汽車空調(diào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢解析

汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)了汽車空調(diào)市場需求持續(xù)大幅增長。隨著消費(fèi)升級(jí)及節(jié)能減排政策縮緊，促使汽車空調(diào)技術(shù)不斷改進(jìn)和完善，汽車空調(diào)已不再是單純的用于制冷制暖，而是涉及到節(jié)能環(huán)保、車內(nèi)空氣質(zhì)量，同時(shí)又要滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求等。同時(shí)隨著新能源車的發(fā)展，會(huì)影響到電量的分配和續(xù)航里程。新的汽車市場發(fā)展形勢下，汽車空調(diào)將面臨新一輪升級(jí)和變革。

整體來說，汽車空調(diào)正在向著輕量化、高效化且滿足電動(dòng)車方向發(fā)展，由提升性能到提升效率上進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

目前，歐美一些國家已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)法規(guī)鼓勵(lì)高效空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用。日本也在研究類似制度法規(guī)，我國汽車空調(diào)協(xié)會(huì)近年一直主張和呼吁高效空調(diào)相關(guān)鼓勵(lì)制度，但因諸多原因進(jìn)展不是很順利，不過迫于節(jié)能減排壓力，車企在此方面已經(jīng)開始著手和努力，不斷嘗試采用新的工藝、設(shè)計(jì)、材料等。

汽車空調(diào)系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部件組成：汽車空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流膨脹結(jié)構(gòu)、蒸發(fā)器、管路。以上汽車空調(diào)核心部件中，能耗提升主要體現(xiàn)在壓縮機(jī)和冷凝器上。

市場發(fā)展現(xiàn)狀及展望

一市場總體發(fā)展現(xiàn)狀

隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車空調(diào)需求量激增，行業(yè)利潤水平較高，本土和國際汽車空調(diào)企業(yè)紛紛設(shè)廠或擴(kuò)大產(chǎn)能，致使產(chǎn)品供應(yīng)量較快增長。隨著市場競爭的加劇，汽車空調(diào)主要原材料銅、鋁價(jià)格的上升，行業(yè)利潤水平下降；此外，整車制造商從質(zhì)量、技術(shù)、資金規(guī)模等各方面對汽車空調(diào)廠家要求更加嚴(yán)格，很多規(guī)模較小、市場競爭力弱的汽車空調(diào)企業(yè)關(guān)閉，行業(yè)集中度提高。

自20世紀(jì)90年代以來，隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車空調(diào)需求量激增，行業(yè)利潤水平較高，本土和國際汽車空調(diào)企業(yè)紛紛設(shè)廠或擴(kuò)大產(chǎn)能，致使產(chǎn)品供應(yīng)量較快增長。自 2003 年以來，隨著市場競爭的加劇，汽車空調(diào)主要原材料銅、鋁價(jià)格的上升，行業(yè)利潤水平下降；此外，整車制造商從質(zhì)量、技術(shù)、資金規(guī)模等各方面對汽車空調(diào)廠家要求更加嚴(yán)格，很多規(guī)模較小、市場競爭力弱的汽車空調(diào)企業(yè)關(guān)閉，行業(yè)集中度提高。

汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了汽車空調(diào)行業(yè)的市場需求的增長。國際市場方面， 2015 年全球主要汽車一級(jí)供應(yīng)商及整車廠共生產(chǎn)汽車空調(diào)總成系統(tǒng)8,607.22 萬套，預(yù)計(jì)未來平均每年保持2-3%左右增速，2021年將達(dá)到9,993.60萬套。

國內(nèi)市場方面，受益于整體汽車產(chǎn)銷量、保有量的增長以及居民對汽車舒適度要求的提高，我國汽車空調(diào)市場快速增長。2015 年中國汽車空調(diào)產(chǎn)量為3,100萬臺(tái)，同比上升14.90%，2011-2015 年年均復(fù)合增長率為14.64%；2015 年中國汽車空調(diào)市場規(guī)模為182 億元，同比上升13.75%，2011-2015年年均復(fù)合增長率為13.94%。到2020 年我國汽車空調(diào)市場規(guī)模將達(dá)到300 億元。

中國汽車空調(diào)產(chǎn)量及市場規(guī)模

近幾年，汽車空調(diào)市場競爭開始趨于平穩(wěn)，各大汽車空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)擁有較為穩(wěn)定的客戶群和市場，行業(yè)采用以銷定產(chǎn)的生產(chǎn)模式，市場供應(yīng)量基本與市場需求保持同等幅度的增長，市場未出現(xiàn)供應(yīng)大幅超過需求的情況。

新能源汽車的火熱，也對想進(jìn)入該領(lǐng)域的企業(yè)提供了無限的機(jī)遇，傳統(tǒng)汽車空調(diào)企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)型做新能源汽車空調(diào)，同時(shí)一些新晉的企業(yè)也擠入該領(lǐng)域，在未來幾年內(nèi)，該行業(yè)企業(yè)將快速增多，產(chǎn)品供應(yīng)能力將大大提升。

二市場分布格局

在傳統(tǒng)汽車空調(diào)領(lǐng)域，主要以外資品牌為主，根據(jù)近幾年中國汽車空調(diào)銷量統(tǒng)計(jì)，SUV和皮卡空調(diào)市場排名靠前包括法雷奧、電裝、偉世通、Macs、協(xié)眾南京、德爾福等；商用車空調(diào)方面有協(xié)眾南京、湖北美標(biāo)、東風(fēng)貝洱、法雷奧等；空調(diào)市場總體排名靠前的包括法雷奧、德爾福、偉世通、電裝、貝洱等。

國內(nèi)的汽車空調(diào)企業(yè)圍繞整車廠分布，大多與該地區(qū)整車廠有合資關(guān)系。如貝洱與東風(fēng)合資建有東風(fēng)貝洱，一汽與法雷奧合資建有一汽法雷奧，空調(diào)國際與長安合資建有南方英特，上汽華域與三電、貝洱合資建有上海三電貝洱等。

全球汽車空調(diào)品牌市場份額

新能源汽車空調(diào)方面，國內(nèi)本土企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)缺乏，研發(fā)能力有限，大都是移植轎車空調(diào)系統(tǒng)，更換下壓縮機(jī)方式解決，無法滿足現(xiàn)階段要求。另外，外資企業(yè)占有技術(shù)優(yōu)勢，但不愿意對國內(nèi)企業(yè)做技術(shù)轉(zhuǎn)讓。目前新能源汽車用空調(diào)市場仍延續(xù)傳統(tǒng)汽車空調(diào)市場格局，整車與空調(diào)企業(yè)供應(yīng)關(guān)系變化不大。

汽車空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

技術(shù)發(fā)展趨勢

目前，汽車空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)了以下幾個(gè)新技術(shù)：

一新型汽車空調(diào)系統(tǒng)

（1）新型儲(chǔ)冷汽車空調(diào)系統(tǒng)

新型儲(chǔ)冷汽車空調(diào)系統(tǒng)新型儲(chǔ)冷汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由兩部分組成：制冷/儲(chǔ)冷循環(huán)系統(tǒng)和釋冷循環(huán)系統(tǒng)。制冷循環(huán)系加注制冷劑R134a；釋冷循環(huán)系統(tǒng)加注載冷劑（水或乙二醇），如下圖所示。

新型儲(chǔ)冷汽車空調(diào)系統(tǒng)示意圖

當(dāng)汽車以正常速度行駛時(shí)，僅制冷循環(huán)系統(tǒng)工作，空調(diào)安裝額定工況，額定容量提供制冷。當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，制冷/儲(chǔ)冷循環(huán)系統(tǒng)同時(shí)工作，制冷循環(huán)提供的制冷量大于車內(nèi)需冷量，多余的冷量通過儲(chǔ)冷循環(huán)保存起來。當(dāng)汽車怠速行駛或停車時(shí)，制冷/儲(chǔ)冷循環(huán)系統(tǒng)不工作，釋冷循環(huán)系統(tǒng)提供車內(nèi)所需的冷量。當(dāng)汽車正常行駛且車內(nèi)需冷量大于制冷系統(tǒng)的額定供冷量時(shí)，釋冷循環(huán)系統(tǒng)可同時(shí)工作，彌補(bǔ)車內(nèi)供冷量的不足，保證舒適性。

（2）余熱制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)

余熱制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)中比較成熟的是吸收式制冷技術(shù)，主要是回收利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱以驅(qū)動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，可同時(shí)滿足節(jié)能環(huán)保的需求。余熱制冷主要是利用金屬氫化物脫氫吸熱的原理，通過可逆地化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)加熱或制冷的目的。余熱制冷空調(diào)系統(tǒng)通常采用兩種工質(zhì)，要求工質(zhì)吸、放氫能力強(qiáng)且平衡氫壓不同，利用在放氫過程中的吸收反應(yīng)熱達(dá)到制冷目的。余熱制冷汽車空調(diào)是現(xiàn)階段最有發(fā)展前景的新型制冷方式。利用汽車廢氣溫度使工質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，促使工質(zhì)循環(huán)吸收與釋放氫氣，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。

（3）太陽能制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)

光電轉(zhuǎn)換的利用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，如所示。一種是利用特殊半導(dǎo)體材料制成的光伏電池板產(chǎn)生帕爾帖（peltire）效應(yīng)，產(chǎn)生直流電制冷，另一種是利用產(chǎn)生的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)做功。光熱轉(zhuǎn)換的利用主要是太陽能集熱裝置提供熱能驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)工作。

太陽能制冷汽車空調(diào)系統(tǒng)示意圖

太陽能汽車空調(diào)的主要優(yōu)勢是輻射強(qiáng)度與制冷量成正比，目前的發(fā)展主要受限于材料的光熱轉(zhuǎn)換效率和蓄能設(shè)備。隨著石墨烯等新型材料技術(shù)的成熟，太陽能汽車空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用將得以實(shí)現(xiàn)。

（4）跨臨界循環(huán)二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)

目前歐洲各國已開展跨臨界循環(huán)二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究工作，奔馳汽車已完成實(shí)車試驗(yàn)，效果較好。美國的眾多學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)，也建立各種實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對二氧化碳汽車空調(diào)進(jìn)行研究。國內(nèi)對二氧化碳汽車空調(diào)系統(tǒng)也取得了一些成功，但距離實(shí)際應(yīng)用仍有較大差距。

二集成式整車熱管理系統(tǒng)

隨著新能源汽車的發(fā)展普及，空調(diào)系統(tǒng)已逐漸向整車熱管理系統(tǒng)演化發(fā)展。如整合整車的冷熱源合理分配，在控制空調(diào)系統(tǒng)的同時(shí)，統(tǒng)籌解決電機(jī)、電池?zé)峁芾怼?/p>

如下圖所示的一種集成式管理系統(tǒng)概念圖，具有以下特點(diǎn)：電機(jī)、變速器發(fā)熱作為熱源，作為空調(diào)制熱、電池加熱熱源；PTC加熱僅在車輛冷啟動(dòng)初期使用；熱管理ECU兼具空調(diào)控制、電池?zé)峁芾怼㈦姍C(jī)熱管理功能。

集成式管理系統(tǒng)概念圖

現(xiàn)存問題與國際差距

在空調(diào)控制方面上，傳統(tǒng)汽車空調(diào)目前采用ECU電控系統(tǒng)加“變排量控制”。在效率上有所提升。新能源電動(dòng)汽車采用電動(dòng)壓縮機(jī)，在電控領(lǐng)域我們可以借鑒家用空調(diào)的控制模式采用“變頻控制”，目前各空調(diào)廠家已經(jīng)研究交流變頻電動(dòng)壓縮機(jī)，而且變頻空調(diào)在技術(shù)上比較成熟，主攻方向是車內(nèi)的應(yīng)用。另一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用也可以借鑒家用空調(diào)，就是熱泵技術(shù)。由于空調(diào)制冷時(shí)會(huì)有大量熱能損失，如果能有效利用熱交換，不但能提高效率還能降低續(xù)航里程壓力。

與常規(guī)汽車空調(diào)系統(tǒng)相比，在研究人員和汽車工程優(yōu)化人員共同努力下，新一代空調(diào)系統(tǒng)無論是對汽車內(nèi)空氣質(zhì)量的改善功能，還是在綜合調(diào)控自動(dòng)化性能等方面，均有了很高的提高。而空調(diào)的零部件選擇，目前國內(nèi)主要是壓縮機(jī)和控制模式，其他仍然采用燃油汽車空調(diào)的零部件。主要采用PTC加熱和電熱管加熱，這就導(dǎo)致制熱效率相對較低，熱損失較高；制冷問題基本解決，但效率問題仍然是現(xiàn)今面臨的比較棘手的問題。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)電動(dòng)汽車的部分廠家，比如比亞迪、奇瑞、江淮等公司都是上述的發(fā)展模式。

而國外的電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)由于發(fā)展較國內(nèi)早，所以相對國內(nèi)來說，技術(shù)較為成熟，他們使用電驅(qū)動(dòng)熱泵式空調(diào)系統(tǒng)，在節(jié)能高效以及實(shí)用性上有很大突破，同時(shí)還開發(fā)了空調(diào)座椅，使汽車空調(diào)系統(tǒng)性能大大提升，此電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)相對于其他空調(diào)系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是在純電動(dòng)汽車上匹配時(shí)需要注意對整車性能的影響，特別是續(xù)駛里程和最高車速，不能厚此薄彼，要綜合考慮，系統(tǒng)各部件的選用要以節(jié)能為中心。電動(dòng)汽車上的空調(diào)系統(tǒng)目前主要采用的是電動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，但是其它形式的空調(diào)系統(tǒng)也有很大的發(fā)展空間。

結(jié)語

汽車空調(diào)未來不再僅僅是為人們提供舒適性的車用配置，節(jié)能減排形勢所迫及汽車技術(shù)的快速發(fā)展，給予較大技術(shù)挑戰(zhàn)的同時(shí)也使其面臨更多的提升空間和機(jī)遇。

2016年之后，新能源風(fēng)起，空調(diào)行業(yè)出現(xiàn)新機(jī)會(huì)。在汽車空調(diào)領(lǐng)域，傳統(tǒng)空調(diào)不再滿足新能源汽車制冷、制熱要求，配備電動(dòng)壓縮機(jī)的熱泵空調(diào)成為新時(shí)期發(fā)展方向。

新能源汽車將帶來部分部件價(jià)值量的提升，如：傳統(tǒng)壓縮機(jī)價(jià)值量在400-600元左右，而電動(dòng)壓縮機(jī)價(jià)值量在1500元左右；對于新能源汽車，由于電池?zé)峁芾?、熱泵空調(diào)的應(yīng)用中對冷媒調(diào)節(jié)范圍、精度等要求的進(jìn)一步提高，相對傳統(tǒng)膨脹閥，電子膨脹閥可實(shí)現(xiàn)對新型汽車空調(diào)及熱管理系統(tǒng)的冷媒流量控制要求，傳統(tǒng)膨脹閥價(jià)格在25元左右，而電子膨脹閥價(jià)值量可達(dá)到200元。此外，未來熱泵空調(diào)的普及和CO2新冷媒的應(yīng)用，也將帶來汽車空調(diào)行業(yè)的變革。