深度:横评多款EV车型空调和电池PTC加热技术和策略

2019-11-28来源: 新能源情报分析网

临近冬季,中国的北方区域气温骤然下探至-5、-10甚至-20摄氏度。出行压力增大的同时,EV车型的续航里程和充放电效率的降低的幅度同比增加。不过,诸多整车厂为了应对因为气温的降低导致的动力电池充放电效率衰减,配置了包括保温和预热等主被动“恒温”技术。



上图为南京开沃电动客车适配的第1代动力电池总成内部铺设的保温材料特写。


为动力电池总成铺设保温材料归属于被动技术(策略),虽然不占用动力电池宝贵的装载电量,却难以有效抵御低温和高温对电池电芯温度的影响(以至于电量衰减引发的续航里程缩短);与此同时,一些锐意进取的车厂,为了让动力电池电芯处于25-38摄氏度的“恒温”区间(充放电效率稳定且安全,不会引发热失控),引入了液态热管理系统(高温散热和低温预热)和策略。


实际上,对于续航、充电、放电和安全设计需求的平衡,整车厂根据自身产品定位和技术储备,有着不同的理解和认知。然而,归作为EV车型唯一的储能单位,动力电池装载的电量如何分配,使得EV车型在极端气候环境下的续航、充放电及安全表现不尽相同。



本文为新能源情报分析网,针对不同品牌车厂的不同EV车型的空调系统和动力电池热管理系统的PTC技术状态和控制策略横向比对。力争让更多潜在购车者和存量车主,分清PTC技术状态的不同,对EV车型的续航、充放电及整车安全的影响程度。


一、PTC模组的工作原理:


2018年-2019年中国市场量产的主流EV车型,都配置了为驾驶舱和动力电池伺服的PTC技术系统。EV车型(PHEV)适用的PTC技术,指的是适用直流电驱动的陶瓷加热器。通过PTC模组,为流通的冷却液加热,经过电子水泵送至驾驶舱鼓风机提供制热伺服;经过电子水泵送至动力电池总成提供电芯低温预热伺服。



上图是比亚迪秦EV450型电动汽车为驾驶舱空调提供制暖伺服的PTC模组、电子水泵及管路结构简图。


1、驾驶舱空调用PTC模组(6.6千瓦功率)


3、PTC模组出水管路


7、不可变流量电子水泵总成



上图为别克微蓝6改型电动汽车,为动力电池提供低温预热伺服的PTC模组、电子水泵及管路结构简图。


无论什么品牌的EV车型,驾驶舱空调制热系统对温度的需求,远高于动力电池电芯的低温预热系统温度需求。基本上伺服驾驶舱空调系统的PTC模组功率都在6-7千瓦,伺服动力电池总成的PTC模组功率普遍在3-5千瓦左右左右,也有动力电池装载电量较大而采用与驾驶舱空调系统相同功率的PTC模组。


不论采用什么样的驾驶舱空调制热和动力电池低温预热D的PTC技术和策略,都需要使用动力电池装载电量用来驱动。而细分出来的多种不同PTC技术和控制策略,又作用于整车表现出不同的续航里程、充放电效率和整车安全性设定。


二、本土品牌EV车型驾驶舱空调和动力电池热管理策略:


1、3组循环管路、2组PTC模组伺服的比亚迪秦EV450:



2018年量产的比亚迪秦EV450型电动汽车,配置了3套循环系统用于电驱动、驾驶舱空调制热、动力电池高温散热及低温预热功能的伺服。



上图为秦EV450伺服驾驶舱空调制热系统PTC模组。


2016年、2017年和2018年,比亚迪先后推出秦EV、秦EV300和秦EV450电动汽车。秦EV先后配置了1、2、3套循环系统。为了应对续航里程的提升,换装密度更高的三元锂电池,秦EV系列车型适配更完善控制策略更复杂的热管理系统。至秦EV450搭载3套循环系统,3组不可变流量电子水泵以及附属的管路,对整车可靠性要求更高了。


2、3套循环管路、1+0.5组PTC模组伺服的北汽新能源EU5 R550:



2018年量产的北汽新能源EU5 R550电动汽车,在EU5 R500电动汽车适配1套用于电驱动的散热系统基础上,增加了2套循环系统用于驾驶舱空调制热、动力电池高温散热及低温预热功能的达成。



配置3套循环系统的北汽新能源EU5 R550电动汽车,EMD3.0电驱动系统单独伺服1套高温散热循环管路;驾驶舱空调制制热系统单独配置1组用于调节温度非电驱动PTC模组和1套循环管路;动力电池热管理系统的串联1组大功率PTC模组和1组水冷板模组并共享1套循环管路。



有意思的是,用于动力电池低温预热伺服的PTC模组,为上海奉天提供、最大输出功率7千瓦。在“3通”阀体的配合下,分流经过PTC模组加热至不同温度的冷却液,或单独或同步为驾驶舱空调系统和动力电池低温预热系统进行伺服。



实际上,北汽新能源EU5 R550EX3EU7共用相同电驱动技术的EV车型,仅由1组7千瓦功率PTC模组为驾驶舱空调制热系统和动力电池低温预热系统提供伺服。位于鼓风机内的这套“半功能”小型PTC模组不具备调剂温度的设定。


3、2套循环管路、1组PTC伺服的吉利新能源GSe与几何 A:



2018年量产的GSe与2019年量产的几何 A电动汽车的电驱动系统和动力电池热管理系统,都源于帝豪EV450型电动汽车。帝豪EV450、GSe和几何 A电动汽车,适配1组伺服电驱动系统高温散热循环管路、1组用于驾驶舱空调制热和动力电池液态热管理系统的循环管路。



上图为吉利几何 A开启驾驶舱空调制热模式,动力舱内PTC模组运行时热成像特写。



这套旨在伺服动力电池液态热管理系统的循环管路,串联了1组由伟巴斯特提供、最大输出功率7千瓦PTC模组与1组水冷板模组。在驾驶舱空调制热模式,PTC模组通过“三通”阀体切换至通往蒸发箱体管路;在动力电池低温预热功能开启,PTC模组通过“三通”阀体切换至通往动力电池循环管路;在两种模式同步开启时,“三通”阀体全部开启向驾驶擦和动力电池输出不同温度的冷却液。



2016年量产的帝豪EV采用风冷被动散热动力电池策略,只有1套针对电驱动系统的热管理系统;2017年量产的帝豪EV300采用2套循环管路(1套用于电驱动、1套用于驾驶舱空调制热和动力电池热管理);2018年量产的帝豪EV450、GSe以及2019年量产的GSe400与几何 A,继承了2套循环系统技术。进化了驾驶舱空调制热系统和动力电池低温预热系统,两组技术状态和同为7千瓦功率的PTC模组及单独管路分别伺服的控制策略。


三、合资品牌EV车型驾驶舱空调和动力电池热管理策略:


1、2套循环管路、2套PTC模组伺服的北京奔驰EQC:



2019年11月量产的北京奔驰EQC电动汽车,基于E级车型“油改电”而来。采用2组异步感应“3合1”电驱动总成+装载电量80度电的三元锂动力电池构成。作为合资品牌的北京奔驰EQC适配的电驱动技术,与2014年前后上市的特斯拉S的相差无几。不过125wh/kg的动力电池总成能量密度,却有助于降低热失控带来的燃烧几率,减少热管理系统的设计指标和运行压力。



基于北京奔驰E“油改电”而来的EQC,将2组完全相同功率的PTC模组(红色箭头),搁置在前部动力舱并远离防蒸发箱体和动力电池总成。



上图为北京奔驰E燃油车动力舱内各分系统细节特写。



北京奔驰EQC采用2组输出功率同为5.2千瓦、德国艾贝尔提供的PTC模组,为驾驶舱空调制热以及动力电池低温预热系统提供伺服。结合北京奔驰EQC的车身尺寸和动力电池装载电量,采用相同中等功率的PTC模组,应对温度需求相差较大的伺服目标,颇有一种“刚刚够”的感觉。


2、3套循环管路、2套PTC模组伺服的上汽通用别克微蓝6改型:



2018年上市的续航301公里别克微蓝6基型,适配2组循环系统(1组伺服电驱动系统、1组伺服驾驶舱空调制热系统)。2019年11月上市的续航410公里的别克微蓝6改型,在微蓝6的基础上增加了1套针对动力电池的高温散热和低温预热的液态循环系统。



尽管别克微蓝6改型采用源于上汽新能源荣威ERX5的分散式电驱动技术,但是在动力电池热管理技术和策略大幅领先。



别克微蓝6改型EV的驾驶舱空调制热系统,由一组最大输出功率3.5千瓦的PTC模组伺服(标定最高温度超过100摄氏度)。别克微蓝6改型的动力电池液态热管理系统的低温预热系统,由1组最大输出功率5千瓦、由德国艾贝尔提供的PTC模组伺服(标定最高温度35摄氏度)并与水冷板模组串联在一个单独设定的循环管路。


3、2套循环管路、2套PTC模组伺服的北京现代昂希诺EV:



2019年11月上市的北京现代昂希诺EV,续航里程标定在500公里级、搭载能量密度146.6Wh/kg、装载电量64.2度电、适配完整液态热管理系统的动力电池总成。需要特别注意的是,北京现代制造的昂希诺EV,并不是简单的同步欧美市场上市的现代KONA原型车“照搬”。而是,换装了宁德时代提供的方形NCM电芯,并将原有的电驱动和动力电池液态热管理系统共用的循环系统一分为二。



上图为北京现代昂希诺EV动力电池低温预热伺服PTC模组技术状态特写。


昂希诺EV适配的PTC模块通过长度不超过150mm管路,前置于动力电池总成前部,用最少管路长度、最短时间将加热的冷却液“泵”入动力电池总成内部,达到在低温工况运行的电芯进行预热伺服的目的。



上图为北京现代昂希诺EV驾驶舱鼓风机内设定的电驱动PTC芯体总成结构简图。这组用于驾驶舱空调制热的电驱动暖风箱体类PTC模组总成(绿色框体),由芯体(红色区域)

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编辑:鲁迪 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic481445.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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