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典型新能源汽車熱管理系統(tǒng)方案分析

2021-09-27 23:27:49·  來源：AUTO行家  
　
目前行業(yè)具有代表性的熱管理系統(tǒng)有PTC電加熱方案、熱泵方案（特斯拉八通閥熱泵、吉利直接式熱泵）、威馬的柴油加熱方案以及以理想為代表的插電式混動(dòng)車方案。1.
目前行業(yè)具有代表性的熱管理系統(tǒng)有PTC電加熱方案、熱泵方案（特斯拉八通閥熱泵、吉利直接式熱泵）、威馬的柴油加熱方案以及以理想為代表的插電式混動(dòng)車方案。
1. 小鵬P7整車熱管理方案分析（PTC電加熱方案）
小鵬P7作為小鵬汽車的第2款純電車型，整車熱管理系統(tǒng)采用一體化儲(chǔ)液罐設(shè)計(jì)和單PTC加熱方案，利用一個(gè)四通閥實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)級(jí)的熱循環(huán)，并與博世、大陸、馬勒等國際一線零部件供應(yīng)商開展合作。
小鵬P7整車熱管理方案：

其中，馬勒提供空調(diào)系統(tǒng)及控制器，翰昂提供壓縮機(jī)，博世提供水泵，大陸提供水閥。
P7熱管理系統(tǒng)特點(diǎn)：
  • 一體化儲(chǔ)液罐設(shè)計(jì)：電機(jī)、電池、乘客艙三者的膨脹罐一體化設(shè)計(jì)，變?yōu)橐粋€(gè)膨脹罐總成，減少零部件數(shù)量，可以降低成本。
  • 余熱循環(huán)利用：利用一個(gè)四通閥，將電機(jī)冷卻水路與電池溫控水路串接，利用電機(jī)余熱加熱電池，降低系統(tǒng)能量損失。
  • 單PTC熱源統(tǒng)籌化管理：使用一個(gè)PTC加熱器實(shí)現(xiàn)乘客艙和電池加熱，系統(tǒng)化整車熱管理，降低各部分能耗的同時(shí)還可以降低系統(tǒng)成本。
  • 可變進(jìn)氣格柵設(shè)計(jì)：AGS主動(dòng)進(jìn)氣格柵可根據(jù)工況和機(jī)艙溫度，智能調(diào)節(jié)進(jìn)氣格柵開度，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙保溫和降低風(fēng)阻，提升余熱回收效率和增加續(xù)航里程。
2. 特斯拉Model Y 整車熱管理架構(gòu)分析（八通閥熱泵方案）
特斯拉在Model Y的熱管理系統(tǒng)中使用了一個(gè)八通閥，將整車熱管理集成化，通過車載計(jì)算機(jī)精確的控制各元器件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，保障各系統(tǒng)安全有序、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，極大得提升了Model Y的整車性能和可靠性。
Model Y熱管理架構(gòu)圖：

特斯拉熱管理系統(tǒng)部分重要供應(yīng)商：

特斯拉Model Y在熱管理系統(tǒng)中開創(chuàng)性的使用了一個(gè)八通閥，將整車熱管理集成化，通過車載計(jì)算機(jī)，精確的控制各元器件的運(yùn)轉(zhuǎn)，保障各系統(tǒng)安全有序、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)。
Model Y熱管理系統(tǒng)八通閥：

使用了八通閥的Model Y相比Model 3能量利用效率提高了10%；電機(jī)電控以及電池包的余熱的利用，解決了低溫下COP較低；八通閥代替熱泵系統(tǒng)復(fù)雜的管路，系統(tǒng)集成度更高。
Model Y熱管理系統(tǒng)主要特點(diǎn)：
  • 多種工作模式智能選擇：打通了傳統(tǒng)熱泵空調(diào)、電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)，產(chǎn)生了多種工作模式，可根據(jù)環(huán)境溫度與電池溫度自動(dòng)規(guī)劃熱泵系統(tǒng)的加熱程度，啟用不同的加熱模式。
  • 極致的一物多用：以壓縮機(jī)全功率工作等同PTC進(jìn)行制熱，實(shí)現(xiàn)了R134a制冷劑在零下10°C以下無法實(shí)現(xiàn)熱泵功能的代替方案，將壓縮機(jī)一物多用節(jié)省零件成本。
  • 廢熱回收利用：動(dòng)力系統(tǒng)增加電驅(qū)回路水冷冷凝器，可以在冬天將三電系統(tǒng)廢熱回收利用到熱泵系統(tǒng)，為乘客艙服務(wù)。
  • 零部件集成化：高度集成化零件，縮短零件流道，降低能耗，方便裝配，同時(shí)將OEM的裝配工序集中下放到Tier1供應(yīng)商，節(jié)省人工和產(chǎn)線成本。
通過將獨(dú)立的各個(gè)系統(tǒng)集成起來，統(tǒng)一管理，做到熱量的最小浪費(fèi)，最大程度的降低熱管理系統(tǒng)對(duì)電池電量的消耗，保障車輛續(xù)航里程。
3. 領(lǐng)克ZERO直接式熱泵系統(tǒng)分析（直接式熱泵方案）
領(lǐng)克旗下的首款純電動(dòng)車型“領(lǐng)克ZERO Concept”將搭載直接式熱泵，采用“冷媒直接供熱”技術(shù)，可解決純電動(dòng)汽車因冬季需要對(duì)電池和乘員艙耗電加熱導(dǎo)致的續(xù)航打折扣問題。
領(lǐng)克ZERO Concept熱泵系統(tǒng)：

五大過程：
① 冷媒從大氣中吸收熱量汽化
② 吸收大氣熱的冷媒被壓縮，溫度進(jìn)一步升高
③ 高溫冷媒熱與車內(nèi)空氣發(fā)生熱交換，車內(nèi)冷空氣溫度升高
④ 升溫后的冷空氣變?yōu)闊峥諝獯等胲噧?nèi)
⑤ 高壓熱氣降壓降溫為低溫?zé)?/span>

領(lǐng)克ZERO Concept采用直接式熱泵系統(tǒng)，直接將冷媒與車內(nèi)空氣熱鍵換傳遞熱量，省去了傳統(tǒng)熱泵空調(diào)由“冷媒→水→車內(nèi)空氣”的中間傳遞介質(zhì)，避免了能量在多次傳遞過程中的損失。采用高溫高壓冷媒直接供熱技術(shù)的ZERO Concept，比普通熱泵熱效率提高了約10%左右。
領(lǐng)克推出了由直接式熱泵系統(tǒng)、電池蓄熱溫區(qū)調(diào)節(jié)、PTC輔助加熱、電驅(qū)廢熱、電驅(qū)主動(dòng)加熱組成的PTM五維熱管理系統(tǒng)，賦予了領(lǐng)克ZERO超群的實(shí)力保證。
領(lǐng)克ZERO PTM五維熱管理系統(tǒng)：

  • PTM智熱維溫技術(shù)：手機(jī)遠(yuǎn)程控制/預(yù)約加熱，2min出風(fēng)口溫度高達(dá)55℃，上車即享溫暖。手機(jī)能連接電樁，讓電網(wǎng)直接提供電制熱，配合遠(yuǎn)程預(yù)約功能，舒享“到車滿電”的暖意。
  • PTM預(yù)熱速充電技術(shù)：導(dǎo)航設(shè)置到充電站，即可自動(dòng)開啟整車預(yù)熱功能，電控半導(dǎo)體芯片震蕩加熱技術(shù)主動(dòng)產(chǎn)熱，電池預(yù)加熱速度提升50%，僅需10min即可進(jìn)入最佳充電狀態(tài)，配合上PTM智能維溫技術(shù)，完全避免了嚴(yán)寒環(huán)境下充電難、充電慢的問題。
  • PTM電池主動(dòng)溫控技術(shù)技術(shù)：確保在-30℃~55℃的極寒酷熱環(huán)境下電池仍保持最佳工作溫度，提供穩(wěn)定持續(xù)的線性輸出。
強(qiáng)大的熱管理系統(tǒng)賦予了領(lǐng)克ZERO超群的實(shí)力保證，結(jié)合其直接式熱泵系統(tǒng)，領(lǐng)克ZERO concept的電池?zé)峁芾砟芎闹辽俳档土艘话胍陨稀?/span>
4. 威馬熱管理2.0系統(tǒng)（柴油加熱方案）
為了解決冬季續(xù)航衰減問題，威馬推出了柴油加熱系統(tǒng)，使用柴油加熱器取代PTC電阻式加熱系統(tǒng)對(duì)電池加熱，在熱管理2.0系統(tǒng)中，將柴油加熱器用于暖風(fēng)系統(tǒng)，協(xié)助空調(diào)制熱，降低空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電量的消耗。
威馬熱管理1.0系統(tǒng)：


電池液態(tài)冷卻技術(shù)：
能量流：電池供電 → PTC加熱器加熱冷卻液 → 電池冷卻板
會(huì)消耗大量電池組內(nèi)的電能，造成續(xù)航里程縮短
目前絕大多數(shù)品牌采用電池液態(tài)冷卻技術(shù)
熱管理1.0系統(tǒng)：
能量流：電池供電 → PTC加熱器加熱冷卻液 →電池冷卻板
工作溫度：-30℃ ~ 0℃，柴油加熱只負(fù)責(zé)電池組，不用于空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)
威馬熱管理2.0系統(tǒng)：

熱管理2.0系統(tǒng)亮點(diǎn)：
  • 電池包采用獨(dú)立的液冷回路，保證電池包溫度更精確的控制，確保電芯溫度均勻性，溫差控制在±2℃，提升電池壽命。
  • 熱管理2.0系統(tǒng)擴(kuò)展了工作溫度范圍（-30℃—20℃），確保電池組充放電過程都保持在最佳溫度區(qū)間，提升電池的安全性和穩(wěn)定性。
  • 柴油加熱器除了會(huì)用于電池組外，還將用于空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)，協(xié)助空調(diào)制熱，減少空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池電量的消耗。
5. 理想ONE熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析（插電式混動(dòng)方案）
理想ONE的熱管理系統(tǒng)主要包含增程器的冷卻、電池系統(tǒng)熱管理、乘員艙溫度調(diào)節(jié)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)四大塊，它們之間密切協(xié)同，共同維持系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
理想ONE熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖：

在理想ONE的熱管理系統(tǒng)中，VCU（整車控制器）可以控制多向流量控制閥、水泵、空調(diào)壓縮機(jī)散熱風(fēng)扇等實(shí)現(xiàn)功率無級(jí)調(diào)節(jié)，保障電池、增程器、電動(dòng)機(jī)工作在最適宜的溫度，未來將采用集成式超級(jí)水壺?zé)峁芾砟Ｊ健?/span>
理想ONE整車系統(tǒng)級(jí)的熱管理策略模型：

整車熱管理系統(tǒng)四大回路：
①電機(jī)電控散熱回路
②發(fā)動(dòng)機(jī)散熱回路
③冷媒制冷回路
④乘客艙與電池冷卻液加熱回路
理想汽車目前車型以及近期規(guī)劃車型的熱管理系統(tǒng)采用的是分散式的熱管理，未來將采用集成式熱管理系統(tǒng)，即超級(jí)水壺（ super bottom ）模式。
理想ONE熱管理技術(shù)亮點(diǎn)分析：
  • 整車系統(tǒng)級(jí)的熱管理策略：多向流量控制閥精確地按比例開閉實(shí)現(xiàn)增程器、電池組和空調(diào)三套循環(huán)系統(tǒng)間熱量的精確傳遞和利用，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。
  • 極致的無級(jí)調(diào)節(jié)：小到流量控制閥、水泵，大到空調(diào)壓縮機(jī)，前端冷卻模塊上的散熱風(fēng)扇，都能通過VCU實(shí)現(xiàn)功率無級(jí)調(diào)節(jié)，保障電池、增程器、電動(dòng)機(jī)工作在最適宜的溫度。
  • 先進(jìn)的前端冷卻模塊：集成了冷凝器、低溫散熱器、高溫散熱器、中冷器和散熱風(fēng)扇五個(gè)模塊的前端冷卻模塊。
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