目前行業具有代表性的熱管理系統有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,整車熱管理系統採用一體化儲液罐設計和單PTC加熱方案,利用一個四通閥實現整車系統級的熱迴圈,並與博世、大陸、馬勒等國際一線零部件供應商開展合作。
小鵬P7整車熱管理方案:
其中,馬勒提供空調系統及控制器,翰昂提供壓縮機,博世提供水泵,大陸提供水閥。
P7熱管理系統特點:
- 一體化儲液罐設計:電機、電池、乘客艙三者的膨脹罐一體化設計,變為一個膨脹罐總成,減少零部件數量,可以降低成本。
- 餘熱迴圈利用:利用一個四通閥,將電機冷卻水路與電池溫控水路串接,利用電機餘熱加熱電池,降低系統能量損失。
- 單PTC熱源統籌化管理:使用一個PTC加熱器實現乘客艙和電池加熱,系統化整車熱管理,降低各部分能耗的同時還可以降低系統成本。
- 可變進氣格柵設計:AGS主動進氣格柵可根據工況和機艙溫度,智慧調節進氣格柵開度,實現機艙保溫和降低風阻,提升餘熱回收效率和增加續航里程。
2. 特斯拉Model Y 整車熱管理架構分析(八通閥熱泵方案)
特斯拉在Model Y的熱管理系統中使用了一個八通閥,將整車熱管理整合化,透過車載計算機精確的控制各元器件的運轉情況,保障各系統安全有序、高效的運轉,極大得提升了Model Y的整車效能和可靠性。
Model Y熱管理架構圖:
特斯拉熱管理系統部分重要供應商:
特斯拉Model Y在熱管理系統中開創性的使用了一個八通閥,將整車熱管理整合化,透過車載計算機,精確的控制各元器件的運轉,保障各系統安全有序、高效的運轉。
Model Y熱管理系統八通閥:
使用了八通閥的Model Y相比Model 3能量利用效率提高了10%;電機電控以及電池包的餘熱的利用,解決了低溫下COP較低;八通閥代替熱泵系統複雜的管路,系統整合度更高。
Model Y熱管理系統主要特點:
- 多種工作模式智慧選擇:打通了傳統熱泵空調、電池系統、動力系統,產生了多種工作模式,可根據環境溫度與電池溫度自動規劃熱泵系統的加熱程度,啟用不同的加熱模式。
- 極致的一物多用:以壓縮機全功率工作等同PTC進行制熱,實現了R134a製冷劑在零下10°C以下無法實現熱泵功能的代替方案,將壓縮機一物多用節省零件成本。
- 廢熱回收利用:動力系統增加電驅迴路水冷冷凝器,可以在冬天將三電系統廢熱回收利用到熱泵系統,為乘客艙服務。
- 零部件整合化:高度整合化零件,縮短零件流道,降低能耗,方便裝配,同時將OEM的裝配工序集中下放到Tier1供應商,節省人工和產線成本。
透過將獨立的各個系統整合起來,統一管理,做到熱量的最小浪費,最大程度的降低熱管理系統對電池電量的消耗,保障車輛續航里程。
3. 領克ZERO直接式熱泵系統分析(直接式熱泵方案)
領克旗下的首款純電動車型“領克ZERO Concept”將搭載直接式熱泵,採用“冷媒直接供熱”技術,可解決純電動汽車因冬季需要對電池和乘員艙耗電加熱導致的續航打折扣問題。
領克ZERO Concept熱泵系統:
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,溫度進一步升高
③ 高溫冷媒熱與車內空氣發生熱交換,車內冷空氣溫度升高
④ 升溫後的冷空氣變為熱空氣吹入車內
⑤ 高壓熱氣降壓降溫為低溫熱
領克ZERO Concept採用直接式熱泵系統,直接將冷媒與車內空氣熱鍵換傳遞熱量,省去了傳統熱泵空調由“冷媒→水→車內空氣”的中間傳遞介質,避免了能量在多次傳遞過程中的損失。採用高溫高壓冷媒直接供熱技術的ZERO Concept,比普通熱泵熱效率提高了約10%左右。
領克推出了由直接式熱泵系統、電池蓄熱溫區調節、PTC輔助加熱、電驅廢熱、電驅主動加熱組成的PTM五維熱管理系統,賦予了領克ZERO超群的實力保證。
領克ZERO PTM五維熱管理系統:
- PTM智熱維溫技術:手機遠端控制/預約加熱,2min出風口溫度高達55℃,上車即享溫暖。手機能連線電樁,讓電網直接提供電制熱,配合遠端預約功能,舒享“到車滿電”的暖意。
- PTM預熱速充電技術:導航設定到充電站,即可自動開啟整車預熱功能,電控半導體晶片震盪加熱技術主動產熱,電池預加熱速度提升50%,僅需10min即可進入最佳充電狀態,配合上PTM智慧維溫技術,完全避免了嚴寒環境下充電難、充電慢的問題。
- PTM電池主動溫控技術技術:確保在-30℃~55℃的極寒酷熱環境下電池仍保持最佳工作溫度,提供穩定持續的線性輸出。
強大的熱管理系統賦予了領克ZERO超群的實力保證,結合其直接式熱泵系統,領克ZERO concept的電池熱管理能耗至少降低了一半以上。
4. 威馬熱管理2.0系統(柴油加熱方案)
為了解決冬季續航衰減問題,威馬推出了柴油加熱系統,使用柴油加熱器取代PTC電阻式加熱系統對電池加熱,在熱管理2.0系統中,將柴油加熱器用於暖風系統,協助空調製熱,降低空調系統對電量的消耗。
威馬熱管理1.0系統:
電池液態冷卻技術:
能量流:電池供電 → PTC加熱器加熱冷卻液 → 電池冷卻板
會消耗大量電池組內的電能,造成續航里程縮短
目前絕大多數品牌採用電池液態冷卻技術
熱管理1.0系統:
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℃,柴油加熱只負責電池組,不用於空調暖風系統
威馬熱管理2.0系統:
熱管理2.0系統亮點:
- 電池包採用獨立的液冷迴路,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系統擴充套件了工作溫度範圍(-30℃—20℃),確保電池組充放電過程都保持在最佳溫度區間,提升電池的安全性和穩定性。
- 柴油加熱器除了會用於電池組外,還將用於空調暖風系統,協助空調製熱,減少空調系統對電池電量的消耗。
5. 理想ONE熱管理系統結構分析(插電式混動方案)
理想ONE的熱管理系統主要包含增程器的冷卻、電池系統熱管理、乘員艙溫度調節、電驅動系統溫度調節四大塊,它們之間密切協同,共同維持系統的高效運轉。
理想ONE熱管理系統結構示意圖:
在理想ONE的熱管理系統中,VCU(整車控制器)可以控制多向流量控制閥、水泵、空調壓縮機散熱風扇等實現功率無級調節,保障電池、增程器、電動機工作在最適宜的溫度,未來將採用整合式超級水壺熱管理模式。
理想ONE整車系統級的熱管理策略模型:
整車熱管理系統四大回路:
①電機電控散熱迴路
②發動機散熱迴路
③冷媒製冷迴路
④乘客艙與電池冷卻液加熱迴路
理想汽車目前車型以及近期規劃車型的熱管理系統採用的是分散式的熱管理,未來將採用整合式熱管理系統,即超級水壺( super bottom )模式。
理想ONE熱管理技術亮點分析:
- 整車系統級的熱管理策略:多向流量控制閥精確地按比例開閉實現增程器、電池組和空調三套迴圈系統間熱量的精確傳遞和利用,實現能量的高效利用。
- 極致的無級調節:小到流量控制閥、水泵,大到空調壓縮機,前端冷卻模組上的散熱風扇,都能透過VCU實現功率無級調節,保障電池、增程器、電動機工作在最適宜的溫度。
- 先進的前端冷卻模組:集成了冷凝器、低溫散熱器、高溫散熱器、中冷器和散熱風扇五個模組的前端冷卻模組。