液冷管行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

液冷管行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)空調(diào)熱管理：熱泵空調(diào)滲透率提升，多方案提升低溫環(huán)境下的熱泵效率空調(diào)制熱為新能源汽車(chē)熱管理核心變化，熱泵空調(diào)為主流趨勢(shì)。汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)是汽車(chē)結(jié)構(gòu)重要組成部分，其主要為乘員艙提供制冷、制熱、通風(fēng)、空氣凈化及智能座艙部分功能?？照{(diào)熱管理主要包含空調(diào)箱（蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機(jī)和管路等）、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分。傳統(tǒng)燃油車(chē)熱管理來(lái)源主要來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，新能源汽車(chē)空調(diào)熱管理制熱主要分為兩個(gè)技術(shù)路線(xiàn)：（1）（風(fēng)暖/水暖）PTC系統(tǒng)；（2）熱泵空調(diào)系統(tǒng)。由于PTC在冬季顯著降低新能源車(chē)?yán)m(xù)航里程，因此熱泵空調(diào)系統(tǒng)正逐步成為下一代新能源車(chē)乘員艙空調(diào)熱管理解決方案。PTC空調(diào)（電動(dòng)壓縮機(jī)制冷/PTC制熱）分為風(fēng)暖和水暖，具有成本低、制熱效果不受惡劣低溫環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。PTC也即是正溫度系數(shù)熱敏電阻，在通電后恒溫發(fā)熱從而達(dá)到制熱目的。PTC空調(diào)有兩種解決方案：（1）風(fēng)暖：PTC內(nèi)置空調(diào)箱內(nèi)替代暖風(fēng)機(jī)芯直接加熱空氣，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但其存在一定的安全隱患；（2）水暖：PTC內(nèi)置冷卻液回路對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱，冷卻液流經(jīng)暖風(fēng)機(jī)芯進(jìn)行制熱，其安全性好且溫度控制精確但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電量消耗較大。當(dāng)前PTC空調(diào)因管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低及制熱效果不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)被多數(shù)新能源汽車(chē)搭載，但其能耗高會(huì)使得續(xù)航里程降低25%左右，因此中高端車(chē)型正逐步采用熱泵空調(diào)對(duì)其進(jìn)行替代。熱泵空調(diào)基于逆卡諾循環(huán)有效降低功耗。熱泵空調(diào)基于逆卡諾循環(huán)的原理，將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移至高位熱源，通過(guò)增加四通換向閥使熱泵空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器和蒸發(fā)器功能互換，從而改變熱量的轉(zhuǎn)移方向?qū)崿F(xiàn)制冷、制熱雙重效果。熱泵空調(diào)具有制熱效率高、能耗低的優(yōu)勢(shì)，其熱能效比COP>1，也即是可以用1kW電功率達(dá)到1．5kW-2kW的熱量。基于當(dāng)前新能源汽車(chē)對(duì)續(xù)航需求的提升，能耗管理成為OEM技術(shù)變革的關(guān)鍵，熱泵空調(diào)擁有比PTC空調(diào)低耗、高效率的解決方案，當(dāng)前中高端車(chē)型紛紛搭載熱泵空調(diào)技術(shù)；特斯拉ModelY車(chē)型、寶馬iX3系列、奧迪Q7e-tron車(chē)型等均搭載熱泵空調(diào)方案。新能源汽車(chē)熱管理技術(shù)趨勢(shì)乘用車(chē)行業(yè)普遍認(rèn)為空調(diào)會(huì)占到整車(chē)能耗的10-20%，而在新能源車(chē)上這個(gè)比例會(huì)更高。而在空調(diào)制熱系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)汽車(chē)與新能源汽車(chē)差異較大，新能源汽車(chē)無(wú)法利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，一般使用PTC加熱器或熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制熱。但常用的PTC加熱器耗電量較大，導(dǎo)致汽車(chē)的行駛里程大幅下降，因此制熱效率較高的熱泵系統(tǒng)將成為新能源汽車(chē)空調(diào)的發(fā)展方向。新能源車(chē)電池系統(tǒng)對(duì)于工作環(huán)境的溫度要求更加嚴(yán)格，過(guò)高或過(guò)低的環(huán)境溫度將顯著影響車(chē)輛的續(xù)航里程以及電池壽命。而目前新能源乘用車(chē)廣泛采用電池液體冷卻技術(shù)，如特斯拉和寶馬i3新能源車(chē)。液冷技術(shù)通過(guò)液體對(duì)流換熱方式將電池產(chǎn)生的熱量帶走，液體換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快，對(duì)降低最高溫度、保持電池組溫度一致性效果更好，相較于風(fēng)冷液冷方案更易實(shí)現(xiàn)余熱回收。相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)量產(chǎn)的PHEV已經(jīng)100%采用了電池液冷方案，而純電動(dòng)車(chē)僅僅只有6%采用液冷，2018年預(yù)計(jì)純電動(dòng)車(chē)液冷的普及率會(huì)超過(guò)60%。電機(jī)冷卻方面，新能源汽車(chē)和傳統(tǒng)燃油車(chē)也存在著一定的差異。而未來(lái)隨著智能化程度的提升，新能源車(chē)裝載的電子部件數(shù)量和種類(lèi)更加繁多，從功率只有幾十瓦的LED芯片到幾百千瓦的動(dòng)力電子都有應(yīng)用。液冷將是高功率電子部件的主要冷卻方案，而低功率電子部件的散熱需要?jiǎng)?chuàng)新的低成本風(fēng)冷方案。伴隨著新的熱管理技術(shù)的出現(xiàn)，需要對(duì)應(yīng)不同功能開(kāi)發(fā)新的換熱器，這也意味著熱交換器數(shù)量會(huì)不斷增加，這給相關(guān)行業(yè)將帶來(lái)較大增長(zhǎng)空間。電動(dòng)汽車(chē)熱管理技術(shù)發(fā)展歷程整車(chē)熱管理是電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的核心技術(shù)之一，涉及乘員艙溫濕環(huán)境調(diào)控、動(dòng)力系統(tǒng)溫控、玻璃防霧除霧等多目標(biāo)管理。根據(jù)熱管理系統(tǒng)架構(gòu)與集成化程度，將電動(dòng)汽車(chē)熱管理的發(fā)展歸納為三個(gè)階段，從單冷配合電加熱到熱泵配合電輔熱再到寬溫區(qū)熱泵與整車(chē)熱管理逐步耦合，電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)熱管理技術(shù)逐漸朝著高度集成化、智能化的方向發(fā)展，并且在寬溫區(qū)、極端條件下的環(huán)境適應(yīng)性能力逐漸提升。在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化起步階段，基本是以電池、電機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)的替代為核心技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，車(chē)室空調(diào)、車(chē)窗除霧、動(dòng)力部件溫控等輔助系統(tǒng)是在傳統(tǒng)燃油汽車(chē)熱管理技術(shù)基礎(chǔ)上逐步改進(jìn)而來(lái)的。純電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)與燃油汽車(chē)空調(diào)都是通過(guò)蒸氣壓縮循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷功能，兩者的區(qū)別是燃油汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶間接驅(qū)動(dòng)，而純電動(dòng)車(chē)則直接使用電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)制冷循環(huán)。燃油汽車(chē)冬季制熱時(shí)直接利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱對(duì)乘員艙進(jìn)行供熱，不需要額外的熱源，而純電動(dòng)車(chē)的電機(jī)余熱無(wú)法滿(mǎn)足冬季制熱的需求，因此冬季制熱是純電動(dòng)汽車(chē)需要解決的問(wèn)題。正溫度系數(shù)加熱器（positivetemperaturecoefficient，PTC）由PTC陶瓷發(fā)熱元件與鋁管組成，具有熱阻小、傳熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，并且在燃油汽車(chē)的車(chē)身基礎(chǔ)上改動(dòng)較小，因此早期的電動(dòng)汽車(chē)采用蒸氣壓縮制冷循環(huán)制冷加PTC制熱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)乘員艙的熱管理，例如早期三菱公司的i-MIEV電動(dòng)汽車(chē)。與燃油汽車(chē)由燃料提供能量不同，電動(dòng)汽車(chē)由動(dòng)力電池提供能量。電動(dòng)汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力電池放電產(chǎn)熱，溫度升高，需要對(duì)電池進(jìn)行降溫。電池冷卻的方法主要有空氣冷卻、液體冷卻、相變材料冷卻、熱管冷卻，由于空氣冷卻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于維護(hù)，在早期的電動(dòng)車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。這一階段的熱管理主要形式是各個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)分別滿(mǎn)足熱管理的需求。在實(shí)際使用過(guò)程中電動(dòng)汽車(chē)冬季供熱能耗需求較高，從熱力學(xué)角度來(lái)說(shuō)PTC制熱的COP始終小于1，使得PTC供熱耗電量較高，能源利用率低，嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。而熱泵技術(shù)利用蒸氣壓縮循環(huán)將環(huán)境中的低品位熱量進(jìn)行利用，制熱時(shí)的理論COP大于1，因此使用熱泵系統(tǒng)代替PTC可以增加電動(dòng)汽車(chē)制熱工況下的續(xù)航里程。寶馬i3車(chē)型采用熱泵系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)冬季制熱。此外，一汽奔騰與紅旗、上汽榮威等也在部分車(chē)型上采用了熱泵系統(tǒng)。然而在低溫環(huán)境下，傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)制熱量衰減嚴(yán)重，無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)低溫環(huán)境制熱需求，需要額外的加熱器輔助加熱，因此熱泵加PTC輔熱的制熱方式成為電動(dòng)汽車(chē)冬季低溫環(huán)境下乘員艙制熱的主要方式。隨著動(dòng)力電池容量與功率的進(jìn)一步提升，動(dòng)力電池運(yùn)行過(guò)程的熱負(fù)荷也逐漸增大，傳統(tǒng)的空冷結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足動(dòng)力電池的溫控需求，因此液冷成為當(dāng)前電池溫控的主要方式。并且，由于人體所需的舒適溫度和動(dòng)力電池正常工作所處的溫度相近，可以通過(guò)在乘員艙熱泵系統(tǒng)中并聯(lián)換熱器的方式來(lái)分別滿(mǎn)足乘員艙與動(dòng)力電池制冷的需求。通過(guò)換熱器以及二次冷卻間接帶走動(dòng)力電池的熱量，電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)熱管理系統(tǒng)集成化程度有所提高。雖然集成化程度有所提升，但這一階段的熱管理系統(tǒng)只對(duì)電池制冷與乘員艙制冷進(jìn)行了簡(jiǎn)單整合，電池、電機(jī)余熱未得到有效利用。傳統(tǒng)熱泵空調(diào)在高寒環(huán)境下制熱效率低、制熱量不足，制約了電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，一系列提升熱泵空調(diào)低溫工況下性能的方法得以開(kāi)發(fā)應(yīng)用。通過(guò)合理增加二次換熱回路，在對(duì)動(dòng)力電池與電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻的同時(shí)，對(duì)其余熱進(jìn)行回收利用，以提高電動(dòng)汽車(chē)在低溫工況下的制熱量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，余熱回收式熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)熱泵空調(diào)相比，制熱量顯著提升。各熱管理子系統(tǒng)耦合程度更深的余熱回收式熱泵以及集成化程度更高的整車(chē)熱管理系統(tǒng)在特斯拉ModelY、大眾ID4．CROZZ等車(chē)型上已得以應(yīng)用。但當(dāng)環(huán)境溫度更低，且余熱回收量更少時(shí)，僅通過(guò)余熱回收依然無(wú)法滿(mǎn)足低溫環(huán)境下的制熱量需求，仍需使用PTC加熱器來(lái)彌補(bǔ)上述情況下制熱量的不足。但隨著電車(chē)整車(chē)熱管理集成程度的逐漸提升，可以通過(guò)合理的增大電機(jī)發(fā)熱量的方式來(lái)增加余熱的回收量，從而提高熱泵系統(tǒng)的制熱量與COP，避免了PTC加熱器的使用，在進(jìn)一步降低熱管理系統(tǒng)空間占用率的同時(shí)滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)在低溫環(huán)境下的制熱需求。除電池電機(jī)系統(tǒng)余熱回收利用外，回風(fēng)利用也是降低低溫工況下熱管理系統(tǒng)能耗的方式。研究結(jié)果表明，低溫環(huán)境下，合理的回風(fēng)利用措施能夠在避免車(chē)窗起霧、結(jié)霜的同時(shí)使電動(dòng)汽車(chē)所需制熱量下降46%～62%，最大能夠降低約40%的制熱能耗。日本電裝也開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的雙層回風(fēng)/新風(fēng)結(jié)構(gòu)，能夠在防起霧的同時(shí)降低30%由通風(fēng)引起的熱損失。這一階段電動(dòng)汽車(chē)熱管理在極端條件下的環(huán)境適應(yīng)能力逐漸提升，并朝著集成化、綠色化的方向發(fā)展。為進(jìn)一步提高電池高功率情況下的熱管理效率，降低熱管理復(fù)雜程度，將制冷劑直接送入電池組內(nèi)部進(jìn)行換熱的直冷直熱式電池溫控方式也是目前的一個(gè)技術(shù)方案，一種電池包與制冷劑直接換熱的熱管理構(gòu)型。直冷技術(shù)能夠提高換熱效率與換熱量，使電池內(nèi)部獲得更均勻的溫度分布，減少二次回路的同時(shí)增大系統(tǒng)余熱回收量，進(jìn)而提高電池溫控性能。但由于電池與制冷劑直接換熱技術(shù)需要通過(guò)熱泵系統(tǒng)的工作提高冷熱量，一方面電池溫控受限于熱泵空調(diào)系統(tǒng)的啟停，并對(duì)制冷劑環(huán)路的性能有一定影響，另一方面也限制了過(guò)渡季節(jié)的自然冷源利用，因此該技術(shù)仍需通進(jìn)一步的研究改進(jìn)與應(yīng)用評(píng)估。新能源汽車(chē)熱管理行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局從全球范圍看電裝、法雷奧、翰昂和馬勒等多