新能源汽车热管理行业深度报告「新能源汽车空调系统的故障诊断方法」

来源：搜狐时间：2024-02-20 08:37:34

一、新能源汽车热管理系统概述

汽车热管理主要作用是为驾驶舱乘客提供适宜的温度环境，并使汽车各部件在适合的温度范围工作。广义的汽车热管理包括空调系统和对汽车上其它发热设备的管理，狭义的热管理仅指后者。

新能源汽车热管理系统比传统汽车更复杂。传统汽车热管理系统主要包括两部分：发动机冷却系统和汽车空调系统。新能源汽车不仅包括传统汽车空调系统（插电混合动力汽车还包括发动机冷却系统），而且新增电池、电机等冷却需求。从热管理需求划分的话，新能源车热管理系统主要包括电池包环境、功率电子器件、电机散热、汽车空调等。其中最主要的是空调系统与电池热管理系统。

图表 1 新能源汽车热管理系统结构

新能源汽车零部件热管理系统的参与厂商主要分为三类：国外传统的热管理供应商、国内传统的热管理供应商和新兴热管理供应商。从技术方面讲，国外传统热管理供应商占优势，但从成本、反应速度来讲，国内的传统、新兴热管理供应商更占优势，且国内部分传统热管理供应商在某些细分零部件领域的技术也已经获得国际客户的认可。

二、新能源汽车用空调原理

传统汽车空调系统结构简单，依靠发动机带动空调压缩机制冷，依靠发动机热源制热。纯电动汽车由于没有发动机，需要依靠电动压缩机制冷，依靠PTC加热器制热，结构复杂，且电池热管理系统不仅要防止电池过热，还要在电池过冷时进行保温。

采用电动压缩机制冷空调系统基本原理为，电池组的直流电经逆变器为空调压缩机驱动电动机供电，空调电动机带动压缩机旋转，从而形成制冷循环，产生制冷效果。电动压缩机制冷空调系统相对于传统汽车空调系统的改变量最小，在结构上只是压缩机驱动动力源由发动机变为驱动电动机。

电动空调是为电动汽车开发的，与传统汽车空调压缩机最大的区别是自带电机结构驱动和控制器进行控制，只需接入电源和控制信号。动力来源于电动汽车电池。

图表 2 传统汽车空调与电动汽车空调结构对比

燃油汽车空调系统的暖风热源主要由发动机冷却液提供，而电动汽车的暖风系统与之不同。电动汽车空调系统暖风常见的方案如下：

①热泵。由传动带驱动的直流无刷电动机的电动汽车热泵式空调系统工作原理如图所示。空调系统的制冷/制热模式由四通换向阀转换，实线箭头表示制冷工况，虚线箭头表示制热工况。从原理上讲，该系统与普通的热泵空调并无区别，但是用于电动汽车上，其专门开发了双工作腔滑片压缩机、直流无刷电动机和逆变器控制系统。在热泵工况下，系统从融霜模式转为制热模式时，风道内换热器上的冷凝水将迅速蒸发，在风窗玻璃上结霜，影响驾驶的安全性。

②PTC电加热器。PTC电加热器是采用PTC热敏电阻元件为发热源的一种加热器。PTC热敏电阻通常是用半导体材料制成的，它的电阻随湿度变化而急剧变化，当外界温度降低，PTC电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。按材质可以分为陶瓷PTC热敏电阻和有机高分子PTC热敏电阻。用于空调辅助电加热器的是陶瓷PTC热敏电阻。PTC热敏电阻元件因具有随环境温度高低的变化，其电阻值随之增加或减小的变化特性，所以PTC加热器具有节能、恒温、安全和使用寿命长等特点。

图表 3 电动汽车热泵式空调系统原理

空调辅助电加热器可以分为粘接式陶瓷PTC加热器和金属PTC管状加热器。粘接式陶瓷PTC加热器是将多个陶瓷PTC芯片及铝波纹散热片用耐高温树脂胶粘接在一起的加热器，其散热性好，电气性能稳定。其中粘接式陶瓷PTC加热器又分为加热器表面带电型和加热器表面不带电型。

金属PTC管状加热器采用进口镍铁合金丝为发热材料，发热管外镶铝散热片，其散热效果非常好。加热器配用温度控制器和热熔断器，使产品使用更安全可靠。这种加热器具有PTC材料的良好特性，一些空调均采用此类加热器作为辅助加热。

③余热辅助PTC。利用大功率器件(功率变换、驱动电机、电机控制器等)工作时产生的热量，对车内环境进行热交换。当热量不足时，启用辅助PTC加热器。

新能源汽车空调能耗占整车能耗15%以上；PTC热电阻加热供暖方式能耗很大，热泵技术节能效果明显，成为替代PTC的应用趋势。国外的宝马、三菱、日产都开始采用电动涡旋压缩机的技术来进行采用，目前国内现在也有部分车型的采用，但是现在的技术水平还是处于单机的水平。

对于热泵技术，进一步提升功率密度，降低最低工作温度是下一步研发的重点，也是节能重要的手段。

三、新能源汽车空调产业链

新能源汽车空调的上游企业有生产压缩机、变频器、热交换器等空调部件的通用件生产厂商以及高分子复合材料玻璃钢生产厂商。还包括铜、铝等原材料行业。下游为新能源汽车行业，新能源汽车空调行业与上下游行业之间关联性较大。铜、铝、压缩机和发电机占汽车空调行业生产成本的比重为 50%左右，上游材料价格对汽车空调的成本影响较大。

一般新能源汽车空调企业其零部件以委托第三方加工的方式生产。新能源汽车车空调压缩机以外的其他零部件，因为供需关系平衡且多家企业均可生产供货，上游企业的议价能力较弱。

压缩机是空调的关键部件，是影响空调性能的决定性因素之一。以客车为例，传统客车空调系统多数采用机械驱动的开启活塞式压缩机或螺杆式压缩机。新能源客车空调多数采用变频卧式涡旋压缩机，目前大部分空调生产厂家采购进口卧式变频涡旋压缩机。

国内对变频卧式涡旋压缩机的需求不断增加，给变频卧式涡旋压缩机提供了市场需求。需求量的不断增大使变频卧式涡旋压缩机出现供应短缺的情况。目前，国内卧式涡旋压缩机大部分依赖进口，供应商主要有：美国艾默生（Emerson）、日本日立（Hitachi）和日本松下（Panasonic）三家。由于目前国产电动空调压缩机技术尚不成熟，功率较小，且产量提升需要一定时间，同时国外进口压缩机价格较高，因而压缩机供应短缺的情况短期内尚会持续，将有可能影响新能源汽车空调的产能。

四、主要空调企业下游配套情况

一般来讲，新能源汽车空调与下游车企主要有两种配套模式：一种是“标配模式”，另一种是“终端模式”。

所谓“标配模式”是指，汽车零部件生产企业将产品直接销售给整车厂商的模式。“终端模式”是指，汽车零部件生产企业将产品直接销售给终客户的模式，即汽车零部件厂商与客户达成购销意向后，用户向整车厂商发出指令，要求在其购买的车辆上必需安装指定品牌的汽车零部件。

汽车空调行业，乘用车/轻型客车/货车空调由于单价较低、标准化、批量大且售后服务较少的特点，因此生产企业主要采用“标配模式”。

大中型客车空调产品具有单价较高、非标准化、批量小且个性化售后服务要求较高的特点，因此技术优势、售后服务优势、市场营销能力突出的大中型客车空调生产企业可以在采用“标配模式”的同时，采用“终端模式”。