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(shù)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(shù)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(huán)境工程研究所新能源技術(shù)支持總監(jiān)，負責新能源電池、電驅(qū)、電控、熱管理系統(tǒng)，內(nèi)燃機等產(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，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)?！叭姟毕到y(tǒng)中電池是新能源汽車的動力源；電機是新能源汽車的驅(qū)動裝置，通過運行將電池的電能轉(zhuǎn)化為機械能驅(qū)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姟焙诵募夹g(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。

近年來，在新能源技術(shù)領域，汽車熱管理系統(tǒng)越來越多地受到人們的關注。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)品力的關鍵因素。

“三電”系統(tǒng)及熱管理系統(tǒng)，該如何進一步提升技術(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)制造等領域，國內(nèi)電池技術(shù)取得優(yōu)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(nèi)驅(qū)動電機的主要份額是由永磁電動機占據(jù)，由于我國稀土資源有一定優(yōu)勢，未來永磁電動機仍是新能源汽車驅(qū)動電機發(fā)展重點，但從電機控制器連續(xù)比功率來看，較國際先進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(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，并且取得了領先的地位，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、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，能耗最優(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極端情況下發(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準。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，也肩負著更重要的功能、性能、節(jié)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(tǒng)。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(tǒng)內(nèi)零部件做檢測的要求，轉(zhuǎn)變?yōu)閷α悴考?、子回路、整體系統(tǒng)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(tǒng)要求的性能或環(huán)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(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)新能源汽車領域的一席之地。

主機廠目前熱管理技術(shù)應用如何？

目前，領先的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(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液冷技術(shù)為例，為了快速冷卻電機，車載電腦需要根據(jù)預設程序調(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回路進行串聯(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、唐的電池熱管理系統(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行采暖。

豐田 CHR EV、Prime電池熱管理系統(tǒng)通過空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)箱及鼓風機帶動空氣循環(huán)進行動力電池制冷，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(gòu)建全面測試能力，包括熱管理基礎零部件、系統(tǒng)能力及整車測試。在基礎零部件方面，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、開關閥、流量比例控制閥等）、換熱器及風扇等；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(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計搭建臺架，完成主機廠熱管理系統(tǒng)開發(fā)優(yōu)化選型及測試。