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作者：Rika
编辑：狮刀
本文图片来源：网络配图
想象一辆电车的“至暗时刻”。年关将至，车票和机票均已售空，你只好开车回北方老家过年。虽然你已经做到“万无一失”——每隔一两百里规划好充电站；全身裹紧厚衣服，减少取暖能耗；老老实实在慢车道匀速爬行。奈何“坐骑”偏偏不争气，1000公里居然充了5次电。望着排队车流，你的崩溃到了顶点：为什么电池总在冬天罢工？
正如“冷水泡不开麦片”，锂离子的运动与环境温度有关，它们特别喜欢在15°C—35°C之间充放电，超出该范围就会限制充放电的电流。举个极端例子，在零下30°C，磷酸铁锂电池的放电功率只有常温的10%。
如何解决？最直接且行之有效的做法就是给电池“加热”。
然而，新能源汽车的电池可是个“庞然大物”，想从低温环境中加热到适宜温度，既要考虑电池能够承受的升温速度，又要考虑热管理系统能够稳定输出的加热功率，还要照顾用户等待暖机的耐心，这些均对“加热器”提出了很高的要求。谁能担此重任？
一条新旧技术的更替曲线正逐步显现。随着新能源汽车开发的深入推进，加热技术也在不断演进——从早期的PTC加热器、电加热器，到近年来兴起的热泵系统，再到如今技术日益成熟并具备更高加热效率的厚膜加热技术。随着厚膜加热技术的广泛应用，未来市场格局会被改写吗？
1
为何新能源车企都在比拼“热管理”？
去年12月，坐标黑龙江漠河。一场由某头部汽车资讯APP主导的“冬测”拉开序幕。大跌眼镜的是，仅三款车型的纯电续航达成率超过50%。多家车企公开质疑其专业性，甚至有著名CEO亲自下场“硬刚”。
众说纷纭之中，至少有一点可以确定：热管理的好坏，直接影响新能源汽车的续航达成率、能耗增加比例，并最终呈现出不同的用户体验。
燃油车时代，发动机热效率达40%左右，汽车可以回收余热，无需专门制热。电动车时代，发动机下线，三电系统上线，电机效率轻松达到80-90%，没有了“废热”，制热也成为了进步车企们必须啃下的“硬骨头”。
因此，各大厂商都在苦练内功。比亚迪通过E平台三代产品迭代，其一体化热管理系统通过热泵、六通阀等部件，能够实现刀片电池、电驱和座舱三者间的热量互通；小鹏P7热管理系统采用一体化储液罐设计和单热敏电阻加热方案，利用一个四通阀实现整车系统级的热循环。
“领头羊”特斯拉的热管理系统更是经历多次革新——从2000年的分散式热管理应用开始探索，至2020年确定Model Y八通阀技术的高集成度方案——踏上一条从分散到集中、从粗放到精细、从机械化到智能化的演进之路。
1.0热管理系统——Tesla Model S/X车型。引入四通阀控制结构，可实现电机回路与电池回路的串并联模式；空调、电相互并联并独立工作；乘客舱制热通过加热器HVCH( PTC )实现。
（图1：1.0热管理系统拓扑结构）
2.0热管理系统——Tesla Model3 /Y车型。Model 3 采用五通阀，并增加新的技术应用；Model Y采用大集成式八通阀，结合热泵、空调系统、加热器、电驱动和电池热管理回路，优化了电机堵转技术、智能热管理算法和标定技术。
（图2：2.0热管理系统拓扑结构Model Y）
3.0热管理系统——Tesla Model ？目前正在研发中。预计将基于2.0技术架构，进一步优化能量回收系统，系统热管理算法，以及标定技术。
沿着上述整体循环、整体统筹、高度集成的进化方向，未来热管理系统尤其需要提升控制精度、协同能力。其中，新型加热器的重要性凸显。
它应该满足哪些条件？——既能及时、精准地感知系统温度，包括零部件的动态余热；又能稳定、高效地加热，保证所有组件在最佳温度中运行；还能缩短充电时间，延长电池寿命等等。
自身原始性能足够强悍。兼具高效和节能；兼具持久和稳定，在较长时间内保持恒定的功率输出，温度上升并不会导致功率显著下降。
匹配新能源汽车的发展方向。800V高压平台推动整个电动汽车产业链升级换代。这要求包括新型加热器在内的其他高压部件需按照800V 进行设计、开发和验证。同时，适应高度集成的热管理系统。这要求新型加热器不仅要满足闭环功率控制，还能实现多温区梯度设置，便于智能操控。
重中之重，成本一定要更低。新能源车企“卷”字当头，最直观的就是“价格战”。据测算，一台纯电动汽车的热管理系统高达7050元/套，燃油车仅为2800元/套。
开源证券测算，2025年我国汽车热管理系统市场空间有望达1235.6亿元，其中新能源乘用车热管理系统市场空间有望升至880.1亿元，复合年均增长率接近30%。东吴证券测算，国内狭义乘用车热管理系统的市场空间将从2022年的820.80亿元增长至2026年的1320.77亿元，复合增长率为12.63%。基于全球2500万辆计算，2025年整体新能源乘用车热管理市场份额达到1800亿人民币。其中，高压液体加热器预计五年内成长为250亿市场规模，十年内成长为450亿的市场规模。
如果有一种新型加热器同时满足上述所有条件，它一定会成为未来几年的“香饽饽”。
2
为什么厚膜加热技术是当前最优选？
主流制热模式分化出了两种技术路线——PTC加热器、热泵系统。但二者的关系不是非此即彼，更像是一对“塑料搭子”。为何这么说？
先来看PTC加热器。
PTC，即正温度系数热敏电阻。当环境温度降低，PTC电阻也会降低。此时，在恒定电压下通电，电阻变小会导致电流增大，通电的发热量就会随之变大，就能起到加热的效果。
（图3：PTC加热器图示）
PTC加热存在两种方案，水暖和风暖。前者是通过PTC加热冷却液，再与散热器进行热交换；后者则是冷空气直接与PTC进行换热，最终吹出暖风。
技术已然成熟，问题在于PTC制热能耗很高，严重削减了电动汽车的续航里程。举个例子，一台2kW的PTC加热器，全功率工作一个小时要消耗2度电。如果按照百公里耗15度电计算，2度电约等于13公里的续航里程。在实际情况中，系统还会对PTC的功率进行控制：挡风玻璃除霜，大约需要PTC功率达到2-3kW；加热冷却液，可能需要PTC功率达到6kW左右。
由此，PTC的“塑料搭子”热泵上线了。
热泵，即热量“搬运工”——将低温“物体”，比如车外冷空气的热量吸进来，传递到工质内，再压缩工质使其升温。最终，由高温工质通过冷凝器与车内空气进行换热，实现暖风的功能。
（图4：空气能热泵冷暖机组的工作原理图）
我们可以大致理解为：车内得到的热量=消耗的电能+吸收的低位热能。
消耗的电能仅为驱动压缩机的电机和风机运转的电能。相较之下，空气中能吸收的热能可就大多了。毕竟，从热力学的角度看，只要没到零下273°C（绝对零度），外界空气总是有能量的。
我们通常用COP（能效比）衡量空调器性能，COP值越高说明转化效率越高、越节能。理论上，热泵制热COP值达到2-4之间。即，相同能耗下，热泵产生的热量是PTC的2-4倍。
热泵如此优秀，为什么还需要PTC？问题就出在“理论上”。
低温环境中，热泵容易“撂挑子”——零下20°C，热泵的COP值会变为1，近乎于不工作的状态；零下10°C—0°C，热泵的COP值为1-2，就比PTC强了一点。为此，特斯拉会在零下10°C—0°C启动辅助PTC，帮助制热；等温度超过0°C后，又换成热泵工作。高合HiPhi X采用间接式热泵，低温下同样需要将PTC作为辅助热源，快速取暖。
综上，PTC技术简单，缺点是先天能力有限，不稳定且耗电；热泵天花板高，缺点是成本高，且技术不够成熟，未来技术如CO₂热泵尚在发育中，目前需要其他方案打配合。
远水解不了近渴，既能快速替代PTC，又能与热泵重组“好搭子”的方案呼之欲出——厚膜加热技术。
该技术的原理是给导电材料通电，利用电阻加热效应将电能转化为热能。虽然与PTC均为电热转换，但重点正是“导电材料”的区分。
PTC是以BaTiO3为基的半导体陶瓷，具有电阻率随温度升高而增大的特性，导致发热功率不稳。题外话，在1955年，科学家发现，BaTiO3陶瓷中加入微量的稀土元素后，其室温电阻率才大幅度下降。
（图5：PTC电阻特性曲线）
而厚膜加热技术，正是利用稀土厚膜电热材料，在各种基板（不锈钢、氧化铝、氮化铝、玻璃、陶瓷等等）上，通过丝网印刷工艺，进行通电发热，实现从电能到热能的转换。
（图6：稀土厚膜加热器结构图）
导电材料和技术原理的不同，直接决定了二者先天性能的优劣。
更协同。厚膜加热器在启动电流、纹波电压及纹波电流方面优于 PTC技术，对整车电气系统影响更小，保证整车性能的稳定性与可靠性，在各种温度条件下均能保持优异的加热效果。
（图7：PTC&厚膜的时域电流曲线对比）
更高效。厚膜加热器的热效率比PTC 技术足足高出7%，既省电，还能显著提高电动汽车的续航里程。
更快速。厚膜加热器的完全启动时间只需30毫秒，而“以快见长”的PTC加热器却需要约 28秒才能达到全功率输出。
更精准。厚膜加热技术采用PWM控制，不仅能做到闭环功率控制，还可以及时、精准地感知系统温度，从而实现更精准的温度控制，满足新一代热管理系统的更高要求。
更稳定。相比于国内PTC 加热器较高的失效率，工艺决定厚膜加热器的制造能被精密控制与严格把关，在质量稳定性、产品一致性遥遥领先。
更长寿。厚膜加热器的功率衰减非常低，在长期使用中可以维持稳定的功率输出，这意味着长寿命与长期高性能。而PTC 加热器功率衰减会随着时间加剧，材料老化会进一步影响其性能。
更划算。厚膜加热技术组装简便、维护成本低等优越特性，使其在成本控制上更具竞争力，展现出广泛的市场应用潜力。
更抗压。在800V高电压平台日益渗透的大背景下，能够稳稳抗住1500V高压的厚膜加热技术，有望替代“限额650V”的PTC技术，成为未来行业的主流选择。此外，厚膜加热器能够完美适应不同规格的电源电压，为多种车型提供选择。
正因如此，随着近两年厚膜加热技术日臻成熟，众多国际知名汽车制造商，如大众、宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃开始率先拥抱厚膜加热技术；特斯拉Model 2、本田、丰田、吉利、小米、上汽等品牌正在陆续跟进。
目前，厚膜加热技术小荷才露尖尖角。未来几年内，该技术有望先在中高端车型中取代传统PTC加热器，并逐步应用于中低端车型。谁能在研发上抢占先机，谁就能在新能源汽车热管理领域占据重要市场份额。
3
掌握核心科技的国产替代标杆
2021年，极氪001搭载着一款新型高压液体加热器（HVCH）闪亮上市。这套神奇的“暖宝宝”采用了厚膜加热元件（TFE），标志着厚膜加热技术在新能源汽车领域落地成熟。
与领先的PCT加热器一样，上述新型厚膜加热器也是由国际厂商制造。同样地，其它HVCH技术，如稀土薄膜，电热管，电阻等等依然由国际厂商主导话语权。然而，在“不出海就出局”的今天，想要满足合规性，完整的本土知识产权愈发重要。
国产替代何时到来？技术突破是关键。
例如，稀土厚膜的升温速率能够从几十到数百°C/sec，其秘方在于浆料配制——不同配方对应厚膜不同的功率密度，从而实现温升速率的差异。
又例如，稀土厚膜需要通过类似丝印的技术制备，覆盖在曲/平面的导热基板上。理论来看，曲面厚膜对空间需求更小，承压能力更强，应用范围更广。但在实际印刷制备中，曲面的印刷工艺难度远大于平面。如何保证浆料覆盖的全面性、印刷均匀性与一致性，是制备工艺必须突破的“拦路虎”。
因而无论是浆料配制不均匀导致温度高低不一，抑或是印刷中的杂质影响覆膜效果等等，都可能成为稀土厚膜“爆膜”的元凶。如果厚膜制造厂商只专注于某个生产环节，不具备全套技术开发体系，以及丰富的解决经验，则无法突破根本难题，更何谈量产交付。这正是国际厂商长期占据上风的原因。
近两年，聚焦于愈发成熟的厚膜加热技术，国内初创企业成为了“急先锋”。其中，一支名为苏焱电子的团队崭露头角。
苏焱电子成立于2022年11月，是一家专注于新能源汽车热管理系统开发的企业。公司虽然年轻，但其高管团队均来自全球知名Tier1，具备国际化视野。核心成员已在汽车行业拥有近二十年的创业与从业经历，具备丰富的量产、品控和交付经验。
正是凭借与生俱来的技术基因，苏焱的厚膜加热技术已经解决了三项关键挑战：
其一，高功率密度与轻量化。其中一款产品功率为5KW~9.5KW，重量控制在2Kg，体积不到3L。整套液体加热器具备高功率密度，既能提供足够的热量，又能满足轻量化需求。
其二，高效节能。苏焱电子目前开发的三款产品热效率均大于 95%，高于PTC 技术7%，能够有效提升能源利用效率。
其三，低温性能保障。在相同测试条件下，苏焱产品到达17°C仅需25秒，而PTC产品要足足耗费50s。其高效的加热系统确保电池在低温下保持最佳性能。
更为关键的是，苏焱电子拥有完整的本土知识产权，有望实现厚膜加热技术的国产替代。近日，苏焱电子宣布完成千万级人民币天使轮融资，本轮融资由轩元资本领投。目前，公司已建成数十万套的产能，获得多家乘用车和商用车企业的采购订单定点函，并计划在本年度内启动批量生产。
手握热管理核心科技，重视眼下商业化落地，同时紧跟未来市场动态，是苏焱电子成为行业标杆的不二法门。
“短期内，以厚膜加热器为核心，进一步提升产品的市场占有率；在中长期战略中，布局热泵系统，逐步转型为新能源汽车热管理解决方案的全方位提供商。”正如CEO童百灵所言，“苏焱电子将在新能源汽车热管理系统领域占据一席之地，为全球电动汽车市场提供更高效的解决方案。”可以预见，在新能源领域，又一个国产替代的故事正在被书写。
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