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热泵上车一级供应商心凉

时间: 2021-07-22 12:17  来源: 投稿   编辑: 家宝   点击:  

  刚过去的冬天,社交媒体讨论“电动车续航”话题的热度达到空前的程度。电动车渗透率提高到5%、掌握社交媒体话语权的年轻人购买电动车更多、磷酸铁锂(LFP)第一次大规模搭载乘用车,都在不同程度上为热度提升做了贡献。
 
  截至2020年底,全国新能源乘用车在用492万辆,其中纯电动车400万辆。这个问题已经大到无法忽视的地步。
 热泵上车一级供应商心凉

  “北方冬季续航体验”,简单一句话、四个词,让电动车企心累堵肺肝颤胃痛,五脏四不顺。现在矛盾集中到如此程度,若在这个环节不能压倒对手,伺候好消费者,就别想经营“高端电动车”的品牌设定。但凡有志于此的新势力和传统车企们,无不为此殚精竭虑。
 
  舆论的呼声,监管部门自然知晓。年初的时候,工信部副部长辛国斌就协同装备司专门召开了“电动汽车低温使用问题研讨会”。作为主管部门来真的,表明这个问题消费者都在关注。
 
  会上,工信部称要“明确低温环境产品性能和技术要求,加强产品准入和生产一致性检查”。监管介入,就不再是单纯企业掌控的技术问题,有变成产品标准的症候。
 
  现阶段,纯电动车制热办法无非三条路:PTC、热泵、燃油加热。
 
  PTC是掉续航的一大原因
 
  在传统燃油车上,制热不是问题,发动机热效率通常不超过40%,其余都以热量方式散发,只要收集起来导入座舱即可,不额外消耗燃料(除了风机用电)。到了纯电动车身上,就要了亲命了。
 
  电动车的电机热效率高达90%,多余热量很少(高功率阶段一般只能持续几十秒),车上没有其他热源,这是EV痛点。客户要么心疼续航、“重装”驾乘;要么大胆制热,里程刷刷掉,两者体验都比较差。
 
  导致掉里程的主要是PTC,学名叫“正温度系数热敏电阻”,不了解这个词也不要紧,反正知道这玩意是一个大号电加热器就行了。那么问题来了,PTC工作需要消耗宝贵的电池蓄能,其效率不会超过100%。如果一辆车百公里耗电15KWh,那么一个2KW的PTC,全功率工作1小时,就会掉13公里续航。再加上冬天导致电池性能缩水(锂离子固有特性),对续航的折损雪上加霜。
 
  磷酸铁锂电池(LFP)本身的充放电曲线很平,这让工程师很头疼,只能让电池管理系统(BMS)保留更多的可用能量,用来应对极端工况(譬如深踩油门)。这样一来,在客户看来,磷酸铁锂电池冬天表现更差。
 
  当然工艺上可以优化一下,譬如极片薄一点、导电剂性能好点、电解液更耐低温一点,但功率和能量是跷跷板。BMS工程师也很无奈呀,不可能两者同时做上去。
 
  热泵真的香吗?
 
  用了磷酸铁锂方案,就更呼唤高效加热方案。电池热管理本文不谈,重点是伺候好客户。2018年的时候,热泵上车还算“黑科技”(东北的冬季热水供应早就用了),但几个大厂用了之后都说很香,也就流行起来了。这几年,日产Leaf、丰田普锐斯、宝马i系列车型都上了热泵,可见热泵也可以用于混动。国内上汽、长安也都有使用。
 
  热泵原理不复杂,没听说过“逆卡诺效应”也没关系,热泵不产生热,只是热量的“搬运工”。它利用工质挥发,能将外部热量导入车内(哪怕外面温度更低),相当于反向空调。
 
  热泵表现好的时候,效率可以高达300%,也就是提供3焦耳能量,本身只消耗1焦耳。当然,它有最佳工作温度区间。0度以上,热泵表现很出色;到了-10℃-0℃,效率在1-2之间,差强人意;到了-10℃以下,热泵失能,不干活了。
 
  北京冬季最冷的时候,或者在东北西北高纬地区,热泵方案就不香了。事实上,在这些地区,电动车本身也不讨喜。
 
  没有完美方案
 
  1月份交付首批的特斯拉国产Model Y,抛弃了Model 3的高压PTC(等等党又胜利了),改为热泵+低压PTC,而且把电池、功率电子、驱动系统和整车系统回路做成一体。作为热策略集成度最高的车型,Model Y能解决低温掉续航的大问题吗?
 
  国产Model Y让热泵唱主角,节约电力;环境温度低于-10℃的时候,让PTC顶上。看似很完美对不对?实际策略还是有点复杂。
 
  比如车主已经预定半小时后出发,电池和座舱都需要加热。热泵优先为电池PACK加热,当PACK温度上来了(这么说很粗糙),然后切换重点,热泵从PACK中取热,给座舱加热。
 
  如果温度很低(比如-30℃)怎么办?特斯拉将空调压缩机当加热器来用,必须提前1小时启动预热,还是让电池温度PACK先上来。这时候尽管环境温度还很冷,但是PACK又可以取热了,热泵处于高效区,于是工作过程重复上一条。
 
  如果车主临时决定出门,整车在外面又冻透了,该咋办?低压PTC只能勉为其难地顶上,这时候续航和体验就不用看了。
 
  国外的Model Y据说居然砍掉了PTC,在-10℃以下的时候,热泵不工作,热交换器(相当于空调外机)都结霜了,座舱根本不加温,引发客户抱怨。国产Model Y显然吸取了这个教训。
 
  不过,压缩机的效率比PTC还要差,续航还是不可避免地多掉一些。Model Y的实践表明,EV面对低温环境仍然没有太好的办法,里程折损和体验,只能顾一头。如果温度太低(-30℃),两个都保不住,车子只能达到勉强能开的程度。
 
  特斯拉创新,逼死Tier1
 
  Model Y的创新不是使用热泵,而是精细管理(12种工作模式),榨取热泵的所有能力。这不仅体现在八向换向阀这样的硬件上,更重要的是,特斯拉将Tier1供应商逼到角落里去了。
 
  传统上,Tier1供应商提供整个空调、制热方案,主机厂提出技术指标(任务书),验收采购了事。现在,特斯拉穿透了整个空调系统,将硬件制造压制在零件级,空调、热泵和整车系统(包含BMS、动能回收、PACK热能收集)整合在一起,然后用数字化管理硬件,从算力平台上分发策略给系统,打破了Tier1供应商提供软硬一体解决方案的行业惯例。
 
  如果整车厂都像特斯拉这么干下去,就没有什么Tier1供应商了,只剩下Tier2硬件供应商,剩下的由主机厂一把抓。所谓智能化汽车,发展起来先革了Tier1的命。
 
  在热泵上车的过程中,我们窥见了这一趋势,Tier1必须开始为前途担忧了,不局限于空调和热管理供应商。
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