電動車“短命”？罪魁禍首可不只是電池

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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，新能源汽車國家監管平臺共發現安全事故79起。在已識別的起火車輛狀態中，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。”意思是疏于管理，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。如何帶領這些士兵，防止他們“失控發熱”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，這背后需要一個優秀的“將軍”——熱管理系統。

■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域的電池安全設置了新的門檻。”Leo中國首席技術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火災爆炸。

其實作為能量載體，并沒有本質安全的電池。在熱失控的過程中，每個電芯和電池系統都有很大的差異，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系到汽車企業自身的技術實力，而電池熱管理系統是重要的一環。

為了防止電池自燃，熱管理系統“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”

風冷，意思是“隨風而行”，技術簡單，成本低，維護容易，但很難做到散熱平衡，電池內部整體溫度容易不一樣。在電動汽車發展初期，由于占主導地位的磷酸鐵鋰電池熱穩定性好，對散熱要求相對較低，因此熱管理系統不需要太復雜，可以采用風冷技術。早期代表車型包括日產聆風、北汽新能源EC、豐田普銳斯（查成交價|參配|優惠政策）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構改造的磷酸鐵鋰電池，都對電池熱管理系統提出了更高的要求。目前電池散熱系統正在從風冷向液冷傾斜。液冷主要通過電池管內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。其技術難度大于風冷，成本高，體積大。如果車輛段熱管理系統布局不好，整個電池的能量密度會下降。據統計，高爾夫（查成交價|參配|優惠政策）、蔚來ES6（查成交價|參配|優惠政策）、比亞迪唐新能源（查成交價|參配|優惠政策）、特斯拉Model 3（查成交價|參配|優惠政策）等車型均采用液冷，預計液冷技術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？還是在發現電池失控時，盡快“切斷”電池？

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

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，大多數情況下只是看著它燒壞。“可以看出，電池熱管理需要在設計前期介入，利用集成優化平臺實現結構、熱、疲勞、壽命的耦合，防止熱失控。如果發生熱失控，應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。”顧建民說。

當然，為了最終目標，電池熱管理技術仍在行業內探索。據悉，美國Allcell科技公司開發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展方向，但目前仍處于實驗室階段。

■冷凍電池在冬季如何“續命”？

除了重新審視電動汽車的安全性，續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%的折扣設置在空”一位業內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，然后直接關機。手機變成磚頭已經很慘了。如果換成電動車，那將是一場噩夢。

對于傳統汽車來說，發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也需要在冬季這個關鍵時刻對電池進行預熱，配合空熱管理系統，使電池發揮最大續航能力。

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。其結構簡單，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熱帶來的電池壽命。與PTC的“電能發熱”相比，熱泵系統是“電能載熱”，無能量損耗，制熱效率更高。根據Hanon的研究，在相同的環境下，熱泵供暖的供暖效率是PTC的1.8-2.4倍，節能效果顯著，可以將供暖造成的里程損失減少一半。

熱泵空有這樣的優勢，傳統車企自然不會冷眼旁觀，包括已經采用熱泵系統的奧迪R8（查成交價|參配|優惠政策） e-tron、寶馬i3（查成交價|參配|優惠政策）、日產Leaf、起亞Soul、捷豹I-PACE（查成交價|參配|優惠政策）。在國內，華宇三電是第一家實現熱泵空量產的零部件企業，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熱泵空調制系統”

但熱泵系統仍處于發展初期，負荷滲透率仍不足10%。技術上還存在低溫啟動困難、成本高等問題。“在低溫下，與傳統的PTC加熱技術相比，法雷奧的熱泵技術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，這也是目前業內的共識。”顧建民這樣說。

最近有一個經典案例。特斯拉近日公布了熱泵系統新專利，有望率先應用于Modle Y。該技術在設計上取消了傳統的PTC，而是在熱泵空調節器中集成了一個低壓PTC，再將整車的電池系統、電力電子驅動系統和系統回路進行集成，建立模塊化系統。“特斯拉的‘打法’改變了軟件和硬件的關系，也改變了車企內部不同系統設計的協同理念，這種新的組織方式短期內傳統車企很難跟上。”一位汽車電子工程師對此發表了評論。

“來源:Y型車主手冊”

■電動車熱管理，國產廠商新奶酪？

與傳統燃油車相比，電動汽車的熱管理系統增加了電動壓縮機、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器等部件。系統集成性和復雜度較高，成本從傳統車的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是一塊新的奶酪。

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

法雷奧新能源汽車熱力系統示意圖

例如，法雷奧目前占全球電池熱管理系統的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，實現總收入362億元，占公司總收入的23.7%；2021年研發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℃，比原版本節能63%，車輛續航里程提升21%。基于馬勒熱泵，開發了一套集成式熱管理系統，可將電動汽車冬季續航里程提升高達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已經被海外企業抓住了。一點也不。空傳統的熱管理巨頭因為技術更新少，可以順利轉移優勢，但電池熱管理系統是一個全新的領域，沒有企業可以設置技術壁壘。

銀輪、三華智控、奧特佳、松智等國內熱管理公司近年來也在積極拓展電動汽車熱管理領域。國內企業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領域，與國際熱管理巨頭相比仍缺乏系統集成能力。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，國內傳統汽車熱管理廠商從單一部件向系統集成拓展是必然的。例如，銀輪在2021年3月與特斯拉簽署協議，提供汽車換熱模塊產品；公司熱泵系統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，而國內廠商的競爭優勢來自于兩點:貼近市場、成本低，未來將需要從Tier2升級為Tier1，以綁定OEM開發更為精細的熱管理系統，增強話語權。

■寫在最后:

如今新能源汽車補貼新政策延長，同時強調“技術指標穩定”，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，熱管理系統肯定會與智能座艙相結合，給用戶帶來更舒適的體驗，比如自動調節最適合的座艙環境溫度；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。縮短充電時間。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輔助完成。