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为什么新能源车企都在比拼“热管理”?

点击次数:137 更新时间:2023-10-09

新能源汽车热管理

       “热管理"对于大部份传统车消费者来说,既陌生又无感。但到了纯电汽车时代,由于电池成本很高,电池的能耗成了车企和用户关注的焦点,热管理的重要性就被凸显。新能源汽车为什么需要热管理?目前主机厂热管理技术应用如何?广电计量最新一期“专家访谈"栏目,对话新能源汽车技术专家韦玮,畅谈热管理的重要性及应用前景。

韦玮

控制理论与控制工程硕士/工程管理硕士

       广电计量可靠性与环境工程研究所新能源技术支持总监,负责新能源电池、电驱、电控、热管理系统,内燃机等产品开发验证的技术管理工作。曾任职与AVL中国与理想汽车,常年从事汽车研发试验室规划,动力测试台架开发,发动机开发验证,电驱系统、混动总成、增程器开发验证管理工作。

新能源汽车技术特点和传统燃油车相比有哪些不同?


     目前市场上的新能源汽车多种多样,例如BEV纯电动汽车、REEV增程式电动汽车、PHEV插电式混合动力汽车、FCEV燃料电池电动汽车及其他利用高效储能器的新能源汽车。

       相比于传统燃油车,新能源汽车最大的特点是动力系统的改变。传统燃油汽车的动力系统以发动机作为动力源,冷却、润滑、燃料、启动、点火、传动系统作为辅助;在新能源汽车中,BEV、PHEV、REEV的动力系统替代了传统发动机,主要以“三电"系统构成。FCEV以燃料电池加上动力电池或超级电容作为动力系统。“三电"系统中电池是新能源汽车的动力源;电机是新能源汽车的驱动装置,通过运行将电池的电能转化为机械能驱动车辆行驶;电控控制电机运行,直接决定了汽车的时速、加速度等主要性能指标。“三电"核心技术从很大程度上决定了整车性能,是评价新能源汽车极为重要的指标。

       近年来,在新能源技术领域,汽车热管理系统越来越多地受到人们的关注。由于燃油车和新能源车驱动原理不同,从根本上促使整车热管理的升级变革,新能源热管理系统不同于燃油车的热管理构造相对简单以散热为目的等特点,更肩负着保障电池寿命和整车稳定安全的重要使命,其性能的优劣也成为决定新能源汽车产品力的关键因素。

“三电"系统及热管理系统,该如何进一步提升技术能力?


      在电池方面,未来技术发展主要集中在高性能电池材料、电池包、电池管理系统、电池梯级利用回收技术以及电池生产制造等领域,国内电池技术取得优势需具备两个基础条件:电池能量密度要尽可能高,同时,电池成本要尽可能低。

       在电机方面,国内驱动电机的主要份额是由永磁电动机占据,由于我国稀土资源有一定优势,未来永磁电动机仍是新能源汽车驱动电机发展重点,但从电机控制器连续比功率来看,较国际优秀水平还是有一定差距,未来利用碳化硅提升提升电机控制器功率密度将是电机控制器技术发展的主流趋势之一。

       在电驱方面,目前国外以博世、麦格纳、博格华纳等为代表的电驱系统集成商推出了电驱动一体化总成产品,我国与国外基本同时起步,并且取得了先导的地位,例如上海电驱动、比亚迪、极氪威睿、华为等均普及了三合一总成系统,并且多个厂家已经普遍采用集成车载电源甚至VCU、BMS的多合一电驱系统。整体来看,电驱系统集成化已经成为了新能源汽车技术发展趋势。

       在热管理系统方面,因为目前电池能量密度提升遇到瓶颈,降低整车能耗尤为关键,热管理系统可以通过热泵空调优化普及、集成化应用加速渗透、局部降本增效延续及环保推动空调冷媒升级来提升技术发展,同时,优化冷却技术,系统布局及热仿真分析技术,可以进一步提升热管理系统的效率。

热管理在新能源汽车检测项目中重要性如何?


      热管理在新能源汽车中的技术地位其实是不亚于“三电"的,因为电池、电机、电控都需要热管理系统来保证并优化系统性能,各大主机厂也在不断研究并升级热管理系统,新能源车热管理系统技术迭代的目的在于实现各回路热量与冷量需求的内部匹配,能耗优,降低电池能耗实现制冷与制热功能。

       目前,国家多部门先后出台政策以防控电池在恶劣情况下发生自燃、爆炸现象。而自燃事故之所以会发生,原因不仅在于漏电或者短路这种电路上的问题,车上控制器的热管理策略和热管理回路设计都直接影响电动汽车的安全性。

       虽然国家现阶段并没有对具体热管理技术路线做出指引要求,因此在热管理测试上也不像汽车内外饰或汽车电子一样有明确且有针对性的标准。但由于与燃油汽车相比,新能源汽车热管理系统的工作条件和工作目的不同,也肩负着更重要的功能、性能、节能、安全“职责"。

       主机厂对热管理的性能要求同时也在不断升级,他们需要具有更高效率、更全面功能的热管理系统。因此,在我国新能源汽车迈入千万辆大关的新时代,主机厂们已逐步从早先只对热管理系统内零部件做检测的要求,转变为对零部件、子回路、整体系统性能的全面关注,随之而来的测试需求也日益增加。

       从另一方面来说,以前主机厂或供应商自己建立的实验室就能满足他们对热管理系统要求的性能或环境可靠性测试,但随着需求升级,主机厂或供应商需要第三方检测机构来完成测试,因此近年来热管理的测试需求不断上升。

       综上所述,热管理系统能力未来会成为行业技术能力竞争格局的重要一环,其测试需求量及技术地位占据新能源汽车领域的一席之地。

主机厂目前热管理技术应用如何?


     目前,主机厂的电机热管理、电池热管理和座舱热管理均已衍生出了第二代、三代技术,且每一代技术对于软件和硬件的集成要求都更高。以电机热管理的主动液冷技术为例,为了快速冷却电机,车载电脑需要根据预设程序调节回路中冷却液流量大小,并可根据电池包热量决定是否通过四通阀将电池回路和电机回路进行串联,以实现更高效的集成热管理控制。

       目前各大主机厂也在不断研究并升级热管理系统。例如最典型的特斯拉 Model Y 热管理系统,Model Y是特斯拉第四代热管理系统,采用了新型热泵空调系统,可以实现多种模式下的热管理。

       比亚迪新能源汽车在热管理技术上也有一定成果,纯电动车型汉、唐的电池热管理系统采用水冷换热,利用空调系统电子膨胀阀及电池包冷却,可以满足空调及电池冷却的不同优先级;比亚迪也研制出电池包直冷直热及增焓热泵技术,增焓热泵可以满足汽车在更低的温度下进行采暖。

       丰田 CHR EV、Prime电池热管理系统通过空调系统蒸发箱及鼓风机带动空气循环进行动力电池制冷,加热系统则采用12V铅蓄电池供电。除此之外,广汽 Aion V Plus、吉利几何G6、小鹏P7i、零跑C11、理想L9及12月份发售的问界M9都有自己的热管理技术,所以热管理是被主机厂相当重视的。

目前广电计量在热管理方面有哪些能力?


      广电计量正围绕热管理领域构建全面测试能力,包括热管理基础的零部件、系统能力及整车测试。在基础的零部件方面,测试能力涵盖热泵/制冷循环(压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液器、温度压力传感器等)、加热器(电加热器、柴油加热器、其他加热技术等)、电子水泵、流量阀(旁通阀、开关阀、流量比例控制阀等)、换热器及风扇等;系统能力测试方面,包括常规系统和热泵系统制冷、制热、除湿、结霜、化霜、耗电量(COP)、制冷剂充注量标定及冷却液充注量标定;整车测试方面,广电计量针对整车热管理系统配置了整车热管理性能综合试验台,具备整车系统采暖、降温、除霜、结霜、除雾性能测试及整车热平衡道路、能量消耗率及续航里程测试能力。

       此外,广电计量还可根据不同热管理测试需求设计搭建台架,完成主机厂热管理系统开发优化选型及测试。