電動車“短命”？罪魁禍首可不只是電池

2025-02-14 22:26:04 作者：資訊小編

目前，隨著全國各地夏季的到來，隨著天氣越來越熱，電動車逐漸“躁動”起來。2021年5月以來，新能源汽車國家監(jiān)管平臺共發(fā)現(xiàn)安全事故79起。在已識別的起火車輛狀態(tài)中，58%的車輛因電池問題起火，19%的車輛因碰撞問題起火。這讓人們不得不重新審視新能源汽車的質(zhì)量和安全。為什么新能源汽車總是自燃？它背后所有的“罪惡”都要靠電池來承載嗎？

孫子& # 8226；兵師:“所以，一個好的拳手，是審時度勢，不怨天尤人。所以，他可以選擇別人，讓局勢占上風?！币馑际鞘栌诠芾?，教學不清導致的失敗，都是將軍們的錯。電池組中的每個電池都是為電動汽車補充能量的士兵。如何帶領(lǐng)這些士兵，防止他們“失控發(fā)熱”和自燃，在極端天氣下對他們“噓寒問暖”，讓他們獲得更強的耐力，這背后需要一個優(yōu)秀的“將軍”——熱管理系統(tǒng)。

■如何遏制夏季自燃的兇手？

從2021年純電動汽車的申報情況來看，部分車型上三元鋰電池系統(tǒng)的能量密度高達180Wh/kg甚至190Wh/kg。如果車輛不符合熱管理系統(tǒng)中的標準，這種高能量密度電池將很容易埋下安全隱患。

“工信部的這一標準無疑為新能源汽車領(lǐng)域的電池安全設(shè)置了新的門檻?！盠eo中國首席技術(shù)官顧建民博士在與溝通時表示。但在他看來，這個標準多少有些“治標不治本”，因為電動車安全的最終目標不是5分鐘預警，而是不斷提升設(shè)計制造水平，讓單個電池單元不會失控，或者單個電池單元失控后整個電池組不會引發(fā)火災爆炸。

其實作為能量載體，并沒有本質(zhì)安全的電池。在熱失控的過程中，每個電芯和電池系統(tǒng)都有很大的差異，并不是每個汽車公司都有能力建造這五分鐘的“生命墻”。單獨將壓力傳遞給動力電池是不合適的。電動汽車是否安全也關(guān)系到汽車企業(yè)自身的技術(shù)實力，而電池熱管理系統(tǒng)是重要的一環(huán)。

為了防止電池自燃，熱管理系統(tǒng)“將軍”的第一職責是“控制溫度”，防止下面的士兵因熱失控而自燃。電池的行為類似于人的行為。他們不能忍受太熱或太冷。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)通常有兩種冷卻電池的方式，即風冷和液冷。

“特斯拉采用液冷電池熱管理系統(tǒng)”

風冷，意思是“隨風而行”，技術(shù)簡單，成本低，維護容易，但很難做到散熱平衡，電池內(nèi)部整體溫度容易不一樣。在電動汽車發(fā)展初期，由于占主導地位的磷酸鐵鋰電池熱穩(wěn)定性好，對散熱要求相對較低，因此熱管理系統(tǒng)不需要太復雜，可以采用風冷技術(shù)。早期代表車型包括日產(chǎn)聆風、北汽新能源EC、豐田普銳斯（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）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大幅度結(jié)構(gòu)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。目前電池散熱系統(tǒng)正在從風冷向液冷傾斜。液冷主要通過電池管內(nèi)的液體來控制電池的溫度。冷卻效果好，整個電池溫度均衡。然而，缺點是顯而易見的。其技術(shù)難度大于風冷，成本高，體積大。如果車輛段熱管理系統(tǒng)布局不好，整個電池的能量密度會下降。據(jù)統(tǒng)計，高爾夫（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、蔚來ES6（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、比亞迪唐新能源（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、特斯拉Model 3（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）等車型均采用液冷，預計液冷技術(shù)的市場滲透率已超過60%。

俗話說，老鼠屎壞一鍋粥。如果單個電池單元失控，相鄰的單個電池將失控并擴散。有什么辦法可以提前預防？還是在發(fā)現(xiàn)電池失控時，盡快“切斷”電池？

顧建民告訴，“電池安全不是技術(shù)問題，而是整個系統(tǒng)的問題。電池熱管理系統(tǒng)的根本作用是使電池在一定的合適溫度范圍內(nèi)工作，保持最佳的使用狀態(tài)和效率，保證電池系統(tǒng)的性能和使用壽命，而不是在電池單體失控后就停止工作?！?/p>

以往的電動車自燃案例都生動地說明，電動車一旦自燃，除非大量用水冷卻，否則僅靠一些小型干粉滅火器是無法遏制的，大多數(shù)情況下只是看著它燒壞。“可以看出，電池熱管理需要在設(shè)計前期介入，利用集成優(yōu)化平臺實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、熱、疲勞、壽命的耦合，防止熱失控。如果發(fā)生熱失控，應(yīng)立即檢測并提前報警，以便駕駛員有足夠的時間逃到安全的地方?！鳖櫧裾f。

當然，為了最終目標，電池熱管理技術(shù)仍在行業(yè)內(nèi)探索。據(jù)悉，美國Allcell科技公司開發(fā)了一種基于相變材料的電池熱失控隔離材料PCC。在針刺實驗中，在由4串10串的18650節(jié)電池組成的電池組中，當不使用PCC材料時，一個電池單元的熱失控最終導致電池組中20節(jié)電池的熱失控，而使用PCC材料的電池組中一個電池單元的熱失控不會導致其他電池的熱失控。這種方法被認為是電池熱管理最有潛力的發(fā)展方向，但目前仍處于實驗室階段。

■冷凍電池在冬季如何“續(xù)命”？

除了重新審視電動汽車的安全性，續(xù)航也是消費者購買電動汽車的一大焦慮問題。目前很多新車型都宣稱自己的續(xù)航里程可以達到600公里，甚至超過700公里，但真正的實際效果如何呢？“對于電動汽車的申報壽命，實際使用了20%的折扣，另外60%的折扣設(shè)置在空”一位業(yè)內(nèi)人士對此進行了嘲諷。因為電池既不耐熱也不耐寒，所以會消耗大量的電能來保證電池在最合適的溫度下工作。

與夏季相比，極寒天氣對電池的殺傷力更大。比如現(xiàn)在的一些手機，在寒冷的東北，如果不在手機背面放一個暖寶寶，幾分鐘就只剩下60%的電量，然后直接關(guān)機。手機變成磚頭已經(jīng)很慘了。如果換成電動車，那將是一場噩夢。

對于傳統(tǒng)汽車來說，發(fā)動機本身會攜帶大量的熱量，冬天暖空氣的耗電量很小。但是對于電動車來說，沒有發(fā)動機作為熱源，動力電池不僅要為駕駛汽車提供能量，還要將部分能量分成暖空氣的動力消耗，這是極其浪費的。因此，一套完整的電池熱管理系統(tǒng)也需要在冬季這個關(guān)鍵時刻對電池進行預熱，配合空熱管理系統(tǒng)，使電池發(fā)揮最大續(xù)航能力。

目前，電動汽車暖風空放大器將額外安裝一個PTC加熱器作為補充。它的工作原理類似于我們使用的“快速加熱”。它可以快速加熱管道中的冷卻液，加熱電池組。其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電能消耗巨大。

以上算法還是比較保守的，冬天PTC加熱方案對電池來說還是一個很大的負擔。如果制熱效率不達標，說電動車冬季續(xù)航減半絕不夸張。

難道沒有更好的方法來“保鮮”電池壽命嗎？答案是肯定的，新的熱泵空可以有效減緩電動車發(fā)熱帶來的電池壽命。與PTC的“電能發(fā)熱”相比，熱泵系統(tǒng)是“電能載熱”，無能量損耗，制熱效率更高。根據(jù)Hanon的研究，在相同的環(huán)境下，熱泵供暖的供暖效率是PTC的1.8-2.4倍，節(jié)能效果顯著，可以將供暖造成的里程損失減少一半。

熱泵空有這樣的優(yōu)勢，傳統(tǒng)車企自然不會冷眼旁觀，包括已經(jīng)采用熱泵系統(tǒng)的奧迪R8（查成交價|參配|優(yōu)惠政策） e-tron、寶馬i3（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、日產(chǎn)Leaf、起亞Soul、捷豹I-PACE（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）。在國內(nèi)，華宇三電是第一家實現(xiàn)熱泵空量產(chǎn)的零部件企業(yè)，其熱泵空搭載了SAIC乘用車旗下的榮威漫威X和Ei5電動車。

“榮威漫威X熱泵空調(diào)制系統(tǒng)”

但熱泵系統(tǒng)仍處于發(fā)展初期，負荷滲透率仍不足10%。技術(shù)上還存在低溫啟動困難、成本高等問題。“在低溫下，與傳統(tǒng)的PTC加熱技術(shù)相比，法雷奧的熱泵技術(shù)可以最大限度地降低約30%的能耗，但在極寒條件下，一般建議使用熱泵和PTC共同提供熱量，這也是目前業(yè)內(nèi)的共識?！鳖櫧襁@樣說。

最近有一個經(jīng)典案例。特斯拉近日公布了熱泵系統(tǒng)新專利，有望率先應(yīng)用于Modle Y。該技術(shù)在設(shè)計上取消了傳統(tǒng)的PTC，而是在熱泵空調(diào)節(jié)器中集成了一個低壓PTC，再將整車的電池系統(tǒng)、電力電子驅(qū)動系統(tǒng)和系統(tǒng)回路進行集成，建立模塊化系統(tǒng)。“特斯拉的‘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(shè)計的協(xié)同理念，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税l(fā)表了評論。

“來源:Y型車主手冊”

■電動車熱管理，國產(chǎn)廠商新奶酪？

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車的熱管理系統(tǒng)增加了電動壓縮機、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器等部件。系統(tǒng)集成性和復雜度較高，成本從傳統(tǒng)車的1910元左右增加到電動車的5280-9920元。對于零部件公司來說，電動汽車熱管理系統(tǒng)是一塊新的奶酪。

過去，在傳統(tǒng)的汽車熱管理領(lǐng)域，海外零部件巨頭電裝、漢（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）昂、法雷奧和馬勒占據(jù)了全球汽車熱管理市場的54%。正因如此，這些企業(yè)在切換到電動汽車熱管理領(lǐng)域時得心應(yīng)手，具有搶占先機的優(yōu)勢。

法雷奧新能源汽車熱力系統(tǒng)示意圖

例如，法雷奧目前占全球電池熱管理系統(tǒng)的15%，為特斯拉Model 3等車型提供散熱板，2021年中標大眾ID.3、標致e-208等電池熱管理和熱泵訂單，實現(xiàn)總收入362億元，占公司總收入的23.7%；2021年研發(fā)的全新熱泵搭載在豐田普銳斯Prime PHEV上，工作范圍可擴展至-10℃，比原版本節(jié)能63%，車輛續(xù)航里程提升21%?；隈R勒熱泵，開發(fā)了一套集成式熱管理系統(tǒng)，可將電動汽車冬季續(xù)航里程提升高達20%，目前正在樣機中進行測試。

由此看來，電動汽車熱管理的核心技術(shù)已經(jīng)被海外企業(yè)抓住了。一點也不?？諅鹘y(tǒng)的熱管理巨頭因為技術(shù)更新少，可以順利轉(zhuǎn)移優(yōu)勢，但電池熱管理系統(tǒng)是一個全新的領(lǐng)域，沒有企業(yè)可以設(shè)置技術(shù)壁壘。

銀輪、三華智控、奧特佳、松智等國內(nèi)熱管理公司近年來也在積極拓展電動汽車熱管理領(lǐng)域。國內(nèi)企業(yè)雖然有機會利用電動汽車熱管理這塊奶酪，但大多切入熱管理Tier2領(lǐng)域，與國際熱管理巨頭相比仍缺乏系統(tǒng)集成能力。例如，雖然龍騰股份向特斯拉提供熱管理組件，但仍需要通過Hanang America進行集成。

從趨勢來看，國內(nèi)傳統(tǒng)汽車熱管理廠商從單一部件向系統(tǒng)集成拓展是必然的。例如，銀輪在2021年3月與特斯拉簽署協(xié)議，提供汽車換熱模塊產(chǎn)品；公司熱泵系統(tǒng)將于今年下半年分批向江鈴新能源供貨；從2021年開始，吉利PMA純電動平臺將配備熱交換總成產(chǎn)品。由此可見，新能源汽車帶來的機遇很可能會讓熱管理市場的席位重新排名，而國內(nèi)廠商的競爭優(yōu)勢來自于兩點:貼近市場、成本低，未來將需要從Tier2升級為Tier1，以綁定OEM開發(fā)更為精細的熱管理系統(tǒng)，增強話語權(quán)。

■寫在最后:

如今新能源汽車補貼新政策延長，同時強調(diào)“技術(shù)指標穩(wěn)定”，給了車企更長的緩沖期。希望車企不再盲目追求“能量密度”，不要因為降低成本而偷工減料，讓消費者陷入電池壽命減半、安全等多重焦慮。電動車要想浪，熱管理必須先跟上。

對于未來新能源汽車熱管理的發(fā)展，顧建民提出了兩個趨勢:一是智能化熱管理。未來，熱管理系統(tǒng)肯定會與智能座艙相結(jié)合，給用戶帶來更舒適的體驗，比如自動調(diào)節(jié)最適合的座艙環(huán)境溫度；二是支持快充和過充。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?？s短充電時間。比如特斯拉V3過充樁，需要快速帶走熱量，這也需要電池熱管理系統(tǒng)輔助完成。

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