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新能源汽车热管理技术剖析

发布时间:2023/12/14 12:43:14   
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热管理模块愈发得到客户关心,“管理”一词具备两层含义。1.并非只是对车机进行加热,而是根据不同工况的热需求为汽车提供合适的工作温度,高温时对车机的冷却,虽不是加热,但也属于热管理的范畴。再者,不论是加热还是散热都不是简单线性的一项指标,热管理是控制工作温度在一定的区间内,在尽可能小的成本下,使汽车良好运行。2.汽车既然有散热、加热需求,其本身也可以通过良好的工业设计达到余热回收的目的,实现热量有效的利用,亦是汽车热管理的含义之一。1.1发动机热管理的目的

冷启动顺利、防止“开锅”。对于传统内燃机汽车的热管理系统中,热管理的目的主要是两项:

1.在寒冷天气,迅速暖车实现冷启动。

2.在高温天气,防止发动机“开锅”。传统内燃机汽车当发动机熄火一段时间后,此时发动机已经冷却,其温度低于正常工作温度,机油由于重力作用回流到油底壳。车辆再次启动时,需要通过机油泵将油底壳中的机油重新通过油道输送至各个运动部件和摩擦副中,并建立、保持一定的油压。而在冬季寒冷地区,比如东北-35℃下,汽油的雾化性极差,启动时必须喷射远高于正常启动的油量才能够获得有条件燃烧的混合气,并且点火困难,低温启动时间明显较长,一般来说-35℃在15s内启动成功都属正常现象,缸内直喷对于冷启动性能会有所改善。由于机油温度很低,粘度变大,在低温工况下很难快速润滑发动机各零部件,所以需要时间来提升油温;另外一方面,发动机内部各零件的间隙较大,需要经过时间预热,预热膨胀后才能逐步达到规定间隙,如果在机油输送和油压建立的过程中,部件之间尚未形成油膜,尤其是缸盖中的气门液压挺柱,需要经历充油的过程,此时气门间隙较大,气门闭合落座时将产生正常的机械“哒哒”声。冷启动困难引起的机械磨损对于发动机的影响是非常严重的,发动机80%以上的磨损都是在冷启动阶段造成的。“开锅”是指防冻冷却液沸腾,呈现出“水被烧开”的状态。冷却液在正常的状态下是不会达到沸点的,如果出现“开锅”情况那就意味着冷却液失效、循环冷却系统故障等热管理问题。近年来,国内汽车行业迅猛发展,涌现出不少自主品牌,热管理问题也日益突出,在空间有限的发动机舱内布置冷却模块必然会对冷却空气的流动造成很大阻碍,导致可能出现局部过热、冷侧空气流动不良等问题。如果整车厂对冷却系统换热器的选配没有经过合理的计算分析,就去选择换热器和风扇,这会导致冷却模块之间的匹配以及冷却模块与发动机之间的匹配出现问题,导致低速工况或爬坡等极限工况出现冷却液温度过高,进而导致发动机“开锅”。进一步导致连杆、活塞、活塞环等部件的强度降低或者变形,以至于汽车难以承受正常的驾驶负荷以及破坏各零件间的正常工作,影响整车工作的可靠性。1.2新能源汽车热管理的目的:舱内供热、为三电系统提供合适工作温度传统内燃机热效率可以达到40%左右,通过有效的热管理系统可以回收发动机产生的余热,提供给驾驶舱进行供暖。但是,新能源汽车没法利用燃烧产生的热量,主流制热方案有空气(风暖)PTC、水暖PTC和热泵空调等。PTC热敏电阻型加热系统的发热原理简单,是依靠电流通过电阻生热,纯电动汽车上用的PTC是一种半导体热敏电阻。PTC的特性是随着温度的升高PTC材料的阻值也会升高,这个特性决定了恒电压情况下,PTC加热器在温度低的时候加热快,而温度上升后阻值变大,电流变小,PTC消耗的能量变少,这样就能保持温度相对恒定。PTC水暖往往和电机冷却水路并在一起;风暖PTC就是直接将PTC安装在驾驶室的暖风芯体处,通过鼓风机将车内空气循环起来并通过PTC加热器,直接加热驾驶室内的空气,结构相对简单。PTC技术具有成本低、制造工艺简单、加热迅速等优点,但是采用PTC对电动车供暖会严重削减汽车的续航里程,并且PTC技术的COP小于1,效率较低。在此背景下,热泵技术更为所

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