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新能源车热管理中外厂商趋势

特普生科技 特普生科技 2023-03-23 12 7805

一、新能源车热管理趋势三个要点

1、热管理催生热管理系统增量零部件

新能源汽车热管理涉及的零部件主要分为:

· 阀类(电子膨胀阀、水阀等)

· 换热器类(冷却板、冷却器、油冷器等)

· 泵类(电子水泵等)

· 电动压缩机类

· 管路类

· 传感器类

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(1)电池热管理
相较于传统燃油车,新能源汽车热管理系统新增电池热管理系统。
制冷模式下,主要采用换热板来对流经电池包的冷却液进行换热;制热模式下,主用PTC方式对电池包进行热管理。新增核心零部件电池冷却器(Chiller)、电子水泵。
电池冷却器
电池冷却器是调节电池组温度的关键部件,一般采用紧凑小巧的板式换热器,并在板式换热器的流道内部设计湍流发生结构,沿流向阻断流动和温度边界层,增强入口效应,最终提高换热效率。
电子水泵
与机械水泵由发动机经过传动装置驱动、与发动机转速成一定比例不同,电子水泵是由电力驱动,水泵转速不再直接受发动机转速影响,能够大幅降低能耗,同时满足新能源汽车更精确的温度控制需求。

(2)乘员舱热管理

主通过汽车空调系统实现制冷、供暖、通风等功能,汽车空调模块主要由缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、储液罐、管路等零部件组成。

相较于传统燃油车,由于新能源汽车动力来源的差异及热管理需求的提升,通常新能源汽车空调系统用电动压缩机替代传统压缩机、电子膨胀阀替换热力膨胀阀等核心零部件。

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乘员舱热管理阀类产品一览图

压缩机
空调系统的核心部件,其将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂,并将制冷剂送往冷凝器。
涡旋式压缩机
体积小、重量轻、效率高,成为目前车用电动压缩机的主要形式。相较于传统燃油车空调压缩机,新能源汽车电动压缩机由电机驱动且结构复杂,因此单车价值量提升显著。
膨胀阀
电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器三部分组成,利用被调节参数产生的电信号,控制施加于膨胀阀上的电压或电流,进而达到调节制冷剂的目的;相较于传统的热力膨胀阀,电子膨胀阀流量控制范围大、调节精细,更适合电动车热管理精细化管控。

(3)集成化部件

新能源汽车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展,热管理系统耦合程度的加深提高了热管理的效率,但新增的阀件与管路使系统更为复杂,为简化管路流程,降低热管理系统空间占用率,集成化部件应运而生。

特斯拉在最新的 Model Y 车型上首次采用了八通阀,以代替传统系统中的冗余管路和阀件;小鹏集成式水壶结构,将原本多个回路的水壶以及相应的阀件、水泵集成到一个水壶之上,大幅降低载冷剂回路的复杂程度。

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特斯拉八通阀与集成膨胀水壶及其热管理系统

2、热管理单车价值量显著提升

汽车电动化助力汽车热管理单车价值量大幅提升。我们分别对传统燃油车和新能源汽车热管理系统价值量拆分,如图所示,传统燃油车单车价值量 2330元,新能源汽车热管理(PTC 空调)单车价值量 6980 元,新能源汽车热管理(热泵空调)ASP 在 7980 元。

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传统燃油车和新能源汽车热管理单车价值量对比

3、热管理朝集成化方向发展

电池液冷与热泵空调是主流,汽车热管理朝高度集成化方向发展。电动汽车热管理技术朝着高度集成化、智能化的方向发展。回顾电动汽车热管理技术发展历史,根据热管理系统架构与集成化程度,可以将电动汽车热管理的发

展归纳为三个阶段:

1)单冷配合电加热,早期采用与燃油车类似的蒸气压缩循环实现制冷功能和PTC 制热实现乘员舱的热管理,电池冷却则采用空冷,各个子系统独立;

2)热泵配合电辅热,引入热泵空调技术实现乘员舱制冷,液冷逐步成为电池热管理的主流模式,对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合,但电池、电机余热未得到有效利用;

3)宽温区热泵与整车热管理一体化, 通过合理增加二次换热回路,对电池、电机余热进行回收利用,提升了热泵的环境适应能力,乘员舱、电池、电机热管理回路进一步整合,典型的应用车型有特斯拉 Model Y 和大众 ID4. CROZZ。

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电动汽车热管理技术朝着高度集成化方向发展

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电动汽车热管理构型发展趋势

以特斯拉为例,从 2008 年 Tesla Roadster 开始,其共生产了 5 款车型,汽车热管理系统技术经历四次迭代,集成度不断提高。

1)以 Tesla Roadster 为代表,最早一代热管理系统沿用传统汽车热管理思路,结构相对简单,各个热管理回路相对独立。

2)搭载在 Model S/X 上的第二代热管理系统在行业内首创引入四通换向阀,实现了电机回路与电池回路的串并连切换。

3)以 Model 3 为代表的第三代系统,在拓扑结构上与第二代差别不大,在风暖PTC、驱动电机和储液罐结构设计上有较大技术创新,注重热管理系统能耗的优化。

4)以 Model Y 为代表的第四代系统,首次引入热泵空调系统,负责乘员舱的采暖和制冷功能。在结构上,通过热交换器和管路连接,与电池回路和电机回路进行耦合,实现整个热管理系统的热量交互。

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