新能源汽車(chē)熱管理

      “熱管理"對于大部份傳統車(chē)消費者來(lái)說(shuō)，既陌生又無(wú)感。但到了純電汽車(chē)時(shí)代，由于電池成本很高，電池的能耗成了車(chē)企和用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)，熱管理的重要性就被凸顯。新能源汽車(chē)為什么需要熱管理？目前主機廠(chǎng)熱管理技術(shù)應用如何？廣電計量最新一期“專(zhuān)家訪(fǎng)談"欄目，對話(huà)新能源汽車(chē)技術(shù)專(zhuān)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(huán)境工程研究所新能源技術(shù)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)驗證的技術(shù)管理工作。曾任職與AVL中國與理想汽車(chē)，常年從事汽車(chē)研發(fā)試驗室規劃，動(dòng)力測試臺架開(kāi)發(fā)，發(fā)動(dòng)機開(kāi)發(fā)驗證，電驅系統、混動(dòng)總成、增程器開(kāi)發(fā)驗證管理工作。

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

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

      相比于傳統燃油車(chē)，新能源汽車(chē)最大的特點(diǎn)是動(dòng)力系統的改變。傳統燃油汽車(chē)的動(dòng)力系統以發(fā)動(dòng)機作為動(dòng)力源，冷卻、潤滑、燃料、啟動(dòng)、點(diǎn)火、傳動(dòng)系統作為輔助；在新能源汽車(chē)中，BEV、PHEV、REEV的動(dòng)力系統替代了傳統發(fā)動(dòng)機，主要以“三電"系統構成。FCEV以燃料電池加上動(dòng)力電池或超級電容作為動(dòng)力系統。“三電"系統中電池是新能源汽車(chē)的動(dòng)力源；電機是新能源汽車(chē)的驅動(dòng)裝置，通過(guò)運行將電池的電能轉化為機械能驅動(dòng)車(chē)輛行駛；電控控制電機運行，直接決定了汽車(chē)的時(shí)速、加速度等主要性能指標。“三電"核心技術(shù)從很大程度上決定了整車(chē)性能，是評價(jià)新能源汽車(chē)極為重要的指標。

      近年來(lái)，在新能源技術(shù)領(lǐng)域，汽車(chē)熱管理系統越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。由于燃油車(chē)和新能源車(chē)驅動(dòng)原理不同，從根本上促使整車(chē)熱管理的升級變革，新能源熱管理系統不同于燃油車(chē)的熱管理構造相對簡(jiǎn)單以散熱為目的等特點(diǎn)，更肩負著(zhù)保障電池壽命和整車(chē)穩定安全的重要使命，其性能的優(yōu)劣也成為決定新能源汽車(chē)產(chǎn)品力的關(guān)鍵因素。

“三電"系統及熱管理系統，該如何進(jìn)一步提升技術(shù)能力？

     在電池方面，未來(lái)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、電池梯級利用回收技術(shù)以及電池生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，國內電池技術(shù)取得優(yōu)勢需具備兩個(gè)基礎條件：電池能量密度要盡可能高，同時(shí)，電池成本要盡可能低。

      在電機方面，國內驅動(dòng)電機的主要份額是由永磁電動(dòng)機占據，由于我國稀土資源有一定優(yōu)勢，未來(lái)永磁電動(dòng)機仍是新能源汽車(chē)驅動(dòng)電機發(fā)展重點(diǎn)，但從電機控制器連續比功率來(lái)看，較國際優(yōu)秀水平還是有一定差距，未來(lái)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(shù)發(fā)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(dòng)一體化總成產(chǎn)品，我國與國外基本同時(shí)起步，并且取得了先導的地位，例如上海電驅動(dòng)、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(gè)廠(chǎng)家已經(jīng)普遍采用集成車(chē)載電源甚至VCU、BMS的多合一電驅系統。整體來(lái)看，電驅系統集成化已經(jīng)成為了新能源汽車(chē)技術(shù)發(fā)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(chē)能耗尤為關(guān)鍵，熱管理系統可以通過(guò)熱泵空調優(yōu)化普及、集成化應用加速滲透、局部降本增效延續及環(huán)保推動(dòng)空調冷媒升級來(lái)提升技術(shù)發(fā)展，同時(shí)，優(yōu)化冷卻技術(shù)，系統布局及熱仿真分析技術(shù)，可以進(jìn)一步提升熱管理系統的效率。

熱管理在新能源汽車(chē)檢測項目中重要性如何？

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

      目前，國家多部門(mén)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(wèn)題，車(chē)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(dòng)汽車(chē)的安全性。

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

      主機廠(chǎng)對熱管理的性能要求同時(shí)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(chē)邁入千萬(wàn)輛大關(guān)的新時(shí)代，主機廠(chǎng)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?yōu)閷α悴考⒆踊芈贰⒄w系統性能的全面關(guān)注，隨之而來(lái)的測試需求也日益增加。

      從另一方面來(lái)說(shuō)，以前主機廠(chǎng)或供應商自己建立的實(shí)驗室就能滿(mǎn)足他們對熱管理系統要求的性能或環(huán)境可靠性測試，但隨著(zhù)需求升級，主機廠(chǎng)或供應商需要第三方檢測機構來(lái)完成測試，因此近年來(lái)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(lái)會(huì )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)地位占據新能源汽車(chē)領(lǐng)域的一席之地。

主機廠(chǎng)目前熱管理技術(shù)應用如何？

    目前，主機廠(chǎng)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(shù)，且每一代技術(shù)對于軟件和硬件的集成要求都更高。以電機熱管理的主動(dòng)液冷技術(shù)為例，為了快速冷卻電機，車(chē)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(guò)四通閥將電池回路和電機回路進(jìn)行串聯(lián)，以實(shí)現更高效的集成熱管理控制。

      目前各大主機廠(chǎng)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(shí)現多種模式下的熱管理。

      比亞迪新能源汽車(chē)在熱管理技術(shù)上也有一定成果，純電動(dòng)車(chē)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(mǎn)足空調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(mǎn)足汽車(chē)在更低的溫度下進(jìn)行采暖。

      豐田 CHR EV、Prime電池熱管理系統通過(guò)空調系統蒸發(fā)箱及鼓風(fēng)機帶動(dòng)空氣循環(huán)進(jìn)行動(dòng)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(fā)售的問(wèn)界M9都有自己的熱管理技術(shù)，所以熱管理是被主機廠(chǎng)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(lǐng)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(chē)測試。在基礎的零部件方面，測試能力涵蓋熱泵/制冷循環(huán)（壓縮機、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(kāi)關(guān)閥、流量比例控制閥等）、換熱器及風(fēng)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(chē)測試方面，廣電計量針對整車(chē)熱管理系統配置了整車(chē)熱管理性能綜合試驗臺，具備整車(chē)系統采暖、降溫、除霜、結霜、除霧性能測試及整車(chē)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(chǎng)熱管理系統開(kāi)發(fā)優(yōu)化選型及測試。