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IHS預(yù)測，2017-2022年間全球汽車市場年復(fù)增長在2.1%，而純電動汽車會達(dá)到35%。而中國在此方面的發(fā)展更為迅猛，根據(jù)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年新能源汽車銷量要突破200萬輛，將占到總汽車銷量的7%-10%的份額。未來幾年，新能源汽車市場有望進(jìn)一步實現(xiàn)爆炸式增長。

而新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的主要區(qū)別不僅在于新增的核心部件“三電”，還體現(xiàn)在重要性大幅度提升的熱管理系統(tǒng)。傳統(tǒng)汽車的熱管理系統(tǒng)主要為發(fā)動機(jī)、變速器的散熱系統(tǒng)和汽車空調(diào)，而新能源車的熱管理系統(tǒng)涵蓋了新能源汽車幾乎所有的組成部分，主要范圍包括動力電池、驅(qū)動電機(jī)、整車電控等等，復(fù)雜程度更高，因此成為車企開發(fā)的重點(diǎn)。

新能源汽車的熱管理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

從熱管理需求來看，新能源車熱管理系統(tǒng)主要包括電池包環(huán)境、功率電器元件、電機(jī)散熱、汽車空調(diào)等。其中最重要的是空調(diào)系統(tǒng)與電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。以下就來看下新能源汽車熱管理技術(shù)的變化及發(fā)展趨勢：

首先，乘用車行業(yè)普遍認(rèn)為空調(diào)會占到整車能耗的10-20%，而在新能源車上這個比例會更高。而在空調(diào)制熱系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)汽車與新能源汽車差異較大，新能源汽車無法利用發(fā)動機(jī)余熱，一般使用PTC加熱器或熱泵系統(tǒng)進(jìn)行制熱。但常用的PTC加熱器耗電量較大，導(dǎo)致汽車的行駛里程大幅下降，因此制熱效率較高的熱泵系統(tǒng)將成為新能源汽車空調(diào)的發(fā)展方向。

其次，新能源車電池系統(tǒng)對于工作環(huán)境的溫度要求更加嚴(yán)格，過高或過低的環(huán)境溫度將顯著影響車輛的續(xù)航里程以及電池壽命。而目前新能源乘用車廣泛采用電池液體冷卻技術(shù)，如特斯拉和寶馬 i3 新能源車。液冷技術(shù)通過液體對流換熱方式將電池產(chǎn)生的熱量帶走，液體換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快，對降低最高溫度、保持電池組溫度一致性效果更好，相較于風(fēng)冷液冷方案更易實現(xiàn)余熱回收。相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2017年我國量產(chǎn)的PHEV已經(jīng)100%采用了電池液冷方案，而純電動車僅僅只有6%采用液冷，2018年預(yù)計純電動車液冷的普及率會超過60%。

而在電機(jī)冷卻方面，新能源汽車和傳統(tǒng)燃油車也存在著一定的差異。格朗吉斯鋁業(yè)（上海）有限公司高級應(yīng)用工程師徐坤豪認(rèn)為，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的冷卻采用的是水-乙二醇混合液對電機(jī)定子的外壁面進(jìn)行冷卻（冷卻水套），這也是最簡單的冷卻方式，但更為高效的方式是把油噴到到電機(jī)內(nèi)部主發(fā)熱部件進(jìn)行直接接觸冷卻。目前最佳的方案是把上述兩種方案結(jié)合進(jìn)行混合式冷卻，如 BorgWarner推出的P2混動系統(tǒng)用電機(jī)。

在電控方面，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，1970年電子部件占到整車成本的5%，2010年這一比例已經(jīng)達(dá)到35%，2030年或?qū)⑦_(dá)到50%。而未來隨著智能化程度的提升，新能源車裝載的電子部件數(shù)量和種類更加繁多, 從功率只有幾十瓦的 LED芯片到幾百千瓦的動力電子都有應(yīng)用。徐坤豪指出，液冷將是高功率電子部件的主要冷卻方案。而低功率電子部件的散熱需要創(chuàng)新的低成本風(fēng)冷方案，在此方面格朗吉斯正在進(jìn)行探索。

而伴隨著新的熱管理技術(shù)的出現(xiàn)，需要對應(yīng)不同功能開發(fā)新的換熱器，這也意味著熱交換器數(shù)量會不斷增加，這給相關(guān)行業(yè)將帶來較大增長空間?！澳壳靶履茉雌嚥⑽葱纬山y(tǒng)一的技術(shù)路線，而不同的技術(shù)路線都會帶來不用的熱管理系統(tǒng)配置，因此就會帶來越來越復(fù)雜的換熱器譜系。而此對于我們來說是一個很好的機(jī)遇，我們要應(yīng)對不同的新的熱交換器來做材料的開發(fā)?！毙炖ず辣硎?。

汽車熱管理新趨勢下 熱交換器材料面臨的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新解決方案

機(jī)遇與挑戰(zhàn)向來同生并存，電氣化愈演愈烈，新的架構(gòu)和工況環(huán)境對熱交換器及材料均提出了較大挑戰(zhàn)。在日前舉辦的第十屆格朗吉斯技術(shù)研討會上，相關(guān)行業(yè)專家、學(xué)者針對此話題進(jìn)行了重點(diǎn)探討。作為釬焊熱交換器軋制鋁材行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，格朗吉斯認(rèn)為目前材料行業(yè)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)呈現(xiàn)在四個方面，并分享了相關(guān)創(chuàng)新解決方案。

挑戰(zhàn)一：更高的強(qiáng)度要求。

近年，出于節(jié)能減排大勢所趨，各國政府開始倡導(dǎo)環(huán)保型制冷劑的使用，以此代替原有的R134a。當(dāng)前歐盟指令2006/40/EC已經(jīng)生效，根據(jù)指令內(nèi)容，自 2017年1月起所有M1 及 N1類別的新車型使用的空調(diào)必須使用 GWP <150的制冷劑。而德國亦出臺了一系列與R744汽車空調(diào)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)介紹，如果制冷劑采用R744，整個制冷系統(tǒng)的內(nèi)部工作壓力將會顯著升高。雖然通過縮小內(nèi)腔體積、材料加厚進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化后，換熱器可以實現(xiàn)足夠的承壓能力，然而壁厚的增加必然會導(dǎo)致?lián)Q熱器重量的增加。

此外在其他領(lǐng)域，例如中冷器, 增壓空氣側(cè)的入口壓力也伴隨著渦輪內(nèi)壓縮比進(jìn)一步提升 的需求而有繼續(xù)提高的可能，而電池外殼也需要更高的強(qiáng)度來抵御高溫下的熱膨脹，這些都對換熱器鋁材提出了更高的強(qiáng)度要求。格朗吉斯MULTICLAD?多層復(fù)合材料具有出色的強(qiáng)度，可以滿足熱交換器鋁材高強(qiáng)度要求。

挑戰(zhàn)二：更高的溫度及抗腐蝕要求。

隨著新技術(shù)的應(yīng)用和升級，熱交換器工作溫度亦逐漸增加，而內(nèi)腔會接觸到尾氣的換熱器都會面臨低PH值的冷凝產(chǎn)物腐蝕問題，這些都給熱換器材料帶來新的挑戰(zhàn)。在此方面，格朗吉斯已推出相關(guān)解決方案，并將技術(shù)延伸到之前非用鋁材熱交換器中。徐坤豪告訴，汽車?yán)锩娴腅GR冷卻器，其溫度非常高，腐蝕性特別強(qiáng)。此前業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的換熱器多采用不銹鋼，近年來部分主機(jī)廠開始使用鋁材產(chǎn)品，格朗吉斯推出的MULTICLAD?多層復(fù)合產(chǎn)品同樣具有卓越的抗腐蝕性能，足以應(yīng)對更高的溫度及抗腐蝕要求。

挑戰(zhàn)三：釬劑殘留。

鋁熱交換器的釬焊工藝較復(fù)雜，包括釬劑涂覆、干燥、熱脫脂和清洗等流程。傳統(tǒng)的釬焊工藝不僅會造成時間、人力和化學(xué)品的損耗，而且會產(chǎn)生釬劑殘留物，清理起來耗費(fèi)時間，而且冷卻液系統(tǒng)中殘留的釬劑與冷卻液會發(fā)生輕微反應(yīng)，在使用過量的情況下有加速腐蝕的可能。例如，在新能源汽車中，為了維持電系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定，對冷卻液的電導(dǎo)率通常有限定, 例如某企業(yè)要求純電動：<20 μs/cm, 燃料電池汽車：<8 μs/cm，而釬劑溶解后產(chǎn)生的K+會導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。這些都對環(huán)境以及最終產(chǎn)品的性能和質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

針對這一問題，格朗吉斯推出的TRILLIUM ?是一種釬焊復(fù)合層包含最優(yōu)內(nèi)置釬劑的材料，可以實現(xiàn)更好的釬焊，形成均勻的接縫，提高成品率，減少焊后表面的殘留釬劑。TRILLIUM ?固立得具有出色的釬焊活性，在次優(yōu)的釬焊條件下表現(xiàn)優(yōu)異，釬劑殘留量小于4g/m2；TRILLIUM ?潔立安是TRILLIUM ?系列的最新產(chǎn)品，可以保護(hù)表層下方的釬劑，焊后釬劑殘留量低于1 g/m2，可達(dá)到卓越的釬焊效果。TRILLIUM ?制成的釬焊產(chǎn)品的推出，讓設(shè)計傳統(tǒng)釬焊技術(shù)無法實現(xiàn)的具有更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱交換器成為可能。

格朗吉斯 TRILLIUM ?固立得

格朗吉斯 TRILLIUM ?潔立安

挑戰(zhàn)四：材料減薄的需求。

為了減少換熱器重量及成本, 換熱器對材料減薄有持續(xù)的需求，然而這對于換熱器的可靠性甚至換熱性能都會帶來新的挑戰(zhàn)，未來也將通過材料優(yōu)化解決。格朗吉斯不斷挑戰(zhàn)制造極限，生產(chǎn)出應(yīng)用于高溫環(huán)境下的5層合金，其令行業(yè)驚嘆的厚度僅為40微米比頭發(fā)絲還細(xì)的卷材及剪切寬度最窄為10mm的薄剪，達(dá)到國內(nèi)同行之最。

在多年深入研發(fā)和廣泛測試的基礎(chǔ)上，格朗吉斯還推出創(chuàng)新的多孔折疊扁管，搭配格朗吉斯的專利合金MULTICLAD?，可以實現(xiàn)熱交換器的輕量化、成本節(jié)約并顯著提升抗腐蝕性能。與傳統(tǒng)的擠壓扁管相比，折疊管壁可減薄多達(dá)20%，折疊管內(nèi)制冷劑的流通面積更大，制冷劑側(cè)的阻力由此可降低20%。管內(nèi)較小的水力直徑，使制冷劑側(cè)的換熱受微通道流動特性主導(dǎo)，和一般管內(nèi)流動相比，折疊管具有更優(yōu)異的換熱能力。此外管材表面帶有釬焊層，可以搭配非復(fù)合翅片，結(jié)合管壁減薄的設(shè)計，用戶總的原材料采購成本可節(jié)約多達(dá)25%。

“整個汽車行業(yè)正在發(fā)生快速的變化，而材料行業(yè)也在向著更輕、更節(jié)能高效及電氣化的方向努力。我們會緊跟客戶需求，提前涉入開發(fā)，以盡快適應(yīng)和滿足市場的需求。”徐坤豪表示。

綜上所述，汽車熱管理技術(shù)不僅有助于提升電量分配效率延長續(xù)航里程，在節(jié)能減排的大勢下，隨著新能源汽車技術(shù)的快速發(fā)展，在帶來較大挑戰(zhàn)的同時也使其面臨更多機(jī)遇和發(fā)展空間。在第十屆格朗吉斯技術(shù)研討會上了解到，多家熱交換器廠商及相關(guān)企業(yè)都在加速研發(fā)新能源車熱交換器，推動熱管理系統(tǒng)從傳統(tǒng)解決方案向新型解決方案升級，以改善熱交換器的性能，更好地應(yīng)對更高的壓力、更嚴(yán)苛的腐蝕環(huán)境，同時進(jìn)一步降低熱交換器的尺寸。相信在行業(yè)的共同推動下，新能源汽車熱管理技術(shù)將進(jìn)入一個嶄新的發(fā)展階段。