[汽車之家行業(yè)] 目前，全國各地夏季來臨,，電動車也隨著天氣變熱逐漸“躁動”起來,。自2020年5月起,，新能源汽車國家監(jiān)管平臺共發(fā)現(xiàn)79起安全事故。在已查明起火車輛狀態(tài)中,，58%的車輛起火源于電池問題，19%的車輛起火源于碰撞問題,。這讓人們不得不重新審視新能源汽車的質(zhì)量和安全問題,。為何新能源汽車老是自燃？背后所有的“罪”都得讓電池來背嗎,？
《孫子?兵勢》：“故善戰(zhàn)者,，求之于勢，不責之于人,，故能擇人而任勢,。”意思是治軍不嚴,、教導不明而致敗局,，這都是將領(lǐng)的過錯。電池包中的每個電芯都是為電動汽車增加能量的小兵,，如何統(tǒng)領(lǐng)這些小兵,，不讓他們“熱失控”而自燃，并能在極端天氣下對他們“噓寒問暖”,，讓其獲得更強的續(xù)航能力,，背后需要一名出色的“將領(lǐng)”——熱管理系統(tǒng)。
■夏天,，如何遏制自燃這一兇手,？
從2020年純電動車型申報情況來看，有部分車型所搭載的三元鋰電池系統(tǒng)能量密度高達180Wh/kg甚至190Wh/kg,。如果車輛在熱管理系統(tǒng)上不達標,，這種高能量密度的電池就很容易埋下安全隱患。
“工信部的這一標準無疑設置了新能源汽車領(lǐng)域電池安全性的一個新門檻,?！狈ɡ讑W中國首席技術(shù)官顧劍民博士在與汽車之家溝通時表示。但在他看來,，這項標準有些“治標不治本”,，因為電動汽車安全的最終目標不是5分鐘預警，而是不斷提升設計和制造水平,，最終達到單個電芯不失控,，或者是單個電芯失控后不會引起整個電池包起火爆炸。
事實上,，作為能量載體,，本質(zhì)完全安全的電池是沒有的,。每種電芯和電池系統(tǒng)在熱失控的過程中存在很大差異，不是每一家車企都有能力筑起這5分鐘的“生命墻”,。單單把壓力轉(zhuǎn)嫁到動力電池上并不合適,，電動車是否安全也與車企自身的技術(shù)實力有關(guān)，電池熱管理系統(tǒng)則是重要的一個環(huán)節(jié),。
為防止電池自燃,，熱管理系統(tǒng)這一“將領(lǐng)”的首要職責就是“控溫”，不讓底下的小兵（電芯）因熱失控而自燃,。電池的習性與人相似,，既受不了太熱，也不喜歡太冷,，最適宜的工作溫度在10-30℃之間,。當溫度過高時，電池熱管理系統(tǒng)通常有兩種方式給電池降溫,，即風冷和液冷,。
『特斯拉采用液冷式電池熱管理系統(tǒng)』
風冷，一句話解釋即“走路帶風”,，其技術(shù)簡單,、成本低（約為1200元）且便于維護，但它很難達到散熱均衡,，電池內(nèi)部的整個溫度很容易產(chǎn)生差異,。在電動車發(fā)展初期，由于占主導的磷酸鐵鋰電池熱穩(wěn)定性較好,，對散熱要求相對較低,，因此熱管理系統(tǒng)無需太復雜，使用風冷技術(shù)即可,，早期代表車型有日產(chǎn)聆風,、北汽新能源EC、豐田普銳斯等,。
然而,，目前電池的能量密度越來越高，無論是主流的高鎳三元電池,，還是對結(jié)構(gòu)大改造的磷酸鐵鋰電池,，都對電池熱管理系統(tǒng)提出了更高的要求，當前電池散熱系統(tǒng)正由風冷向液冷傾斜,。液冷主要通過電池管道內(nèi)的液體來控制電池的溫度,，降溫效果較好，使整個電池的溫度達到均衡,，但缺點也很明顯,，其技術(shù)難度要大于風冷,，成本高（約為3500元），以及體積大,，如果車廠在熱管理系統(tǒng)設計上布局不佳,，整個電池的能量密度就會下降。據(jù)統(tǒng)計,，高爾夫GTE,、蔚來ES6、比亞迪唐新能源,、特斯拉Model 3等車型都采用了液冷方式，預計液冷技術(shù)的市場滲透率已超60%,。
俗話說,，一顆老鼠屎壞了一鍋粥。如果說某個電池單體發(fā)生了熱失控,，相鄰單體電池也會相繼熱失控并蔓延,。有什么辦法可以早期預防？或者在發(fā)現(xiàn)一個電池單體熱失控時就盡早“掐斷”它,？
顧劍民告訴汽車之家,，“電池安全不是某個技術(shù)點的問題，而是整個系統(tǒng)問題,。電池熱管理系統(tǒng)的根本作用是讓電池工作在一定的適宜溫度范圍內(nèi),，維持最佳的使用狀態(tài)和效率，用來保證電池系統(tǒng)的性能和壽命,，而不是在電芯熱失控后再阻止,。”
此前有關(guān)電動汽車自燃的案例都活生生地表明,，電動汽車一旦自燃,，除非用大量的水降溫，單單用一些小型干粉滅火器根本無法遏制,，大部分情況是眼睜睜地看著它全部燒光為止,。“可見，電池熱管理需要在設計早期就干預,，利用一個集成的優(yōu)化平臺來實現(xiàn)結(jié)構(gòu),、熱量、疲勞和壽命等耦合來防止熱失控,。一旦發(fā)生熱失控要馬上能監(jiān)測出并提前報警,，讓駕駛員有足夠時間逃離至安全地方?！鳖檮γ裾f道,。
當然,，為了終極目標，業(yè)內(nèi)在電池熱管理技術(shù)上仍不斷探索,。據(jù)悉,，美國Allcell Technology公司曾開發(fā)出一款基于相變材料（可以在液態(tài)和固態(tài)之間切換的一種材料）的電池熱失控隔離材料PCC。在針刺實驗中,，一個由18650電池組成的4并10串的電池組,，在沒有使用PCC材料時，一個電芯熱失控最終引發(fā)了電池組中20個電芯發(fā)生熱失控,，而采用PCC材料的電池組中,，一個電芯熱失控并未引發(fā)其它電池組熱失控。該方法被認為是最有潛力的電池熱管理發(fā)展方向,，但目前仍處于實驗室階段,。
■冬天，被凍的電池如何“續(xù)命”,？
除了重新審視電動汽車的安全,，續(xù)航也是消費者購買電動汽車的一大焦慮問題。目前有不少新車型在申報時稱其續(xù)航能達到600km,，甚至700km以上,，但真正的實際效果如何？“電動車申報的續(xù)航,，實際使用打個8折,，開空調(diào)再打個6折?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士對此調(diào)侃道,。由于電池不受熱，也不耐寒,，要保證電池在最適應的溫度下工作,，就要耗損許多電量。
相比夏季,，極寒天氣下更是對電池是一種殺傷力,。比如現(xiàn)在的一些手機，在寒冷的大東北,，如果不在手機背后貼暖寶寶,，沒幾分鐘就只剩下60%的電量，再一會直接給你關(guān)機了,。手機變“磚頭”已經(jīng)苦不堪言,，如這種情況換成在行駛的電動汽車上，儼然就是一場噩夢,。
對于傳統(tǒng)汽車來說,，發(fā)動機本身會攜帶大量熱量,，冬天暖風動力消耗很少，但對于電動汽車來說,，少了發(fā)動機這一熱源,，動力電池除了要給驅(qū)動汽車提供能量，還要再分出一部分精力在暖風耗電上,，損耗極大,。因此，一套完整的電池熱管理系統(tǒng)還需要在冬季這一關(guān)鍵時刻,，為電池預熱,，并協(xié)同空調(diào)熱管理系統(tǒng)，讓電池發(fā)揮出最大的續(xù)航能力,。
現(xiàn)階段,，電動汽車的暖風空調(diào)大都會額外安裝一個PTC加熱器作為補充。它的工作原理和我們使用的“熱得快”相似,，能使管道里的冷卻液迅速升溫，給電池包供暖,，其構(gòu)造簡單,、成本低廉，但它的電能消耗巨大,。
以上還是保守的算法,，冬季使用PTC方案采暖對電池仍是極大負擔。如果加熱效率達不上,，電動汽車冬季續(xù)航減半也絕不是很夸張的說法,。
難道就沒有一個更好的方法能給續(xù)航“保鮮”嗎？答案是有的,，新的熱泵空調(diào)能有效緩釋電動車采暖帶來的續(xù)航問題,。相比PTC的“電能轉(zhuǎn)化熱量”，熱泵系統(tǒng)是“電能搬運熱量”,，沒有能量損失,，制熱效率更加高效。據(jù)Hanon研究,，相同的環(huán)境下,，熱泵采暖的制熱效率是PTC的1.8-2.4倍，且節(jié)能效果顯著,，能將取暖造成的損失里程減少至一半,。
熱泵空調(diào)有這樣的優(yōu)勢，傳統(tǒng)車企們自然不會冷眼旁觀,，包括奧迪R8 e-tron,、寶馬i3,、日產(chǎn)聆風、起亞Soul以及捷豹I-PACE(參數(shù)|詢價)等已采用熱泵系統(tǒng),。在國內(nèi),，華域三電是最先實現(xiàn)熱泵空調(diào)量產(chǎn)的零部件企業(yè)，其熱泵空調(diào)配套了上汽乘用車旗下的榮威Marvel X和Ei5兩款電動車,。
『榮威Marvel X熱泵空調(diào)系統(tǒng)』
然而,，熱泵系統(tǒng)仍處于發(fā)展階段初期，裝載滲透率仍不足10%,，技術(shù)上還存在低溫啟動難,、成本高等問題。“在低溫情況下（-10℃至0℃區(qū)間）,，相比傳統(tǒng)的PTC加熱技術(shù),，法雷奧的熱泵技術(shù)可以將能耗最大降低30%左右，但是在極寒情況下（低于-10℃）,，一般建議用熱泵和PTC共同來提供熱量,，這也是目前行業(yè)內(nèi)的共識?！鳖檮γ駥Υ吮硎?。
最近有個經(jīng)典案例，特斯拉不久前宣布了一項關(guān)于熱泵系統(tǒng)的新專利,，預計將首先應用于Modle Y,。該技術(shù)在設計中取消了傳統(tǒng)PTC，而是將一個低壓PTC（起輔助作用）集成在熱泵空調(diào)里,，再結(jié)合電池系統(tǒng),、功率電子驅(qū)動系統(tǒng)和整車的系統(tǒng)回路整合在一起，建立了一套模塊化系統(tǒng),。“特斯拉的這一‘打法’改變了軟件和硬件的關(guān)系,，也改變了車企內(nèi)部不同系統(tǒng)設計的協(xié)同概念，而這種新的組織方式短期內(nèi)傳統(tǒng)車企很難跟上,?！币晃黄囯娮庸こ處煂Υ嗽u論。
『來源：Model Y車主手冊』
■電動車熱管理,，國內(nèi)廠商的新奶酪,？
與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車的熱管理系統(tǒng)新增了電動壓縮機,、電子膨脹閥,、電池冷卻器、PTC加熱器等部件，系統(tǒng)集成度及復雜度更高,，成本由傳統(tǒng)車的1910元左右上升至電動車的5280-9920元（2020年預測數(shù)據(jù)）,。對于零部件企業(yè)而言，電動車熱管理系統(tǒng)是一塊新奶酪,。
追溯過去,，在傳統(tǒng)的汽車熱管理領(lǐng)域中，海外零部件巨頭電裝,、翰昂,、法雷奧、馬勒四家企業(yè)合計占據(jù)全球汽車熱管理市場54%的份額（2017年數(shù)據(jù)）,。正因為此,，這些企業(yè)在切換至電動車熱管理領(lǐng)域得心應手，有先發(fā)制人的優(yōu)勢,。
『法雷奧新能源汽車熱系統(tǒng)（包括熱泵和電池熱管理系統(tǒng)）示意圖』
如法雷奧目前占據(jù)全球電池熱管理系統(tǒng)15%的份額,，為諸如特斯拉Model 3等車型提供冷卻板，并在2019年拿下大眾ID.3,、標致e-208等電池熱管理及熱泵訂單,，共實現(xiàn)營收362億元，占公司總營收23.7%,；電裝在2017年研發(fā)的新型熱泵搭載于豐田普銳斯Prime PHEV上,，工作范圍可擴展至-10℃，比原先版本節(jié)能63%,，使得車輛的續(xù)航里程提高21%；馬勒以熱泵為基礎(chǔ),，開發(fā)了一套集成式熱管理系統(tǒng)可提升電動車冬季續(xù)航里程最高達20%,，目前正在樣車測試中。
這樣來看,，電動汽車熱管理這一核心技術(shù)又被海外企業(yè)掐住了“命門”,？不完全是，空調(diào)系統(tǒng)因為技術(shù)更新較少,，傳統(tǒng)熱管理巨頭能把自己的優(yōu)勢順利平移,，但電池熱管理系統(tǒng)是一個完全新生的領(lǐng)域，還沒有企業(yè)能夠搭起技術(shù)壁壘,。
國內(nèi)熱管理企業(yè)如銀輪股份,、三花智控、奧特佳,、松芝股份等近年也在積極拓展電動車熱管理領(lǐng)域,。雖說國內(nèi)企業(yè)有機會動了電動車熱管理這一奶酪，但它們更多是切入熱管理Tier2領(lǐng)域，在系統(tǒng)集成能力上與國際熱管理巨頭相比仍有欠缺,，如騰龍股份雖然向特斯拉提供熱管理零部件,，但中間還需要通過翰昂美國公司進行集成。
從趨勢上看,，國內(nèi)傳統(tǒng)汽車熱管理廠商從單個部件向系統(tǒng)集成化拓展已成必然,，如銀輪股份在2020年3月與特斯拉簽署協(xié)議，為其提供汽車換熱模塊產(chǎn)品,；公司熱泵系統(tǒng)將于今年下半年批量供貨于江鈴新能源,；2021年開始將向吉利PMA純電動平臺配套熱交換總成產(chǎn)品?？梢?，新能源汽車所帶來的機遇有可能將熱管理市場的座次重新排位，而國內(nèi)廠商的競爭優(yōu)勢來源于兩點：貼近市場和低成本,，未來還需要由Tier2上升到Tier1,，綁定整車廠開發(fā)更精細的熱管理系統(tǒng)，以提升自己的話語權(quán),。
■寫在最后：
如今,，新能源汽車補貼新政延長，同時還強調(diào)了“技術(shù)指標穩(wěn)定”,，這都給了車企更長的緩沖期,。希望車企不再盲目追求“能量密度”，也不要因為降低成本而偷工減料,，讓消費者陷入續(xù)航減半,、安全等多重焦慮中。電動汽車想要“浪”,，熱管理得先跟上,。
對于未來新能源汽車熱管理的發(fā)展，顧劍民提出了兩點趨勢：一是智能化熱管理,，熱管理系統(tǒng)未來一定會結(jié)合智能座艙,，為用戶帶來更舒適的體驗，如自動調(diào)節(jié)最適宜的座艙環(huán)境溫度,；二是支持快充和超充,，充電難和充電慢是目前影響電動汽車用戶體驗的兩大痛點，縮短充電時間,，比如以特斯拉V3超充樁,，需要迅速帶走熱量，這也需要電池熱管理系統(tǒng)來協(xié)助完成,。（文/汽車之家 彭斐）