新能源汽車熱管理

       “熱管理"對于大部份傳統(tǒng)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(guān)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(jī)廠熱管理技術(shù)應(yīng)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(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)驗證的技術(shù)管理工作。曾任職與AVL中國與理想汽車，常年從事汽車研發(fā)試驗室規(guī)劃，動力測試臺架開發(fā)，發(fā)動機(jī)開發(fā)驗證，電驅(qū)系統(tǒng)、混動總成、增程器開發(fā)驗證管理工作。

新能源汽車技術(shù)特點和傳統(tǒng)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(tǒng)燃油車，新能源汽車最大的特點是動力系統(tǒng)的改變。傳統(tǒng)燃油汽車的動力系統(tǒng)以發(fā)動機(jī)作為動力源，冷卻、潤滑、燃料、啟動、點火、傳動系統(tǒng)作為輔助；在新能源汽車中，BEV、PHEV、REEV的動力系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，主要以“三電"系統(tǒng)構(gòu)成。FCEV以燃料電池加上動力電池或超級電容作為動力系統(tǒng)。“三電"系統(tǒng)中電池是新能源汽車的動力源；電機(jī)是新能源汽車的驅(qū)動裝置，通過運行將電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動車輛行駛；電控控制電機(jī)運行，直接決定了汽車的時速、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，是評價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(tǒng)不同于燃油車的熱管理構(gòu)造相對簡單以散熱為目的等特點，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)、電池梯級利用回收技術(shù)以及電池生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，國內(nèi)電池技術(shù)取得優(yōu)勢需具備兩個基礎(chǔ)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(jī)方面，國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)的主要份額是由永磁電動機(jī)占據(jù)，由于我國稀土資源有一定優(yōu)勢，未來永磁電動機(jī)仍是新能源汽車驅(qū)動電機(jī)發(fā)展重點，但從電機(jī)控制器連續(xù)比功率來看，較國際優(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)展的主流趨勢之一。

       在電驅(qū)方面，目前國外以博世、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)動一體化總成產(chǎn)品，我國與國外基本同時起步，并且取得了先導(dǎo)的地位，例如上海電驅(qū)動、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。

       在熱管理系統(tǒng)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(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)保推動空調(diào)冷媒升級來提升技術(shù)發(fā)展，同時，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項目中重要性如何？

      熱管理在新能源汽車中的技術(shù)地位其實是不亞于“三電"的，因為電池、電機(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)，降低電池能耗實現(xiàn)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(fā)生自燃、爆炸現(xiàn)象。而自燃事故之所以會發(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)計都直接影響電動汽車的安全性。

       雖然國家現(xiàn)階段并沒有對具體熱管理技術(shù)路線做出指引要求，因此在熱管理測試上也不像汽車內(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(tǒng)。因此，在我國新能源汽車邁入千萬輛大關(guān)的新時代，主機(jī)廠們已逐步從早先只對熱管理系統(tǒng)內(nèi)零部件做檢測的要求，轉(zhuǎn)變?yōu)閷α悴考⒆踊芈贰⒄w系統(tǒng)性能的全面關(guān)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(jī)廠或供應(yīng)商自己建立的實驗室就能滿足他們對熱管理系統(tǒng)要求的性能或環(huán)境可靠性測試，但隨著需求升級，主機(jī)廠或供應(yīng)商需要第三方檢測機(jī)構(gòu)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(tǒng)能力未來會成為行業(yè)技術(shù)能力競爭格局的重要一環(huán)，其測試需求量及技術(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)對于軟件和硬件的集成要求都更高。以電機(jī)熱管理的主動液冷技術(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；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)帶動空氣循環(huán)進(jìn)行動力電池制冷，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。

目前廣電計量在熱管理方面有哪些能力？

      廣電計量正圍繞熱管理領(lǐng)域構(gòu)建全面測試能力，包括熱管理基礎(chǔ)的零部件、系統(tǒng)能力及整車測試。在基礎(chǔ)的零部件方面，測試能力涵蓋熱泵/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；整車測試方面，廣電計量針對整車熱管理系統(tǒng)配置了整車熱管理性能綜合試驗臺，具備整車系統(tǒng)采暖、降溫、除霜、結(jié)霜、除霧性能測試及整車熱平衡道路、能量消耗率及續(xù)航里程測試能力。

       此外，廣電計量還可根據(jù)不同熱管理測試需求設(shè)計搭建臺架，完成主機(jī)廠熱管理系統(tǒng)開發(fā)優(yōu)化選型及測試。