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為什么新能源車企都在比拼“熱管理”?

點擊次數:129 更新時間:2023-10-09

新能源汽車熱管理

       “熱管理"對于大部份傳統車消費者來說,既陌生又無感。但到了純電汽車時代,由于電池成本很高,電池的能耗成了車企和用戶關注的焦點,熱管理的重要性就被凸顯。新能源汽車為什么需要熱管理?目前主機廠熱管理技術應用如何?廣電計量最新一期“專家訪談"欄目,對話新能源汽車技術專家韋瑋,暢談熱管理的重要性及應用前景。

韋瑋

控制理論與控制工程碩士/工程管理碩士

       廣電計量可靠性與環境工程研究所新能源技術支持總監,負責新能源電池、電驅、電控、熱管理系統,內燃機等產品開發驗證的技術管理工作。曾任職與AVL中國與理想汽車,常年從事汽車研發試驗室規劃,動力測試臺架開發,發動機開發驗證,電驅系統、混動總成、增程器開發驗證管理工作。

新能源汽車技術特點和傳統燃油車相比有哪些不同?


     目前市場上的新能源汽車多種多樣,例如BEV純電動汽車、REEV增程式電動汽車、PHEV插電式混合動力汽車、FCEV燃料電池電動汽車及其他利用高效儲能器的新能源汽車。

       相比于傳統燃油車,新能源汽車最大的特點是動力系統的改變。傳統燃油汽車的動力系統以發動機作為動力源,冷卻、潤滑、燃料、啟動、點火、傳動系統作為輔助;在新能源汽車中,BEV、PHEV、REEV的動力系統替代了傳統發動機,主要以“三電"系統構成。FCEV以燃料電池加上動力電池或超級電容作為動力系統?!叭?系統中電池是新能源汽車的動力源;電機是新能源汽車的驅動裝置,通過運行將電池的電能轉化為機械能驅動車輛行駛;電控控制電機運行,直接決定了汽車的時速、加速度等主要性能指標?!叭?核心技術從很大程度上決定了整車性能,是評價新能源汽車極為重要的指標。

       近年來,在新能源技術領域,汽車熱管理系統越來越多地受到人們的關注。由于燃油車和新能源車驅動原理不同,從根本上促使整車熱管理的升級變革,新能源熱管理系統不同于燃油車的熱管理構造相對簡單以散熱為目的等特點,更肩負著保障電池壽命和整車穩定安全的重要使命,其性能的優劣也成為決定新能源汽車產品力的關鍵因素。

“三電"系統及熱管理系統,該如何進一步提升技術能力?


      在電池方面,未來技術發展主要集中在高性能電池材料、電池包、電池管理系統、電池梯級利用回收技術以及電池生產制造等領域,國內電池技術取得優勢需具備兩個基礎條件:電池能量密度要盡可能高,同時,電池成本要盡可能低。

       在電機方面,國內驅動電機的主要份額是由永磁電動機占據,由于我國稀土資源有一定優勢,未來永磁電動機仍是新能源汽車驅動電機發展重點,但從電機控制器連續比功率來看,較國際優秀水平還是有一定差距,未來利用碳化硅提升提升電機控制器功率密度將是電機控制器技術發展的主流趨勢之一。

       在電驅方面,目前國外以博世、麥格納、博格華納等為代表的電驅系統集成商推出了電驅動一體化總成產品,我國與國外基本同時起步,并且取得了先導的地位,例如上海電驅動、比亞迪、極氪威睿、華為等均普及了三合一總成系統,并且多個廠家已經普遍采用集成車載電源甚至VCU、BMS的多合一電驅系統。整體來看,電驅系統集成化已經成為了新能源汽車技術發展趨勢。

       在熱管理系統方面,因為目前電池能量密度提升遇到瓶頸,降低整車能耗尤為關鍵,熱管理系統可以通過熱泵空調優化普及、集成化應用加速滲透、局部降本增效延續及環保推動空調冷媒升級來提升技術發展,同時,優化冷卻技術,系統布局及熱仿真分析技術,可以進一步提升熱管理系統的效率。

熱管理在新能源汽車檢測項目中重要性如何?


      熱管理在新能源汽車中的技術地位其實是不亞于“三電"的,因為電池、電機、電控都需要熱管理系統來保證并優化系統性能,各大主機廠也在不斷研究并升級熱管理系統,新能源車熱管理系統技術迭代的目的在于實現各回路熱量與冷量需求的內部匹配,能耗優,降低電池能耗實現制冷與制熱功能。

       目前,國家多部門先后出臺政策以防控電池在惡劣情況下發生自燃、爆炸現象。而自燃事故之所以會發生,原因不僅在于漏電或者短路這種電路上的問題,車上控制器的熱管理策略和熱管理回路設計都直接影響電動汽車的安全性。

       雖然國家現階段并沒有對具體熱管理技術路線做出指引要求,因此在熱管理測試上也不像汽車內外飾或汽車電子一樣有明確且有針對性的標準。但由于與燃油汽車相比,新能源汽車熱管理系統的工作條件和工作目的不同,也肩負著更重要的功能、性能、節能、安全“職責"。

       主機廠對熱管理的性能要求同時也在不斷升級,他們需要具有更高效率、更全面功能的熱管理系統。因此,在我國新能源汽車邁入千萬輛大關的新時代,主機廠們已逐步從早先只對熱管理系統內零部件做檢測的要求,轉變為對零部件、子回路、整體系統性能的全面關注,隨之而來的測試需求也日益增加。

       從另一方面來說,以前主機廠或供應商自己建立的實驗室就能滿足他們對熱管理系統要求的性能或環境可靠性測試,但隨著需求升級,主機廠或供應商需要第三方檢測機構來完成測試,因此近年來熱管理的測試需求不斷上升。

       綜上所述,熱管理系統能力未來會成為行業技術能力競爭格局的重要一環,其測試需求量及技術地位占據新能源汽車領域的一席之地。

主機廠目前熱管理技術應用如何?


     目前,主機廠的電機熱管理、電池熱管理和座艙熱管理均已衍生出了第二代、三代技術,且每一代技術對于軟件和硬件的集成要求都更高。以電機熱管理的主動液冷技術為例,為了快速冷卻電機,車載電腦需要根據預設程序調節回路中冷卻液流量大小,并可根據電池包熱量決定是否通過四通閥將電池回路和電機回路進行串聯,以實現更高效的集成熱管理控制。

       目前各大主機廠也在不斷研究并升級熱管理系統。例如最典型的特斯拉 Model Y 熱管理系統,Model Y是特斯拉第四代熱管理系統,采用了新型熱泵空調系統,可以實現多種模式下的熱管理。

       比亞迪新能源汽車在熱管理技術上也有一定成果,純電動車型漢、唐的電池熱管理系統采用水冷換熱,利用空調系統電子膨脹閥及電池包冷卻,可以滿足空調及電池冷卻的不同優先級;比亞迪也研制出電池包直冷直熱及增焓熱泵技術,增焓熱泵可以滿足汽車在更低的溫度下進行采暖。

       豐田 CHR EV、Prime電池熱管理系統通過空調系統蒸發箱及鼓風機帶動空氣循環進行動力電池制冷,加熱系統則采用12V鉛蓄電池供電。除此之外,廣汽 Aion V Plus、吉利幾何G6、小鵬P7i、零跑C11、理想L9及12月份發售的問界M9都有自己的熱管理技術,所以熱管理是被主機廠相當重視的。

目前廣電計量在熱管理方面有哪些能力?


      廣電計量正圍繞熱管理領域構建全面測試能力,包括熱管理基礎的零部件、系統能力及整車測試。在基礎的零部件方面,測試能力涵蓋熱泵/制冷循環(壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥、儲液器、溫度壓力傳感器等)、加熱器(電加熱器、柴油加熱器、其他加熱技術等)、電子水泵、流量閥(旁通閥、開關閥、流量比例控制閥等)、換熱器及風扇等;系統能力測試方面,包括常規系統和熱泵系統制冷、制熱、除濕、結霜、化霜、耗電量(COP)、制冷劑充注量標定及冷卻液充注量標定;整車測試方面,廣電計量針對整車熱管理系統配置了整車熱管理性能綜合試驗臺,具備整車系統采暖、降溫、除霜、結霜、除霧性能測試及整車熱平衡道路、能量消耗率及續航里程測試能力。

       此外,廣電計量還可根據不同熱管理測試需求設計搭建臺架,完成主機廠熱管理系統開發優化選型及測試。




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