汽車空調技術發展現狀與趨勢解析

汽車業的高速發展，帶動了汽車空調市場需求持續大幅增長。隨著消費升級及節能減排政策縮緊，促使汽車空調技術不斷改進和完善，汽車空調已不再是單純的用于制冷制暖，而是涉及到節能環保、車內空氣質量，同時又要滿足消費者個性化需求等。同時隨著新能源車的發展，會影響到電量的分配和續航里程。新的汽車市場發展形勢下，汽車空調將面臨新一輪升級和變革。

整體來說，汽車空調正在向著輕量化、高效化且滿足電動車方向發展，由提升性能到提升效率上進行轉變。

目前，歐美一些國家已經出臺相關法規鼓勵高效空調技術的應用。日本也在研究類似制度法規，我國汽車空調協會近年一直主張和呼吁高效空調相關鼓勵制度，但因諸多原因進展不是很順利，不過迫于節能減排壓力，車企在此方面已經開始著手和努力，不斷嘗試采用新的工藝、設計、材料等。

汽車空調系統主要有以下幾個部件組成：汽車空調壓縮機、冷凝器、節流膨脹結構、蒸發器、管路。以上汽車空調核心部件中，能耗提升主要體現在壓縮機和冷凝器上。

市場發展現狀及展望

一市場總體發展現狀

隨著中國汽車工業的快速發展，汽車空調需求量激增，行業利潤水平較高，本土和國際汽車空調企業紛紛設廠或擴大產能，致使產品供應量較快增長。隨著市場競爭的加劇，汽車空調主要原材料銅、鋁價格的上升，行業利潤水平下降；此外，整車制造商從質量、技術、資金規模等各方面對汽車空調廠家要求更加嚴格，很多規模較小、市場競爭力弱的汽車空調企業關閉，行業集中度提高。

自20世紀90年代以來，隨著中國汽車工業的快速發展，汽車空調需求量激增，行業利潤水平較高，本土和國際汽車空調企業紛紛設廠或擴大產能，致使產品供應量較快增長。自 2003 年以來，隨著市場競爭的加劇，汽車空調主要原材料銅、鋁價格的上升，行業利潤水平下降；此外，整車制造商從質量、技術、資金規模等各方面對汽車空調廠家要求更加嚴格，很多規模較小、市場競爭力弱的汽車空調企業關閉，行業集中度提高。

汽車產業的快速發展，帶動了汽車空調行業的市場需求的增長。國際市場方面， 2015 年全球主要汽車一級供應商及整車廠共生產汽車空調總成系統8,607.22 萬套，預計未來平均每年保持2-3%左右增速，2021年將達到9,993.60萬套。

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

中國汽車空調產量及市場規模

近幾年，汽車空調市場競爭開始趨于平穩，各大汽車空調生產企業擁有較為穩定的客戶群和市場，行業采用以銷定產的生產模式，市場供應量基本與市場需求保持同等幅度的增長，市場未出現供應大幅超過需求的情況。

新能源汽車的火熱，也對想進入該領域的企業提供了無限的機遇，傳統汽車空調企業紛紛轉型做新能源汽車空調，同時一些新晉的企業也擠入該領域，在未來幾年內，該行業企業將快速增多，產品供應能力將大大提升。

二市場分布格局

在傳統汽車空調領域，主要以外資品牌為主，根據近幾年中國汽車空調銷量統計，SUV和皮卡空調市場排名靠前包括法雷奧、電裝、偉世通、Macs、協眾南京、德爾福等；商用車空調方面有協眾南京、湖北美標、東風貝洱、法雷奧等；空調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。

國內的汽車空調企業圍繞整車廠分布，大多與該地區整車廠有合資關系。如貝洱與東風合資建有東風貝洱，一汽與法雷奧合資建有一汽法雷奧，空調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。

全球汽車空調品牌市場份額

新能源汽車空調方面，國內本土企業關鍵技術缺乏，研發能力有限，大都是移植轎車空調系統，更換下壓縮機方式解決，無法滿足現階段要求。另外，外資企業占有技術優勢，但不愿意對國內企業做技術轉讓。目前新能源汽車用空調市場仍延續傳統汽車空調市場格局，整車與空調企業供應關系變化不大。

汽車空調系統產業鏈全景圖

技術發展趨勢

目前，汽車空調系統出現了以下幾個新技術：

一新型汽車空調系統

（1）新型儲冷汽車空調系統

新型儲冷汽車空調系統新型儲冷汽車空調系統主要由兩部分組成：制冷/儲冷循環系統和釋冷循環系統。制冷循環系加注制冷劑R134a；釋冷循環系統加注載冷劑（水或乙二醇），如下圖所示。

新型儲冷汽車空調系統示意圖

當汽車以正常速度行駛時，僅制冷循環系統工作，空調安裝額定工況，額定容量提供制冷。當汽車高速行駛時，制冷/儲冷循環系統同時工作，制冷循環提供的制冷量大于車內需冷量，多余的冷量通過儲冷循環保存起來。當汽車怠速行駛或停車時，制冷/儲冷循環系統不工作，釋冷循環系統提供車內所需的冷量。當汽車正常行駛且車內需冷量大于制冷系統的額定供冷量時，釋冷循環系統可同時工作，彌補車內供冷量的不足，保證舒適性。

（2）余熱制冷汽車空調系統

余熱制冷汽車空調系統中比較成熟的是吸收式制冷技術，主要是回收利用發動機余熱以驅動汽車空調系統，可同時滿足節能環保的需求。余熱制冷主要是利用金屬氫化物脫氫吸熱的原理，通過可逆地化學反應實現加熱或制冷的目的。余熱制冷空調系統通常采用兩種工質，要求工質吸、放氫能力強且平衡氫壓不同，利用在放氫過程中的吸收反應熱達到制冷目的。余熱制冷汽車空調是現階段最有發展前景的新型制冷方式。利用汽車廢氣溫度使工質進行化學反應，促使工質循環吸收與釋放氫氣，即可實現連續制冷。

（3）太陽能制冷汽車空調系統

光電轉換的利用主要體現在兩個方面，如所示。一種是利用特殊半導體材料制成的光伏電池板產生帕爾帖（peltire）效應，產生直流電制冷，另一種是利用產生的電能驅動壓縮機做功。光熱轉換的利用主要是太陽能集熱裝置提供熱能驅動吸收式制冷機工作。

太陽能制冷汽車空調系統示意圖

太陽能汽車空調的主要優勢是輻射強度與制冷量成正比，目前的發展主要受限于材料的光熱轉換效率和蓄能設備。隨著石墨烯等新型材料技術的成熟，太陽能汽車空調技術的應用將得以實現。

（4）跨臨界循環二氧化碳汽車空調系統

目前歐洲各國已開展跨臨界循環二氧化碳汽車空調系統的研究工作，奔馳汽車已完成實車試驗，效果較好。美國的眾多學校和研究機構，也建立各種實驗臺，對二氧化碳汽車空調進行研究。國內對二氧化碳汽車空調系統也取得了一些成功，但距離實際應用仍有較大差距。

二集成式整車熱管理系統

隨著新能源汽車的發展普及，空調系統已逐漸向整車熱管理系統演化發展。如整合整車的冷熱源合理分配，在控制空調系統的同時，統籌解決電機、電池熱管理。

如下圖所示的一種集成式管理系統概念圖，具有以下特點：電機、變速器發熱作為熱源，作為空調制熱、電池加熱熱源；PTC加熱僅在車輛冷啟動初期使用；熱管理ECU兼具空調控制、電池熱管理、電機熱管理功能。

集成式管理系統概念圖

現存問題與國際差距

在空調控制方面上，傳統汽車空調目前采用ECU電控系統加“變排量控制”。在效率上有所提升。新能源電動汽車采用電動壓縮機，在電控領域我們可以借鑒家用空調的控制模式采用“變頻控制”，目前各空調廠家已經研究交流變頻電動壓縮機，而且變頻空調在技術上比較成熟，主攻方向是車內的應用。另一項技術應用也可以借鑒家用空調，就是熱泵技術。由于空調制冷時會有大量熱能損失，如果能有效利用熱交換，不但能提高效率還能降低續航里程壓力。

與常規汽車空調系統相比，在研究人員和汽車工程優化人員共同努力下，新一代空調系統無論是對汽車內空氣質量的改善功能，還是在綜合調控自動化性能等方面，均有了很高的提高。而空調的零部件選擇，目前國內主要是壓縮機和控制模式，其他仍然采用燃油汽車空調的零部件。主要采用PTC加熱和電熱管加熱，這就導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今面臨的比較棘手的問題。

目前，國內生產電動汽車的部分廠家，比如比亞迪、奇瑞、江淮等公司都是上述的發展模式。

而國外的電動汽車空調系統由于發展較國內早，所以相對國內來說，技術較為成熟，他們使用電驅動熱泵式空調系統，在節能高效以及實用性上有很大突破，同時還開發了空調座椅，使汽車空調系統性能大大提升，此電動空調系統相對于其他空調系統具有很多優點，但是在純電動汽車上匹配時需要注意對整車性能的影響，特別是續駛里程和最高車速，不能厚此薄彼，要綜合考慮，系統各部件的選用要以節能為中心。電動汽車上的空調系統目前主要采用的是電動壓縮機空調系統，但是其它形式的空調系統也有很大的發展空間。

結語

汽車空調未來不再僅僅是為人們提供舒適性的車用配置，節能減排形勢所迫及汽車技術的快速發展，給予較大技術挑戰的同時也使其面臨更多的提升空間和機遇。

2016年之后，新能源風起，空調行業出現新機會。在汽車空調領域，傳統空調不再滿足新能源汽車制冷、制熱要求，配備電動壓縮機的熱泵空調成為新時期發展方向。

新能源汽車將帶來部分部件價值量的提升，如：傳統壓縮機價值量在400-600元左右，而電動壓縮機價值量在1500元左右；對于新能源汽車，由于電池熱管理、熱泵空調的應用中對冷媒調節范圍、精度等要求的進一步提高，相對傳統膨脹閥，電子膨脹閥可實現對新型汽車空調及熱管理系統的冷媒流量控制要求，傳統膨脹閥價格在25元左右，而電子膨脹閥價值量可達到200元。此外，未來熱泵空調的普及和CO2新冷媒的應用，也將帶來汽車空調行業的變革。