热泵技术。

　　热泵技术的原理是利用热循环过程，将低温热源，例如室外的空气，循环水或地面的热能，传递到高温物体中，用来加热水或采暖。为了将低温热源中的能量传递到高温热源，热泵需要来自外部的驱动能，可以是电能也可以是热能，流量温度越高，驱动能需求越大。而热泵制冷管道中的特殊阀门可使循环反向进行，因而同一设备不仅可以加热也可以制冷。

　　热泵按原理分类

　　热泵系统的工作原理其实是与制冷系统的工作原理是一致的。因为两者的主要部件及组成是一样的：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。

　　热泵有四大优点，**是节能，有利于能源的综合利用；第二点是有利于环境保护；第三点是冷热结合，设备应用率高，节省初投资；第四因为它是电驱动，所以它调控比较方便。

　　热泵的工程原理是什么？

　　热泵用制冷剂作为媒介，制冷剂汽化温度低，在-40℃即可汽化，故此，它与外界温度存在着温差，冷媒吸收了外界的温度后汽化，通过压缩机压缩制热，变成高温高压气体，再经热交换器与水交换热量后，经膨胀阀释放压力，回到低温低压的液化状态，通过制冷剂的不断循环并与水交换热量，将水罐中的水加热。

　　热泵可分为压缩式热泵和吸收式热泵两大类。

　　压缩式热泵是以制冷剂作为媒介，制冷剂汽化温度低，在低温时即可汽化，它与外界温度存在着温差，冷媒吸收了外界的温度后汽化，通过压缩机压缩制热，变成高温高压气体，再经热交换器与水交换热量后，经膨胀阀释放压力，回到低温低压的液化状态，通过制冷剂的不断循环并与水交换热量，将水罐中的水加热。

　　吸收式热泵是一种以热能为动力，利用溶液的吸收特性来实现将热量从低温热源向高温热源输送的热泵设备。吸收式热泵中，不需要压缩机，取而代之是吸收器和发生器两个热交换设备。这两个设备所起的作用，相当于压缩式热泵系统中的压缩机的作用。

　　热泵按热源分类

　　热泵按热源可分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵等。

　　空气源热泵以无处不在的空气中的能量作为主要动力，通过少量电能驱动压缩机运转，实现能量的转移，无需复杂的配置、昂贵的取水、回灌或者土壤换热系统和专用机房，能够逐步减少传统采暖给大气环境带来的大量污染物排放，保证采暖功效的同时兼顾节能环保的目的。

　　地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源（如电能）实现由低品位热能向高品位热能转移。利用了地球表面浅层地热资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

　　水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。地球表面浅层水源（一般在1000 米以内），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。

　　空气源热泵适用于有空气的地方，不过以目前的技术来说在零下25℃以上的地区都是可以使用的。而且效果很好.

　　地源热泵适用于独栋别墅或者带花园的别墅，因为地源热泵需要打井，即使是采用垂直封闭式打井也是需要不小的面积。除此之外还要根据勘察看地质情况才能确定能不能做地源热泵。

　　水源热泵适用于水资源比较充足的地区，比如人工利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，*好不要选择天然水资源。

　　热泵发展历史

　　热泵世界发展史

　　1824年，法国物理学家萨迪卡诺发表论文提出“卡诺循环”理论（压缩式热泵）。185年，英国科学家开尔文（L.Kelvin）提出，冷冻装置可以用于加热，将逆卡诺循环用于加热的热泵设想，**正式热泵系统的概念出现。

　　20世纪20年代热泵进入初期发展阶段。1912年瑞士的苏黎世成功安装了一套水源热泵系统，预示着世界上**套热泵系统面世。1924年空气源热泵技术发明面世。1927年英国苏格兰安装了**台空气源热泵并试验其运行情况。该台热泵以空气为热源作热水供应和采暖使用。

　　20世纪40-50年代热泵进入了迅速发展期，各种家用及商用热泵得以研发并进入市场。这期间出现了多款具有代表性的热泵装置，欧洲1937~1941年应用至学校、医院、办公室和牛奶场等各种热泵装置。

　　上世纪70年代各个国家纷纷加大对热泵的研发力度，制定了多样发展计划，开拓热泵更广泛的使用用途及技术，至此热泵进入发展黄金时期。日本、瑞典和法国等国家注重生产以室外空气为热源的小型家用热泵，英国和德国更注重把大型热泵装置用于大型商业和公共建筑物的热回收系统中。

　　1971-1976年美国热泵产量从8.2万套增至30万套，1977年日本热泵年产量超50万套，澳大利亚、英国、法国、北欧、新加坡等国家产量成倍增长。

　　热泵中国发展史

　　热泵发展历史虽长，但中国热泵的发展却相当滞后，直到20世纪80年代热泵才得到发展和研究。90年代国家积极引进国外热泵技术和**生产线，开始大力开发适合国情的热泵装置和热泵系统，我国热泵行业在理论研究、实验研究、产品开发、工程应用等方面取得丰硕成果，并逐步形成了完整的热泵工业体系。

　　进入21世纪以后，我国热泵技术不断创新。热泵理论研究的深度与广度不断加大，对空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵和水环热泵空调系统等进行了系统研究。近年来因国家煤改电、节能减排等政策推动，人们对环保节能产品的追求，空气能热泵技术的成熟，热泵自然冷媒、变频技术等创新突破，应用广泛的热泵在中国开辟出自己的一席之地，迎来发展春天。

　　技术优势

　　在新型供热技术中，热泵是非常杰出的代表。相比其他供能设备，热泵*显著的优势就是其节能环保，热泵热效率全年可以达到300%以上，而锅炉的热效率不会超过100%。

　　图7：热泵效率图

　　因此，热泵不仅可以大大减少转化过程中的能耗损失，而且可以变少为多。此外，因为热泵的种类繁多，根据需求和应用场景的不同，可选择*适合的热泵产品，如：

　　· 吸收式热泵实现工业余热的回收利用或在冷热电三联供系统中作为冷热供应设备。

　　· 压缩式电热泵可通过光伏+热泵（制冷）模式，实现点转热（冷），消纳新能源。

　　此外热泵还有以下优点：

　　1、适用范围广：热泵适用温度范围根据产品的不同，适用范围十分广，有低温热泵与高温热泵之分。

　　2、安装方便：热泵占地空间很小，通常可直接接保温水箱或与供暖管网连接，适合于大中城市的高层建筑以及大型中央供热。采用多台机组并联的安装模式，当用户量增大时，可随时增添设备。

　　3、运行费用低：与燃油，燃气锅炉比，全年平均可节70%的能源，加上电价的走低和燃料价格的上涨，运行费用低的优点日益突出。

　　4、运行安全，无需值守：与燃料锅炉相比，运行安全，而且容易实现智慧运维，无需人员值守，可节省人员成本。

　　CO2热泵技术

　　1 CO2工质概述

　　1.1 CO2工质发展史

　　在1850年,Twing提出在蒸气压缩系统中采用CO2作为制冷剂并获英国专利。1869年Lowe**次成功使用CO2应用于商业制冷机,证实了CO2作为制冷剂的可能性。1882年Linde设计开发了采用C02为工质的制冷机。1884年Raydt设计的CO2压缩制冰系统获得了英国专利。1884年Harrison也设计了一台采用CO2的制冷装置并获得了英国专利。1886年Windhausen设计的CO2压缩机获得了英国专利,并于1890年开始投人生产。随后C02制冷剂的使用有了快速的发展。20世纪40年代在英国的船上广泛采用了CO2压缩机。

　　1931年,以R12为代表的CFCs制冷剂一经开发,便以其无毒、不可燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力和较高的制冷效率,很快取代了CO2在制冷方面的位置,CO2逐渐不再被作为制冷剂使用,*后一艘使用CO2制冷机的船只在1950年停止工作。

　　进人到20世纪末期,由于CFCs对于臭氧层和大气变暖的重要影响,为保护环境,实现CFCs替代成为全世界共同关注的问题。世界范围内的CFCs替代进程在不断加快。中国制冷空调行业的替代转换工作起始于上世纪90年代初。前国际制冷学会主席G.Lorentzen在1989～1994年大力提倡使用自然工质,特别是对于CO2的研究与推广应用上起了很好的推动作用。目前跨临界CO2热泵及其部件的开发研究已经成为制冷领域的热点之一[1]

　　1.2 CO2工质的性质

　　常温下,CO2是一种无色、无嗅的气体。其相对分子量为44.01,临界压力为7.37MPa,临界温度为31.1℃ ,临界容积为0.m3/kg,比热容为0.833kJ/(kg.K),三相点温度为-56.57℃ ,三相点压力为416kPa,在101.325kPa下,其升华温度为-78.15℃ ,蒸发热573.27kJ/kg。CO2是碳的*高氧化状态,具有非常稳定的化学性质,既不可燃,也不助燃。

　　作为制冷剂,人们希望其安全性、循环效率、价格等方面均佳,但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂。与其它制冷剂相比,CO2也有其优势与不足。表1和表2列出的几种制冷剂性质的比较。

　　表1 几种制冷剂主要性能比较[2]

　　表2 几种制冷剂的毒性【2】

　　由上表可以看出，CO2作为自然工质，与常用制冷剂相比具有独特的优势：

　　(1)环境性能优良。CO2是自然界天然存在的物质,它的臭氧层破坏潜能(ODP)为零,其温室效应潜能极小(GWP=1)。而现在作为推荐替代工质的HFCs及其混合物,其ODP虽为零,但GWP却比C02高1000～2000倍。

　　(2)自身费用低,无需回收或再生,操作与运行的费用也较低。

　　(3)化学稳定性好,完全适用于普通的润滑油和通常的制造材料。

　　(4)有利于减小装置体积,高的工作压力使得压缩机吸气比容较小,使得容积制冷量增大,使得压缩尺寸减小。流动和传热性能提高,减少了管道和热交换器的尺寸,从而使系统非常紧凑。

　　(5)安全无毒,不可燃,即使在高温下也不分解产生有害气体。

　　2 CO2跨临界循环及特点

　　由于CO2临界温度较低(31.1℃)，其热泵循环流程采用的是跨临界循环(系统循环原理图及t-s图见图1)。CO2跨临界循环时，压缩机的吸气压力(图1中1点)低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程在亚临界条件下进行，换热过程主要依靠潜热来完成。但是压缩机的排气压力(图1中2点)高于临界压力，换热过程依靠显热来完成，此时高压换热器不再称为冷凝器，而称为气体冷却器。

　　由图2可以看出，CO2跨临界循环具有以下几个特点：(1)放热过程是一个伴随有较大温度滑移的变温过程，这正好与水加热时的温升相匹配，是一种特殊的洛伦兹循环，可以减少高压侧不可逆传热引起的能量损失，有利于提高循环系统的COP；(2)与常规制冷剂相比，CO2跨临界循环的压缩比较小，约为2.5～3.0，可以提高压缩机的运行效率，进而提高系统的性能系数；(3)系统的运行压力高，这对系统的材料强度、密封和管道连接等方面的要求更苛刻；(4)传统的亚临界系统，制冷剂在冷凝器出口的焓值仅是温度的函数，而CO2跨临界循环系统中，超临界压力状态下温度和压力彼此独立，所以高压侧压力对制冷剂焓值有影响，高压侧压力也会对制冷量、压缩机功耗和COP值产生影响，由图2可知在*佳排气压力下，循环系统的性能系数COP可达到*大【3】。

　　(a) 系统循环原理图

　　（b）t-s图

　　图1 CO2跨临界循环

　　图2 制冷量 、压缩机功耗、COP值与压缩机排气压力的关系

　　3 CO2热泵系统及其应用

　　3.1热泵热水器

　　CO2跨临界循环应用的另一个主要领域是热泵热水器,近年来CO2热泵热水器技术发展迅速。与常规的氟里昂热泵热水器相比, CO2热泵热水器能制取90℃的高温热水,而常规的氟里昂热泵热水器的热水温度一般只能达到55～65℃；同时CO2热泵的制热性能系数也比常规的氟里昂热泵循环高,可达到4.0以上。但是CO2制冷剂在热泵热水器系统中的压力要比常规的氟里昂系统R410A高很多,因此CO2热泵系统需要专门设计。表3给出了CO2热泵实际系统与氟里昂R410A系统中的主要参数对比情况。从表3可以看出,与R410A制冷剂相比,CO2热泵系统的高压压力达到12MPa,系统在这样的高压下运行,必须考虑系统承受高压的性能、高压保护、压缩机的选择、润滑油的选择等一系列问题。

　　表3 CO2制冷剂在热泵实际系统中的压力等参数[2]

　　图3是挪威NTNU-SINTEF实验室关于二氧化碳热泵热水器试验系统图[4]。图中省去了各种控制阀和传感器。实际系统中，热源为工业废气、空气等，这里采用电加热乙二醇溶液来模拟热源，气体冷却器采用逆流流动。蒸发器是板壳式换热器，能承受较高的压力。节流阀开度根据高压侧的排气压力动态调节，使系统在*优高压侧压力下运行。

　　图3 二氧化碳热泵热水器试验系统示意图

　　试验结果表明二氧化碳适合作为热泵热水器制冷工质。以空气作为热源，当供应热水温度为60℃时，二氧化碳热泵热水器的能量消耗比电或燃气热水器降低了75％。图4显示了制热系数随蒸发温度的变化情况[5]，水温从10℃升至60℃。蒸发温度升高，制热系数基本成线性规律上升。

　　图4 制热系数随蒸发温度变化曲线

　　实际工程中应尽量提高蒸发温度。制热系数随出口水温升高而降低，图5显示了制热系数随热水温度变化情况[4]。当二氧化碳热泵热水器生产达到90℃热水时，可正常运行，但效率会降低。当蒸发温度为0℃ ，热水从60℃上升到80℃时，制热COP相应从4.3降至3.6[4]。

　　图5 制热系数与热水温度变化曲线图

　　Saikawa等对二氧化碳热泵热水器的研究表明它的年平均COP可达到3。其他研究者对二氧化碳热泵热水器现场测试则表明：提供65℃热水，年平均COP为3.53；提供900℃热水，年平均COP为2.72【6】。试验和实践均表明：二氧化碳热泵热水器适合热水的制取，并具有较高的效率。

　　表4给出了日本几家公司所生产的CO2热泵热水器的产品规格。表5给出了表4所列出耗电量和性能系数所测定的工况。关于CO2热泵热水器的测试标准,目前国际上还未统一，日本、欧洲和美国等国家各有相应的标准。

　　表4 热泵热水器的产品规格

　　表5 耗电量和性能系数所测定的工况

　　3.2热泵干燥系统

　　干燥是工农业生产中广泛使用且耗能巨大的加工工艺，发达国家干燥能耗占国家工业能耗的7％ ～15％，在我国一般干燥过程的能耗约占整个加工过程总能耗的10％[7]。自20世纪70年代初石油危机以来，世界各国均对干燥加工的节能技术展开了大量的研究，热泵干燥是在这种背景下产生的一种新型节能干燥技术。研究和应用实践表明，热泵干燥较常规气流干燥。在能源消耗和干燥成本方面具有明显的优势。

　　热泵干燥系统的形式较多，从节能的角度出发，目前大多采用闭路式热泵干燥系统。图6是基本的CO2热泵干燥系统示意图，由热泵循环和空气循环组成。热泵循环由压缩机、气体冷却器、节流阀、蒸发器等组成。空气循环由风机、干燥室和辅助冷凝器等组成。

　　图6 基本的C02热泵干燥系统

　　在图6所示的干燥系统中，由于节流阀的节流作用，使气体冷却器出来的CO2流体从超临界状态变成气液两相状态，节流损失远大于常规卤代烃工质的节流损失。为减少节流损失，第二种CO2热泵干燥形式在**种形式的基础上，用膨胀机代替节流阀，如图7所示，其中膨胀机与压缩机同轴联接以回收部分膨胀功，减少压缩机的耗功。

　　图3 带膨胀机的C02热泵干燥系统

　　CO2热泵干燥的循环过程由热泵循环和空气循环组成(见图6、7)，热泵循环用于对干燥介质(空气)在气体冷却器中加热和在蒸发器中降温除湿，提高空气的吸湿能力；空气循环提供空气流动的通道，使空气在系统中循环流动，完成对干燥物料的干燥除湿[8]。

　　4存在的问题

　　CO2工质在热泵中的应用研究才进行10几年的时间，目前还存在着许多有待突破和改进的地方：

　　（1）新型高效CO2压缩机的开发与改进。例如,双级滚动活塞压缩机为代表的双级压缩机使结构更紧凑,系统布置更灵活,而且双级压缩会减小压差,减小泄露和机械损失,能够显著地提高系统效率和压缩机的效率,将是未来压缩机发展的一个方向。

　　（2）膨胀-压缩机的研制。在CO2跨临界循环中,降低膨胀部分的损失,是解决效率的有效途径。利用膨胀机的输出功率驱动压缩机完成压缩过程,使膨胀机与压缩机组成一体而形成膨胀压缩机,这种膨胀压缩机将成为CO2循环中特有的组成部分。

　　（3）高效跨临界循环热交换器的设计。针对CO2工质的流动和传热特性，设计出高效的CO2热泵热水器换热器，从而提高系统效率。

　　（4）CO2系统安全性相关的研究需进一步加强。设计时需满足系统各个部件的承压要求，保证高压运行的安全性

　　（5）**控制方式的研究，从而使系统更加可靠、稳定，使用更加方便。

　　（6）关于CO2热泵的测试标准，各国尚不统一。在研制出口产品时，需针对出口国的要求进行测试。

　　空气能热泵

　　什么是空气源热泵？

　　空气源热泵即一个能量转移装置，它是指遵循逆卡诺循环原理，通过消耗少部分电能，将空气中蕴含的大量热量转移到需要热量的空间的设备。

　　逆卡诺循环供热系数：ε=TK/(TK-T0)

　　空气能热泵制冷剂（冷媒）:

　　在制冷装置中不断完成循环的工作物质。常用制冷剂：氨、氟利昂（R22、R134A、R407C、R410A）。

　　制热量：

　　单位时间内由热泵机从外界吸热后向室内输送的热量。

　　COP值：

　　实际上就是热泵系统所实现的制热量和输入功率的比值，在相同的工况下，其比值越大说明这个热泵系统的效率越高越节能。

　　制热原理

　　压缩机:是制冷、制热循环的心脏。

　　1、容积式制冷压缩机:是靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。

　　常用的容积式压缩机：活塞式、滚动转子式、涡旋式、单螺杆式、双螺杆式。

　　2、离心式制冷压缩机:是靠离心力的作用，连续地将所吸入的气体压缩。

　　全封闭活塞式压缩机

　　滚动转子式压缩机

　　涡旋式压缩机

　　单螺杆式压缩机

　　双螺杆式压缩机

　　离心式压缩机

　　套管式换热器

　　套管换热器是将热流体的部分热量传递给水的载体，选用高效螺纹状的铜管，外包经过处理的镀锌钢管，实现了制冷剂包水的过程，让高温的制冷剂气体充分的与水接触，达到更好的传热效果。

　　套管换热器的优点：

　　结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。

　　传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。液-液换热时，传热系数为 870～1750W/（m2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。

　　结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。

　　翅片换热器的特点：

　　1、传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具 有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。

　　2、紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000㎡/m3

　　3、轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量生产。

　　4、通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性。

　　空气能热泵工作原理

　　在自然界中，水总由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温，所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象。能使热量从低温转化为高温的机械装置，我们称之为“热泵”。

　　空气源热泵=冬季制热+夏季制冷（满足冬夏两种工况要求）其他采暖设备只能冬季制热，夏季制冷时还需要加装空调设备。

　　空气源热泵使用1份电能，同时从室外空气中获取2份以上免费的空气能，能生产3份以上的热能，高效环保。

　　空气源热泵的四大部件包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀。通过让“冷媒”（常见的有R22、R410A等）不断完成蒸发（吸取环境中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到媒介中（水）。

　　空气源热泵在工作时，首先是输入1份电能，驱动压缩机做功（这部分电能*终还要转化为热能），然后从外界环境温度中再吸收大量的热能，通过冷媒循环系统在冷凝器中进行放热。正是由于“能量守恒定律”的存在，输入压缩机的这1份电能总是能转化成为1份热能，而从外界环境中吸取的大量热能就成了额外的收获啦。也就是说，真正把水加热的主要力量，不是输入的那1份电能，而是空气中免费的“热量”。

　　空气能热泵喷气增焓技术

　　*初的空气能热泵问题不少，比如运行噪音太吵，机组体积过大，还有低温下制热效率不高等，低温下制热效率不高，那是实实在在的影响产品的性能，很多厂家也都开始攻坚这一难题，如“喷气增焓”方案。

　　严格来说，所谓的“喷气增焓”技术是建立在一个完整的系统上的，系统由喷气增焓压缩机、热水换热器、蒸发器等特殊部件组成。但是在其中起着核心作用的是压缩机，那么什么是喷气增焓压缩机呢？

　　下图就是采用了“喷气增焓”技术的专用压缩机。这种压缩机增加了一个额外的蒸汽喷射口，压缩机从吸气口接收蒸发器传过来的能量，从蒸汽喷射口接收管道另一头补充过来的蒸汽，蒸汽用于冷却管路中不断循环的冷媒（制冷剂）。这么做的本质意义，是利用蒸汽的进入，把原先一段式的压缩过程分为一个准二级的压缩过程。

　　为了说明更清楚，我们可以一步步的分析这个过程：

　　**步：压缩机接收蒸发器从空气中吸收来的热量A并压缩；

　　第二步：打开喷气增焓补气回路，蒸汽通入压缩机；

　　第三步：正在被压缩机压缩的那部分能量A与进来的蒸汽混和，这个过程会一直持续到压缩机的工作腔与补气口分离，这时候蒸汽与能量A充分混合，成为一股新的能量B；

　　第四步：压缩机工作腔与补气口分离后，能量B被进行“二级”压缩，*后能量B进入冷凝器，与水进行热交换。

　　那么补气里的“气”从何而来？

　　这些气由空气能热泵内的闪蒸器产生。闪蒸器与压缩机有相连的管路，蒸汽就是沿着管路，从闪蒸器通至压缩机。而是否补气，什么时候补气，由电磁阀的开断来控制。由于闪蒸器其实就位于冷凝器至蒸发器的回路中间。

　　当闪蒸器给压缩机补气时，其实也是增加了液态冷媒在节流前的过冷度，让液态冷媒在蒸发器可以更好的吸收空气中的能量。相当于间接提高了蒸发器给压缩机提供的能量A。除此之外，由于压缩机得到了补气，去往冷凝器的排气量也有所增加，使得在冷凝器中与水发生热交换的冷媒数量增加。正是这两个因素，使得“喷气增焓”方案提升了机组在低温环境下的制热能力。

　　车载热泵技术

　　热泵技术已经在建筑中应用多年，以降低供热和制冷成本。在大众汽车公司，这种高效的技术被用来为e-Golf制造热量，热泵系统是一个由许多部件组成的制冷剂回路。

　　在装有内燃机的汽车中，发动机产生的热量可以用来加热客舱。然而，电动汽车不能产生足够的热能来加热汽车内部，使用热泵可以让来自外部空气的热量和驱动部件产生的热量加热汽车内部。这样就减少了电高压加热器所需的电池功率，降低了能耗，有热泵的e-Golf的续航里程比没有热泵的大30%。

　　物理定律

　　热是什么?

　　热(数学上Q的符号，焦耳的单位)是由于温度差异在两个系统之间传递的能量的一种形式。

　　热总是从高温物体流向低温物体。

　　热可以通过热传导、热辐射或对流来传递。

　　相变

　　由于温度或压力，物质可以在三种基本状态之间变化;固体，液体和气体。

　　要改变物质的状态，一个物体必须吸收或释放热能:

　　熔化:从固态到液态的转变，热量被吸收。

　　蒸发:从液体到气体状态的转变，热量被吸收。

　　冷凝:从气态到液态的转变，热量被释放。

　　冻结:从液体到固体的转变，热量被释放。

　　热泵

　　热泵技术正是利用了这些规律。

　　水自己往下坡流，但需要被泵上坡，热也可以这样说:它会自动地从较高的温度“流动”到较低的温度水平，热泵利用电能将热量逆着自然“温度流动”从较低的温度水平泵到较高的温度水平。

　　热泵将热能从一个地方输送到另一个地方，很长一段时间以来，它们一直被用于建筑物供暖。与传统的采暖方式相比，热泵具有能耗低、污染程度低、运行成本低等优点。当颠倒过来时，这一原理用于冰箱和空调系统的冷却。

　　制冷剂

　　热泵制冷剂为R134a，它是一种低沸点的氟氯化碳(CFC)，R134a在气体状态下看不见，在蒸汽和液体状态下像水一样无色。

　　特征

　　?名称:四氟烷

　　?化学公式:CH2F-CF3

　　?沸点: -26.5°（1bar）

　　?凝固点:-101.6°C

　　?临界温度:100.6°C

　　?临界压力:4.056 MPa (40.56 bar)

　　压力和沸点

　　沸点是物质从液态变为气态的温度。物质的沸点总是在常压(1.bar)下给出，沸点的温度随压力的变化而变化，它在低压下下降，在高压下上升。这一特性可用压力-温度图中的蒸发曲线来说明。

　　热泵采用R134a制冷剂的物理特性。通过专门改变压力和温度，制冷剂能够:

　　——在室温或室温下蒸发并吸收热量

　　——在环境温度下冷凝并释放热量。

　　回路设计

　　热泵基本上由以下几个主要部件组成:压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器。

　　在封闭的热泵回路中，制冷剂在液体和气体状态之间循环变化，传递和输送热量，在这个回路中总是有一个高压侧和一个低压侧。

　　?压缩机低压吸入冷、气态制冷剂后高压压缩，压缩后的制冷剂温度上升，该阶段制冷剂为气态、高压、高温状态；

　　?冷空气(气流/风扇)通过冷凝器，制冷剂将热量传递给空气并冷凝，加热的空气流入车厢内部，该阶段制冷剂为液态，介质温度、高压；

　　?膨胀阀内液体制冷剂压力显著降低，压力降低导致制冷剂部分蒸发，制冷剂膨胀后温度明显低于环境温度；

　　?在蒸发器中，被喷射制冷剂的压力进一步降低，制冷剂蒸发。这一过程所需要的汽化热来自于外部较热的空气，然后空气冷却，现在气态制冷剂离开蒸发器。

　　R134a制冷剂相图

　　这张图代表了热泵回路中R134a的相位。你可以看到每个过程中的能量含量、压力、温度和制冷剂的状态，其他**值取决于外部空气温度和车辆内部的加热要求。

　　解释

　　A - B:压缩

　　制冷剂是气态的;压力和温度上升。

　　B - C:缩合

　　制冷剂变成液体，温度下降，压力保持不变。

　　C - D:膨胀

　　压力下降导致制冷剂部分蒸发，温度下降。

　　D - A:蒸发

　　制冷剂完全变成气态，温度略有上升，压力保持不变。

　　K:临界点

　　沸点线在临界点的左边，饱和蒸汽线在临界点的右边。

　　e-Golf的热泵

　　系统配置

　　e-Golf的空调系统由电器空调压缩机、蒸发器和冷凝器等部件运行。空调系统的制冷剂回路已经扩展，与热泵一起使用，包括制冷剂管路、电子膨胀阀、压力发送器、温度发送器和热冷凝器。

　　由于e-Golf的热泵系统也使用电机和动力和控制电子设备产生的热量进行电力驱动，第二个膨胀阀和热冷凝器的热交换器被平行使用在热泵电路中。

　　制冷剂回路

　　AX4高压电池充电器 G110空调发动机冷却液温度传感器

　　G395空调压力温度传感器 G787温度传感器在高压加热器(PTC)前

　　G788温度传感器后电驱动驱动电机 G826 A/C压力/温度传感器

　　G827空调压力/温度传感器 G828空调压力/温度传感器

　　G829空调压力/温度传感器 G931充前温度传感器

　　JX1电气驱动电源和控制电子 N632冷却液转换阀

　　N636制冷剂膨胀阀 N637制冷剂膨胀阀

　　N638制冷剂膨胀阀 N642制冷剂截止阀

　　N643制冷剂截止阀 N687散热器旁通切换阀

　　N696制冷剂截止阀 V470电动空调压缩机

　　V509 散热风扇 VX54三相电流驱动 Z115高压加热器(PTC)

　　电动空调器压缩机

　　带有热泵的e-Golf使用了一个内部涡旋压缩机设计的电动空调压缩机。

　　空调压缩机以低压方式吸入气态制冷剂，制冷剂被压缩，压力增大，制冷剂温度升高。

　　空调电压缩机将制冷剂作为热气推入冷凝器，该压缩机形成制冷剂回路低压侧和高压侧之间的分离点。

　　热泵冷凝器及蒸发器

　　热泵冷凝器是一个带有翅片的蛇形管道系统，这创造了一个大的热交换区与良好的传热，来自风扇的气流通过热冷凝器。

　　冷凝是物质由气态变为液态的过程。

　　热的气态制冷剂到达冷凝器，当冷空气流过冷凝器时，冷凝器管道和翅片吸收热量，当它冷却时，它凝结成液体，冷却的制冷剂随后被引导进入车辆内部。

　　蒸发器

　　蒸发器的设计与热泵冷凝器相似，也有内部的制冷剂流动，加热器和空调机组的空气流经蒸发器。

　　蒸发器在热泵运行时作为冷凝器工作(“加热”功能)，这意味着流经蒸发器的空气被加热。

　　蒸发器作为蒸发器在“冷却”模式工作(功能)，这意味着流经蒸发器的空气被冷却。

　　膨胀阀和截止阀、膨胀阀/截止阀位置

　　热泵回路采用三个膨胀阀和三个截止阀:

　　?N636制冷剂膨胀阀1 (EV1)

　　?N637制冷剂膨胀阀2 (EV2)

　　?N638制冷剂膨胀阀3 (EV1)

　　?N696制冷剂截止阀1 ()

　　?N642制冷剂截止阀4 ()

　　?N643制冷剂截止阀5 ()

　　膨胀阀设计

　　膨胀阀具有相同的结构。球阀上的v形控制边缘可按需无级激活(0- 100%)。

　　制冷剂可在膨胀阀内膨胀，即充注相当大的空间(体积增大)，然后压力显著下降。液态制冷剂部分蒸发，导致温度下降。

　　截止阀设计

　　截止阀用于调节制冷剂在制冷剂回路中的流向。

　　膨胀阀和截止阀通过同一lin总线连接到热管理控制模块J1024上。每个紧凑型阀门连接器都有自己的编码销分配。

　　储媒罐

　　在制冷剂回路中用作制冷剂的膨胀和供应槽，由于蒸发器、冷凝器的热负荷和电空调器压缩机的运行速度会有所不同，因此回路中也会泵入不同数量的制冷剂。将储液器并入电路以补偿这些波动。

　　制冷剂压力和温度传感器

　　?G395空调压力温度传感器

　　?G826空调压力/温度传感器

　　?G827空调压力/温度传感器

　　?G828空调压力温度传感器

　　?G829空调压力/温度传感器

　　制冷剂压力和温度传感器测量制冷剂的压力和温度，转换成电信号发送给热泵控制模块。

　　?制冷剂压力0 ~ 36bar

　　?制冷剂温度-40℃~ +150℃

　　?内部温度发送器-40°C至+140°C

　　热交换器

　　冷凝器的热交换器就像传统的油-冷却剂板式热交换器。

　　冷却液回路和制冷剂回路是分开的。在流体之间没有直接接触或混合的情况下进行热量交换。

　　冷却剂转换阀

　　该阀用于高压加热器(PTC)的大回路和小回路之间的切换，当不通电时，它是不断打开的，只有大型冷却剂电路是活跃的，车辆内部的预热阶段需要更长的时间。

　　热泵的主要功能

　　这个功能只利用外部空气的热量来加热汽车内部。

　　1.电动空调压缩机对制冷剂进行压缩，气态制冷剂压力高、温度高；

　　2.在热泵冷凝器中，制冷剂将热量传递给空气并开始冷凝，被加热的空气作为加热空气流入车辆内部；

　　3.截止阀1和4关闭，压力通过膨胀阀1降低，液体制冷剂温度降低；

　　4.蒸发器现在起冷凝器的作用，进入的制冷剂冷凝并释放热量，现在预热的空气流向冷凝器；

　　5.膨胀阀3关闭，通过膨胀阀2进一步降低制冷剂压力，此时制冷剂温度降至环境温度以下；

　　6.低于环境温度的冷媒在冷凝器中蒸发，这一过程所需要的汽化热从外部较热的空气中吸收，然后冷却下来，气态制冷剂离开冷凝器，从打开的截止阀5流向空调压缩机方向。

　　制冷剂回路

　　该功能使用来自冷却液电路(三相电流驱动、电源和控制电子以及电池充电模块的热能。

　　1.- 4 压缩机在蒸发器中的压缩和冷凝与空气模式下的加热功能相同。

　　5.膨胀阀2关闭。膨胀阀3释放压力，液体制冷剂温度降低。

　　6.由于热量的增加，制冷剂在热冷凝器的热交换器中蒸发。这一过程所需的汽化热从较热的冷却剂中提取，然后冷却下来。气态制冷剂离开热冷凝器的换热器，流向空调压缩机。

　　大加热回路

　　冷却液流经大冷却液回路，从三相电流驱动、电源和控制电子设备以及电池充电单元的热量中提取热量。这个电路是由冷却剂泵在电力驱动和控制电子V508前运行。散热器旁路是通过启动散热器旁路切换阀N687来有效利用热量。

　　小加热回路

　　如果大冷却液回路和空气的蒸发输出不足，则向冷却液回路提供额外的能量，并通过激活高压加热器(PTC)对冷却液进行加热。为了防止三相电流驱动、电力驱动的电源和控制电子以及电池充电单元发热，通过启动冷却液转换阀1 N632，将大冷却液电路与小冷却液电路隔离开来。小冷却剂回路通过激活高压加热器(PTC)前的冷却剂泵来运行。

　　1.- 4从电空调器压缩机内压缩到蒸发器内完成冷凝的过程与空气模式下的加热功能相同。

　　5.膨胀阀2和3降低压力，结果，液体制冷剂的温度下降。制冷剂膨胀后温度低于环境温度，热泵控制模块负责调节通过两个膨胀阀的制冷剂流量。

　　6.低于环境温度的冷媒在冷凝器中蒸发。这一过程所需要的汽化热来自于外部较热的空气，然后空气冷却。气态制冷剂离开蒸发器，从打开的截止阀5流向空调压缩机方向。

　　7.由于热量的增加，制冷剂在热冷凝器的热交换器中蒸发。这个过程所需的汽化热是从较热的冷却剂中提取的。气态制冷剂离开“热冷凝器换热器”，流向空调压缩机。

　　冷却功能

　　在这个功能中，热泵电路利用低温来冷却汽车内部。

　　1.电动空调压缩机对制冷剂进行压缩，气态制冷剂压力高、温度高。

　　2.由于加热片关闭，冷气不流过热冷凝器，制冷剂在这里不凝结，也不释放任何热量。

　　3.膨胀阀1关闭蒸发器入口，制冷剂从打开的截止阀1进入冷凝器。

　　4.气流通过冷凝器，制冷剂将热量传递给空气并冷凝，制冷剂的温度下降，压力保持不变。

　　5.通过膨胀阀2降低液体制冷剂的压力和温度，制冷剂膨胀后温度低于环境温度。

　　6.制冷剂在蒸发器中完全蒸发，这一过程所需的汽化热从外部空气中抽出，然后冷却下来，冷却的空气进入车辆内部。

　　7.气态制冷剂离开蒸发器，从打开的截止阀4流向空调压缩机方向。

　　传感器/阀

　　有了上边热泵热管理系统的基础支持，我们再来看下大众ID.4的热泵管理系统

　　ID.4的CO2热泵空调

　　CO2优点

　　更加环保

　　CO2具有较低的GWP，相对`于现有的R134a，其温室效应贡献几乎可以忽略，2016年《巴黎气候协定》明确指出长期目标是将**平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2°C以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5°C以内*。因此，欧洲相关国家随即出台法规规定要禁用CFC类工质，CO2作为自然工质再一次登上*佳制冷剂的领奖台。

　　易达超临界

　　7.38MPa、31.1°C的临界点使得其在众多制冷剂中成为较容易达到超临界状态的工质，超临界状态是一种间于气态和液态之间的一种单相相态，具有气体的流动特性和液体的换热特性，堪称如丝般丝滑，使得其在热泵循环的冷凝换热中占据优势；

　　低温高蒸发压力

　　由于CO2低温蒸发压力明显高于其他工质，避免像其他CFC类工质一样在低温热泵循环中吸气负压（

　　CO2热泵空调工作模式分析

　　01

　　单乘员舱制冷

　　02

　　单电池主动冷却

　　03

　　单电池自然散热

　　04

　　乘员舱+电池制冷

　　05

　　热泵乘员舱采暖

　　06

　　热泵采暖+电池冷却

　　07

　　热泵采暖除湿

　　新能源汽车热泵空调技术与应用

　　新能源汽车空调与传统汽车空调的区别是采用电动压缩机取代了传统皮带驱动的空调压缩机。制冷工作原理基本相 同，取暖通常采用电加热方式，主要分为两种：一种是混合动力模式时利用发动机冷却液作为热源，为加热器芯提供热量；另一种是纯电动模式下通过PTC加热器直接加热空气或加热冷却液再间接加热空气，但是这些方式不仅能耗高而且制热效率低。

　　热泵型空调技术可以解决电动汽车取暖能耗高及对发动机余热的依赖。热泵空调系统以电动空调压缩机，利用制冷循环可逆转的特点，集制冷与制热为一体，具有通用性好、对整结构改变小、结构紧凑、高效节能、环保等优点，成为了国内外专家研究的热点和将来电动汽车空调发展趋势。

　　1 热泵空调系统工作模式

　　热泵空调采用四通换向阀使蒸发器与冷凝器功能互相对换，改变热量的转移方向，从而达到夏天制冷和冬天制热的效果。车用热泵空调系统在四通换向阀基础上做了改进：工作可靠，结构简单。

　　以大众e-Golf 车型为例，工作原理如图１所示，主要由电动压缩机、室内外换热器、膨胀阀、切断阀和气液分离器等组成，使用切断阀可以改变热量转移方向，将热泵空调的蒸发器和冷凝器功能互相对换。制冷时，膨胀阀EV1关闭，由压缩机排出的高压蒸气，先经热冷凝器，再经切断阀SV1进入冷凝器，制冷剂蒸气被冷凝成液体，经膨胀阀EV2进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经切断阀SV4和气液分离器后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

　　（a）制冷模式

　　（b）制热模式

　　图 1 车用热泵空调系统原理图

　　取暖时，仅通过使用外部空气的热量为车辆内部供暖，电动空调压缩机压缩驱动制冷剂。气态制冷剂高温时所受压 力较高。在热冷凝器中，制冷剂将热量传到空气中并开始冷凝。空气受热后，作为热源流入车内，切断阀 SV1 和 SV4关闭。膨胀阀 EV1 使压力降低，液态制冷剂的温度也相应下 降，这时蒸发器用作冷凝器，流入的制冷剂冷凝、开始释放 热量，这时预热空气进一步流向热冷凝器，膨胀阀 EV3关闭，膨胀阀 EV2 进一步使制冷剂压力降低，此时制冷剂温度低于环境温度，进而在冷凝器中蒸发，制冷剂蒸发时，会吸收外部较暖空气热量，使其温度降低，气态制冷剂流经切断阀SV5，沿空调压缩机方向流出冷凝器。

　　2 热泵空调技术研究

　　热泵空调系统中的电力驱动，会影响电动汽车的行驶里程，而且低温下热泵系统效率严重下降和车外换热器容易结霜。因此，现阶段研究主要集中在低温环境中如何提高热泵空调制热能力、热管理系统研究、*佳的制冷工质选择、压缩机的控制、换热器除霜问题等方面。

　　2.1 低温环境下提高热效率

　　热泵空调系统具有能效比高的特点，但工作温度范围受到制冷工质和空调系统结构的影响，发挥*大效率时的室外温度范围是 -5 °C 到 15 °C 之间，随着环境温度的降低，制热能力衰减严重，在极端寒冷条件下，能效比下降明显，需借助于高压 PTC 进行辅助加热。解决低温工况制热能力衰 减的主要应对措施有：补气曾晗技术，提高制冷剂流量，增大散热量；双级压缩中间冷却技术，减小压缩比，降低排 气温度；优化车外换热器，改变可变进气格栅等。

　　2.2 热管理研究

　　为弥补热泵空调低温工况性能的不足，同时为了节约能 耗，大部分电动汽车都有一套综合的热管理系统：涵盖采暖， 制冷，蓄热，热回收等技术。所有具有利用价值的热元件如 高压蓄电池、驱动电机、电子功率装置、车载充电机都将在 这套系统的科学管理下工作。研究表明：纯电动汽车在车 速变化时，电池散热量迅速增加，即废热增加；当废热回收热泵系统在 2 ℃的工况下运行时，换热量*大可增加至 3 797 W，能效比范围为 1.82～2.43，增加的废热能满足制热要求；当温度降到-7 ℃ 时，换热量*大可增至 2 407 W，能效比范 围为 1.56～2.63，回风温度可达 13.2 ℃，但仍需提供额外热 源才能满足制热要求。

　　2.3 制冷工质的选择

　　表 1 几种常见制冷剂的主要性能比较

　　2016 年 11 月蒙特利尔议定书第 28 次缔约方大会中，汽车空调制冷剂R134a被列入《基加利修正案》限控清单；R134a在**范围内各国逐步禁用 R134a 作为汽车空调制冷剂。R410 因温室效应较高，没有被大量使用。与 R1234yf 相比，CO2更适合作为热泵系统的制冷剂，其在极低温（-3~20 ℃） 仍有较高的 COP（能效比）。CO2 具有良好的热物理性能，并且 CO2使**变暖的潜在能力（GWP）是 R134a 的千分之 一。20 ℃的低温环境下，CO2 热泵电动车的采暖能力显著大于 PTC 电动车，与传统燃油车相近；在?5 ℃的环境下，相比 PTC 电动车，CO2 热泵系统电动车在正常模式下的续航里程可增加 23.6%。

　　2.4 压缩机控制技术

　　压缩机是空调系统的核心部件，在已上市的搭载有热泵空调系统的电动汽车上采用高压电动涡旋压缩机，具有结构 简单、噪音低、体积小、重量轻、运行平稳、效率高等优点。在压缩机中间腔补充中压气体，增加排气量，降低排气温度，能够提高制热能力，所以采用补气增焓技术的涡旋压 缩机可以有效改善低温环境下单级涡旋压缩机的排气温度过高和制热能力低下的问题，研究表明，在外界温度-7 ℃ 时，准双级压缩机比单级压缩机排气温度降低了 10 ℃；随着外界温度升高，压缩机排气质量流量逐渐增大，相比单 级压缩机，准双级压缩机排气量增大 12.9%～17.4%，制热能力提升效果明显。

　　2.5 除霜问题研究

　　在制热模式下，车外换热器被当作蒸发器使用，其表面温度低于０℃时会引起换热器表面结霜或者结冰，从而使换热性能急剧下降，为此，可考虑给换热器表面进行除霜，除霜方法主要有逆循环法和热气旁通法[14]。逆循环法除霜是通过改变四通换向阀的方向，切换至短暂的制冷模式，车外换热器作为冷凝器使用，从而融化掉其表面的霜，但未被 蒸发的水还是容易导致二次结冰，也会降低系统的性能。热气旁通法除霜通常是指将压缩机排气旁通到蒸发器入口 处，利用压缩机排出的高温高压制冷剂的潜热来融霜。除霜 还可以采用更**的热开发控制、更节能更**的硅电子膨胀阀，高效的过冷式平行流冷凝器，改善微通道蒸发器结构，使制冷剂蒸发更均匀。

　　3 热泵空调的应用

　　热泵空调系统已在电动汽车上逐渐得到应用和推广，大 众的 e-Golf 和新上的 ID4、奥迪 R8 和 Q7e-tron、宝马 i3、雷 诺 Zoe、标致 2008、捷豹 i-Pace 均已量产装车，特斯拉于 2020年量产的 Model Y 同样已搭载热泵空调，国内主要在长安CS75 PHEV、一汽奔腾 B30EV、上汽荣威 Ei5 和荣威 Marvel X 都应用了热泵空调系统，而且覆盖纯电和混动车型。据报道，荣威在旗下车型上搭载的全工况热泵空调系统在-7 ℃的环境前提下高效的热泵将会相较于其他空调系统节能37.5%。在同样供暖条件下搭载热泵空调的电动车将会比传统系统的电动车续航里程增加 15%~30%。

　　国内主机厂从 2000 年开始热泵系统地研究和应用，2018年，格力也发布了旗下车载热泵空调产品，搭载双级增晗技术，并且已经解决超低温环境下制热量不足的问题，并在-30~54 ℃大温度区间可靠运行，而格力更表示搭载该空调系统的车型在测试中空调耗电量降低 60%，整车续航里程提升13%。

　　4 热泵空调故障诊断研究

　　车用热泵空调系统中常见的故障为：压缩机内泄漏故障；冷凝器侧空气流量不足故障，即冷凝器管路出现问题，会导致空气侧流量降低；蒸发器侧空气流量不足故障，即蒸发器 管路出现问题，会导致空气侧流量降低；液体管路阻塞故障， 即液体管路变形或干燥器过滤器结垢；制冷剂充注量不足或 充注量过多。故障原因主要集中在压缩机、制冷剂循环系统、 电气控制系统等方面，由于压缩机由高压电动机驱动，所以在高压系统的电路检查与处理时，必需由经过车辆高压系统操作培训的专业维修人员来操作，操作时要做好安全防护措 施，严格按照安全维修操作规程对高压系统断电后方可进行。鼓风机与风门电机电路的控制传统电路基本一样，热泵空调系统故障诊断思路与传统汽车空调差异不大，可用故障诊断仪读取故障码对相应模块进行检查。

　　特斯拉Model Y热泵空调技术

　　特斯拉在Model Y的设计中，取消了高压的PTC（水热的在Model 3上取消），在Model Y上配置了一个低压的PTC集成在空调系统鼓风机里面。而车辆热泵系统包括压缩机，机舱冷凝器，机舱蒸发器，机舱鼓风机和冷却器，并且把电池系统、功率电子PCS+驱动系统和整车的系统回路整合在一起。整个系统如下图所示：

　　特斯拉把12V低压PTC也作为热泵系统补充的一个拼图，从成本和产热的功率角度，把PTC完全作为了绿叶。

　　（3）热泵系统的工作模式

　　相比于现在已经应用热泵系统的车型，特斯拉在热泵与整车的集成上做得更进一步。特斯拉热泵集成应用的策略可以通过下面这张图来说明，即根据环境温度与电池温度的关系，从COP的划分，来规划热泵系统参与加热的程度，以及启动不同级别的加热模式。

　　在温度极低，如达到-30℃，此时压缩机作为加热器来使用，单纯地利用电池包的电能来加热，COP=1；

　　在-10℃~10℃之间，会启动混合模式，即有部来自加热器（如乘员舱低压PTC加热器），部分热能来自热泵，COP=1~2；

　　10℃以上，将完全依靠热泵系统，进行加热，COP的值在1.5与5之间。

　　在这套系统里面，很惊讶于特斯拉设置的工作模式，这是根据外部的参数进行设定的，整体是比较复杂的，如下图所示，特斯拉划分了12种工作模式：

　　特斯拉采用一个8向换向阀来完成各种模式的切换。

　　实际上这12种模式，是车辆进行自己操作的，主要的输入参数包括车主所需要行驶的目的地和路线、环境（温度）、天气（湿度）、车辆的内部参数（包含电池SOC、Soh、热管理的运行参数）等等，这里面是一个很精致的过程，可能在实验验证环境会有不同工作模式和需求的界定和划分。实际做出来可能不止这么多，或者进行一定程度的简化，这个弄法也只有在上层控制器里面用高算力算完，然后把命令逐个分发下去。

　　从8向换向阀到12种工作模式的自动控制，Model Y实现硬件结构集成创新并配以硬件软化，以及产生的**效应，可能加速热泵空调在电动汽车上的应用。

　　1、Model Y整车热管理系统架构

　　2、Model Y整车热泵空调系统原理框图

　　Model Y整车热泵空调原理框图。

　　Model Y机舱有电动压缩机，液冷冷凝器，AC-Chiller，膨胀水壶，HVAC总成进风口，冷却模块等。

　　3、Model Y整车热泵空调系统控制框图

　　Model Y热泵空调系统控制框图分为行驶状态及远程控制状态，下面分别进行说明。

　　3.1 行驶状态的控制框图

　　3.2 远程控制状态的控制框图

　　4、Model Y整车热泵空调系统不同模式的介绍

　　4.1 Model Y热泵空调系统模式选择

　　相比于现在已经应用热泵系统的车型，特斯拉在热泵与整车的集成上做得更进一步。特斯拉热泵集成应用的策略可以通过下面这张图来说明，在满足乘员舱乘客舒适性需求的前提下，来采用COP较高的模式运行，减少能源消耗，提高续航里程。即根据环境温度与电池温度的关系，从COP的划分，来规划热泵系统参与加热的程度，以及启动不同级别的加热模式。

　　4.2 各模式运行框图及应用场景介绍

　　（1） 乘员舱制热

　　场景一

　　热泵系统202通过AC-Chiller从电池系统204吸取热量。给乘员舱进行加热，此时COP>>1；

　　当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统206通过阀系统208来实现串联，这对于提高效率有所帮助。

　　场景二

　　热泵系统202通过吸收环境空气中的热量，同时不对电池循环系统204造成不利的影响。给乘员舱进行加热，此时COP>>1；

　　a，热泵系统202通过AC-Chiller吸收循环中冷却液的热量，从而循环中冷却液温度不断降低，冷却液流过散热器236时吸收环境空气的热量。

　　b，通过控制阀系统208实现两个独立的循环：一个循环是：AC-Chiller与散热器串联；另一个循环是：电池循环系统202与电机循环系统206串联，当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，这时电池系统可以自然利用电机等部件产生的热量来进行预热，这有利于提高效率；

　　场景三

　　通过热泵和APTC同时给乘员舱进行加热。热泵加热时COP>1，APTC加热COP=1，此时为混合加热模式， COP＞1；

　　a，乘员舱的热源来自热泵系统和APTC，这种MODE2较MODE1可以为乘员舱提供更多热量，适用于：场景电池系统循环回路204温度太低，无法满足乘员舱舒适加热需求；场景电池系统106通过电池循环系统204吸取更少的热量而更快地加热乘员舱；场景：当乘员舱有分区需求时，这种模式就有必要的，通过12VAPTC232可以提供左右分区需要的热量。

　　b，当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统206通过阀系统208来实现串联，这对于提高效率有所帮助。

　　c，MODE11-FIG26A描述的原理框图与F13一样，此模式可以支持除霜操作，以消除乘员舱蒸发器218上的结霜。蒸发器表面可以允许部分结霜，但不能明显影响空气流通。压缩机和鼓风机处于低效率状态，以便产生尽可能多的热量并减少化霜的时间。

　　场景四

　　通过热泵202从电池循环系统204吸热和同时通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量给乘员舱进行加热。为混合加热模式，COP>1；

　　场景五

　　通过热泵202从电池循环系统204吸热，通过12VAPTC加热乘员舱，通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量给乘员舱进行加热。为混合加热模式，COP>1；

　　场景六

　　目的是在极端条件下为乘员舱进行加热，在不与电池循环系统204换热的情况下提供COP=1的功率。

　　a，电池系统循环系统的冷却液温度较低，通过AC-Chiller吸热是不可行的，只是通过压缩机做功来快速给乘员舱加热，此时COP=1;

　　b，保持*佳的内外循环比例和*低的舒适性需求；如果全部内循环，容易乘客憋闷及起雾的风险。

　　场景七

　　这种模式能够有效通过散热器吸收空气中热量来加热乘员舱。

　　（2） 乘员舱和电池同时有制热

　　目的是在极端条件下为乘员舱进行加热，在不与电池循环系统204换热的情况下提供COP=1的功率。

　　a，有多余的加热功率可用（循环状态满足防止起雾及换气功能，乘员舱舒适性可以满足的前提），这种场景可以通过液冷冷凝器来给电池系统106进行加热，主要是为了充电效率或提高电池放电电流等。

　　b，三通阀230来控制冷媒分配流量，优先保证乘员舱舒适性，多余的热量提供给液冷冷凝器来加热电池。冷暖循环风门位置及压缩机决定了总的消耗

　　（3） 仅电池有制热

　　场景一

　　目的是压缩机机作为加热器快速加热电池。应用场景：当车速优先或者在较冷的环境中充电时，这个模式会比较有用。

　　场景二

　　这种模式应用在远程状态，一般应用在行驶前或行驶后的场景。此模式的目的是，通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量来加热电池系统106。

　　（4） 电池制冷模式

　　应用场景：如环境温

　　和乘员舱有直接关系的有四种，如下表所示：

　　汽车热管理产业研究：电动车渗透率提升，布局热管理公司受益

　　（报告出品方/作者：东方证券，姜雪晴）

　　1 华为热管理 TMS 系统，定位系统集成商

　　2021 年 4 月 18 日，华为在 HI 新品发布会上正式发布高度集成化、智能化的新能源汽车热管理系统TMS。TMS 通过一体化和集成化设计，解决传统新能源热管理系统三大痛点，实现能效、标定 效率、用户体验全方位改进。

　　热泵系统取代 PTC 系统是主流的发展趋势。传统燃油车加热系统以发动机余热作为主要热源，新 能源汽车由于缺少发动机，需要加装辅助加热系统，目前以 PTC 和热泵系统为主。PTC 系统的原 理是利用电阻热效应将电能转换为热能，存在加热效率低、功耗大的缺点，在低温环境下严重影响 汽车续航；热泵系统是将热量从低位热源向高位热源转移的加热方案，制热效率、功耗均优于 PTC， 未来将成为新能源汽车的主流热管理方案。根据华为数据，热泵系统的续航能力比 PTC 系统高 10% 以上，渗透率将从 2020 年的 12%上升至 2025 年的 34%。

　　然而，传统的热泵系统存在三大痛点：（1）系统复杂度高，管路与零部件数量较多；（2）环境适 应性差，传统热泵在-10℃以下难以启动，且在低温高湿环境下容易出现结霜问题；（3）智能化程 度低，缺乏个性化的使用体验。华为 TMS 通过一体化和集成化的设计方案，实现能效、效率和用 户体验三大领域的**提升，有效解决传统热管理系统的痛点问题。

　　TMS 采用一体化设计协同管理三大场域。整车热管理主要涉及能量场、温度场、流场三大场域， TMS 采用一体化的设计理念，分配和传导乘员舱、电池、电驱等区域的热能，提升整车热量的综 合利用率；精细化控制乘员舱温度分布，提升用户舒适度；运用 CFD 仿真技术，智能优化车内外 流场，实现乘用舱**送风。TMS 通过对三大场域的协同管理，能够在全工作场景下实现能量效 率、整体性能和用户体验的*优化。

　　在部件域，TMS 将压缩机、储液罐、水阀、电子阀等 12 个主要零部件集成为一体，以基板取代传 统的互通管路，实现管路数量降低 40%，部件数量降低 10%，装配工作量降低 60%。在控制单元 域，传统的热管理系统各部件由电子控制单元（ECU）单独控制，TMS 将所有部件的控制单元集 成于一个电子驱动单元（EDU），能够有效降低系统故障率，便于维护、诊断各系统部件的生命周 期，大幅提升热管理系统可靠性。

　　能效方面，TMS 通过极简架构设计及多通阀、新型翅片结构等高性能部件，减少热量损失及系统 复杂度，将热泵系统的*低工作温度从-10℃改进至-18℃，能效比提升至传统 PTC 系统的两倍。

　　标定效率方面，传统人工标定方式涉及至少 700 个部件参数和 50 个外部输入参数，标定工作复杂 度高，耗费大量时间、人力、金钱；华为在 TMS 上开创智能化自标定方法，通过专家经验库预置 参数+自动化标定评价体系+自动参数优化及验证体系代替传统人工标定体系，能够大幅提高标定 工作的效率和准确度，将标定周期从 120 天缩短至 45 天。

　　用户体验方面，TMS 通过对用户习惯、区域气候、行驶情况等数据的收集、分析、建模、训练， 实现对乘员舱温度、风量、空气质量、过冷度等智能调节，并具备对整车冷媒、滤芯等关键部件的 预测性维护功能，从而减少用户操作量，提升驾驶和乘坐体验。

　　华为定位新能源汽车热管理系统总成供应商，为整车企业提供能效和用户体验*优的智能化热管 理系统。华为在 TMS 中将主要负责零部件与系统控制的集成，不直接参与细分零部件生产。华为 TMS 作为集成化、智能化程度**的新能源热管理方案，渗透率或将不断提升，带动国内热管理 零部件企业订单增加。

　　2 新能源热管理系统市场空间较大

　　新能源乘用车热管理系统主要包括电池热管理系统、空调系统以及电机电控热管理系统三大系统。 电池热管理系统的主要零部件包括电池冷却器、电池冷却板、冷凝器、蒸发器等；新能源车空调系 统可分为 PTC 空调与热泵空调，PTC 空调主要包括电动压缩机、冷凝器、蒸发器、PTC 加热器等 零部件；热泵空调系统无须 PTC 加热器，同时新增电磁阀、截止阀、冷媒阀、气液分离器等增量 零部件；电机电控热管理系统中主要包括电子风扇、电机油冷器、电控

　　（1）2020 年国内乘用车销量 2017.8 万辆，由于疫情影响，2020 年乘用车销量同比下滑幅度较 大，预计 2021 年乘用车销量将实现恢复。假设 2021 年销量同比增速为 7%，后续维持约 3%的同 比增速。

　　（2）近年来国内新能源车产销增长较快，2020 年国内新能源车渗透率为 6.2%。假设未来国内新 能源车市场将维持稳步增长，2025 年国内新能源车渗透率将提升至 30%。

　　（3）2020 年**乘用车销量 5359.9 万辆。假设**市场未来将维持小幅增长，每年销量同比增 长约 2%。

　　（4）2020 年**新能源车整体渗透率相对较低，2021 年各国陆续发布电动化政策，推动车企加 速电动化进程，例如奔驰计划于 2025 年实现纯电动车型销量占比超过 25%，通用计划在 2035 年 前停止生产燃油车，实现全系产品电动化。假设未来**新能源车渗透率维持稳定提升态势，2025 年**新能源车渗透率将提升至 30%。

　　受益于新能源热管理技术成熟及行业规模效应，预计热管理相关零部件的价格将有所下降，假设各 系统单车价值量年降约 3%。 与 PTC 系统相比，热泵空调高效节能，能够有效改善电池续航，但现阶段成本相对较高。随着热 泵空调技术成熟度提升、成本下降，热泵渗透率有望快速提升，成为新能源空调系统主流配置。根 据环球网，2020 年热泵空调的渗透率不足 5%，假设至 2025 年渗透率将大幅提升至 70%左右。

　　根据乘用车销量、新能源车渗透率及热管理系统单车价值量，测算出国内及**热管理行业的市场 空间。据测算，预计 2021-2025 年国内新能源乘用车热管理行业的市场空间将从 148.6 亿元提升 至 425.0 亿元，CAGR 达 30.1%；预计 2021-2025 年**新能源乘用车热管理市场空间将从 307.8 亿元提升至 1035.0 亿元，CAGR 达 35.4%。受益于新能源汽车渗透率快速提升，预计中国及** 的新能源热管理市场将进入高速增长阶段，市场空间较大。

　　3 国内外竞争格局分析

　　3.1 国外竞争格局：龙头企业主导

　　在汽车热管理领域，***大的四家热管理供应商——电装（Denso）、法雷奥（Valeo）、马勒 （Mahle）、翰昂（Hanon）处于主导地位。据法雷奥 2020 年统计，四家热管理巨头共占 59%的 **市场份额，热管理业务总营收近 1800 亿元人民币，其中电装营收超过 800 亿元。 四家**巨头中，翰昂专注于汽车热管理业务，汽车热管理营收占比 100%；马勒、电装、法雷奥 是综合型汽车零部件供应商，汽车热管理营收占比 22%-35%。

　　近年来新能源汽车快速发展，新能源热泵空调以及电池热管理等成为汽车热管理的新赛道，四家巨 头凭借在传统热管理领域的**技术及集成化经验快速入局，为整车企业研发并配套热泵空调总 成及电池冷却器总成等系统解决方案，其中电装与翰昂率先实现热泵空调系统量产。

　　电装：热泵空调技术****

　　电装是**第二大汽车零部件供应商，汽车热管理业务营收****。2020 年，电装总营收 亿日元，其中热管理业务收入 亿日元，占比 24.8%。在新能源热管理领域，电装的热泵空 调技术****，是*早研发热泵空调系统的公司之一，能够为整车企业提供全栈式热泵空调系统 解决方案以及 HVAC 装置、传感器、热交换器、压缩机、各类阀、泵等热泵空调全系列零部件， 已为雷诺 Zoe、日产 Leaf、丰田普锐斯 Prime PHEV 等车型配套热泵空调系统。电装新型热泵系 统采用气体喷射、废热回收等技术，将*低工作温度从 0℃改进至-10℃，且无需加装 PTC，是目 前效率*高的热泵空调系统。在电池冷却领域，电装的主要产品包括冷却风扇、散热器、储液器等。

　　电装于 1987 年进入中国，目前在天津、上海、广州、佛山等地建立了 37 家关联公司，主要为广 汽丰田、广汽本田、东风日产等日系客户以及长安汽车、广汽乘用车等自主企业配套热管理产品。 2017 年 11 月，电装宣布与广汽集团签署合作协议，在热泵系统及电池冷却等新能源热管理领域 开展技术交流与合作开发，加速切入国内市场。

　　法雷奥：深耕新能源热管理，电池冷却系统**

　　法雷奥是****的汽车零部件供应商之一，主营业务包括热管理系统、舒适及驾驶辅助系统、动 力总成系统、视觉系统等。2020 年，法雷奥总营收 164.4 亿欧元，其中热管理业务收入 37.0 亿欧 元，占比 22.5%。法雷奥深耕新能源汽车热管理领域，其*新热泵系统使用 R-1234yf 制冷剂，能 够在提升 30%冬季续航里程的同时实现更低的碳排放；法雷奥是**汽车电气化和电池冷却系统 的领军者之一，为纯电动车及混合动力汽车提供液体冷却、空气冷却等多种电池冷却系统解决方案， 提高电池的可靠性及寿命。

　　法雷奥于 1994 年进入中国，现有 34 个生产基地和 12 个研发中心，其中热管理业务基地分布于荆 州、广州、南京、天津、长春等地。法雷奥与**各大整车企业均有合作，在国内主要为一汽大众、 上海通用、北京奔驰、华晨宝马等合资企业以及长安、吉利等自主车企供应热管理产品。

　　马勒：具备一体化热管理解决方案开发能力

　　马勒是汽车发动机系统、滤清器及热管理系统的**供应商，2010 年起接连收购贝洱及德尔福， 不断加强热管理布局。2020 年马勒总营收 97.7 亿欧元，其中热管理业务收入 34.2 亿欧元，占比 35.0%。马勒能够为整车企业开发一体化热管理解决方案，包括整体式的电池冷却回路系统及热泵 空调系统，其热泵空调系统可在 0℃的环境下提升*多 20%续航里程。

　　马勒于 1997 年进入中国，现成立了 23 家关联公司，其中热管理业务总部位于上海，在宁德、成 都、沈阳等地设有子公司，并于 2004 年与东风汽车合建东风-马勒热系统有限公司，主要为大众、 通用、福特、奔驰等在国内的合资**以及长城、比亚迪、小鹏、红旗等自主**配套热管理系统 产品。

　　翰昂：新能源热管理技术雄厚，产品实现全线覆盖

　　翰昂是一家专注于汽车热管理的韩国公司，前身是汉拿伟世通（Halla Visteon），2015 年伟世通 转让全部股份后正式改名为翰昂系统（Hanon Systems）。2020 年翰昂汽车热管理业务营收 亿韩元，约合人民币 413.4 亿元。翰昂为整车企业供应汽车热管理产品超过 30 年，在新能源热管 理领域技术雄厚，产品覆盖全线新能源热管理系统，包括热泵空调和电池冷却器总成，以及 HVAC、 压缩机、控制器、电离器、冷却模块等零部件产品，目前为大众 e-Golf、起亚 Soul 等车型配套热 泵空调系统。

　　翰昂于 2004 年在大连建立**家关联公司，目前在北京、长春、重庆等地建立了 16 家关联公司， 2018 年翰昂与一汽旗下富奥零部件合资建立了富奥-翰昂汽车零部件有限公司，为一汽集团提供汽 车热管理产品。翰昂在国内的主要客户包括现代、起亚、大众、通用、福特等在国内的合资企业以 及吉利、奇瑞、长城、蔚来、小鹏等自主企业。

　　3.2 国内竞争格局分析

　　国内新能源汽车热管理行业参与者主要包括银轮股份、三花智控、奥特佳、中鼎股份、华域汽车、 拓普集团、克来机电等。从具体产品看，银轮股份的主要产品包括电池冷却总成、冷却板、蒸发器、 冷凝器等；三花智控的产品包括电子膨胀阀、电子水泵、水冷板、电池冷却器等；拓普集团围绕膨 胀阀、水阀、水泵、气液分离器等展开布局；奥特佳的产品包括压缩机、空调箱、冷却模块等，在 压缩机领域重点布局；华域汽车的产品较多，包括空调总成、冷却模块、电池冷却器、散热器、冷 凝器等；克来机电主要产品是二氧化碳热泵空调管路系统，已实现投产供货，正积极研发截止阀、 泄压阀等其他部件；中鼎股份的主要产品是新能源热管理相关管路。

　　3.2.1 银轮股份：从部件供应商拓展至系统总成供应商

　　银轮股份从单一的新能源热管理零部件供应商逐步向系统总成供应商拓展，不断为客户提供总成 化、模块化、系统化产品。在热泵空调领域，银轮股份拥有蒸发器、冷凝器等零部件，并通过集成 单一部件形成热泵空调系统，根据公告披露，至 2021 年 6 月公司在热泵空调系统领域已申报 38 项专利，其中发明专利 12 项，已授权专利 23 项，具备较强的研发实力，试验数据表明公司的热 泵空调系统在特定工况时节能可达 40%~50%，达到或超过国内外同类产品节能水平；在电池冷却 领域，银轮股份集成换热器、膨胀阀、截止阀等零部件形成电池冷却器总成，集成后的电池冷却总 成可根据客户端系统布局情况进行定制化服务，关联各类零部件，进一步提升为客户配套产品并提 供解决方案的能力，综合来看，公司的产品集成化能力持续提升。

　　公司当前在新能源热管理领域的客户众多，头部新势力中特斯拉、理想、蔚来、小鹏均是公司新能 源热管理客户；自主车企中，公司为吉利、江铃新能源、长安新能源、广汽集团、比亚迪等知名企 业配套产品；外资及合资车企中，公司的配套客户包括长安福特、沃尔沃、保时捷、通用等高端及 大众化**。

　　公司的系统化、集成化产品已获得多个定点项目，将为未来业绩增长夯实基础，其中冷媒冷却液集 成模块产品是公司新开发的高度集成化产品，可用于电驱回路、电池回路、暖风回路、热泵空调系 统的整车热管理，已经获得定点，有望获得更多增量客户和订单，成为全新增长点。

　　热泵空调总成方面，公司从 2017 年开始引入人才，历时 4 年进行车用热泵空调研发，在改装的江 铃 E400 上整车试验成功，2019 年公司获得江铃新能源汽车定点，提供热泵空调系统；2020 年上 半年获得新定点吉利戴姆勒 SMART 车型热泵空调项目，预计 2022 年开始批量供货；同时公司还 获得北美新能源车企、沃尔沃热泵空调系统项目定点，也将于 2021 年下半年开始陆续进入量产周 期，预计新获项目后续将持续放量。

　　电池冷却总成方面，公司 2018 年实现为广汽、比亚迪配套量产，同时 2018 年还获得吉利 PMA 平 台电池冷却器项目定点，预计 2021 年开始供货贡献增量；2020 年获得吉利 PEA 电池冷却器新项 目，新项目逐步量产将带动营业收入增长。

　　公司还在持续拓展新能源热管理集成化产品，根据 2021 年半年报，公司研发团队致力于新能源汽 车零部件方面的研究，上半年取得了水路集成模块系统集成和匹配技术的突破，并获得了小鹏、蔚 来等造车新势力的项目定点，该产品主要配套客户的平台化系列车型，冷媒冷却液集成模块产品获 得项目定点表明公司集成能力进一步提升，为客户配套的集成化产品选择更广泛。

　　3.2.2 三花智控：膨胀阀竞争力较强，新项目放量将促进收入增长

　　在新能源热管理领域，三花智控更加侧重于泵、阀类产品。具体来看，在空调及热泵系统组件中， 三花能够提供包括车用电子膨胀阀、电磁阀、多通路冷媒阀、截止阀等在内的多种相关阀类零部件， 根据年报披露，公司研发生产的车用电子膨胀阀、截止阀等市占率均处于**前列，在泵、阀类产 品领域竞争优势较为明显。在电池热管理领域，三花智控主要布局电池冷却器、电池冷却板等产品。

　　三花在新能源热管理领域主要配套**性车企以及国内车企，**范围内的客户包括欧系、美系、 日系知名车企，具体包括大众、戴姆勒、宝马、沃尔沃、丰田、奥迪等，国内客户既有吉利、上汽、 比亚迪等传统车企，也有理想、小鹏、蔚来等新势力。

　　三花智控专注于热管理产品研发，电子膨胀阀、电子水泵等产品拥有较高质量，并获得较多客户及 订单。2018 年后三花获得蔚来、沃尔沃、宝马等多个新能源热管理项目，全生命周期累计销售额 超过 41 亿元人民币，2018 年 11 月三花获得德国宝马的新能源电动汽车平台热管理部件项目，也 是**得到德国宝马认可，获得该项目意味着三花汽零已进入所有欧洲大型汽车厂商的新能源汽 车平台，公司的热管理零部件具备较强竞争力。

　　公司近年来获得通用汽车电子水泵项目及弗迪科技的热管理阀类产品项目，量产时间分别为 2022 年和 2021 年，累计销售额超 15 亿元人民币，随着新项目逐步放量，公司的泵、阀类产品在新能 源领域将配套更多车型，持续提高影响力并促进新能源热管理业务收入提升。

　　3.2.3 拓普集团：热管理产品收入比重逐渐提升

　　拓普集团拥有汽车 NVH 减震系统、整车声学套组、轻量化底盘系统、智能驾驶系统、热管理系统 五大业务板块，据公司公告，拓普集团依托于研发智能刹车系统过程中所形成的电控及精密制造的 能力，成功研发新能源热管理领域的热泵总成、电子膨胀阀、电子水阀、电子水泵、气液分离器等 产品，当前已经实现了**代产品的批量供货，目前公司已研发出第二代产品，旨在规避**代产 品专利，第二代产品将能够广泛应用于各家客户，正在与多家客户进行接洽。

　　新能源热管理系统中，水和冷凝剂在管道内持续流动，达到对整个系统进行温度调节的作用。根据 公告，公司目前可以提供水侧、剂侧独立的部分集成方案，同时也能够提供高度集成方案，有效满 足不同客户需求，随着第二代产品逐步配套更多客户，公司热管理业务的收入占比有望提升。

　　2021 年 4 月，华为历时四年开发推出具备高集成度的热管理解决方案（TMS），华为 TMS 通过 一体化极简架构设计、部件集成和控制集成，促进了能效提升、标定效率提升与体验提升。华为 TMS 能够将热泵系统的*低工作温度从-10 度下降至-18 度，在更严苛环境中也能够使用；通过零 部件的集成化将管路数量降低 40%，便于安装维护；依托车辆数据上报、大数据分析等方法实现 智能预测性维护、智能热舒适控制等功能，持续提升用户体验。

　　根据公司公告，目前三花智控、拓普集团在新能源热管理领域与华为达成合作。三花智控为华为热 管理系统提供零部件，是重要的合作伙伴，已经有项目在对接；拓普集团在热管理领域的起步相对 较晚，正处于开始和华为合作热管理产品阶段。预计随着华为在热管理领域不断加强布局，各公司 将借助华为的产品放量在新车型上配套更多零部件，与华为的紧密合作有望促进收入持续增长。

　　4 新能源车热管理产业链合作模式

　　近年来汽车电动化、低碳化是确定的发展趋势，传统车企、造车新势力及科技企业均将新能源汽车 视为布局重点，国内热管理零部件供应商也在积极开发热泵空调系统及电池冷却总成等新能源汽 车热管理系统技术。目前国内新能源热管理供应商与整车企业之间存在 3 种合作模式，整车企业 将根据自身的技术实力、发展战略等具体情况选择与热管理供应商的合作方式。

　　4.1 国内热管理供应商提供零部件

　　在此模式下，国内热管理供应商不直接与整车企业对接，而是作为 Tier 2 向系统总成供应商提供 热管理零部件，总成供应商作为 Tier 1 将零部件集成为热管理整体解决方案为整车厂商配套。

　　以华为为例，作为热管理系统总成供应商，其在 TMS 中将主要负责零部件集成、控制单元集成、 软件集成等系统总成领域，细分零部件将向热管理零部件供应商采购，目前已与三花智控、拓普集 团等在新能源汽车热管理领域建立合作关系，未来有望与更多国内热管理零部件厂商展开合作。

　　4.2 国内热管理供应商提供系统总成

　　国内热管理供应商直接作为 Tier 1，给车企提供系统总成产品。基于在热管理领域的研发生产经验， 银轮股份、三花智控、拓普集团等国内热管理供应商成功研发集成化的电池冷却系统以及热泵空调 系统，取得多家整车企业项目定点。

　　银轮股份近年来重点发展新能源汽车热管理业务，持续提升集成化水平。在车用空调领域，银轮主 要产品包括冷凝器、蒸发器、HVAC 等，2019 年成功研发新能源汽车热泵空调系统总成并完成整 车试验，目前已获得江铃新能源、吉利汽车、沃尔沃等车企的热泵空调项目定点。在电池热管理领 域，银轮自主研发集成冷却板、电子水阀、冷却液管等零部件的电池冷却器总成，目前已为广汽集 团、吉利汽车、比亚迪等车企配套集成化电池冷却器。

　　三花智控深入布局新能源汽车空调及热管理系统。空调及热泵产品中，三花能为客户提供电子膨胀 阀、四通换向阀、电磁阀、气液分离器等一系列热泵空调零部件，在此基础上向系统集成化方向升 级。电池热管理产品中，三花具备电池冷却板、冷却液泵、电子水阀等零部件以及电池冷却器总成 的研发生产能力，近年来已为通用汽车、德国宝马、上汽集团、比亚迪等多家车企配套阀类产品及 热管理集成组件。

　　拓普集团近年来拓展产业布局，新增新能源汽车热管理业务产线，已具备电子膨胀阀、电子水阀、 电子水泵、气液分离器等热泵空调主要零部件以及热泵空调系统总成的配套能力，目前正在与整车 厂商积极沟通，预计未来将获得新能源热管理订单。

　　4.3 车企主导热管理系统集成

　　部分整车企业技术实力较强，自行研发整体热管理系统解决方案，并向细分领域较为**的热管理 供应商采购零部件。

　　以新能源汽车**企业特斯拉为例，从 Roadster 到 Model Y，特斯拉不断完善、更新新能源热管 理技术，实现热管理系统的迭代升级。特斯拉**款电动汽车 Roadster 热管理系统结构较为简单， 主要由电机电控单元、空调单元、电池单元等组成，各单元之间相对独立、耦合度较低。Model S **引入四通阀结构连通电机单元及电池单元，实现两者热量的灵活利用，集成度有所提升。Model Y 进一步引入高度集成的八通阀（Octovalve）实现全车热管理单元间的互联，同时加装热泵空调 系统取代高压 PTC，提高整车续航能力。

　　在热管理系统中，特斯拉主要负责整体解决方案的研发和集成，零部件向多家供应商采购，包括翰 昂、三花智控、银轮股份等。随着国内热管理供应商持续加强新能源热管理布局，预计将有更多国 内热管理供应商实现国产替代，进入特斯拉等新能源车企的零部件供应体系。

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