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捷温集团徐辉:精准温控保障汽车核心系统的安全、智能和环保


时间:2020-01-14 11:29:37  来源:  作者:

1月10-12日,2020中国电动汽车百人会论坛在钓鱼台国宾馆隆重召开。本次论坛围绕“把握形势 聚焦转型 引领创新”主题,邀请政府有关部门和汽车、能源、交通、城市、通讯等领域的行业机构和领先企业代表,就行业、企业、政策的转型与创新展开深度研讨。以下是捷温集团高级副总裁、全球电子事业部亚洲区执行董事兼中国区总经理,徐辉在本次论坛上的发言:

  

 

  捷温集团高级副总裁、全球电子事业部亚洲区执行董事兼中国区总经理 徐辉

  大家早上好!首先非常荣幸能再次登上百人会的舞台,尤其是来到今天核心技术论坛 探讨。今天我给大家带来非常不同的一个话题,这个话题也是非常重要的,而且也在我们新能源汽车上得到更多的关注。这个话题就是“热管理”,所以我今天议论的标题叫做《精准温控保障汽车核心系统的安全、智能和环保》。

  今天借助两个实用的案例。一是电池的热管理,另一个是内饰的热管理。借用这两个话题跟大家分享一下热管理在智能汽车、电动汽车里的重要性。捷温作为一个热管理系统的创新者和引领者,我们也对这方面有很深的研究,也想跟大家分享一下我们对热管理方面的看法和新的产品以及发展趋势。

  首先跟大家简单描述一下,为什么热管理对于新能源汽车更加重要。首先大家知道,传统车的热管理系统主要分两部分,一部分是发动机的热管理,另外一部分就是内饰的热管理。新能源汽车无非是电动汽车,无非是我们用三电的核心系统取代了发动机,所以发动机的热管理不需要了。由于电机、电控、电池三大核心系统取代了发动机,对于新能源汽车尤其是电动汽车来讲,热管理系统就分成了三大主要部分:第一部分就是电机和电控的热管理,主要是冷却的功能;第二部分就是电池的热管理;第三部分还是传统的空调热管理。由于电机、电控、电池三个核心的部件,对于温度控制都有非常高的要求,而且也对我们热管理系统提出了更高的技术需求和管理需求。所以热管理在新能源汽车尤其电动汽车里起到了更加核心的作用。如果我们以单体的价值来讲,传统的汽车热管理系统大概是在3000人民币的价值区间,而针对于电动汽车来讲可能简单的就是翻倍,大概可能要达到6000甚至7000以上人民币的单车价值。这也是为什么热管理的系统也得到了更多的业界人士的关注,也对我们提出了更高的技术挑战。

  首先以电池为例跟大家讲述一下。电池可能大家都公认是我们电动汽车最核心的一个部件,但是电动、电池由于它的特性,其实它最佳的工作温度是在20—35摄氏度,是一个非常狭小的空间,而温度的因素可能对电池的性能、对它的寿命、对它的安全都有至关重要的影响,这也是为什么热管理或者精准温控对于电池来讲是非常核心的保证,是正常工作的一个最基础的前提。

  讲到热管理分两部分,一部分是高温,一部分是低温。从高温来讲,大家都知道,其实电池很怕热,尤其是在比较极端的高温的情况下,可能会引起电池的自燃、甚至电池的爆炸,所以每个电池系统都必须配备非常好的冷却系统。冷却系统现在分成两类,一类叫自然的制冷,另外一部分是被动的制冷。自然的制冷现在可能用的越来越少了,现在可能有一些比亚迪的车型在用自然的冷却,现在更多的车厂是在引进被动的或者主动的冷却系统。日韩系目前比较喜欢用一些风冷的冷却系统,而我们看到更多的可能是液体的冷却系统。由于它的高效率和设计的简易化,可能会更多的成为后面的一些主流。在一些比较特殊的要求下,由于体积或者由于设计要求,尤其像48V混动的电池,可能需要一些特殊的更高效、更快速的降温设备,这里可能就会用到一些特殊的半导体,像TED技术做冷却。今天我更多的是讲一些大功率动力电池的热管理。

  电池不止怕热,其实它更怕冷。大家可能也都知道,其实在低温的环境下,随着温度的降低,其实电池本身的性能,尤其是放电量会明显的下降,它的容量也会显著的缩小,甚至如果在长期寒冷的状况下,可能会影响电池无法充电或者无法运行,甚至长期的状况下可能会让整个电池的寿命受到严重的影响,这是无法逆转的。所以热管理或者电池温度的保证。加热是一个非常非常核心的系统。对于传统车来讲,其实比较简单,因为传统车大家都知道有发动机,发动机运转过程中有很多热能的提供,这些热能并没有办法很好的转化,所以这些热能可以说是废热能被转换到加热各个部件,而我们的电动汽车其实能量的利用率甚至可以达到90%以上,对于一些需要加热的部件来讲,就必须有一些特殊的附加的技术或者措施能够做到加热的功能,今天我们也想分享一下这方面的一些看法和观点。

  除了我们在热管理系统中要考虑加热和冷却的效率之外,电池有一个比较大的特殊点,就是它对温度一致性的要求非常高。因为大家也知道,电池是由成百上千的电芯组成的,这些电芯需要有一致的温度保证才能保证整个电池的性能,就以一个大家比较熟悉的特斯拉的Model S举例。特斯拉的Model S电池里有444个电芯,目前来讲,除了我们热管理的系统能够均匀的加热或者冷却之外,其实是有一些温度传感器的监控的,但是特斯拉的Model S在444个电芯的监控其实只有2个温度监控,所以不可能有那么多的温度监控来保证每一个电池或者每一个电芯的温度均匀,就对我们热管理系统提出了更高的要求,我们必须通过系统的设计保证这个系统的加热和冷却的过程中让电池得到最好的一致性,这样才可以让我们的系统正常的工作,保证它的性能和寿命。

  比较主要的加热方式,目前看到市场上有两种:一种叫做可变性的电阻加热,最常见的就是大家可能做电动车的都知道PTC的加热器,PTC的加热器比较常见,一般的功率可能是在3—7千瓦左右,也可以用PWM来控制,也可以通过液体加热或者风暖两种方式来用。另外一种今天我想特别讲的,就是我们恒定的电阻加热。恒定电阻的加热顾名思义就是它的功率比较稳定,目前是以硅胶膜和PI膜为主的加热膜材料制成,附加在电池的外壳或者冷却系统上。这种加热膜的设计,首先它对温度控制的一致性可以把握的非常好,另外因为它是一个薄膜设计,所以它的重量比较轻,而且它的可靠性比较高,它的寿命也可以比较长,这个对于我们设计方案就比较灵活。另外,因为它的材料也比较柔软、灵活,它的加工尺寸也更加方便,从这个角度来讲可以让我们的Tier 1或者车厂能够适用于不同形状和不同大小的电池,能够大大缩短我们研发和投产的经历和时间,也能够让我们的电池加热系统更加适合各种不同的车型和更广泛的应用。

  捷温最近推出了一个最新的加热膜工艺,叫MSP,是一个机械削割的工艺。我们是采取了更加优化的加热膜材料,通过我们的MSP工艺能够提高很大的生产效率,同时更重要的是,现在的硅胶或者PI膜的材料,在它的生产过程中必须要采取一些化学腐蚀的工艺才能够实现整个产品的性能。我们MSP的工艺可以完全取代化学腐蚀的功能,让它更加安全、更加环保,所以从这个角度来讲,我们也看到更多的车厂或者更多的Tier 1也更加倾向于用加热膜的设计。我们MSP的工艺也能够更加适合整个后续的电池和整个供应链的需求。不止工艺很好,从它的材料本身,材料压力的敏感度比较低,所以可以更好地黏结在现在电池的冷却板或者冷却系统上。对冷却的效果没有任何影响,就可以让我们的加热和冷却热管理系统完美结合,这也是它的一个独特的优势。

  另外我们现在推出的一个新的产品,就是基于刚刚讲到的MSP的技术,我们也在推出一款新的产品叫eCSC。刚刚讲到电池是有很多电芯组成的,现在电池的结构由于要连接所有的电芯,所以都会有一个套间叫CCB。目前这个CCB的设计是比较单一的,我们通过能够用MSP的技术对铝的基板做加工,可以把CCB的技术和我们的ASIC芯片做结合。刚刚提到我们电池的每一个电芯为了保证它的工作状态都必须有一些电子的监控,比如说监控它的温度,比如说监控它的电阻值SOC等等,也是为了能够更好地平衡电池不同的电阻、不同的电芯。有一部分可能是单独的模块来监控,有一些可能是整合在BMS的电池管理系统里。捷温可以通过eCSC和MSP的技术,整合两个双层的功能到一个单一的单层板里,也可以做到零电阻、跨总线的电路连接。意思简化来说,我们可以整合SMD的电路连接盒ASIC的功能,可以整合我们电子监控的功能。比如说一些电压和电流的高精度检测,可以检测电芯的温度,也可以检测电芯的抗阻,通过这些我们可以取代一些现在基本设计的功能,拿一个图片来解释可能大家理解得更好。

  (如PPT)左边这个就是大家传统的CCB的设计,根据每个电池模组所需要的部件和连接方式,比如说用到3块、5块甚至更多的CCB连接,针对于每一个模组的CCB都需要有一个电子电控模块,这中间当然就需要线束的连接,这些部件最终连接到我们的电池监控系统里,根据不同的模组设计可能会多一些、可能会少一些。简单来说,我们的eCSC功能就可以集成一部分BMS中的监控功能和电子监控模块的功能,把它整合在一起,通过我们MSP的工艺生产出柔性的CCB,可以更好、更高精度地监测电芯工作状况。大家可以从图上看到,另外一个好处,就可以节省中间的这些连接部件。首先,我们就可以整合CSE模块的功能进到我们的产品里,同时所有的这些线束的连接也都不需要了,大致来讲,少到30几个线束连接点,可能有一些车型多到七八十个线束的连接点,这些都可以节省。从本身的成本,从我们的连接工艺、可靠性、安全性都会有比较大的提升。同时,对于EMI的功能,就是比较重要的EMI和EMC的功能,也可以大大提升,可以更高精度、更好地来测量所有电芯的工作状态,提前预警一些电池的失效状况,也是我们希望后续能跟大家共同探讨的一个更好的电池电芯监控和连接的方式。

  我们也做了很多的仿真和模拟试验,因为我们的柔性连接工艺核材料,可以更好地优化和平衡我们的机械和热的压力,能够达到更好的电池热平衡。

  第二部分,我跟大家分享一个比较轻松的话题。

  我在开车的时候可能经常一会儿冷、一会儿热,对于内饰部分的温度,不同的人群,女性、男性的要求都不一样。比如我开车可能经常会脚冷或者手冷,作为驾驶员和副驾人员可能都会对温度和区域有不同的要求,大家也可以知道,现在随着我们对内饰舒适性的要求更高,包括自动驾驶的技术,其实会让我们对内饰舒适型、便捷性的要求更加提高,我们会更多的关注舒适度,不管内饰的功能有多强,如果大家都觉得在车里比如太热了或者太冷了,基本的温度舒适性没有的话,可能是最影响我们真正在内饰舒适性比较关键的因素。

  大家可以知道,现在内饰的温度控制就靠单一的中央空调。中央空调是单独按照比较单一的温度设置来控制温度的。首先从这个角度上并不灵活也不智能,更大的问题,有很大的能耗。可以想象有一个大功率的中央空调可能6—8千瓦的功耗来加热或者冷却一个小的空间,对于我们来讲是非常耗能的。拿电动汽车来讲,其实电动汽车上中央空调已经变成最好能的一个部分,我想大家如果自己或者朋友开电动汽车,是不是经常会有人担心续航里程,会把他的空调先关掉,不敢加热或者不敢制冷,因为他会担心电池的消耗量。种种情况都让我们来探讨我们是不是需要一个更智能的内饰温度控制系统。邀请大家来想象,是不是可以将来有一个自动感知、自动调节温度的系统,甚至不用说“小度小度我冷了”或者“小度小度我热了”。一个好消息,捷温已经研发出了一个最新的系统ClimateSense,是一个智能的小气候带。可以根据不同的输入自动调整内饰各个部分和身体不同位置的需求来调节温度,基于我们所说的热生理学的Thermophysiology算法,通过人工智能的输入,甚至可以有自定义或者自学习的功能。我可能做一个动作,感觉我手冷了、脚冷了或者身体冷了,通过温度的探测或者压力的探测,可以用我们自己的方式来控制。通过这个可以达到两点:第一,可以达到最优化的舒适性;第二,可以减少很多不需要的加热或者冷略,可以最大限度减少中央空调的使用率,这种情况下就可以节省很多的能耗。

  最后,我们也会通过一些ClimateSense通讯架构和车身控制器做很多的沟通,拿到车身的信息,拿到对驾驶员和乘客的信息,调节各个部分的需求,用这个来平衡,最终达到最大的舒适性。我们这个系统在去年的10月份,跟一个北美主要的车厂联合发布了一些真正在这个系统工作状况下可以给电动汽车有多少能耗的节省。我们也发表了一篇SAE的文章,大家如果有兴趣也可以去看一下,希望对于我们整个内饰的舒适性和最终电动汽车内饰所需要的能耗能做最优化的方案处理。

  希望大家通过我今天的演讲感觉到,热管理系统或者温控对于我们电动车、新能源汽车的发展起到了重要的作用。捷温也希望通过我们的努力能够跟大家一起探讨如何真正通过热管理系统,用更精确、更好的温控,让我们的汽车尤其是电动汽车更加智能、更加环保、更加安全。 

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