首先看看特斯拉Model3的热管理系统
热泵热管理系统可以把热量从温度低的地方搬用到温度高的地方。例如在夏季,热泵系统并不是把车外的低温送进来,相反的是把车内的热量搬向车外。从而达到制冷效果。相应的,在冬季制热时,热泵系统把车外的热量送到车内。一般在热泵系统中,1kW的电力可以产生2~3kW的制热效果。从而在冬季行驶大幅减少能源消耗,在给用户提供舒适的暖风的同时,帮助电池快速达到工作温度。
特斯拉Model3热管理系统由绿色的空调管路和红色的电池及功率电子冷却管路组成。其中两个管路的热量交换由称为CR(Coolant Reservoir)冷却液储罐的核心部件完成。也就是今天的主角Superbottle。
热管理系统需要兼顾制热和制冷两种工况。制冷模式下冷却液在Superbottle智能冷却液储罐的管路切换阀和水泵驱动下,分别分两路进入电池和功率电子进行冷却。最后经Superbottle集成的散热器将热量释放至空调系统。
制热模式下冷却液在Superbottle智能冷却液储罐的管路切换阀控制下电池和功率电子管路切换成串联,同时将主散热器旁路。经Superbottle集成的水泵将功率电子如动力电机和DCDC转换器产生的废热输送至电池进行加热,确保电池工作在合适的工作温度。同时特斯拉在设计时甚至有意将水泵电机处于堵转状态来快速提升冷却液温度。
特斯拉通过名为Superbottle 专利技术将传统冷却液储罐提升成了智能冷却液储罐,集成了侧面的两个水泵、切换阀、散热器和电子控制器。
它带来的优势包括:
集成度高
减少所需安装空间
维护简单
生产效率高
节约部件外壳成本
潜在的劣势则包括:
部件通用性差
设计需要多部门协调
小鹏P7整车热管理系统解析
根据小鹏P7后驱版的实车分析,整理其整车热管理系统总体原理图(原理图省略了膨胀罐、传感器),如下图1所示,其主要零部件清单如图所示。
从实车中可以发现小鹏P7具有如下几个特点 :
1、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,一定程度上可以降低成本。
2、电机水路循环与电池水路循环通过四通阀实现串联,从而可以实现电机余热回收来加热电池,提升低温环境电池工作温度。
3、使用单PTC方案实现乘客舱和电池加热功能,减少电池侧PTC可以降低系统成本。
4、加装了AGS(主动进气格栅)可以实现机舱保温和降低风阻,理论上可以提升余热回收效率和增加续航里程。
5、电机水泵与四通阀直接还串接了一个带液冷功能的控制器(原理图省略),具体名称暂未知晓,猜测应该是自动驾驶ADAS相关的控制器,因为此类控制器算力要求较高,发热量相对较高。
接下来分成三个主要工况进行解析。
一、乘客舱制冷、或电池制冷、或后驱电机装置散热工况
该工况下,四通阀分别是a与d连通,c与b连通,实现电机回路与电池回路互相独立运行工作。而三通阀1则是a与c连通。主要流向如下图所示。
二、后驱电机余热回收工况
该工况下,四通阀分别是a与b连通,c与d连通,实现电机回路与电池回路串联运行工作,从而将电机余热带进电池包进行预热电池。主要流向如下图4所示。根据以往的电机余热回收测试经验,此工况在低温冬季环境下(-10℃)可回收利用的热量非常有限,更适合于春秋季,气温不高不低(比如5~15℃)的环境工况下,实现电池温度有一个更佳的工作区间。
三、乘客舱或电池加热工况
该工况下,四通阀与第一个工况类似,四通阀分别是a与d连通,c与b连通,实现电机回路与电池回路互相独立运行工作。此时三通阀2则是a与c连通来实现电池加热,a与b连通实现乘客舱采暖需求。主要流向如下图所示。
理想ONE热管理系统解析
热管理系统——理想ONE安全与高效的核心增程式电动车的动力系统与先进的热管理系统相伴相生。借助增程器,理想ONE解决了纯电动车现阶段无法回避的里程焦虑问题。在高寒、高温、高湿的极端恶劣环境中,甚至有时温差跨度将会高达70℃,都需要理想ONE热管理系统的重要保障:为驾乘者提供舒适乘坐体验的同时,保证电池、增程器、电动机等核心零件的高性能、安全性及使用寿命,用有限的电和油,跑出尽可能远的续航里程。
保证电池组高性能状态的理想ONE热管理系统
对温度极为敏感的锂电池,需要适宜的温度区间(25℃-30℃)才能发挥最佳的充放电性能。理想ONE的热管理系统经过多轮性能验证、严苛测试和持续调优,可以最大程度地保证电池组的高性能状态,并最终实现续航在零下10℃仅衰减5%,零下20℃衰减7%的出色成绩。
现在,虽然电池热管理技术在电动车上的应用已非常普遍,但是各车型的电池性能与寿命表现仍差距明显。这主要是由于电池热管理策略的差距所决定的。
电池组由成百上千个电芯组成,边缘位置电芯与中心位置电芯不可避免会出现温差。电芯之间的温度差异会导致放电性能不一致,进而引发整个电池组性能下降。通过流场仿真及热场仿真等电池组专业优化方案,工程师们对理想ONE电池的热管理系统进行了大量的硬件验证和策略优化,杜绝电池过热的安全隐患。与此同时,理想ONE可通过这套电池热管理系统,在连续使用快速充电时为电池充放电性能提供坚实后盾,外部环境和工况很难对理想ONE的充电速度构成影响。
整车系统级的热管理策略优化
多向流量控制阀是理想ONE的热管理系统的亮点之一。理想ONE的热管理工程师在原零部件的基础上成功改进了多向流量控制阀,大幅提升可靠性与耐久性。借助这个不及手掌大的核心零件,工程师们成功实现了增程器、电池组和空调三套循环系统间热量的精确传递和利用。多向流量控制阀可以精确地按比例开闭,帮助理想ONE实现了传统电动车在低温环境下不可能完成的能量高效利用。例如增程器的余热可以为电池补偿温度,进而提高效率。而在很多传统电动车上,电池组、电动机与空调的热管理相对独立,大量废热最终被大气带走而白白浪费掉了。
追求极致的无级调节
在理想ONE的热管理系统中,小到多向流量控制阀、水泵,大到空调压缩机,前端冷却模块上的散热风扇,它们都能通过VCU(整车控制器)实现功率无级调节,帮助电池、增程器、电动机工作在最适宜的温度,进而实现极致的行驶效率。通过极高的设计与制造水准,可以保证动力系统在数十种热管理策略间无缝切换的同时,为乘客提供体面的驾乘体验。
先进的前端冷却模块
理想ONE作为同时搭载锂电池与增程器的增程式电动车,前端冷却模块的设计难度和制造成本远超传统电动车和燃油车。前端冷却模块中,包含冷凝器、低温散热器、高温散热器、中冷器和散热风扇五个组件。经过工程师们多轮的优化工作,前端冷却模块不仅满足整车轻量化和可靠性需求,优化后的风扇旋转噪音大幅降低,为停车或低速行驶提供更加静谧的声学环境。
站在巨人肩膀上的理想ONE
颇具前瞻性的整车系统级热管理从图纸最终成为理想ONE的一部分,实干派的理想汽车离不开诸多国际一流汽车零部件供应商的支持:全球领先的热管理公司法雷奥与理想汽车完成了热管理系统的联合开发;国际一流的汽车零部件厂商麦格纳为热管理系统的优化提供了专业技术咨询;在热管理系统核心之一前端冷却模块的开发中,理想汽车与法雷奥共同定义零部件指标、创造了大量创新专利设计,使理想ONE的热管理系统在保证高可靠性的前提下,实现了轻量化。
从与国际一流供应商联合开发的热管理系统硬件,到理想汽车自主可控的热管理控制策略,理想ONE的整车系统级热管理帮助理想ONE实现了舒适、节能、安全、可靠。这项核心技术凝聚着国际顶级工程师们的智慧结晶。
先进的热管理是怎样的
正式交付前,理想ONE至少需要通过30个严苛的热管理适应性工况试验,这些试验的温度区间跨度接近70℃,且试验项目之多之严苛将远超车主在真实用车场景中所能遭遇的极端情况,以保证理想ONE具备极佳的可靠性与驾乘舒适性。
以上内容参考:知乎;汽车测试网;盖世汽车网;森蔚汽车
第四代特斯拉Model S 热管理系统【实拍】本文将对特斯拉Model S的热管理系统进行详细的技术分析,以探索特斯拉如何实现高性能和高续航里程。
电动车的核心技术看电池,电池的核心技术看热管理。要说特斯拉创建了什幺壁垒,那肯定就是它的热管理系统。要让迄今能量密度最高的7104颗动力锂电池,在寒冷的北欧和炎热的赤道,均保持稳定状态。这其中涉及到的硬件布局与软件算法,才是特斯拉真正的“杀手锏”。特斯拉 Model S共有 249项专利,其中有 104项与电池有关。而在这 104项中,大部分也是跟热管理相关的专利技术。热管理系统的研发水平,不仅关系到电动汽车的安全性,也直接影响到续航里程的表现。
整体上说就是所谓的“热管理”,而简单地说指冷却系统,具体包括散热、产热、制冷,以及多余热量的利用。 在动力电池的冷却方面,有两种主流选择:空气冷却或液体冷却。空气冷却,顾名思义靠行驶过程中的气流来带走热量,这种冷却系统成本低、结构简单,但效率也低,而且占用空间较大;相比之下,液体冷却效率最高,适合特斯拉装备的大功率电池,而且在结构设计上比空气冷却要更加灵活,但关键因素是成本较高。
在电动汽车中,电池是汽车的关键部件。电池的性能和寿命取决于其温度,因此热管理系统的设计至关重要。特斯拉的热管理系统由几个部件组成,包括散热器、冷却液循环系统、空气循环系统和加热器。这些部件的功能是控制电池、电机和电子控制器的温度,以确保它们始终处于最佳工作状态。
散热器特斯拉Model Y的热管理系统包括一个位于车辆前部的大型散热器。这个散热器有助于分配来自车辆的热量,并将其从车辆中心引导到车辆侧面,从而保持车辆的温度平衡。散热器通过冷却液循环系统将热量传递给冷却液,并将其带回冷却器进行冷却。
与特斯拉Model Y相比,许多传统汽车制造商可能没有针对电池温度优化设计。例如,福特的新能源车型Mach-E的电池温度工作范围为-10°C至45°C,远低于特斯拉model Y的工作范围。此外,通用汽车雪佛兰Bolt EV的电池在寒冷天气下可能会受到影响,因为该车型的电池组只有一个加热器,可能无法提供足够的热量将电池保持在最佳温度范围。
与特斯拉Model Y相比,传统汽车制造商在电机温度方面的设计也可能存在一些差距。例如,新款起亚EV6电动汽车的电机最高运行温度为140°C,而特斯拉Model Y的电机最高工作温度约为200°C。这可能是因为特斯拉Model Y的发动机使用了更先进的冷却设计,而起亚则使用了传统的风扇冷却系统。
冷却液循环系统特斯拉Model Y的冷却液循环系统由一个冷却器、泵和多个散热器组成。当电池和电机工作时,它们会产生大量的热量。冷却液循环系统将冷却液输送到蓄电池和电机附近的散热器,散热器吸收热量并将其带回冷却器进行冷却。在高温环境中,冷却液循环系统有助于保持车辆温度稳定,防止电池过热,从而延长电池寿命。
空气循环系统特斯拉Model Y的空气循环系统有助于散热,并在驾驶时保持车辆温度平衡。该系统包括多个风扇和进气口和出气口,有助于车辆将冷空气引导到散热器中,并排出热空气,以将电池和电机的温度保持在正确的范围内。在炎热的夏季或高海拔地区,空气循环系统可以提供额外的散热,以防止电池过热。特斯拉Model Y对空气循环系统的设计和优化也可能比其他竞争对手更先进。例如,特斯拉Model Y的空气循环系统从座椅下方吸入空气以提高冷却效率,而福特Mach-E的空气循环体系则从车顶吸入空气。此外,特斯拉的空气过滤器过滤99.97%的颗粒物,高于许多竞争对手。
热泵特斯拉Model Y的热泵有助于在寒冷天气下保持车辆温暖。热泵利用电能将热量传递到冷却液中,并将其输送到电池和电机附近的散热器。通过加热液体,热泵可以提高车内温度,并确保电池和电机始终处于最佳工作温度范围内。特斯拉Model Y可能也比其竞争对手更好地设计和优化了热泵。例如,特斯拉Model Y配备了最先进的电加热系统,可以快速加热车内的空气和座椅。另一方面,起亚的新款EV6可能没有足够高效的加热器,而且加热车内空气的时间更长。
电子控制器特斯拉的电子控制器监测和控制车辆的温度,以确保其处于最佳运行状态。电子控制器控制冷却液循环系统、空气循环系统和加热器的运行,以将车辆温度保持在安全有效的范围内。此外,电子控制器可以检测车辆电池的温度。
以上内容希望能帮助对整车热管理建模感兴趣的朋友更快的了解这个纯电车的案例模型。