电动车高效热泵渗透加速 电驱系统余热颠覆传统方式

财富动力网 2020-02-12 00:49

为兼顾供暖效果和续航里程,新能源汽车亟需新一代空调技术。目前,在主流车企中大部分采用电加热设备制热,其中常用的是电动车温控器(PTC)加热器。虽然PTC具备寿命长、安全节能等优点,但对续航里程的损耗也是其弊端。与之相对应,热泵系统是纯电动汽车制热有效解决方案,在电耗方面有竞争力,有望成为新型车载加热汽车元件,市场渗透率增长可期。但相对于擅用电驱系统废热的硬核造车企业,技术迭代将对制热零部件市场重新洗牌。

主流车型使用PTC加热 但续航里程打折扣

目前,国内电动汽车的空调系统方案现状为:系统设计较为简单,一方面受技术的影响,越复杂的系统,优化控制难度更大,为兼顾供暖效果和续航里程,新能源汽车亟需新一代空调技术。

对于新能源汽车,采用电加热设备制热,其中常用的是电动车温控器(PTC)加热器。PTC加热用具有耐电压高、剩余电流小、功耗低、完整阻燃、响应时间疾速、运用寿命长等特性,它是以PTC元件为发热源,以铝合金制成的波纹片为散热器,经智烁工厂独有的喷砂清洗工艺及高温、粘、焊、模压组成的发热器。

PTC加热器最显着的特点是:长寿命,远大于其它加热器的使用寿命。正常环境下使用,寿命可达?10?年以上;安全,加热元件发热时不发红、无明火,真正水电分离;节能,材料自身的特性,根据环境温度的改变调节热功率输出,将电能消耗优化控制在最小,同时高发热效率的材料极大提升了电能的利用效率;加热流体(如水、空气)时,流体烧干后,?PTC?加热片不会损坏;工作可靠,利用?PTC?加热片内部特性控温,永远不会超温;不受电压波动影响,当工作电压变化2倍时,加热元件温度的变化非常小。

不过,纯电动车通过PTC热敏电阻制热,即通过电阻的热效应生产热量。可以简单类比成家用取暖器“小太阳”,结构简单且制热效果好,但也非常耗电,进而影响到续航里程。PTC制热方式在在售的纯电动车型中使用比例较大,基本上主流车型使用的都是PTC加热。

热泵系统渗透率有望提高 但极端低温及造价成本是掣肘

热泵空调是纯电动汽车制热有效解决方案。在动力电池没有突破性进展的情况下要保证低能耗制热,热泵空调是为数不多的可行技术,效能系数比PTC加热高出2-3倍,可以有效延长20%以上的续航里程。

根据国金证券新兴产业研究部的测算,热泵空调单车价值3300元左右,比传统空调高出1000元。2017年电动车空调国内市场规模为18.3亿元,预计到2020年翻三倍达到54亿元;全球市场规模2017年为40.6亿元,预计2020年达到117亿元。

以2020年热泵系统10%的替代率计算则有超过16亿空间,2025年30%渗透率市场空间将近150亿元。另外在家用方面地源、水源、空气源热泵的市场空间更大,但电动车用热泵对于汽零企业是一个全新的增量市场,可为提前布局的企业提供更多增长的确定性。

国际上,涉及热泵空调系统及零部件的主要企业有:电装、法雷奥、翰昂、马勒等传统汽车热管理系统企业,目前已纷纷踏足电动汽车热管理领域,各自推出自家热泵空调解决方案,多款搭载车型已经问世。

和PTC制热相比,产生同样的热量时热泵制热消耗的电量要小很多。有关数据显示,热泵的效能系数比PTC加热高出2-3倍,可以有效延长20%以上的续航里程。在售车型中,比如蔚来ES6、荣威MARVAL X等少量车型使用的是热泵。

有电动车车主反映,综合原地和路测的结果,在同样的条件下,制热效果方面,热泵空调要略好过PTC空调,而在电耗方面,热泵空调要比PTC空调更省电。

然而,相比较于PTC加热,纯电动汽车使用热泵空调加热确实能节省不少电量,但也存在缺点,这些缺点制约了热泵技术在纯电动车型上的广泛使用。

比如热泵的低温制热效率低,当气温非常低时,热泵获取热量的速度就会下降,低温制热效率就会降低。冷暖两用的热泵空调成本过高,且结构较为复杂。相比于制冷,热泵空调如要实现制热功能,结构上要增加更加复杂的装置(四通换向阀等),技术难度高,最终会使成本增加不少。所以汽车厂家从综合成本的角度考虑,不一定值得。

另外,制热速度慢,热效率低。纯电动车的热泵属于空气源热泵,因空气中的热量是分散能源,分布无规律且不稳定。

特斯拉另辟蹊径利用电驱系统余热

相较于PTC制热与热泵存在的问题,特斯拉在电动车制热方式上可谓另辟蹊径。以model 3为例,model 3在这加热这方面依旧保持了它特立独行的个性,使用了一种更新颖的方法,甚至可以说是一种倾向于传统车方案——电动车上本来就有一个可以起到电热丝的作用的零件,电机线圈绕组。特斯拉的思路便是利用电驱系统的废热,像传统车用发动机余热给乘员舱供暖一样。使其既用于车辆驱动,又用于产生额外的热量加热电池。

在model3上,特斯拉可以收集电机废热用于制热,甚至电机废热不足的时候,通过一系列措施主动让电机额外制热发挥传统车企安装的PTC的功能(包括但不限于停车电机不转的时候,通过刹车锁死轮胎,电机通电,以堵转的方式制热)。

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