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冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

近年來,電動汽車的銷量在全球範圍內逐漸增加,消費者的接受度也在水漲船高。然而,阻礙人們全面擁抱電動汽車的最大瓶頸,仍然是老生常談的續航問題,尤其在寒冷的冬天,這個問題尤為突出。

冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

其實,冬季車輛行駛能耗升高並非是電動汽車獨有的問題,燃油車在冬天的油耗一樣會升高,只不過得電動汽車對於低溫更加“敏感”一些。簡而言之,是因為燃油車行駛所消耗的能源中, 60%-70%以熱量形式浪費掉了,而電動汽車僅有10%左右的能源會被轉化成熱能。也就是燃油車給冷卻液、機油、乘員艙加熱,是“廢物利用”,而電動汽車則要動用原本用作行駛的能源來提供熱量。但從另一個角度來說,燃油車在冬季產生的大量熱能,也是溫室氣體排放的重要組成部分之一。

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此外,冬季續航下降的另一個更重要的原因,是電池的特性決定的。總體來講,三元鋰電池的電芯在低溫的表現,比磷酸鐵鋰電池要好一些,但兩者在低溫狀態下,其電芯的效能都會大大受限。低溫對電池臨時性的影響是導致電池內阻增加、鋰離子鍍膜現象等,導致可用容量下降,放電速率下降(效能);如果長時間低溫狀態使用,還會導致永久性的電池損傷。

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所以低溫時候,就必須要給電池加熱,才能夠實現更好的效能和迴圈壽命以及安全。車輛透過預熱,用較少的電能將電池、電機都加熱到了最佳溫度,使得行駛階段效率大大提升,從而使得綜合續航與夏季時幾乎差不多。對於車企而言,想要提升電動汽車在冬天的續航表現,就得從系統層面去考慮,而這一部分也恰恰是各家真正展現“內功”的時候。

冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

此前許多電動汽車採用PTC(positive temperature coefficient,正溫度係數)加熱器制熱,具有改造簡單、可靠性高的優勢。但在冬季使用PTC取暖將會使得續航里程下降20.1%-56.4%,而使用熱泵技術則可以明顯增加續航里程,當熱泵效率達到1.7時,續航里程增加7.4%-13.2%,因此熱泵系統正在成為主流電動汽車廠商攻關的熱點。所謂熱泵,簡單理解就是透過壓縮機,將氣體強制變成液體,從而釋放出熱能,來實現能源的“搬運”。

冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

以目前全球電動汽車“帶頭大哥”特斯拉為例,其不僅針對熱泵本身進行了最佳化設計,還對整個熱管理系統的軟硬體層面進行了創新。針對傳統熱泵空調存在極寒天氣制熱效率低、成本高等劣勢,特斯拉在傳統熱泵的執行原理基礎上,經過重新設計,能夠充分利用外界自然能(空氣)、電機與電池的餘熱來進行制熱,在提高效率同時,還降低了成本。

冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

其次是特斯拉的熱泵系統應用了的八向控制閥(Octovalve),它由8個冷卻液通道和電機組成,使用一隻水閥代替了傳統多支路所有水路換向元件的功能,可以實現空調、電池、電機熱管理系統的並聯獨立執行和串聯工作模式,不僅減少車內空間佔用,還可以大幅降低故障率、提高可靠性,能夠更好地利用電池、電機,甚至是電路板等執行餘熱以提升制熱效率。

特斯拉自主開發的軟體可以基於感知外界和自身系統溫度,智慧調節熱泵工作模式,包括COP_high高能效模式、COP_blend混合模式和COP_1低能效模式,模式切換可以大幅提高系統工作效率,最終達到降低能耗,提升冬季續航能力,實現能量利用效率最大化。

冬季不變“電動爹”?熱泵系統能否成為“禦寒神器”

目前,蔚來EC6、小鵬P5、大眾基於MEB平臺打造的ID.系列純電車型、比亞迪基於e平臺3.0打造的海豚、吉利旗下的幾何C等純電車型都搭載了熱泵系統。雖然在整體熱管理系統、BMS電池管理系統的效率等方面各家廠商還有待進一步提升,但相信不不久的將來,這項技術會成為助力電動汽車“禦寒”的重要“法寶”。

分類: 汽車
時間: 2021-10-28

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