題，還要依靠充電設施、整車設計以及零部件尤其是動力電池創新技術。
常規的熱泵系統在零下10℃環境溫度以上運行，開發適用零下20℃環境溫度的產品是目前技術的前沿方向。據悉，對於電動汽車的冬季採暖問題，上海交通大學江蘇中關村研究院研發了兩項技術，一是低溫熱泵補氣增焓技術，在零下20℃的環境下依然可從室外吸收熱量，給車內加熱；二是整車餘熱回收技術，可檢測零部件在運行過程中的溫度，進行能量回收，提高整車續駛里程。
“車用熱泵技術還在不斷髮展，從日產聆風采用的全球第一款熱泵開始，幾乎每年投入量產的熱泵技術都有改進。自主零部件供應商和整車企業一方面要加大聯合科研投入，解決已有的零部件和系統難點，促進熱泵技術的推廣應用，加速熱泵產品產業鏈的發展；另一方面還要大力支持前瞻性基礎研究和行業共性技術，比如採用自然工質的二氧化碳跨臨界循環熱泵等，為引領全球車用熱泵技術發展做準備。”王丹東說。
無論熱泵還是整車熱管理系統，自主整車及零部件企業仍有較大的發展空間。曹廣平認為，對於自主企業來說，一是要注意充電樁做為基礎設施為電動汽車加熱製冷方面的研究，樁車關係不只是充電關係，還包括更多配電及服務關係；二是要在整車層面注意發展動力電池、電機、電控等其他零部件與空調系統結合創新的技術，比如空調系統與“三電”的物理集成、功能集成、軟件集成等；三是在零部件層面進行二氧化碳熱泵空調、液氮蓄冷等多方面的創新與開發；四是注重基礎研究工作，比如熱泵空調除霜的全新技術方案、蓄冷蓄熱材料的研究等。
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