新能源汽車熱管理

       “熱管理"對(duì)于大部份傳統(tǒng)車消費(fèi)者來說，既陌生又無感。但到了純電汽車時(shí)代，由于電池成本很高，電池的能耗成了車企和用戶關(guān)注的焦點(diǎn)，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(jī)廠熱管理技術(shù)應(yīng)用如何？廣電計(jì)量最新一期“專家訪談"欄目，對(duì)話新能源汽車技術(shù)專家韋瑋，暢談熱管理的重要性及應(yīng)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(jì)量可靠性與環(huán)境工程研究所新能源技術(shù)支持總監(jiān)，負(fù)責(zé)新能源電池、電驅(qū)、電控、熱管理系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)等產(chǎn)品開發(fā)驗(yàn)證的技術(shù)管理工作。曾任職與AVL中國(guó)與理想汽車，常年從事汽車研發(fā)試驗(yàn)室規(guī)劃，動(dòng)力測(cè)試臺(tái)架開發(fā)，發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)驗(yàn)證，電驅(qū)系統(tǒng)、混動(dòng)總成、增程器開發(fā)驗(yàn)證管理工作。

新能源汽車技術(shù)特點(diǎn)和傳統(tǒng)燃油車相比有哪些不同？

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

       相比于傳統(tǒng)燃油車，新能源汽車最大的特點(diǎn)是動(dòng)力系統(tǒng)的改變。傳統(tǒng)燃油汽車的動(dòng)力系統(tǒng)以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，冷卻、潤(rùn)滑、燃料、啟動(dòng)、點(diǎn)火、傳動(dòng)系統(tǒng)作為輔助；在新能源汽車中，BEV、PHEV、REEV的動(dòng)力系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，主要以“三電"系統(tǒng)構(gòu)成。FCEV以燃料電池加上動(dòng)力電池或超級(jí)電容作為動(dòng)力系統(tǒng)。“三電"系統(tǒng)中電池是新能源汽車的動(dòng)力源；電機(jī)是新能源汽車的驅(qū)動(dòng)裝置，通過運(yùn)行將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛行駛；電控控制電機(jī)運(yùn)行，直接決定了汽車的時(shí)速、加速度等主要性能指標(biāo)。“三電"核心技術(shù)從很大程度上決定了整車性能，是評(píng)價(jià)新能源汽車極為重要的指標(biāo)。

       近年來，在新能源技術(shù)領(lǐng)域，汽車熱管理系統(tǒng)越來越多地受到人們的關(guān)注。由于燃油車和新能源車驅(qū)動(dòng)原理不同，從根本上促使整車熱管理的升級(jí)變革，新能源熱管理系統(tǒng)不同于燃油車的熱管理構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單以散熱為目的等特點(diǎn)，更肩負(fù)著保障電池壽命和整車穩(wěn)定安全的重要使命，其性能的優(yōu)劣也成為決定新能源汽車產(chǎn)品力的關(guān)鍵因素。

“三電"系統(tǒng)及熱管理系統(tǒng)，該如何進(jìn)一步提升技術(shù)能力？

      在電池方面，未來技術(shù)發(fā)展主要集中在高性能電池材料、電池包、電池管理系統(tǒng)、電池梯級(jí)利用回收技術(shù)以及電池生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)電池技術(shù)取得優(yōu)勢(shì)需具備兩個(gè)基礎(chǔ)條件：電池能量密度要盡可能高，同時(shí)，電池成本要盡可能低。

       在電機(jī)方面，國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要份額是由永磁電動(dòng)機(jī)占據(jù)，由于我國(guó)稀土資源有一定優(yōu)勢(shì)，未來永磁電動(dòng)機(jī)仍是新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展重點(diǎn)，但從電機(jī)控制器連續(xù)比功率來看，較國(guó)際優(yōu)秀水平還是有一定差距，未來利用碳化硅提升提升電機(jī)控制器功率密度將是電機(jī)控制器技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)之一。

       在電驅(qū)方面，目前國(guó)外以博世、麥格納、博格華納等為代表的電驅(qū)系統(tǒng)集成商推出了電驅(qū)動(dòng)一體化總成產(chǎn)品，我國(guó)與國(guó)外基本同時(shí)起步，并且取得了先導(dǎo)的地位，例如上海電驅(qū)動(dòng)、比亞迪、極氪威睿、華為等均普及了三合一總成系統(tǒng)，并且多個(gè)廠家已經(jīng)普遍采用集成車載電源甚至VCU、BMS的多合一電驅(qū)系統(tǒng)。整體來看，電驅(qū)系統(tǒng)集成化已經(jīng)成為了新能源汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

       在熱管理系統(tǒng)方面，因?yàn)槟壳半姵啬芰棵芏忍嵘龅狡款i，降低整車能耗尤為關(guān)鍵，熱管理系統(tǒng)可以通過熱泵空調(diào)優(yōu)化普及、集成化應(yīng)用加速滲透、局部降本增效延續(xù)及環(huán)保推動(dòng)空調(diào)冷媒升級(jí)來提升技術(shù)發(fā)展，同時(shí)，優(yōu)化冷卻技術(shù)，系統(tǒng)布局及熱仿真分析技術(shù)，可以進(jìn)一步提升熱管理系統(tǒng)的效率。

熱管理在新能源汽車檢測(cè)項(xiàng)目中重要性如何？

      熱管理在新能源汽車中的技術(shù)地位其實(shí)是不亞于“三電"的，因?yàn)殡姵亍㈦姍C(jī)、電控都需要熱管理系統(tǒng)來保證并優(yōu)化系統(tǒng)性能，各大主機(jī)廠也在不斷研究并升級(jí)熱管理系統(tǒng)，新能源車熱管理系統(tǒng)技術(shù)迭代的目的在于實(shí)現(xiàn)各回路熱量與冷量需求的內(nèi)部匹配，能耗優(yōu)，降低電池能耗實(shí)現(xiàn)制冷與制熱功能。

       目前，國(guó)家多部門先后出臺(tái)政策以防控電池在惡劣情況下發(fā)生自燃、爆炸現(xiàn)象。而自燃事故之所以會(huì)發(fā)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(shè)計(jì)都直接影響電動(dòng)汽車的安全性。

       雖然國(guó)家現(xiàn)階段并沒有對(duì)具體熱管理技術(shù)路線做出指引要求，因此在熱管理測(cè)試上也不像汽車內(nèi)外飾或汽車電子一樣有明確且有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)。但由于與燃油汽車相比，新能源汽車熱管理系統(tǒng)的工作條件和工作目的不同，也肩負(fù)著更重要的功能、性能、節(jié)能、安全“職責(zé)"。

       主機(jī)廠對(duì)熱管理的性能要求同時(shí)也在不斷升級(jí)，他們需要具有更高效率、更全面功能的熱管理系統(tǒng)。因此，在我國(guó)新能源汽車邁入千萬輛大關(guān)的新時(shí)代，主機(jī)廠們已逐步從早先只對(duì)熱管理系統(tǒng)內(nèi)零部件做檢測(cè)的要求，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)零部件、子回路、整體系統(tǒng)性能的全面關(guān)注，隨之而來的測(cè)試需求也日益增加。

       從另一方面來說，以前主機(jī)廠或供應(yīng)商自己建立的實(shí)驗(yàn)室就能滿足他們對(duì)熱管理系統(tǒng)要求的性能或環(huán)境可靠性測(cè)試，但隨著需求升級(jí)，主機(jī)廠或供應(yīng)商需要第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)來完成測(cè)試，因此近年來熱管理的測(cè)試需求不斷上升。

       綜上所述，熱管理系統(tǒng)能力未來會(huì)成為行業(yè)技術(shù)能力競(jìng)爭(zhēng)格局的重要一環(huán)，其測(cè)試需求量及技術(shù)地位占據(jù)新能源汽車領(lǐng)域的一席之地。

主機(jī)廠目前熱管理技術(shù)應(yīng)用如何？

     目前，主機(jī)廠的電機(jī)熱管理、電池?zé)峁芾砗妥摕峁芾砭蜒苌隽说诙⑷夹g(shù)，且每一代技術(shù)對(duì)于軟件和硬件的集成要求都更高。以電機(jī)熱管理的主動(dòng)液冷技術(shù)為例，為了快速冷卻電機(jī)，車載電腦需要根據(jù)預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)回路中冷卻液流量大小，并可根據(jù)電池包熱量決定是否通過四通閥將電池回路和電機(jī)回路進(jìn)行串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更高效的集成熱管理控制。

       目前各大主機(jī)廠也在不斷研究并升級(jí)熱管理系統(tǒng)。例如最典型的特斯拉 Model Y 熱管理系統(tǒng)，Model Y是特斯拉第四代熱管理系統(tǒng)，采用了新型熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多種模式下的熱管理。

       比亞迪新能源汽車在熱管理技術(shù)上也有一定成果，純電動(dòng)車型漢、唐的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用水冷換熱，利用空調(diào)系統(tǒng)電子膨脹閥及電池包冷卻，可以滿足空調(diào)及電池冷卻的不同優(yōu)先級(jí)；比亞迪也研制出電池包直冷直熱及增焓熱泵技術(shù)，增焓熱泵可以滿足汽車在更低的溫度下進(jìn)行采暖。

       豐田 CHR EV、Prime電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)箱及鼓風(fēng)機(jī)帶動(dòng)空氣循環(huán)進(jìn)行動(dòng)力電池制冷，加熱系統(tǒng)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(fā)售的問界M9都有自己的熱管理技術(shù)，所以熱管理是被主機(jī)廠相當(dāng)重視的。

目前廣電計(jì)量在熱管理方面有哪些能力？

      廣電計(jì)量正圍繞熱管理領(lǐng)域構(gòu)建全面測(cè)試能力，包括熱管理基礎(chǔ)的零部件、系統(tǒng)能力及整車測(cè)試。在基礎(chǔ)的零部件方面，測(cè)試能力涵蓋熱泵/制冷循環(huán)（壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、儲(chǔ)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(shù)等）、電子水泵、流量閥（旁通閥、開關(guān)閥、流量比例控制閥等）、換熱器及風(fēng)扇等；系統(tǒng)能力測(cè)試方面，包括常規(guī)系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)制冷、制熱、除濕、結(jié)霜、化霜、耗電量（COP）、制冷劑充注量標(biāo)定及冷卻液充注量標(biāo)定；整車測(cè)試方面，廣電計(jì)量針對(duì)整車熱管理系統(tǒng)配置了整車熱管理性能綜合試驗(yàn)臺(tái)，具備整車系統(tǒng)采暖、降溫、除霜、結(jié)霜、除霧性能測(cè)試及整車熱平衡道路、能量消耗率及續(xù)航里程測(cè)試能力。

       此外，廣電計(jì)量還可根據(jù)不同熱管理測(cè)試需求設(shè)計(jì)搭建臺(tái)架，完成主機(jī)廠熱管理系統(tǒng)開發(fā)優(yōu)化選型及測(cè)試。