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哪吒、愛馳、一汽-大眾的熱管理策略分析

2022-03-22 21:16:12·  來源:亞訊車網(wǎng)  
 
作為哪吒汽車“山海平臺”旗下的開山之作,哪吒S搭載目前行業(yè)集成度最高的熱泵系統(tǒng),熱泵能效比COP高達2.0,冬季續(xù)航提升20%。在-20℃環(huán)境下,開啟空調后10分鐘

作為哪吒汽車“山海平臺”旗下的開山之作,哪吒S搭載目前行業(yè)集成度最高的熱泵系統(tǒng),熱泵能效比COP高達2.0,冬季續(xù)航提升20%。在-20℃環(huán)境下,開啟空調后10分鐘,車內即可達到舒適溫度。



國內首個整車系統(tǒng)級智能熱管理策略:冬季續(xù)航提升20%,能效比COP高達2.0。

傳統(tǒng)熱管理多采用割裂式管理策略,空調、電池、座艙等熱管理“各自為政”,加熱管道復雜,也很容易造成熱能浪費、協(xié)同效率低下。與傳統(tǒng)割裂式整車熱管理策略不同,HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)是基于高集成水源式熱泵的一體化熱管理系統(tǒng),能夠將獨立的各個系統(tǒng)集成起來,統(tǒng)一管理,做到熱量的最小浪費,最大程度的降低熱管理系統(tǒng)對電池電量的消耗,保障車輛續(xù)航里程。

一方面,HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)通過整車熱量管理“大腦”,實現(xiàn)乘員艙、電池、電驅、電子部件集中管理,守護汽車性能與安全。與此同時,一體化設計將所有部件物理部分集中和部件控制部分集中,實現(xiàn)管路數(shù)量降低40%,可靠性提升50%,并且在滿足舒適性前提下,將熱泵的工作溫度由業(yè)界的-10℃降低至-18℃,搭配智能/自選兼顧的高效保溫功能助力哪吒S的冬季續(xù)航提升20%。

另一方面,HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)搭載行業(yè)目前集成度最高的熱泵系統(tǒng),采用架構極簡的集成式水源式熱泵系統(tǒng),使用九通閥組合出16種不同工作模式,根據(jù)環(huán)境溫度與電池溫度自動規(guī)劃熱泵系統(tǒng)的加熱程度,啟用不同的加熱模式。換言之,小到流量控制閥、水泵,大到空調壓縮機,前端冷卻模塊上的散熱風扇,都能實現(xiàn)精細化控制,保障電池、空調、電驅工作在最適宜的溫度。此外,HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)還會對整個循環(huán)產(chǎn)生的余熱進行回收,實現(xiàn)能源利用最大化。九通閥加持,多熱源管理,高效熱交換,助力哪吒S的熱管理效率COP高達2.0,處于行業(yè)頂尖水平。

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一、【HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)】

-18℃超低溫熱泵工作范圍,能效提升50%

有別于傳統(tǒng)熱管理系統(tǒng)制熱能耗較高、影響續(xù)航,傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)-10℃以下無法啟動,制熱效果差,HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)通過電驅余熱回收等實現(xiàn)熱管理各部件智能化協(xié)同控制,整體能效最優(yōu)。即使在室外環(huán)境溫度-18℃工況下,出風溫度可達到48℃,能效提升50%,單熱泵即可滿足乘客艙采暖要求。
值得一提的是,哪吒S搭載智能雙區(qū)空調,可以根據(jù)環(huán)境溫度、電驅溫度及與目標溫度的溫差,自動計算風向調節(jié)方式,在-20℃、40km/h行車過程中,10分鐘即可提升至舒適水平。哪吒S為用戶擺脫冬季“暖氣匱乏”困擾的同時,將為用戶帶來更安全、更智能、更暖的寒冬出行體驗。

加碼電池溫控,15℃-45℃恒溫占比95%

在保證整車熱管理能效最大化的同時,哪吒汽車自主研發(fā)的HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng)是一套極具前瞻性的電池管理技術,有著高能量、高續(xù)航、高安全、高穩(wěn)定等特點,具備低溫保溫、高溫降溫和行車恒溫等功能,可有效抑制快充溫升、提升低溫行車續(xù)航和動力性。其中,熱管理系統(tǒng)主動加熱與制冷,快速提升低溫充電效率,單次充電節(jié)能約2%;智能行車加熱助力冬季續(xù)航提升約4%;搭配智能/自選兼顧的高效保溫功能,電池系統(tǒng)15℃-45℃恒溫占比95% 。換句話說,無論是在炎熱的吐魯番,還是在酷寒的漠河,哪吒汽車都可以保障電池的高效穩(wěn)定和安全,讓新能源汽車沒有“禁區(qū)”。

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【哪吒S】
哪吒S搭載的HozonEPT4.0恒溫熱管理系統(tǒng),能夠以更低的成本實現(xiàn)更高的熱管理效率,給消費者帶來更智能、更安全、更舒適的車輛管理和出行體驗,這是對哪吒汽車“科技平權”價值觀最完美的詮釋。哪吒S作為基于“山海平臺”打造的首款B級數(shù)字電動轎跑,也將成為哪吒汽車進軍高端市場的先鋒軍,助推哪吒汽車踏上品牌向新的新征程。
二、愛馳U5的動力電池熱管理策略:

對愛馳U5的動力電池熱管理策略進行評測,采用1組熱成像設備采集靜態(tài)信息;1組熱成像視頻監(jiān)測系統(tǒng)采集動態(tài)信息。

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上圖為愛馳U5在海南省萬寧的清晨,通過熱成像視頻采集系統(tǒng)拍攝的“涼車啟動”工況,車與人的熱感應對比特寫。

愛馳U5的前部動力艙外表溫度為19.2攝氏度;環(huán)境溫度約為19-20攝氏度;用于對比的人像頭部溫度約為29.8攝氏度。

為了獲得最精準的愛馳U5動力電池及整車熱管理策略,將車輛靜置1個晚上后,第二天一早啟動車輛并激活駕駛艙空調制冷和制暖系統(tǒng)。

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首先開啟駕駛艙空調制冷系統(tǒng),出風口溫度約為12.8攝氏度(紅色箭頭)。由于此時海南萬寧溫度普遍處在23-27攝氏度,不能達到激活動力電池熱管理系統(tǒng)的高溫散熱閾值。隨后開啟駕駛艙空調制熱系統(tǒng),出風口溫度提升33攝氏度。

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愛馳U5的動力電池熱管理系統(tǒng)循環(huán)管路采用1組PTC模組(制熱)和1組水冷板模組(制冷)串聯(lián)的模式。驅動電機、“2合1”充電模組、“2合1”高壓用電系統(tǒng)總成構成1套循環(huán)管路;駕駛艙暖風系統(tǒng)單獨構成1套循環(huán)管路;只不過,這兩套單獨設定循環(huán)管路只是共用同1組補液壺補液

紅色箭頭:動力電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)管路補液壺藍色箭頭:單獨設定電驅動系統(tǒng)循環(huán)管路和駕駛艙空調制熱系統(tǒng)循環(huán)管路共享的1組補液壺

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從最先的駕駛艙空調制冷模式轉換至駕駛艙空調制熱模式過程中,愛馳U5的動力艙2組循環(huán)管路補液壺溫差并不大?!霸氐∷佟?駕駛艙空調制熱系統(tǒng)激活運行時間3分鐘后,熱成像視頻采集系統(tǒng)畫面的對比越來越清晰。

備注:由于熱成像儀工作原理,在溫差不大的狀態(tài)下,各分系統(tǒng)輪廓并不會十分清晰。隨著溫差增加,不同溫度狀態(tài)的分系統(tǒng)輪廓更加清晰、對比度增強。

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上圖為愛馳U5駕駛艙空調制熱系統(tǒng)運行3分鐘后,熱成像視頻監(jiān)測設備拍攝到的動力艙內各分系統(tǒng)溫度對比特寫。

黑色箭頭:動力電池熱管理系統(tǒng)循環(huán)管路補液壺表面溫度約為23攝氏度白色箭頭:單獨設定電驅動系統(tǒng)循環(huán)管路和駕駛艙空調制熱系統(tǒng)循環(huán)管路共享的1組補液壺表面溫度約為30.9攝氏度綠色箭頭:通往駕駛艙空調制熱系統(tǒng)管路表面溫度約為67.9攝氏度

通過對比愛馳U5在“原地怠速”工況下,分別切換駕駛艙空調制冷模式和駕駛艙空調制熱模式,并觀察動力艙2組循環(huán)管路補液壺溫度差,可以判斷出整車及動力電池熱管理策略特別之處。

動力電池高溫散熱和低溫預熱共用1套循環(huán)管路。電驅動系統(tǒng)、“2合1”充電系統(tǒng)總成及“2合1”高壓用電系統(tǒng)總成單獨設定1套循環(huán)管路,駕駛艙空調制熱系統(tǒng)單獨設定1套循環(huán)管路,但共享1組補液壺。

愛馳U5適配的駕駛艙空調制暖系統(tǒng)的暖風水箱,與動力電池熱系統(tǒng)的低溫預熱管路共用1組7千瓦PTC模組。通過控制系統(tǒng)(模組)根據(jù)不同需求實時調節(jié)“3通”閥體的閉合狀態(tài),從而控制“熱量”分配,以達到更加節(jié)能的效果。

如果單獨開啟駕駛艙空調制熱系統(tǒng),僅啟動暖風循環(huán)的水泵,PTC模組低功率運行;在低溫工況充電時,通過BMS系統(tǒng)計算,激活動力電池低溫預熱功能,適當啟動PTC模組(控制輸出功率)同時,優(yōu)先滿足動力充電工況低溫預熱需求,又達到節(jié)能的效果。

鑒于愛馳U5裝備的獨特的整車層面和動力電池層面的熱管理技術及控制策略,在冬季普遍EV車型能耗提升的工況下將會表現(xiàn)得更加省電。

愛馳U5的動力電池熱管理策略,有著與其他EV車型完全不同的技術設定。采用1組可以調節(jié)輸出功率的PTC模組,為駕駛艙空調制熱系統(tǒng)和動力電池熱管理系統(tǒng)的低溫預熱功能進行雙重伺服。并且單獨使用的動力電池熱管理系統(tǒng)循環(huán)管路,也采用“節(jié)電”傾向的設定,更是基于整車及動力電池總成等分系統(tǒng)控制的“軟件”為自行研發(fā)的設定。


三、一汽-大眾e-GOLF的動力電池總成和熱管理策略:

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國產(chǎn)化的e-GOLF的動力電池總成采用鋁合金下殼體和塑料上殼體結構。采用寧德時代提供的方形鎳鈷錳酸鋰材質的三元鋰電芯為523配比,全車共裝有192個電芯16PACK(12組電芯構成一個PACK)。整套動力電池在帶電的工況下,浸泡一米水深,具備1小時不漏電的性能。整套動力電池總成符合IP67標準。動力電池內部架構采用鋼材質作為支撐,應對來自橫向和縱向的沖擊力,保證內部電芯及PACK處于安裝控制范圍。

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藍色框架:固定在防火墻一側的PTC加熱器

由偉巴斯特提供的PTC加熱器接入整車電驅動液態(tài)循環(huán)管路,在駕駛艙空調制熱模式激活后,對流通的冷卻液進行加熱,已獲得標定的熱量。

外殼包裹保溫層的偉巴斯特PTC模塊,已經(jīng)在不同品牌的多款EV和PHEV車型應用。甚至有的電動汽車車主,自行購買并改裝這組PTC模塊。

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全車唯一1套循環(huán)管路的補液壺,壺蓋上沒有標注施加的內部壓力值。以“封條”的形式,將補液壺壺蓋進行密封,并標明不能觸摸、高溫等警告,再次顯示出“漢斯”們的嚴謹。

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國產(chǎn)化的e-GOLF的動力電池總成沒有配置液態(tài)熱管理系統(tǒng)(高溫散熱和低溫預熱),適配了為較為簡單的風冷散熱技術。

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上圖為使用熱成像儀捕捉到的e-GOLF展車未啟動時的動力艙內熱輻射信號特寫。此時的珠海室外溫度18攝氏度。

測試區(qū)域內最高溫度點為PTC加熱模塊(紅色箭頭)21.1攝氏度。測試范圍外的最高溫度為28.7攝氏度。

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上圖為啟動另一臺測試用e-GOLF,并開啟駕駛艙空調制熱模式(溫度設定26攝氏度、出風量為2擋)后動力艙內熱輻射信號狀態(tài)特寫。

測試區(qū)域內最高溫度點為PTC加熱模塊(白色箭頭)53.5攝氏度。測試范圍外的最高溫度為40.5攝氏度。

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運行3分鐘后,PTC加熱模塊溫度提升至72.3攝氏度。此時,與PTC加熱模塊關聯(lián)的電驅動系統(tǒng)和OBC模塊循環(huán)管路表面溫度,又都小幅度提升。

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