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典型新能源汽车热管理系统方案分析

2021-09-27 23:27:49·  来源：AUTO行家  
　
目前行业具有代表性的热管理系统有PTC电加热方案、热泵方案（特斯拉八通阀热泵、吉利直接式热泵）、威马的柴油加热方案以及以理想为代表的插电式混动车方案。1.
目前行业具有代表性的热管理系统有PTC电加热方案、热泵方案（特斯拉八通阀热泵、吉利直接式热泵）、威马的柴油加热方案以及以理想为代表的插电式混动车方案。
1. 小鹏P7整车热管理方案分析（PTC电加热方案）
小鹏P7作为小鹏汽车的第2款纯电车型，整车热管理系统采用一体化储液罐设计和单PTC加热方案，利用一个四通阀实现整车系统级的热循环，并与博世、大陆、马勒等国际一线零部件供应商开展合作。
小鹏P7整车热管理方案：

其中，马勒提供空调系统及控制器，翰昂提供压缩机，博世提供水泵，大陆提供水阀。
P7热管理系统特点：
  • 一体化储液罐设计：电机、电池、乘客舱三者的膨胀罐一体化设计，变为一个膨胀罐总成，减少零部件数量，可以降低成本。
  • 余热循环利用：利用一个四通阀，将电机冷却水路与电池温控水路串接，利用电机余热加热电池，降低系统能量损失。
  • 单PTC热源统筹化管理：使用一个PTC加热器实现乘客舱和电池加热，系统化整车热管理，降低各部分能耗的同时还可以降低系统成本。
  • 可变进气格栅设计：AGS主动进气格栅可根据工况和机舱温度，智能调节进气格栅开度，实现机舱保温和降低风阻，提升余热回收效率和增加续航里程。
2. 特斯拉Model Y 整车热管理架构分析（八通阀热泵方案）
特斯拉在Model Y的热管理系统中使用了一个八通阀，将整车热管理集成化，通过车载计算机精确的控制各元器件的运转情况，保障各系统安全有序、高效的运转，极大得提升了Model Y的整车性能和可靠性。
Model Y热管理架构图：

特斯拉热管理系统部分重要供应商：

特斯拉Model Y在热管理系统中开创性的使用了一个八通阀，将整车热管理集成化，通过车载计算机，精确的控制各元器件的运转，保障各系统安全有序、高效的运转。
Model Y热管理系统八通阀：

使用了八通阀的Model Y相比Model 3能量利用效率提高了10%；电机电控以及电池包的余热的利用，解决了低温下COP较低；八通阀代替热泵系统复杂的管路，系统集成度更高。
Model Y热管理系统主要特点：
  • 多种工作模式智能选择：打通了传统热泵空调、电池系统、动力系统，产生了多种工作模式，可根据环境温度与电池温度自动规划热泵系统的加热程度，启用不同的加热模式。
  • 极致的一物多用：以压缩机全功率工作等同PTC进行制热，实现了R134a制冷剂在零下10°C以下无法实现热泵功能的代替方案，将压缩机一物多用节省零件成本。
  • 废热回收利用：动力系统增加电驱回路水冷冷凝器，可以在冬天将三电系统废热回收利用到热泵系统，为乘客舱服务。
  • 零部件集成化：高度集成化零件，缩短零件流道，降低能耗，方便装配，同时将OEM的装配工序集中下放到Tier1供应商，节省人工和产线成本。
通过将独立的各个系统集成起来，统一管理，做到热量的最小浪费，最大程度的降低热管理系统对电池电量的消耗，保障车辆续航里程。
3. 领克ZERO直接式热泵系统分析（直接式热泵方案）
领克旗下的首款纯电动车型“领克ZERO Concept”将搭载直接式热泵，采用“冷媒直接供热”技术，可解决纯电动汽车因冬季需要对电池和乘员舱耗电加热导致的续航打折扣问题。
领克ZERO Concept热泵系统：

五大过程：
① 冷媒从大气中吸收热量汽化
② 吸收大气热的冷媒被压缩，温度进一步升高
③ 高温冷媒热与车内空气发生热交换，车内冷空气温度升高
④ 升温后的冷空气变为热空气吹入车内
⑤ 高压热气降压降温为低温热

领克ZERO Concept采用直接式热泵系统，直接将冷媒与车内空气热键换传递热量，省去了传统热泵空调由“冷媒→水→车内空气”的中间传递介质，避免了能量在多次传递过程中的损失。采用高温高压冷媒直接供热技术的ZERO Concept，比普通热泵热效率提高了约10%左右。
领克推出了由直接式热泵系统、电池蓄热温区调节、PTC辅助加热、电驱废热、电驱主动加热组成的PTM五维热管理系统，赋予了领克ZERO超群的实力保证。
领克ZERO PTM五维热管理系统：

  • PTM智热维温技术：手机远程控制/预约加热，2min出风口温度高达55℃，上车即享温暖。手机能连接电桩，让电网直接提供电制热，配合远程预约功能，舒享“到车满电”的暖意。
  • PTM预热速充电技术：导航设置到充电站，即可自动开启整车预热功能，电控半导体芯片震荡加热技术主动产热，电池预加热速度提升50%，仅需10min即可进入最佳充电状态，配合上PTM智能维温技术，完全避免了严寒环境下充电难、充电慢的问题。
  • PTM电池主动温控技术技术：确保在-30℃~55℃的极寒酷热环境下电池仍保持最佳工作温度，提供稳定持续的线性输出。
强大的热管理系统赋予了领克ZERO超群的实力保证，结合其直接式热泵系统，领克ZERO concept的电池热管理能耗至少降低了一半以上。
4. 威马热管理2.0系统（柴油加热方案）
为了解决冬季续航衰减问题，威马推出了柴油加热系统，使用柴油加热器取代PTC电阻式加热系统对电池加热，在热管理2.0系统中，将柴油加热器用于暖风系统，协助空调制热，降低空调系统对电量的消耗。
威马热管理1.0系统：


电池液态冷却技术：
能量流：电池供电 → PTC加热器加热冷却液 → 电池冷却板
会消耗大量电池组内的电能，造成续航里程缩短
目前绝大多数品牌采用电池液态冷却技术
热管理1.0系统：
能量流：电池供电 → PTC加热器加热冷却液 →电池冷却板
工作温度：-30℃ ~ 0℃，柴油加热只负责电池组，不用于空调暖风系统
威马热管理2.0系统：

热管理2.0系统亮点：
  • 电池包采用独立的液冷回路，保证电池包温度更精确的控制，确保电芯温度均匀性，温差控制在±2℃，提升电池寿命。
  • 热管理2.0系统扩展了工作温度范围（-30℃—20℃），确保电池组充放电过程都保持在最佳温度区间，提升电池的安全性和稳定性。
  • 柴油加热器除了会用于电池组外，还将用于空调暖风系统，协助空调制热，减少空调系统对电池电量的消耗。
5. 理想ONE热管理系统结构分析（插电式混动方案）
理想ONE的热管理系统主要包含增程器的冷却、电池系统热管理、乘员舱温度调节、电驱动系统温度调节四大块，它们之间密切协同，共同维持系统的高效运转。
理想ONE热管理系统结构示意图：

在理想ONE的热管理系统中，VCU（整车控制器）可以控制多向流量控制阀、水泵、空调压缩机散热风扇等实现功率无级调节，保障电池、增程器、电动机工作在最适宜的温度，未来将采用集成式超级水壶热管理模式。
理想ONE整车系统级的热管理策略模型：

整车热管理系统四大回路：
①电机电控散热回路
②发动机散热回路
③冷媒制冷回路
④乘客舱与电池冷却液加热回路
理想汽车目前车型以及近期规划车型的热管理系统采用的是分散式的热管理，未来将采用集成式热管理系统，即超级水壶（ super bottom ）模式。
理想ONE热管理技术亮点分析：
  • 整车系统级的热管理策略：多向流量控制阀精确地按比例开闭实现增程器、电池组和空调三套循环系统间热量的精确传递和利用，实现能量的高效利用。
  • 极致的无级调节：小到流量控制阀、水泵，大到空调压缩机，前端冷却模块上的散热风扇，都能通过VCU实现功率无级调节，保障电池、增程器、电动机工作在最适宜的温度。
  • 先进的前端冷却模块：集成了冷凝器、低温散热器、高温散热器、中冷器和散热风扇五个模块的前端冷却模块。
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