近些年，雖然交通領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燃油車技術路線，即滞于HFC階段。新能源車所存在的安全隐患、裡程焦慮、熱管理工質溫室效應等瓶頸問題，也從“節能”與“環保”兩個方面對車輛熱管理行業提出了更進階、更精準的要求。
制冷劑應用現狀
自蒸汽壓縮式制冷系統問世以來，常用制冷劑類型已曆經四次更疊。
以乙醚、乙醇為代表的初代制冷劑僅達到提供制冷功能的需求，很快被R12等第一代制冷劑替代，後者被引入車輛應用領域。相較第一代制冷劑對臭氧層的極大破壞，第二代對臭氧層破壞較小的含氫制冷劑出現。而後，《蒙特利爾議定書》的限制了氟氯碳化物的使用, 并标志着第三代不含氯制冷劑（HFC）的問世。第三代産品目前在國内外應用廣泛，雖對臭氧層無破壞，但其對氣候的制暖效應較強，固處于淘汰初期。
四代制冷劑産品的基本情況
碳中和背景下，第四代制冷劑（天然或HFO類低GWP制冷劑）因其卓越性能與環保性成為第三代HFC制冷劑的綠色替代方案，下文将主要介紹幾種新能源汽車熱管理領域中較為熱門的替代方案。
制冷劑替代方案一：CO2
CO2作為一種天然工質， ODP為0，GWP為1，環保無污染。1993年，國際制冷學會前主席Lorentzen提出将CO2應用于汽車空調系統，其因制冷效果不佳，發展受阻。近些年, 随着新能源汽車的發展，其制熱無發動機的餘熱利用，跨臨界CO2循環因其強勁的制熱特性再一次進入大衆的視野。
近些年，學者針對CO2在車輛熱管理領域的應用展開優化研究，結果表明：
使用CO2欠充和過充會對系統性能造成較大衰減；
在提升車用跨臨界CO2熱泵空調系統的緊湊性與輕量化中，研究者開發并使用了跨臨界CO2四通換向閥、內建化氣分-回熱器及各類微通道換熱器等，發現跨臨界CO2系統的制熱能力提
升十分明顯，在低至 25°C的低溫條件下仍然能穩定充分供熱， 10°C條件下的制熱性能相對R134a依舊提升80%以上；
針對車用跨臨界CO2系統制冷性能比傳統R134a系統稍差的劣勢，有學者提出了将CO2與R290、R41等制冷劑混合的方法，使車用空調系統制冷性能提升20%以上, 基本達到與R134a系統相當的狀态。
憑借優異的環保效應、寬工況适應性及與車輛系統的相容性，近些年CO2制冷劑被廣泛地推向新能源汽車、客車、軌道交通等領域，并引起了學術界與行業界的廣泛關注與總體看好。不過，受限于CO2制冷劑獨特的物性，車輛熱泵空調向CO2技術的轉型需要對系統進行重新設計，這也是限制該技術快速發展的主要掣肘。
制冷劑替代方案二：R1234yf
R1234yf是美國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，環保性良好。雖然研究顯示，R1234yf制冷劑與傳統R134a或R410A的慣用潤滑油存在一定的相容性問題，但目前行業中替代正常R134a制冷劑時，隻需将原本車輛熱泵空調系統中的R134a制冷劑放空，再重新加入R1234yf即可，無須重新設計，短期适用性最佳。針對環保性，有學者指出，單純的低GWP與當量溫室效應氣體排放量低并不嚴格對等，是以提出了全生命周期碳排放算法，将制冷劑全生命周期過程的所有直接和間接碳排進行合并計算。結果顯示，R1234yf全生命周期碳排同樣低于傳統R134a，甚至低于制冷劑本身GWP更低的純天然工質CO2。
但長期使用過程中，也逐漸暴露出一些安全性問題。例如，近期R1234yf被認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分解産生CF3CHO（三氟乙醛），最終分解産生CHF3(HFC-23)。HFC-23是一種強溫室效應氣體，可能最終導緻HFO類制冷劑的GWP值進行重新評估。此外，受限于美國公司的專利保護， R1234yf高昂的價格也是目前限制其在國内廣泛普及的主要問題。
制冷劑替代方案三：R290
R290（丙烷，CH3CH2CH3）同樣屬于天然工質，其ODP=0， GWP=3.3，熱實體性能參數與R134a相近，但标準沸點更低，是以可以适用于更低的環境溫度。相比汽車空調常用的制冷劑R134a，R290除了在環保性上具有更好的表現之外，由于更高的氣化潛熱、更小的分子品質、更高的工作壓力及工作密度，可以大大減少車輛熱泵空調系統中制冷劑的充注量，更加符合輕量化、緊湊化原則。
由于R290的标準沸點很低，是以比較适用于低溫環境以熱泵制熱工況運作，在
不過，雖然R290的熱物性及環保性良好，但安全等級僅為A3，屬于可燃制冷劑，一般需要建構二次循環，而可燃性也成為其使用過程中始終存在的安全隐患。
制冷劑替代方案四：R410A和R32
應對新能源汽車的冬季制熱問題，R410A因制熱特性優異也獲得了一定的關注，其ODP=0, 但GWP值高于2000。近些年，比亞迪連續推出了搭載R410A熱泵空調系統及R410A補氣增焓式熱泵空調系統的新能源乘用車，使用效果證明，采用補氣增焓方法的R410A熱泵空調系統在冬季制熱條件下具備十分突出的性能優勢，甚至可以在 20°C以上的低溫環境下正常運作并提供足夠制熱量，節省了PTC電加熱功耗，使電動車冬季續航裡程有所恢複。然而，目前車輛領域采用R410A的嘗試一般隻是為了借鑒其在家用領域的成熟技術，進而作為車輛行業制冷劑的暫時性過渡替代物，在目前車輛領域應用背景下不具有長遠的前景。
R32（二氟甲烷，CH2F2)）同屬碳氫化合物，ODP=0，但GWP高達675，其環保優勢并不明顯。研究顯示，由于R32的低溫制熱性能與高溫制冷性能均能達到較優良水準，節省了很多低溫PTC電輔熱耗功，是以運作能耗較低，間接當量碳排放較少，從全生命周期環保性的角度來說，也許是一種具備一定前景的制冷劑替代選擇。由于R32是R410A的組成成分之一，但GWP顯著低于R410A，是以相對R410A系統，R32系統能夠大幅降低當量CO2及SO2的排放量，尤其将R32與GWP值很低的R744、HFO類制冷劑混合使用後，既能兼顧熱泵空調系統的制冷與制熱能力，又能大幅降低混合工質的當量GWP值，是一種值得深入研究的方案。
小結
由此看來，下一代新能源汽車熱管理系統的制冷劑替代路線可謂尚不明确，形成以CO2/R290/R1234yf為主流、各形式混合工質為輔的百花齊放狀态。下一代新能源汽車熱管理制冷劑技術路線基本受兩大因素影響和制約：一方面是國家相關标準和法規, 應對環境污染、氣候變暖問題的具體政策實施；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域下的功能多樣性影響。
綜合考慮“節能”與“環保”，從更為長遠的發展看，自然工質将逐漸成為新能源汽車熱管理系統的主流。在大陸碳中和的大背景下，新能源汽車熱管理系統的下一代發展如何以綠色高效化為導向，這一工作已經成為目前毋庸置疑的問題。
文獻來源：王從飛,曹鋒,李明佳,殷翔,宋昱龍,何雅玲.碳中和背景下新能源汽車熱管理系統研究現狀及發展趨勢[J].科學通報,2021,66(32):4112-4128.