整车一体化热管理技术发展趋势

整车热管理技术发展趋势:

纯电动汽车整车热管理主要包括乘员舱热管理、电池热管理、电机及电控系统热管理,热管理技术影响整车舒适性、可靠性、动力性和经济性。目前电动汽车热管理技术正在向低能耗、高集成化、控制一体化和智能化方向发展,以实现整车能量的精细化管理,降低高低温环境下整车能耗,提升乘员舱驾乘舒适性。

特斯拉的热管理系统来看,其发展历程一定程度上代表了纯电动汽车整车热管理的发展趋势。Model S和Model X搭载的热管理系统采用电池液冷;以四通阀构造余热利用循环,使用电机产生的余热加热电池。Model 3则将水循环的阀、水箱、泵集成为超级水壶,系统得到大幅简化;采用APTC实现电池加热与座舱加热的独立;利用油冷器高效回收电机产生的余热;构造了ADAS系统的冷却回路。Model Y采用热泵系统移除高压APTC;利用八通阀将复杂系统大大简化,实现了对车辆余热的极致利用。

在国内,一汽在下一代热管理系统将完成集成化一体式设计,采用气源加水源的热泵空调系统,实现整车能量的集中管理;比亚迪在其e平台3.0上,通过热泵深度融合乘员舱、电池、驱动总成等热管理系统,实现了整车热量综合利用;长安新能源在CA-VTMS 3.0的热管理系统中实现平台化,兼顾EV/EVE/HP。

空调热管理技术发展趋势:

在空调热管理方面,考虑到提升续驶里程和节能降耗,热泵空调已成为新能源汽车的标准配置。目前主要的热泵技术有以下几种:

类型
标准热泵+余热回收
VIP补气增焓低温热泵
低温低效运行热泵
技术特点
满足-10 ℃以上 环境工作
单级压缩技术,仍需PTC辅助
电池余热回收
满足-20 ℃低温环境工作
双级压缩技术,取消PTC
补气增焓技术,超越标准热泵
满足-20 ℃低温环境工作
单级压缩技术
利用压缩电机热量,取消PTC
随着联合国气候变化大会巴黎协议的签订,以及蒙特利尔议定书——基加利修正案等国际环保法规的推出,目前汽车空调广泛使用的R134a制冷剂的退出已进入倒计时阶段。中国将于2024年限制使用R134a。
在综合对比各种制冷剂的环保性、可燃性、成本、制冷制热性能等因素后,合成工质R1234yf、自然工质R290和R744(CO2)将成为当前制冷剂的有效替代。目前德系倾向于应用R744,美系及日系倾向于应用R1234yf,中国目前多种技术路线并举。大众MEB平台已搭载CO2热泵空调,东风汽车也已布局研发CO2热泵空调系统,并完成搭载测试。
制冷剂
R1234yf
R744(CO2)
R290
特点
热系统基本无更改;
相关技术需霍尼韦尔、科慕授权。
环保易获取,GWP为1;
工作压力14Mpa,对系统整体制造工艺要求高;
制热性能强,高温工况制冷效率待提升;
成本相对较高。
较为优秀的热力特性;
商业制冷及家用空调已规模化应用,可提供产业链安全控制经验;
具有可燃性,需解决相应安全性控制及消费者接受程度。
电池热管理技术发展趋势:
在电池热管理方面,电动汽车在低温环境下续驶里程大幅缩减、充电时间增加,动力电池低温加热/预热技术是解决当前动力电池低温应用难题、改善低温环境适应性的有效途径。目前已产业化的电池加热技术方案中多采用加热膜、PTC加热和对流加热等,升温速率较慢。为实现低温环境下快速升温,宁德时代研发的电池自加热技术,可实现4℃/min的温升;比亚迪在e平台3.0上采用了电池直冷直热技术;盟固利研发的ATBS加热技术也已接近产业化,能够实现5℃/min的温升。
除了极寒极热等客观环境因素外,随着新能源汽车技术的不断发展,整车热管理还需要解决大功率充电高效冷却,乘员舱智能温控等技术,以及全景天窗、隐藏空调出风口等造型设计带来的热管理挑战。未来热管理技术将成为整车企业的核心竞争力之一,电动汽车产业技术创新战略联盟将依托行业资源,拉动解决该领域的共性关键技术,为行业发展贡献力量。 
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