近些年，雖然交通領(lǐng)域新能源化如火如荼，但目前新能源汽車中所采用的制冷劑種類仍沿襲傳統(tǒng)燃油車技術(shù)路線，即滯于HFC階段。新能源車所存在的安全隱患、里程焦慮、熱管理工質(zhì)溫室效應(yīng)等瓶頸問(wèn)題，也從“節(jié)能”與“環(huán)?！眱蓚€(gè)方面對(duì)車輛熱管理行業(yè)提出了更高級(jí)、更精準(zhǔn)的要求。

　　一、制冷劑應(yīng)用現(xiàn)狀

　　自蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，常用制冷劑類型已歷經(jīng)四次更迭。

　　以乙醚、乙醇為代表的初代制冷劑僅達(dá)到提供制冷功能的需求，很快被R12等第一代制冷劑替代，后者被引入車輛應(yīng)用領(lǐng)域。相較第一代制冷劑對(duì)臭氧層的極大破壞，第二代對(duì)臭氧層破壞較小的含氫制冷劑出現(xiàn)。而后，《蒙特利爾議定書(shū)》的限制了氟氯碳化物的使用， 并標(biāo)志著第三代不含氯制冷劑（HFC）的問(wèn)世。第三代產(chǎn)品目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛，雖對(duì)臭氧層無(wú)破壞，但其對(duì)氣候的制暖效應(yīng)較強(qiáng)，固處于淘汰初期。

　　四代制冷劑產(chǎn)品的基本情況

　　碳中和背景下，第四代制冷劑（天然或HFO類低GWP制冷劑）因其卓越性能與環(huán)保性成為第三代HFC制冷劑的綠色替代方案，下文將主要介紹幾種新能源汽車熱管理領(lǐng)域中較為熱門(mén)的替代方案。

　　二、制冷劑替代方案一：CO2

　　CO2作為一種天然工質(zhì)， ODP為0，GWP為1，環(huán)保無(wú)污染。1993年，國(guó)際制冷學(xué)會(huì)前主席Lorentzen提出將CO2應(yīng)用于汽車空調(diào)系統(tǒng)，其因制冷效果不佳，發(fā)展受阻。近些年， 隨著新能源汽車的發(fā)展，其制熱無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱利用，跨臨界CO2循環(huán)因其強(qiáng)勁的制熱特性再一次進(jìn)入大眾的視野。

　　近些年，學(xué)者針對(duì)CO2在車輛熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用展開(kāi)優(yōu)化研究，結(jié)果表明：

　　①使用CO2欠充和過(guò)充會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能造成較大衰減；

　　②在提升車用跨臨界CO2熱泵空調(diào)系統(tǒng)的緊湊性與輕量化中，研究者開(kāi)發(fā)并使用了跨臨界CO2四通換向閥、集成化氣分-回?zé)崞骷案黝愇⑼ǖ罁Q熱器等，發(fā)現(xiàn)跨臨界CO2系統(tǒng)的制熱能力提升十分明顯，在低至25C的低溫條件下仍然能穩(wěn)定充分供熱， 10C條件下的制熱性能相對(duì)R134a依舊提升80%以上；

　　③針對(duì)車用跨臨界CO2系統(tǒng)制冷性能比傳統(tǒng)R134a系統(tǒng)稍差的劣勢(shì)，有學(xué)者提出了將CO2與R290、R410等制冷劑混合的方法，使車用空調(diào)系統(tǒng)制冷性能提升20%以上， 基本達(dá)到與R134a系統(tǒng)相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)。

　　憑借優(yōu)異的環(huán)保效應(yīng)、寬工況適應(yīng)性及與車輛系統(tǒng)的兼容性，近些年CO2制冷劑被廣泛地推向新能源汽車、客車、軌道交通等領(lǐng)域，并引起了學(xué)術(shù)界與行業(yè)界的廣泛關(guān)注與總體看好。不過(guò)，受限于CO2制冷劑獨(dú)特的物性，車輛熱泵空調(diào)向CO2技術(shù)的轉(zhuǎn)型需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這也是限制該技術(shù)快速發(fā)展的主要掣肘。

　　三、制冷劑替代方案二：R1234yf

　　R1234yf是美國(guó)杜邦公司和霍尼韋爾公司為R134a量身打造的替代方案，其熱物性與R134a相近，但ODP=0，GWP=4，環(huán)保性良好。雖然研究顯示，R1234yf制冷劑與傳統(tǒng)R134a或R410A的慣用潤(rùn)滑油存在一定的兼容性問(wèn)題，但目前行業(yè)中替代常規(guī)R134a制冷劑時(shí)，只需將原本車輛熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的R134a制冷劑放空，再重新加入R1234yf即可，無(wú)須重新設(shè)計(jì)，短期適用性最佳。針對(duì)環(huán)保性，有學(xué)者指出，單純的低GWP與當(dāng)量溫室效應(yīng)氣體排放量低并不嚴(yán)格對(duì)等，因此提出了全生命周期碳排放算法，將制冷劑全生命周期過(guò)程的所有直接和間接碳排進(jìn)行合并計(jì)算。結(jié)果顯示，R1234yf全生命周期碳排同樣低于傳統(tǒng)R134a，甚至低于制冷劑本身GWP更低的純天然工質(zhì)CO2。

　　但長(zhǎng)期使用過(guò)程中，也逐漸暴露出一些安全性問(wèn)題。例如，近期R1234yf被認(rèn)定為輕微可燃制冷劑，R1234yf溶于水可能形成三氟乙酸等，甚至，最新的研究提出，HFO類制冷劑在大氣中會(huì)分解產(chǎn)生CF3CHO（三氟乙醛），最終分解產(chǎn)生CHF3(HFC-23)。HFC-23是一種強(qiáng)溫室效應(yīng)氣體，可能最終導(dǎo)致HFO類制冷劑的GWP值進(jìn)行重新評(píng)估。此外，受限于美國(guó)公司的專利保護(hù)， R1234yf高昂的價(jià)格也是目前限制其在國(guó)內(nèi)廣泛普及的主要問(wèn)題。

　　四、小結(jié)

　　由此看來(lái)，下一代新能源汽車熱管理系統(tǒng)的制冷劑替代路線可謂尚不明確，下一代新能源汽車熱管理制冷劑技術(shù)路線基本受兩大因素影響和制約：一方面是國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)， 應(yīng)對(duì)環(huán)境污染、氣候變暖問(wèn)題的具體政策實(shí)施；另一方面， 還受新能源汽車本身固有的需求特性的演變和不同區(qū)域下的功能多樣性影響。

　　綜合考慮“節(jié)能”與“環(huán)保”，從更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展看，自然工質(zhì)將逐漸成為新能源汽車熱管理系統(tǒng)的主流。在我國(guó)碳中和的大背景下，新能源汽車熱管理系統(tǒng)的下一代發(fā)展如何以綠色高效化為導(dǎo)向，這一工作已經(jīng)成為當(dāng)前毋庸置疑的問(wèn)題。