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为啥这么多电动车频频自燃?热管理系统没做好是关键

2019-05-11 17:48:11

本文转自微信公号“中国汽车报”

夜幕中爱车爆燃起冲天大火,如果你是车主,心不会痛吗?当地时间5月3日凌晨2点,一台特斯拉Model S在旧金山的私人车库里又发生了自燃。之前的4月21日晚,上海某小区地下车库中一辆特斯拉Model S猛烈自燃,烧剩一堆骨架。

更有甚者,今年2月,一辆特斯拉Model S在美国佛罗里达州撞树起火,车主身亡。2018年5月,美国佛罗里达州一辆特斯拉Model S在发生碰撞后自燃,车内前排两人葬身火海。

据公开报道,仅2018年以来,就有包括特斯拉等多个品牌电动车发生自燃。电动车究竟怎么了?还能不能好好玩了?

“很多电动车自燃的主要原因,很大程度上都是因为电动车电池热失控转为热蔓延造成的事故。”记者采访的多位业内专家一致认为。通俗点讲,热失控就是保护电池稳定的热管理系统因设计缺陷等原因失灵,导致电池过热发生自燃。

谁来从源头管住自燃

“电动汽车安全的核心是电池安全。通过严格的热管理系统,对电池在不同情况下进行管理,技术上如今已不再是难题。”中国科学院院士、清华大学教授、汽车安全与节能国家重点实验室主任欧阳明高所言,强调的就是新能源汽车的热管理系统。

如同人的体温基本维持在37℃左右、过高就是发烧生病一样,如今的新能源乘用车,多数使用的是三元锂电池,一般的三元锂电池,充电温度为0℃到45℃之间,放电温度为-40℃到60℃之间。只有在最佳温度下,电池才能安全发挥最大的工作效率。

一般而言,新能源汽车的热管理系统主要包括四部分:电池热管理系统、汽车空调系统、电机电控冷却系统、减速器冷却系统。

电池热管理系统就是通过技术手段,对电池在不同情况下进行散热、加热、隔热,让电池始终处于45℃以内的正常工作状态,即便电池组中有个别电池出现温度过高的情况,热管理系统也能及时发现并报警,通知操作人员进行适当的人为干预。

电动车的核心技术看电池,电池的核心技术看热管理。当今的热管理技术不仅涉及硬件,也涉及软件算法。热管理系统的技术水平,不仅关系到电动汽车的安全性,也直接影响到续驶里程的表现。

热管理系统哪家强

正如人们如今更加关注自身的健康状况一样,热管理作为新能源汽车安全与性能提升的核心之一,重要性越来越凸显,而其市场空间亦随着汽车电动化时代的来临持续增大。

面对这一诱人的市场蛋糕,跨国零部件企业谁也不会松手,其中,马勒、法雷奥、大陆等“实力派”更是在这方面大力投入,纷纷研发自己的新能源车热管理系统新技术。今年4月的上海车展上,这几家亮出的新产品就吸引了业界的眼球。

“在马勒目前的业务板块中,热管理和机电一体化将是未来重要的增长因素,目前马勒在中国约40%的销售收入来自热管理和机电一体化业务,而随着电气化技术的发展,这一比例将会逐步提升。”马勒集团管理董事会主席兼首席执行官Jörg Stratmann博士在现场向记者表示,因此在热管理及机电一体化创新研发方面,马勒近年的投资力度将不断加大。

事实上,马勒凭借其在热管理领域的技术积累,通过智能化高效利用和管理电动车电池系统,提升电池的生命周期和续航里程。同时,马勒的热管理系统还可以利用系统中的热泵将电池、牵引电机和电力电子这些元件产生的热能集中起来为车厢供暖,从而在保证舒适性的同时不影响电动车续航里程。此外,马勒还推出了针对氢燃料电池的热管理系统。氢燃料电池对于长途运输来说潜力明显,相较于锂电池的纯电动车,它的续航里程和体积都有明显的优势,而且马勒的产品已经应用于美国尼古拉卡车公司,他们凭借马勒的热管理系统技术,还联合开发了Nikola Two氢燃料电池卡车。

法雷奥的热管理系统,创新的热泵系统提升了电池使用效率。其采用制冷剂将空气能量转化为动力,对车舱进行有效加热、制冷与除雾的同时,将能量消耗对电动汽车续航里程的影响减至最小。随着全新技术升级,法雷奥热泵系统可极大优化电动汽车的续航里程,将冬季与夏季的行驶里程分别提高30%、20%。法雷奥热泵系统为用户提供了更大的自由度,减轻了里程焦虑,做到了鱼与熊掌可以兼得。

大陆集团的热管理系统,采用了新型多通阀-冷却液流量控制阀新技术,以更节能的方式控制整车加热和冷却需求。首批应用于电动汽车的新产品计划于2019年底在中国开始量产。此外,大陆集团将为包含热泵系统的纯电动车提供二氧化碳管路,在冬季驾驶中提供更加良好的驾驶环境。二氧化碳管路利用不破坏臭氧层的天然制冷剂,助力环保的同时极具性价比,特别是在中高纬度的低温地区对电动汽车有明显的增程效果。

“搭载大陆集团的热管理技术之后,在相同的-10℃低温下,电动汽车的续航能力能够提高25%左右。就算是不经常给电池充电或充电不完全,也可依靠热管理技术延长电池的使用寿命。”大陆集团动力总成发动机与传动系统事业部负责人Wolfgang Breuer表示。

由此看来,各大企业提出的热管理系统技术是各有千秋,难以说谁是最好,但各企业的努力都是为了更好。

发展之路充满挑战

新能源车电池的安全焦虑、里程焦虑、寿命焦虑,都与动力电池密不可分。而抓住动力电池这个关键之“手”,就是热管理系统。就电池降温的冷却方式而言,在用的主要有风冷和液冷两种方式。目前新能源乘用车广泛采用电池液体冷却技术,如特斯拉和宝马i3新能源车等。液冷技术通过液体对流换热方式将电池产生的热量带走,液体换热系数高、热容量大、冷却速度快,对降低最高温度、保持电池组温度一致性效果更好,相较于风冷,液冷方案更易实现余热回收。相关调研数据显示,我国量产的纯电动车液冷的使用率呈上升态势。

除了当前大量使用的三元锂电池,作为发展方向的氢燃料电池、固态电池,也都需要适宜的工作温度,如氢燃料电池工作温度要求一般为60℃到120℃,固态电池工作温度要求一般为60℃到80℃,这对热管理系统技术提出了更高的要求,带来了更大的挑战。

业内普遍认为,目前新能源汽车热管理系统的技术难点一是电动压缩机,二是低温热泵,三是新一代制冷剂。在制冷剂方面,随着各国一系列环保新政策颁布、特别是欧盟指令2006/40/EC的生效,环保型制冷剂将代替原有的R134a。但是,如果制冷剂采用R744,整个制冷系统的内部工作压力将会显著升高。虽然通过缩小内腔体积、材料加厚进行结构设计的优化后,换热器可以实现足够的承压能力,然而壁厚的增加必然会导致换热器重量的增加,同时电池外壳也需要更高的强度来抵御高温下的热膨胀,这些又会对换热器铝材提出更高的强度要求。

2018年,全球电动汽车销售超过200万辆,其中一半在中国。当前,新能源汽车正处于飞速发展之中,而热管理系统作为新能源车的核心技术之一,成为国内外企业角逐的“竞技场”。谁拥有更好的热管理系统,谁就拥有更强的定价话语权和市场主动权。

“把新能源汽车的热管理系统做好了,就为解决电动汽车的安全焦虑、里程焦虑打下了基础。”北京大学化学与分子工程学院教授其鲁向《中国汽车报》记者表示,绝不能对发生的事故、存在的问题麻木不仁,置若罔闻。我们必须加快技术创新的步伐,通过技术突破,拿出更安全、更可靠的产品,打消用户对新能源汽车产品的种种焦虑,让新能源汽车更安全、更便捷。

是呀,热管理系统做好了,也许真的就不会有人再说:“买电动车吗,易自燃的那种。”

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来源:中国汽车报 | 责任编辑:吕栋
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