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新能源车热管理技术前瞻趋势

特普生科技 储能热管理研究院 2023-03-16 12 715

一、热管理技术前瞻

1、充电/快充加热系统


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特斯拉的串联加热模式

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快充状下的整车子系统温度变化趋势

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2、电池低温交流加热技术

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电池在不同温度下的直流阻抗(左) 电池交流加热下的温度变化曲线(右)

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3、电池低温自加热技术

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电池自加热原理图

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电池从-30℃到 0℃的加热效果图

4、燃油辅助加热系统

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威马 EX5 热管理系统(左)柴油加热器方案解析(右)

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5、二氧化碳或成为空调冷媒主要介质

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二、热管理产品升级“冷”与“热”趋势 

1、产品升级核心趋势一:换热器液冷化

新能源电池热管理主要包括风冷、液冷、相变材料等类型。随着政策影响下新能源车型升 级以及电池能量密度的提高,电池冷却要求将越来越高,传统的风冷已难以满足要求,我们认为高效率的液冷方式将成为主流冷却方式。 

 风冷是以低温空气为介质降低电池温度的一种散热方式。该技术利用自然风或风机,配合 汽车自带的蒸发器为电池降温,系统结构简单、便于维护,但存在降温不均匀的问题,在 早期的电动乘用车应用广泛,在目前的电动巴士、电动物流车中也被广泛采纳。使用风冷 系统国内外典型车型有日产聆风(Nissan Leaf)、丰田普锐斯、起亚Soul EV等。

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液冷降温均匀、效率高,液体工质通过水道间接或直接与发热部件接触,吸收热量并带到 外部的散热器。目前液体工质主要为水和乙二醇混合溶液(间接接触)、油(直接接触)。直冷是一种特殊的液冷。将空调系统的蒸发器安装在电池系统中,制冷剂(R134a 等)在蒸发器中蒸发并快速高效地将电池系统的热量带走。

相变材料的研发方向以石蜡复合材料为主。石蜡相变温度与电池最佳工作温度比较接近, 并且成本比较低廉,但是石蜡热导率比较低。目前对于动力电池领域,相变材料冷却还处于开发阶段,尚未商业化应用。

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2、产品升级核心趋势二:加热器热泵化

引入热泵系统的主要动因是新能源汽车不能使用发动机作为稳定的热源来制热。 

目前,电动汽车的空调系统制热功能主要由PTC电加热器完成。当冬季行驶打开基于电加 热的空调制热功能时,几乎一半的电量都用于制热,会大大降低电池的电量和行驶里程。用热泵系统制热则大幅提升行驶里程。应用热泵系统的代表车型:奥迪e-tron,荣威Ei5、 大众e-Golf 、宝马i3。

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3、产品升级核心趋势三:压缩机电动化

压缩机主要用于汽车空调系统。汽车空调系统起着制冷、供暖、通风等作用,一般由压缩 机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、控制器等组成。 

传统汽车压缩机的动力来源于发动机,当发动机熄火后,车内空调系统也会停止运转。而 新能源汽车空调系统由于动力类型发生变化,使用的压缩机必须采用涡旋技术,电涡旋压 缩机的结构复杂,较传统压缩机价格明显。

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三、新能源车热管理在传感器技术应用


从新能源车热管理主要零部件图推演,与燃油车不同,新能源车主要用到温度压力传感器。

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新能源车热管理主要零部件

自主研制NTC芯片温度传感器及新能源车/储能CCS盖板的特普生曾老师说:“结合我公司业务来说,我们能提供的新能源车温度管理,一是电池本身的温度管理,含电池本体温度传感器、电池冷却介质温度传感器与BMS控制板温度传感器。二是新能源车的温度管理,含电机马达温度传感器、动力电池温度传感器、刹车系统温度传感器与空调系统温度传感器等等。”

1、电池、空调、电机电控用温度传感器

“这套新能源汽车热管理架构图指引了温度传感器在新能源车电池、电机、电控上的主要应用。譬如可以用到特普生动力电池、空调系统、电机电控等等温度传感器、线束及CCS。”

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新能源车热管理架构

当新能源车电池内部产生的热量超过散发到周围环境的热量时,热失控就开始了。是什么导致电池过热导致热失控?——环境温度失控!电池温度失控!浮充电压 失控!过度充电失控! 

新能源车的热失控预防需要三管齐下的方法:第一、从一开始就防止失控,通过材料改性提高抗TR性能,从源头防止失控。第二,识别电池内是否或何时发生热失控。第三,阻止失控扩散到电池组的其他部分。

无论如何,通过两种方法阻止电池热事件发生——主动和被动热管理系统。

热管理依赖于将电池组保持在最佳温度的冷却系统。当电池在充电和放电的过程中开始升温时,主动热管理系统会使用空气货带有传统汽车冷却剂货制冷剂的冷却板从电池中提取热量,以降低温度。被动热管理系统侧重于防止热失控的后期阶段。被动系统(隔热罩或隔热材料)不是让受热的电池保持凉爽,而是阻止过多的热量从单个的电池传递到电池组其余部分并继续进行连锁反应。

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(图2:电池冷却的三种方式)

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电池加热的两种方式

动力电池只要是在一定的温度区间内工作,是有助于新能源车实现最佳能源效率,所以要做到实时甚至“预感”电池温度,在多处测量电池温度(电池本体、冷却液、BMS板)防止出现局部过热的现象,如何获取温度情况?温度传感器在此中的首发作用不言而喻。

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特普生用于电池本体的温度传感器

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特普生用于电池冷却介质的温度传感器

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特普生用于BMS控制板的温度传感器

此外,电机电控冷却循环管路、新能源车PTC加热、空调压缩机制冷,保持新能源车这些最佳性能运行,就需要对其系统进行持续监控。无论 新能源车 的电池组热管理系统如何,传感器在阻止热失控扩散方面都发挥着关键作用。

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电机电控冷却循环管路需要温度传感器


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新能源车PTC加热需要温度传感器


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电筒空调压缩机需要温度传感器


2、四大最重要泄漏用到温度传感器

“大家常说的车内外环境温度监测、后视镜初雾及室外温度监测、车内座垫及方向盘温度监测、汽车逆变器温度监测、汽车空气流量传感器及其他车载(冰箱、空调、功放)温度监测,也用到温度传感器。一些应用的说法与上面其实是重复的,一些应用下面我来说说。”

在监测新能源车的电池健康状况时,泄漏检测是绝对必要的车辆是在充电还是在路上。任何形式的泄漏都可能直接影响电池或将其温度保持在合适范围内以获得最佳性能的系统。 

新能源车电池组中需要监测的最重要泄漏有四个地方:

1.液体冷却剂:

冷却剂不是像内燃机那样通过发动机缸体循环,而是在电动汽车的电池组、逆变器、驾驶室,甚至可能是电机周围的闭环中循环,以将温度保持在 15-45°C 的合适范围内。热管理系统允许电池、逆变器和电机正常运行而不会过热和触发功率限制模式或关机。

这里检测所需的传感器:冷却液液位传感器、冷却液泄漏传感器和冷却液温度传感器。

2.制冷剂:

虽然所有带有空调系统的电动汽车都使用制冷剂来保持乘客空间凉爽,但一些制造商使用相同的系统来控制电池组温度。使用热泵系统,基于制冷剂的电池冷却有两种形式:可以直接,其中来自车辆空调系统的制冷剂流过电池组内的一系列冷却板。也可以间接,其中车辆的冷却液流过由制冷剂冷却的板。

这里检测所需的传感器:压力传感器、温度传感器、二氧化碳(R744)传感器。

3.绝缘油:

介电油冷却是一种应用前景广阔的新型电池组热管理系统,具有出色的电池组温度控制。在电池组内部,电池浸没在绝缘油中,绝缘油在整个装置中形成闭环循环。这种油——一种工程导热流体——不仅能使电池保持凉爽,还能抑制热事件。

这里检测所需的传感器:油位/质量/介电传感器,油温传感器。

4.电解质:

在监测新能源车的电池健康状况时,测量是否存在电解液泄漏有助于确定电池组内的电池是否因老化或其他压力条件而出现故障。这些泄漏通常只会发生在电池外壳内,无法在车辆外部观察到,因此必须使用电池组内的传感器来检测此事件。

检测所需传感器:电解液泄漏检测传感器。



四、新能源车热管理与传感器应用营销管理


1、在传感器销售渠道上应用

传感器应用很广,但是每个应用的天花板又比较明显。公司的销售团队,要判断这些客户,是不是自己公司的产品方向与优势,也要判断团队是不是深耕细作这个产业。

如果是精耕细作,那就搭建这个“行业应用销售小组”,梳理这些涉足的厂家客户名单及其区域布点,深耕这个行业。一旦深耕这个行业,产品研发、生产制造、销售渠道、客户资源的切入,顺理成章,豁然开朗,容易建立起对公司、对自己都是双赢的战略合作客户共享关系!

以过往的经验来看,优秀的传感器销售代表,必须做到且不止这四点

1.公司背书显实力;

2.方案与沟通内容显专业;

3.案例细节显效果;

4.会面畅谈显信任”

面对ToB营销模式的客户,销售代表要清楚“高客单、数量少、强关系、长服务、能复购”的客户特点,也要清楚“决策链长、产品功能与客户需求沟通复杂、产品要定制开发”的重难点,要找到双方开始合作的信任预期。

2、在传感器营销推广上应用

线下推广这个行业的传感器,要把他归纳到这个行业大类。借助这个产业的专业论坛、展会与协会组织。

线上推广这个行业用温度传感器,主要方式是内容营销。搭建提高客户信任的PC站、微信号是基本功,更少不了客户总经理、工程师、采购利用搜索引擎来“人找货”的守株待兔,也就是说,涵盖百度、知乎的内容营销是传感器品牌的推广大盘。



五、新能源车热管理在投融资应用


1、新能源车投融资

新能源车热管理发展史,告诉了我们:新能源车热管理从简单模块到系统工程,带来了从0-1的突破。产业链都将受益,重点关注 三花智控、克来机电、银轮股份、拓普集团、奥特佳。

在压缩机上,对标马勒、法雷奥、空调国家、电桩、三电、翰昂等国际品牌,国内产生了松芝、华域、奥特佳等国产品牌。

在电子水泵上,对标伟巴斯特、博世、皮尔博格、斯飞乐和大陆等国际品牌,国内产生了三花智控、富奥股份、湘油泵、飞龙股份等国产品牌。

从技术壁垒上看,阀、CO2管路、压缩机更胜一筹。从格局上看,国内阀、CO2管路优秀企业更有竞争力。

2、储能热管理投融资

储能热管理行业的参与者,根据技术路线来源分为两大类,第一类即风冷技术,大部分是以前空调相关的公司,包括精密温控(如英维克、申菱环境、朗进科技)、汽车空调热管理者(松芝股份、奥特佳、三花智控、银轮股份);第二类即液冷技术的公司,之前的业务是工业冷却相关者,如同飞股份、高澜股份。新能源公司能够凭借储能电池与热管理系统的一体化设计获得更好的性能,并凭借电池的市场占有率稳定热管理系统市场。另一方面,温控设备公司有更深厚的技术积累和规模优势,可能在成本和行业标准上取得优势。

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储能热管理行业参与者

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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