朋友在选购汽车周边的时候问起小星车载冰箱和制冷杯托是什么原理?让我们从TEC热电制冷聊起,再到它在汽车热管理技术的应用。跟着小星一起来了解一下吧。
一. 什么是TEC热电制冷
↑塞贝克效应(左)和帕尔贴效应(右)
我们先来看看什么是TEC热电制冷和它的工作原理。TEC热电制冷的全称是Thermo Electric Cooler。由于这种制冷技术基于半导体因此又称为半导体制冷技术。
对应的我们要提一下初中物理我们学到的物理学概念。那就是热电偶对应的Seebeck塞贝克效应,当两种金属结合点两侧存在温差的时候,对应的形成电压差。温差越大电压越高。通过测量电压和冷端已知温度就可以得到测量温度的精确值。
↑热电偶温度传感器
TEC热电制冷则基于Peliter帕尔贴效应,是一个由温差和电压间转换的效应。当通过直流电时,具有热电能量转换特性的材料可产生制冷功能,称为热电制冷。同时这种效应也可以用来产生电能,将热量通过热电能量转换半导体转换为电能。
↑热电半导体发电模式(左)和主动制冷模式(右)
二. TEC热电制冷器的组成、优势与应用实例
TEC热电制冷器的组成包括顶层底层温度交换陶瓷基板、内部半导体P极、半导体N极和导电金属组成。
TEC热电制冷器的具体优势包括:
1. 可加热可冷却
2. 温度控制精确
3. 热惯性小,制冷制热快
4. 主动制冷,可低于环境温度
↑TEC热电制冷器组成
到底效果怎么样呢?当给TEC热电制冷器加上12V直流电以后,用手指沾一点水到制冷片上。可以看到在几秒的时间内这些水就变成了薄冰。经过测量在上电以后的几秒内,制冷片的表面温度就从20度室温降至零下17度。
↑TEC热电制冷器快速演示
TEC热电制冷器小巧且可以瞬间制冷制热的特点使得它广泛应用在车载冰箱和智能温控杯架中。车载冰箱区别家用冰箱采用的制冷剂和压缩机制冷原理,在有限的后备箱空间内使用后部12V车载直流电源基于热电制冷技术快速为冰箱内的饮料或食物降温。而智能温控杯架则区别与通常中央扶手空调出风降温杯架,通过智能温控既能快速降温升温又能精准控温保温。夏热里的一听冰阔落或者为宝贝时刻准备着的一瓶爱心奶都是值回票价的贴心应用。
↑车载冰箱(左)和智能温控杯架(右)
三. 未来趋势
随着动力电池在汽车中的快速普及,通过TEC热电制冷技术时刻保持动力电池最佳的工作温度变成非常具有前景的汽车热管理场景。在电池工作或充电发热时热电制冷器可以为电池快速降温,而当冬天低温启动车辆时,热电制冷器又能主动为电池升温。
下面我们以奔驰48V动力电池为例为大家介绍TEC热电制冷技术在动力电池中的应用。
↑奔驰48V动力电池的特性概览
奔驰逐渐在S级车型和越来越多的其他车型上搭载48V轻混系统,其中48V动力电池集成了880Wh的电池组、48V/12V直流直流DCDC转换器和创新的制冷概念。而其中创新的制冷概念就是来自捷温的热电制冷器,为动力电池实现精准温度控制。
↑奔驰48V动力电池的系统组成
奔驰48V动力电池的系统组成为12个方壳电芯、电池管理和电池分配单元控制板、6相48V/12V直流直流DCDC转换器、48V/12V接线端子和基于帕尔贴效应热电元件的制冷/制热热管理总成。来自捷温的热电制冷器总成内部具有四组帕尔贴效应热电元件。通过热管理控制精准调节动力电池的工作温度,就好比给电池安了一个冬暖夏凉的空调。
↑捷温热电制冷器总成
综上,今天我们介绍了TEC热电制冷技术的原理和车载冰箱/智能温控杯架应用实例。也介绍了未来热电制冷技术在汽车动力电池热管理系统中的发展趋势。希望为大家了解热电制冷技术有所帮助。
从“出师不利”到问题频出,奔驰EQC“路子有点难”车型召回当日却推新款,“出师不利”的奔驰EQC再次被推上风口浪尖。
2月18日,国家市场监督管理总局发布召回公告,召回生产日期在2018年11月30日至2021年12月15日期间的部分EQC电动汽车,共计10104辆。
至于召回原因,是由于EQC存在电动模块偏差,电驱动模块内的冷却系统存在密封不足问题,导致冷却液渗漏,长此以往,冷却液渗透到电机内,甚至会导致车辆无法启动。在极端条件下,车辆的电动驱动模块输出功率会降低,存在安全隐患。
公开数据显示,自2019年底上市以来,2020年奔驰EQC销量为3863辆,2021年销量为6098辆,在华销量近万辆左右,此次召回可视作涉及到所有在华生产的车型。
无独有偶,年初一封68位奔驰EQC车主的联合声明也直指EQC涉嫌大批量电机故障问题。
大部分发生电机故障的车主表示,均在电机故障前1-2个月,车辆启动后中控屏幕提示“加注冷却液”的字样,同时车辆冷却液明显减少。由于没有相关经验和处理能力,4S店针对此问题会统一选择加注冷却液,而冷却液会继续渗透电机,继而导致车辆车辆无法启动,中控屏幕提示“故障”字样。
还有车主表示,在他购车一年半时间内已发生过两次电机故障,第一次车辆失去动力,无法换挡,去4S店更换前电机后不到半年,电机又出现故障,且需更换前后两个电机。而每次维修都要往德国运送电机,周期为45天。
除了车主联合声明,在汽车质量投诉平台上也有不少关于EQC电机问题的投诉。据车质网公开信息显示,仅2021年就有20条奔驰EQC的投诉内容,其中19条都与电机故障相关。奔驰方面则表示,EQC电机故障属于制造商“制造偏差”,而非车主投诉中所提到的“设计缺陷”。
事实上,关于冷却系统的相关问题,还需要从长计议。通常情况下,电动车的核心系统(三电系统)包括电池、电机、电控,其中电机是电动车的动力源,类似于传统燃油车上的发动机。
目前车企为了让车辆效能更高,主要把提升电驱动系统效率作为首选项,而电驱动系统的开发又可分解为电机设计、逆变器设计及整体热管理设计。
从技术路线上看,以日系丰田(混动车)和美系特斯拉为代表的车企,更倾向于电动机油冷技术,以BBA为代表的欧洲厂商则更倾向于使用电动机水冷技术。尽管电动机水冷技术难度较大,但其所带来的好处仍然可观,不仅可使电机维持高连续功率输出且无需降额,因为转子内温度的降低也提升了整个驱动系统打的耐用性。
由于该技术门槛在于水封,需要制造工艺紧密跟进及车企长时间迭代分析控制整体故障率,EQC作为奔驰第一代电动车还需与合作方ZF通过长时间技术迭代积累相关经验。
可见,冷却系统密封问题并非短期就能解决,就在EQC召回当日,北京奔驰2022款EQC 350 4MATIC新增特别版正式上市,相比普通版新车着重升级了AMG运动套件及标配了360°全景影像系统及盲点辅助系统等安全配置,本次召回涉及到电机冷却液泄露问题并未在新款车型上得到改进。
一面召回,一面推新,品控问题也成为阻碍奔驰电动化步伐的绊脚石。
翻开近三年召回数据,奔驰在华召回次数和车型数量一直高居不下。2019年,由于“前减震器缺陷”,奔驰召回国产E级、C级57.1万辆,召回数量排名国内第一;2020年,因为高压燃油泵漏油问题,梅赛德斯-奔驰(中国)汽车销售有限公司向国家市场监督管理总局备案召回信息共计14次,再加上北京奔驰汽车有限公司备案的7次召回信息,两者共计21次召回,在车企召回榜单中排名第一;2021年奔驰累计17次召回,共计2781204辆,再次排名召回数量第一。其中,因通信模块软件设计缺陷问题,奔驰召回相关进口和国产车型几乎覆盖了全车系,共计超过260万辆。
按照此前北京奔驰销售与市场营销首席运营官段建军的说法,2022年奔驰“新能源车型销量占比将不断扩大”,但首款电动车EQC在销量和品控问题上均出师不利,如不及时改进质量问题,重视客户反馈,电动化步伐已明显落后新势力和部分传统品牌的奔驰,无疑正走在“慢性自杀”的路上。