[返回车迷沙龙首页]·[所有跟帖]·[ 回复本帖 ] ·[热门原创] ·[繁體閱讀]·[版主管理]
汽车核心技术拆解(一) 浅谈热管理的昨天今天明天
送交者: jmz666[★★★爱护动物★★★] 于 2020-02-01 12:25 已读 4239 次 2 赞  

jmz666的个人频道

编者按:车辆零部件、系统的发展与迭代,从小的讲是汽车产品进化的一部分;往大了说,是工业化进程的缩影,也是材料、化学等基础科学乃至高新科技进步的映射。本文咱们先从汽车的热管理聊起……


[搜狐汽车·黑客] 汽车热管理这个概念本身很好理解,关键的指标就是温度,而从直观的空调凉不凉、发动机散热好不好,到全车各种油液的最佳工作温度,再到电动车电池的散热与加温,涉及了整车诸多的细枝末节。凡此种种,以下便为您简单梳理一番。

[·传统燃油车的“渐入佳境”·]

从内燃机作为汽车的动力源开始,动力系统的热管理就是重要的课题,可谓贯穿了汽车工业的整个历史。如大家熟悉的汽油发动机,不同产品油气混合压力与点燃温度,就有着不小的差异,而这在民用车和赛车之间就更为明显了。

伴随发动机结构与技术的提升,一方面本身工作温度控制必须更精准了,另一方面对于发动机的液冷系统的要求也更高了。想来不少网友都听闻过一些车型发动机“开锅”的情况,甚至是前些年还见过公交车夏天打开后盖在路上行驶,而如今这些问题已然成为了小概率事件。

6park.com

这其中也经历了一个进化的过程。以最为明显的BMW品牌为例,第五代5系即最早引入国产的E60,大多数人都在讨论设计大师克里斯·班戈带来了外观,殊不知其热管理上的一个小危机。

出于欧洲法规的压力和德国人环保的先锋理念,2003年问世的E60液冷系统管路采用了环保材料,这个当时的新材料在高温的发动机舱内,耐用性不如老的材料,这让一款车使用多年的欧洲人提出了质疑,此后不少老E60也确实出现了与节温器连接的水管老化的情况。


而近些年谁还听说过类似的问题呀?原因正如开篇所言,材料科学的进步解决了环保与耐用性难以兼顾的问题,在背后推了汽车行业一把。

[·汽油车确定了“各司其职”的模式·]

说的动力系统的热管理,大部分民用汽油车都只有一套液冷回路,打开发动机舱就能看到的一个装载防冻液的水壶。伴随排放法规越来越严格,涡轮增压发动机逐渐成为市场主流,出现了单独给涡轮散热的第二套液冷回路,将动力系统的热管理从硬件上就做得更为精细,确立了“各司其职”的温控方式。


而从2015年底全球气候大会通过、2016年4月份签署的《巴黎协定》,各国决定将平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内,到2017年9月法兰克福车展期间各国发布禁售燃油车时间表。降低碳排放已经成了全世界的共同目标,这其中,汽车正是紧随工业排放之后位居“榜眼”的存在。于是,能源转型成为了汽车革命的第一步。


汽车“触电”成为不可逆的大趋势之后,就纯电动、插电混动等高压、强电的部件的温度控制而言,电动机和充电模块需要散热、动力电池夏天需要降温、冬季需要加热等等,又给热管理带来了更高的要求。但汽油车多年积累的成功经验,让汽车“触电”之后也依旧延续着“各司其职”的热管理模式。

[·电动车只是继续的“增减职位”·]

在确立了汽车热管理使用多年的明确分工之后,电动车更高的热管理需求在原有模式上,以“增减职位”的方式也带来了一些进化。最初的电动车绝大部分都是基于燃油车平台而来,即所谓的“油改电”车型,直接照搬燃油车发动机液冷循环系统,给驱动和充电模块散热。


这种方式只能降温、而无法在低温环境下给电池加温,且降温的效率其实并未达到最佳状态。如0-100km/h加速测试中,很难有电动车在多次测试后仍保持最强的爆发力。再比如一些早期“油改电”车型,充电根本不敢将速度全开,很大一部分原因就是电模块散热的问题。


为了解决低温环境下锂电池活性低的先天不足,如今很多车型增加了动力电池液冷循环这个职位,给电池加热。发展至此,“油改电”车型延用汽油车液冷循环的出水与回水压力,就会出现冬季冷启动初段超高的电耗。

户外停车、上下班距离较近的电动车用车情境,电池还没加热到最佳状态就到了,却有着比开高速还要多的平均电耗,有加热反而降低了日常用车的续航。这个问题,比亚迪全新王朝系列的纯电动版本,先于海内外电动车企业给出了解决方案:相比延续汽油车108kPa的液冷循环压力,降低到了30kPa,把加热速度快但更费电的“电热水壶”,换成了细水长流的“温奶器”。


除了“增加”,也有助力热管理的“减少”。因液冷循环系统需要对应的整车平台作为基础,受制于后者短期内无法像比亚迪那样有所突破,不少车企转而在动力系统的集成度方面下起了功夫,如广汽新能源的三合一电驱系统,就减小了动力核心部件的体积,从而降低了散热的难度。

[·电动车的未来逐渐转向“协同作战”·]

事实证明,电动车热管理系统的“增”与“减”都带来了不错的效果,但这两个方向都存在瓶颈:车辆本身就那么大,继续增加、细化热管理的“岗位”有限,降低三电核心体积也有一定的制约。各司其职的热管理模式最终都会出现瓶颈,转向职能共享、工作效率最大化才是未来的发展方面。

在热管理的效率方面,电动车中最直观的提升当属热泵技术。热泵空调可将外部环境中的热量吸取并输送到车厢内,同时本身还电暖器原理的PTC加热器能耗低出不少。不过这项细节层面的一次突破,受制于成本因素尚未普及。


如果说热泵技术只是单独在某个点上提升了效率,动力电池液冷循环系统+电池加热膜同时应用,则可谓“双管齐下”。电池的外壳或者冷却系统上的加热膜,可大幅度分担液冷系统给电池加热的能耗压力,且全面覆盖对温度控制的一致性把握的更好,较薄的膜不会增加多少重量,加在电池之外不影响系统本身,可匹配电池大小、轮廓,寿命还长。

除了液冷+电池加热膜技术的职能共享,保时捷在纯电动车Taycan上带来了更进一步的“共享”。其三个冷却液泵、六个冷却液阀、两个风扇和十个冷却液温度传感器组成的液冷循环系统,不仅负责动力电池组的温度控制(加热和降温),同时也适用于电动机、脉冲控制逆变器和变速器等驱动部件,以及车载DC充电器、DC/DC转换器、车载AC充电器等充电相关部件,整个热管理形成了一套“协同作战”的体系。


保时捷这套“协同作战”的热管理系统,带来了“稳定”续航和加速性能表现:入门4S车型WLTP工况理论407km,在去年12月份白天最低气温-20度芬兰,实际里程也能达到了这个数据;Turbo S版本连续10次0-200km/h加速成绩都能在10秒以内。

[·更进一步的热管理得看智能AI的·]

如果说“协同作战”是电动车乃是插电混动车型可以预见的未来,那么热管理的终极目标还得看智能AI。这怎么还跟高科技扯上关系了呢?原因主要在于以下两点。


第一,智能AI升级最直观的体现在更高精度的算法,对于动力系统的温度控制将会更精确,让热管理这个“协同作战”的团队,各部门的默契程度以及最终的效率都会因此水涨船高。

第二,智能AI不仅能动力系统发挥作用,还可识别和应对各种需求来控制空调,针对不同用户、甚至是不同部位有针对性的控制车内温度,如冬天开车很多人身上都还好、就是脚冷,或是有的人只希望座椅电加热作用到腰部、屁股温度适中就好。


继续发展,无需用户任何操作、或是言语表达,每个具备智能AI热管理系统车就能识别温度诉求,让现如今的三区、四区自动空调发展到更多区域,甚至是在车内空间中形成一个小的气候带。

[·总结·]

综上所述,短时间内汽车的热管理发展侧重于“触电”车型动力系统,让每台车都形成一个高效的闭环;而引入智能AI之后车内空间中的小气候带,似乎也并非遥不可及。

在飞行汽车道来之前,汽车永远都在路上,汽车产品每个组成部分也都在一直向前,将整车逐一“拆解”的系列文章,稍后还将继续,敬请持续关注搜狐汽车·黑客。

喜欢jmz666朋友的这个贴子的话, 请点这里投票,“赞”助支持!
[举报反馈]·[ jmz666的个人频道 ]·[-->>参与评论回复]·[用户前期主贴]·[手机扫描浏览分享]·[返回车迷沙龙首页]
帖子内容是网友自行贴上分享,如果您认为其中内容违规或者侵犯了您的权益,请与我们联系,我们核实后会第一时间删除。

所有跟帖:        ( 主贴楼主有权删除不文明回复,拉黑不受欢迎的用户 )


用户名:密码:[--注册ID--]

标 题:

粗体 斜体 下划线 居中 插入图片插入图片 插入Flash插入Flash动画


     图片上传  Youtube代码器  预览辅助

打开微信,扫一扫[Scan QR Code]
进入内容页点击屏幕右上分享按钮

楼主本栏目热帖推荐:

>>>>查看更多楼主社区动态...






[ 留园条例 ] [ 广告服务 ] [ 联系我们 ] [ 个人帐户 ] [ 版主申请 ] [ Contact us ]