广告

电动汽车上的热管理技术

2023-02-20 汽车电子设计 阅读:
“热管理”对于大部份传统车消费者来说,即陌生又无感。但到了纯电汽车时代,由于电池成本很贵,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。

“热管理”对于大部份传统车消费者来说,即陌生又无感。但到了纯电汽车时代,由于电池成本很贵,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。3Xeednc

整车热管理系统,不管是给座舱调节温度,还是给电池保温,都会对能耗、续航产生了直接的影响,在媒体机构冬季测试中,热管理的好坏,通过续航的达成率和能耗的增加的比例可以直观的显现出来。3Xeednc

3Xeednc

3Xeednc

Part 1

什么是热管理系统

我们首先来说明什么是热管理系统,以及什么是好的热管理系统。3Xeednc

从用户的角度来说,电动汽车时代热管理系统主要的作用,体现在一内一外。内部是让车内温度冬暖夏凉,比如给座椅和方向盘加热,或者提前打开空调等等——在快速调节座舱温度的过程中,用多少时间达到指定的温度、需要花费多少能量,如何平衡很关键;外部是要确保电池处在适合工作的温度——既不能太热,会热失控、起火;也不能太冷,电池温度过低的时候,能量释放受阻,对实际使用影响就是续航里程明显下降。3Xeednc

3Xeednc

热管理在冬季会更重要,因为防止热失控在电池设计时已经考虑得比较充分了,但在冬天,怎么花较少的能量让电池处在最佳的工作温度,就是热管理要解决的重点问题。3Xeednc

由此可见,电动汽车的热管理系统,不仅仅是燃油车的空调系统,还需要在此基础上做一些深度的迭代,要同电子电气架构、动力总成、刹车系统等 一起进行协调、优化,因此,这里面是有很多的门道和讲究。3Xeednc

3Xeednc

Part 2

如何进行热管理

● 传统的办法:PTC加热

在传统设计中,为给乘客舱以及电池提供热源,电动车会额外配置热源零部件PTC。PTC是指正温度系数热敏电阻,这个零件的电阻和温度是正相关的。也就是说,当环境温度降低,PTC的电阻也会降低。这样在恒定电压下通电,电阻变小导致电流增大,通电的发热量就会随之变大,起到加热的效果。3Xeednc

PTC加热有两种方案,水暖和风暖。这两者的区别是加热的介质不同,水暖是通过PTC加热冷却液,再和散热器进行热交换;风暖则是冷空气直接和PTC进行换热,最终吹出暖风。3Xeednc

3Xeednc

● 特斯拉的热泵系统

除了传统方法,热管理工程师也在积极尝试新的方案。比如特斯拉的解决方案。我有一个朋友,是电车小白用户,她问我特斯拉到底好在哪里?其实特斯拉在电车上,有很多技术创新点,围绕热泵系统的热管理就是其中之一。3Xeednc

热泵相当于热量的“搬运工”,可以把低温“物体”,比如外界的冷空气的热量吸收出来,传递到工质内,再通过对工质的压缩使其升温,最终高温工质通过冷凝器和车内空气进行换热,实现暖风的功能。——需要说明的是,这项技术本身也不是特斯拉首创,在电动汽车发展初期,传统车企已经在汽车上应用了热泵系统,并且花了5-8年的时间进行产品技术验证。3Xeednc

3Xeednc

热泵技术有四个核心零部件,分别是:电动压缩机、换向阀、换热器和电子膨胀阀。重点来了,传统设计中,换向阀是四通的,热源就是外界空气。而特斯拉的创新在于,整合了更多的热源,开发了八通阀,作为车辆上热管理系统的“调度员”,特斯拉的粉丝亲切的地称之为“八爪鱼”。3Xeednc

3Xeednc

特斯拉改良的热泵系统,本质是将两部分进行了融合:3Xeednc

一是传统的热泵系统所依赖的环境热量;3Xeednc

二是动力电池系统、驱动系统(包括电机和传统系统)以及功率电子产生的余热。特斯拉的热管理依靠八通换向阀,对上面两种来源的热量进行复杂的热量汲取,更高效地搬运热量,既能让车内极速升温,又能有效节能降耗。提高热泵空调总体的效率。3Xeednc

而且,特斯拉热泵系统的工作方式,还可以通过不断更新的算法,来提高效率。3Xeednc

3Xeednc

Part 3

热管理技术的发展方向

后续热管理技术上还能如何突破呢?3Xeednc

因为热管理本质还是平衡座舱温度和电池能耗,所以热管理技术发展的方向,还是要围绕“热耦合”技术,简单来说就是在整车层面、全局综合考虑:如何把能量耦合集成利用,包括:能量梯度利用,以及通过系统部件结构集成、系统中枢集成控制,将能量传递到所需的位置;另外还可以基于智能化架构的智能控制。3Xeednc

3Xeednc

技术的突破主要围绕三种能量的交互:3Xeednc

1)主动加热的电能量:既有传统的PTC加热 ,也使用电机来对电池加热,综合使用负载来创造热量;3Xeednc

2)被动利用的环境能量&电池电机废热:通过热泵系统,有效利用环境能量和电机和电池方面的废热3Xeednc

3)借力外部的电网能量:利用电网连接的优势,进一步借用(主要是)家用充电桩的电网,提前预热车辆电池,让电池在用车时达到最佳使用状态。3Xeednc

3Xeednc

总体来说,新一代的热管理系统,是通过将空气、冷却介质和电能三种能量集成,再利用各个系统之间机械能转移而相互拆借,实现能量的最大化利用。3Xeednc

小结:电动汽车热管理最重要的目的之一,就是不断提高电动汽车冬季的特性。前段时间国内大面积降温了,电动汽车的低温性能又被吐槽。但相信随着热管理系统和电池技术的发展,将来的电动汽车将会全面适应和低温相处。3Xeednc

 3Xeednc

责编:Ricardo
文章来源及版权属于汽车电子设计,EDN电子技术设计仅作转载分享,对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如有疑问,请联系Demi.xia@aspencore.com
汽车电子设计
博主和汽车电子的行业的工程师们一起交流、探讨、思考的小结,以作为技术交流和沟通的桥梁。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了