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电动汽车集成热管理技术趋势和未来趋势

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来源:电动汽车集成热管理技术趋势和未来趋势;IAB研究,AUTO


在未来,可以称之为电动汽车时代,今天仍然有许多电动汽车在运行,随着电动汽车时代的到来,热管理领域比现有的内燃机汽车更加重要,并且继续发展。希望展示未来的技术趋势和必要的技术。





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由于各国对二氧化碳,法规和燃油经济性法规的加强,电动汽车的开发和销售正在加速,由于电动汽车的特性,热管理变得非常重要。

在电动汽车(EV)中,与现有的内燃机汽车相比,新安装了诸如电池,电动机和功率转换器(PE:Power Electric)之类的零件,而发动机则消失了。热管理是基于燃油经济性,众所周知,车辆所占份额为2-7%;另一方面,对于电动汽车,其差异可能会因车辆和外部温度的不同而有所差异,但差异是占20-60%,原因是在内燃机汽车的情况下,室内采暖由冷却水冷却,由于它利用废热,因此对燃油经济性影响不大。在冷却的情况下,发动机的动能通过皮带传递并由空调使用,用于冷却的能量相对较小;在电动汽车的情况下,需要新的能量进行加热,而用于冷却的能量也占了比较大的重量。

本文将解释电动汽车热管理的概念,以及为什么需要综合热管理的原因,并考虑当前的趋势和未来的发展方向。


▎热管理集成电路


电动汽车的热管理通常由五个电路组成,
首先是PE冷却电路,可以冷却电源转换器和电机,通常使用散热器将冷却水和废物冷却到PE上。PE产生的热量可用作加热,因此在回路中配置了热交换器和阀门。

第二种是冷却和加热电池的电路,当电池温度高时,耐久性会降低,因此有必要冷却电池以保持适当的温度。与外部温度明显不同,请使用空调制冷剂,当外部温度与电池温度之差较大时,即当外部温度较高时,有一种使用二手制冷机并通过散热器冷却的模式。另外,电池热管理电路具有加热功能,以确保快速的充电性能并防止冬天的输出劣化,因此,需要使冷却水加热器工作的电池加热模式。

第三个是加热回路,在某些情况下,使用空气加热的PIC加热器为房间供暖,在冷却水使用加热器同时加热和加热电池的情况下,有时使用HeatPump的室内散热器。

第四种是制冷剂回路,在常规的内燃机车辆中,制冷剂回路是用于室内冷却的空调回路,但是在电动车辆中,除了室内冷却之外,还用于电池冷却的冷却方式是自冷却。驱动计算机冷却,主要用于加热的热泵回路,制冷剂回路需要通过废热回收和适当分配冷却性能来加热,其功能也越来越复杂。

最后,它是计算冷却,这是配置自动驾驶车辆时必不可少的部分,有关冷却和加热功能的具体细节目前正在审查中。

热管理电路的最大问题是,这些电路中的每一个都不是独立配置的;每个电路是有机连接的,并且随着功能的增加而变得更加复杂。

对于冷却,如图1所示,有使用外部温度的冷却和使用制冷剂的冷却,在使用外部温度的冷却方法中,PE,电池,计算机和制冷剂回路均构成散热器,并使用共用一个回路的回路。散热器是一种使用制冷剂的常用方法,一种使用冷却器降低制冷剂温度的方法被应用于使用制冷剂的方法,该制冷剂由电池,自动驾驶计算和室内冷却回路共享。,用于加热和加热,使用热泵电路连接到每个电路以吸收废热,每个模式通常以7到14个模式运行。



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图1 热管理电路的相互关系



从集成电路的情况来看,它由如图所示的复杂电路以及许多阀门,Pump和热交换器组成。

根据电动汽车的类型和用途,电池,电源转换器和电动机的加热能力会有所不同,并且冷却所需的能力也会有所不同,因此,最佳电路也会有所不同。

可以在使用最少的热管理组件的同时配置最佳模式的电路是最好的电路,因此,每个公司都在积极研究开发自己的电路,并且这是一个不断发展的领域。



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图2 Tesla模式Y制冷剂回路(专利)



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图3 Tesla模式Y冷却液回路(专利)


▎模块化


热管理技术领域的下一个重要部分是模块化,它集成了零件,模块化的目的是提高工厂自动化率,以降低组装成本,并在模块内实现复杂的规格管理功能,从而有效地生产少量的各种类型。

根据V的特性确定电路时,下一步是确定模块的范围,根据模块范围确定模块中组件的排列和结构,特别是集成热敏电阻。如前所述,管理回路必须非常复杂,如果将一个复杂的回路与软管和管道组装在一起,将需要大量空间,并且由于狭窄的空间而导致工作困难或无法工作,因此,有必要消除通过模块化将一个由大量软管和管道组成的复杂回路集成在一起的情况如图5所示。

对于某些制造商而言,集成热管理模块的范围已在车辆设计中放在首位,大多数热管理组件已模块化,模块化具有通过减少系统占用的体积来改善布局的效果。由于零件本身的体积,因此必须首先就整体车辆布局对集成模块进行审查。

结果,根据<图7>所示的热管理模块的布置,正在开发车辆PE室的完全不同的内部结构。



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图4 Tayan4S冷却液回路


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图5 Tesla Y型制冷剂流量


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图6 Tesla Y型热管理帽


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图7 Tesla Y型PEI结构


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图8 R29 D Secondary loop system


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图9 辐射加热


▎总里程


尽管电动汽车具有许多优点,但缺点之一是由于使用空调而导致冬季的行驶距离大大缩短,因此,人们正在开发各种技术来克服这一问题。

第一个也是最活跃的领域是热泵。 为了提高热泵的效率,重要的是要有效地回收废热,迫切需要开发一种能够根据外部空气和PE电池的运行条件选择最有效的废热回收部件来运行的电路。另外,还应同时开发一种母结构,以最大程度地减少因复杂回路引起的成本增加。

正在开发的第二项技术是开发一种系统,该系统使用针对热泵进行了优化的新型制冷剂,当前的R1234f制冷剂不仅是热泵性能较差的制冷剂,而且还存在价格昂贵的缺点,即制冷剂R290。R744系统需要开发,并且正在中国和印度积极开发中。

第三领域是新的供暖方法的发展,现有的通过对空房子进行供暖来提高室内温度的系统基本上会造成通风损失,从而使加热后的室内空气排到室外,并且无法有效地将热量传递到室内。因此,有必要发展接近度和辐射加热,以较少的能量增加热感。


▎自动驾驶车辆反应


在自动驾驶时代,车辆的外观和内部形状将发生很大变化,座椅的变化将与过去完全不同,因此,新的空调结构,风道,需要开发用于空间和多功能空间的结构,并且必须开发新的热舒适性概念来实现这一点。

在EV中,需要针对与现有对象完全不同的对象进行热管理,并且需要对该概念进行系统开发,即,传统的恒温器型机械热管理系统概念不能应用于电动车辆。电动汽车的管理电路就像电子设备一样,可以说具有与PCB相同的形状,需要复杂的电路,集成的模块类型以及智能控制。该电路被认为与准未来国家的时代相似,当时尚未确定主流技术,此外,随着车辆内部形状的变化,必须开发合适的热管理电路概念由于上述原因,不受现有概念约束的新创业公司可能对开发非常有利。

显然,电动汽车集成热管理技术领域需要发生重大变化,并且发展正在积极进行中,并且有望在未来进一步加速。

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