汽车空调技术发展现状与趋势解析

中汽汽车电子电器信息 2018-06-11 10:25 次阅读

汽车业的高速发展,带动了汽车空调市场需求持续大幅增长。随着消费升级及节能减排政策缩紧,促使汽车空调技术不断改进和完善,汽车空调已不再是单纯的用于制冷制暖,而是涉及到节能环保、车内空气质量,同时又要满足消费者个性化需求等。同时随着新能源车的发展,会影响到电量的分配和续航里程。新的汽车市场发展形势下,汽车空调将面临新一轮升级和变革。

整体来说,汽车空调正在向着轻量化、高效化且满足电动车方向发展,由提升性能到提升效率上进行转变。

目前,欧美一些国家已经出台相关法规鼓励高效空调技术的应用。日本也在研究类似制度法规,我国汽车空调协会近年一直主张和呼吁高效空调相关鼓励制度,但因诸多原因进展不是很顺利,不过迫于节能减排压力,车企在此方面已经开始着手和努力,不断尝试采用新的工艺、设计、材料等。

汽车空调系统主要有以下几个部件组成:汽车空调压缩机、冷凝器、节流膨胀结构、蒸发器、管路。以上汽车空调核心部件中,能耗提升主要体现在压缩机和冷凝器上。

市场发展现状及展望

一市场总体发展现状

随着中国汽车工业的快速发展,汽车空调需求量激增,行业利润水平较高,本土和国际汽车空调企业纷纷设厂或扩大产能,致使产品供应量较快增长。随着市场竞争的加剧,汽车空调主要原材料铜、铝价格的上升,行业利润水平下降;此外,整车制造商从质量、技术、资金规模等各方面对汽车空调厂家要求更加严格,很多规模较小、市场竞争力弱的汽车空调企业关闭,行业集中度提高。

自20世纪90年代以来,随着中国汽车工业的快速发展,汽车空调需求量激增,行业利润水平较高,本土和国际汽车空调企业纷纷设厂或扩大产能,致使产品供应量较快增长。自 2003 年以来,随着市场竞争的加剧,汽车空调主要原材料铜、铝价格的上升,行业利润水平下降;此外,整车制造商从质量、技术、资金规模等各方面对汽车空调厂家要求更加严格,很多规模较小、市场竞争力弱的汽车空调企业关闭,行业集中度提高。

汽车产业的快速发展,带动了汽车空调行业的市场需求的增长。国际市场方面, 2015 年全球主要汽车一级供应商及整车厂共生产汽车空调总成系统8,607.22 万套,预计未来平均每年保持2-3%左右增速,2021年将达到9,993.60万套。

国内市场方面,受益于整体汽车产销量、保有量的增长以及居民对汽车舒适度要求的提高,我国汽车空调市场快速增长。2015 年中国汽车空调产量为3,100万台,同比上升14.90%,2011-2015 年年均复合增长率为14.64%;2015 年中国汽车空调市场规模为182 亿元,同比上升13.75%,2011-2015年年均复合增长率为13.94%。到2020 年我国汽车空调市场规模将达到300 亿元。

中国汽车空调产量及市场规模

近几年,汽车空调市场竞争开始趋于平稳,各大汽车空调生产企业拥有较为稳定的客户群和市场,行业采用以销定产的生产模式,市场供应量基本与市场需求保持同等幅度的增长,市场未出现供应大幅超过需求的情况。

新能源汽车的火热,也对想进入该领域的企业提供了无限的机遇,传统汽车空调企业纷纷转型做新能源汽车空调,同时一些新晋的企业也挤入该领域,在未来几年内,该行业企业将快速增多,产品供应能力将大大提升。

二市场分布格局

在传统汽车空调领域,主要以外资品牌为主,根据近几年中国汽车空调销量统计,SUV和皮卡空调市场排名靠前包括法雷奥、电装、伟世通、Macs、协众南京、德尔福等;商用车空调方面有协众南京、湖北美标、东风贝洱、法雷奥等;空调市场总体排名靠前的包括法雷奥、德尔福、伟世通、电装、贝洱等。

国内的汽车空调企业围绕整车厂分布,大多与该地区整车厂有合资关系。如贝洱与东风合资建有东风贝洱,一汽与法雷奥合资建有一汽法雷奥,空调国际与长安合资建有南方英特,上汽华域与三电、贝洱合资建有上海三电贝洱等。

全球汽车空调品牌市场份额

新能源汽车空调方面,国内本土企业关键技术缺乏,研发能力有限,大都是移植轿车空调系统,更换下压缩机方式解决,无法满足现阶段要求。另外,外资企业占有技术优势,但不愿意对国内企业做技术转让。目前新能源汽车用空调市场仍延续传统汽车空调市场格局,整车与空调企业供应关系变化不大。

汽车空调系统产业链全景图

技术发展趋势

目前,汽车空调系统出现了以下几个新技术:

一新型汽车空调系统

(1)新型储冷汽车空调系统

新型储冷汽车空调系统新型储冷汽车空调系统主要由两部分组成:制冷/储冷循环系统和释冷循环系统。制冷循环系加注制冷剂R134a;释冷循环系统加注载冷剂(水或乙二醇),如下图所示。

新型储冷汽车空调系统示意图

当汽车以正常速度行驶时,仅制冷循环系统工作,空调安装额定工况,额定容量提供制冷。当汽车高速行驶时,制冷/储冷循环系统同时工作,制冷循环提供的制冷量大于车内需冷量,多余的冷量通过储冷循环保存起来。当汽车怠速行驶或停车时,制冷/储冷循环系统不工作,释冷循环系统提供车内所需的冷量。当汽车正常行驶且车内需冷量大于制冷系统的额定供冷量时,释冷循环系统可同时工作,弥补车内供冷量的不足,保证舒适性。

(2)余热制冷汽车空调系统

余热制冷汽车空调系统中比较成熟的是吸收式制冷技术,主要是回收利用发动机余热以驱动汽车空调系统,可同时满足节能环保的需求。余热制冷主要是利用金属氢化物脱氢吸热的原理,通过可逆地化学反应实现加热或制冷的目的。余热制冷空调系统通常采用两种工质,要求工质吸、放氢能力强且平衡氢压不同,利用在放氢过程中的吸收反应热达到制冷目的。余热制冷汽车空调是现阶段最有发展前景的新型制冷方式。利用汽车废气温度使工质进行化学反应,促使工质循环吸收与释放氢气,即可实现连续制冷。

(3)太阳能制冷汽车空调系统

光电转换的利用主要体现在两个方面,如所示。一种是利用特殊半导体材料制成的光伏电池板产生帕尔帖(peltire)效应,产生直流电制冷,另一种是利用产生的电能驱动压缩机做功。光热转换的利用主要是太阳能集热装置提供热能驱动吸收式制冷机工作。

太阳能制冷汽车空调系统示意图

太阳能汽车空调的主要优势是辐射强度与制冷量成正比,目前的发展主要受限于材料的光热转换效率和蓄能设备。随着石墨烯等新型材料技术的成熟,太阳能汽车空调技术的应用将得以实现。

(4)跨临界循环二氧化碳汽车空调系统

目前欧洲各国已开展跨临界循环二氧化碳汽车空调系统的研究工作,奔驰汽车已完成实车试验,效果较好。美国的众多学校和研究机构,也建立各种实验台,对二氧化碳汽车空调进行研究。国内对二氧化碳汽车空调系统也取得了一些成功,但距离实际应用仍有较大差距。

二集成式整车热管理系统

随着新能源汽车的发展普及,空调系统已逐渐向整车热管理系统演化发展。如整合整车的冷热源合理分配,在控制空调系统的同时,统筹解决电机、电池热管理。

如下图所示的一种集成式管理系统概念图,具有以下特点:电机、变速器发热作为热源,作为空调制热、电池加热热源;PTC加热仅在车辆冷启动初期使用;热管理ECU兼具空调控制、电池热管理、电机热管理功能。

集成式管理系统概念图

现存问题与国际差距

在空调控制方面上,传统汽车空调目前采用ECU电控系统加“变排量控制”。在效率上有所提升。新能源电动汽车采用电动压缩机,在电控领域我们可以借鉴家用空调的控制模式采用“变频控制”,目前各空调厂家已经研究交流变频电动压缩机,而且变频空调在技术上比较成熟,主攻方向是车内的应用。另一项技术应用也可以借鉴家用空调,就是热泵技术。由于空调制冷时会有大量热能损失,如果能有效利用热交换,不但能提高效率还能降低续航里程压力。

与常规汽车空调系统相比,在研究人员和汽车工程优化人员共同努力下,新一代空调系统无论是对汽车内空气质量的改善功能,还是在综合调控自动化性能等方面,均有了很高的提高。而空调的零部件选择,目前国内主要是压缩机和控制模式,其他仍然采用燃油汽车空调的零部件。主要采用PTC加热和电热管加热,这就导致制热效率相对较低,热损失较高;制冷问题基本解决,但效率问题仍然是现今面临的比较棘手的问题。

目前,国内生产电动汽车的部分厂家,比如比亚迪、奇瑞、江淮等公司都是上述的发展模式。

而国外的电动汽车空调系统由于发展较国内早,所以相对国内来说,技术较为成熟,他们使用电驱动热泵式空调系统,在节能高效以及实用性上有很大突破,同时还开发了空调座椅,使汽车空调系统性能大大提升,此电动空调系统相对于其他空调系统具有很多优点,但是在纯电动汽车上匹配时需要注意对整车性能的影响,特别是续驶里程和最高车速,不能厚此薄彼,要综合考虑,系统各部件的选用要以节能为中心。电动汽车上的空调系统目前主要采用的是电动压缩机空调系统,但是其它形式的空调系统也有很大的发展空间。

结语

汽车空调未来不再仅仅是为人们提供舒适性的车用配置,节能减排形势所迫及汽车技术的快速发展,给予较大技术挑战的同时也使其面临更多的提升空间和机遇。

2016年之后,新能源风起,空调行业出现新机会。在汽车空调领域,传统空调不再满足新能源汽车制冷、制热要求,配备电动压缩机的热泵空调成为新时期发展方向。

新能源汽车将带来部分部件价值量的提升,如:传统压缩机价值量在400-600元左右,而电动压缩机价值量在1500元左右;对于新能源汽车,由于电池热管理、热泵空调的应用中对冷媒调节范围、精度等要求的进一步提高,相对传统膨胀阀,电子膨胀阀可实现对新型汽车空调及热管理系统的冷媒流量控制要求,传统膨胀阀价格在25元左右,而电子膨胀阀价值量可达到200元。此外,未来热泵空调的普及和CO2新冷媒的应用,也将带来汽车空调行业的变革。

原文标题:汽车电子 | 关键技术之四:汽车空调系统发展及趋势研究

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概述         新能源汽车根据其动力源可分为纯电动汽车(EV) 和混合动力车(HEV \PHEV...

发表于 09-25 12:44 232次 阅读
新能源汽车整车控制器(VCU\HCU)

2018杭州国际新能源汽车展

休闲生活 绿色出行        2018杭州国际新能源汽车展2018年11月2日 – 5日杭州和平国际会展中心 ...

发表于 09-17 09:17 151次 阅读
2018杭州国际新能源汽车展

新能源汽车无线充电的原理和方式

新能源汽车无线充电桩将会是2018年新能源汽车的发展元年,会突飞发展,我们将不断的完善产品,打造精品,努力为厂家做好产品配置...

发表于 09-07 12:01 218次 阅读
新能源汽车无线充电的原理和方式

新能源客车三元解禁,锂电池包将遇到哪些问题和机会

       新能源客车三元解禁,锂电池包将遇到哪些问题和机会?现在的社会,到处都是提倡环保节能绿色,无污染的...

发表于 08-20 09:28 558次 阅读
新能源客车三元解禁,锂电池包将遇到哪些问题和机会

震惊!格力电器没有投资银隆,纯属董明珠个人投资?

最开始是董明珠带领格力电器进行的行为,最终演变成了董明珠的个人投资行为也是无奈。董明珠投资银隆的钱是别人借给她的,在2016...

发表于 08-06 09:48 496次 阅读
震惊!格力电器没有投资银隆,纯属董明珠个人投资?

新能源电动汽车BMS电池管理系统开发心得

新能源汽车BMS电池管理系统开发心得系统结构图电池管理系统为两级架构,典型结构如下图:系统组成清单功能模块1)电池控制模块...

发表于 07-15 19:42 763次 阅读
新能源电动汽车BMS电池管理系统开发心得