¿No puedes escapar del calor en verano, pero la duración de la batería tiene descuento en invierno? Se descubrió el motivo de la "corta vida útil" de los vehículos eléctricos
"Sun Tzu? "Situación militar": "Por lo tanto, aquellos que son buenos en la lucha planifican la situación sin culpar a otros, para poder elegir personas y utilizarlas". Esto significa que la gestión militar laxa y La enseñanza poco clara condujo a La derrota fue culpa de los generales. Cada celda del paquete de baterías es un soldado que repone energía para el vehículo eléctrico. Cómo guiar a estos soldados para evitar que sufran un "calor fuera de control" y una combustión espontánea, "darles la bienvenida" en condiciones climáticas extremas y permitirles ganar una mayor resistencia requiere un excelente "general": un sistema de gestión térmica.
■En verano, ¿cómo frenar al asesino de combustión espontánea?
A juzgar por la aplicación de vehículos eléctricos puros en 2020, la densidad de energía del sistema de batería ternaria de litio equipado con algunos modelos llega a 180 Wh/kg o incluso 190 Wh/kg. Si el sistema de gestión térmica del vehículo no cumple con los estándares, estas baterías de alta densidad de energía pueden generar fácilmente riesgos para la seguridad.
“Esta norma del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información establece sin duda un nuevo umbral para la seguridad de las baterías en el campo de los vehículos de nueva energía”, dijo al comunicarse el Dr. Gu Jianmin, director de tecnología de Valeo China. con Autohome. Pero, en su opinión, esta norma es un poco "tratar los síntomas más que la causa raíz", porque el objetivo final de la seguridad de los vehículos eléctricos no es dar un aviso de cinco minutos, sino mejorar continuamente el nivel de diseño y fabricación, y En última instancia, lograr una sola celda de batería que no pierda el control, o una sola celda de batería que no pierda el control después de perder el control.
De hecho, como portador de energía, no existe una batería completamente segura en la naturaleza. El proceso de fuga térmica de cada sistema de celda y batería es muy diferente, y no todas las empresas automotrices tienen la capacidad de construir este "muro viviente" de cinco minutos. Simplemente transferir presión a la batería de energía no es apropiado. Que los vehículos eléctricos sean seguros o no también está relacionado con la solidez técnica de las propias empresas de automóviles, y el sistema de gestión térmica de la batería es un vínculo importante.
Para evitar la combustión espontánea de la batería, la responsabilidad principal del "general" del sistema de gestión térmica es "controlar la temperatura" para evitar que los soldados (batería) que se encuentran debajo se quemen espontáneamente debido a fuga térmica. Las baterías tienen hábitos similares a los de los humanos. No tolera demasiado el calor ni le gusta demasiado el frío. La temperatura de trabajo más adecuada es entre 10 y 30 ℃. Cuando la temperatura es demasiado alta, el sistema de gestión térmica de la batería suele tener dos formas de enfriar la batería: refrigeración por aire y refrigeración líquida.
"Tesla utiliza un sistema de gestión térmica de batería refrigerada por líquido"
La refrigeración por aire, en una palabra, "va con el viento", tiene una tecnología sencilla y un bajo coste (unos 1.200 yuanes). ). El mantenimiento es fácil, pero el equilibrio térmico es difícil de lograr y la temperatura general dentro de la batería es fácil de cambiar. En las primeras etapas del desarrollo de vehículos eléctricos, la batería dominante de fosfato de hierro y litio tiene buena estabilidad térmica y requisitos de disipación de calor relativamente bajos, por lo que el sistema de gestión térmica no necesita ser demasiado complicado y se puede utilizar tecnología de refrigeración por aire. Los primeros modelos representativos incluyen Nissan Leaf, BAIC New Energy EC, Toyota Prius, etc.
Sin embargo, la densidad energética de las baterías es cada vez mayor. Ya sea la batería ternaria convencional con alto contenido de níquel o la batería de fosfato de hierro y litio con una transformación estructural importante, todas plantean requisitos más altos para el sistema de gestión térmica de la batería. Actualmente, los sistemas de refrigeración de baterías están pasando de la refrigeración por aire a la refrigeración líquida. La refrigeración líquida controla principalmente la temperatura de la batería a través del líquido en el tubo de la batería. Tiene un buen efecto de enfriamiento y puede equilibrar la temperatura de toda la batería, pero sus deficiencias también son obvias. Su dificultad técnica es mayor que la del enfriamiento por aire, su costo es alto (alrededor de 3.500 yuanes) y su volumen es grande. Si el diseño del sistema de gestión térmica del fabricante del automóvil no es bueno, la densidad de energía de toda la batería disminuirá. Según las estadísticas, golf GTE, Weilai ES6, BYD Tang New Energy, Tesla Model 3 y otros modelos utilizan refrigeración líquida. Se estima que la tasa de penetración en el mercado de la tecnología de refrigeración líquida ha superado el 60%.
Como dice el refrán, un excremento de ratón estropea toda la olla de gachas. Si una celda está térmicamente descontrolada, las células adyacentes estarán térmicamente descontroladas y se extenderán una tras otra. ¿Hay alguna manera de prevenirlo temprano? ¿O cuando descubre que una celda de batería se está calentando fuera de control, "cortarla" lo antes posible?
Gu Jianmin dijo a Autohome: "La seguridad de la batería no es un problema de un determinado punto técnico, sino un problema de todo el sistema. La función fundamental del sistema de gestión térmica de la batería es hacer que la batería funcione dentro de un cierto rango de temperatura adecuado Mantener las mejores condiciones de uso y eficiencia para garantizar el rendimiento y la vida útil del sistema de batería, en lugar de dejar de funcionar después de que la batería se calienta y se sale de control”.
Casos anteriores de espontáneo. La combustión de los vehículos eléctricos ha ilustrado vívidamente que una vez que un vehículo eléctrico se sobrecalienta, la combustión espontánea no se puede controlar simplemente usando algunos pequeños extintores de polvo seco a menos que se use una gran cantidad de agua para enfriarlo. En la mayoría de los casos, veremos que se quema por completo. "Se puede ver que es necesario intervenir en la gestión térmica de la batería en la etapa inicial del diseño, utilizando una plataforma de optimización integrada para lograr el acoplamiento de la estructura, el calor, la fatiga y la vida útil para evitar la fuga térmica. Una vez que ocurre la fuga térmica, es necesario ser monitoreado inmediatamente y alarmado con anticipación para que el conductor tenga tiempo suficiente para escapar a un lugar seguro", dijo Gu Jianmin.
Por supuesto, para lograr el objetivo final, la industria todavía está explorando la tecnología de gestión térmica de baterías.
Se informa que la American Allcell Technology Company ha desarrollado un material de aislamiento térmico PCC para baterías basado en materiales de cambio de fase (un material que puede cambiar entre estados líquido y sólido). En el experimento de acupuntura, en un paquete de baterías de 4 cadenas de 18650 celdas, cuando no se usó material PCC, la fuga térmica de una celda eventualmente causó que 20 celdas en el paquete de baterías se escaparan térmicamente, mientras que en un paquete de baterías que usaba material PCC, El descontrol de una celda de batería no provocó el descontrol térmico de otras baterías. Este método se considera la dirección de desarrollo más prometedora para la gestión térmica de baterías, pero aún se encuentra en la etapa de laboratorio.
■¿Cómo "alargar la vida" de las baterías congeladas en invierno?
Además de reexaminar la seguridad de los vehículos eléctricos, la duración de la batería también es una gran preocupación para los consumidores que compran vehículos eléctricos. En la actualidad, muchos modelos nuevos afirman que su autonomía de crucero puede alcanzar los 600 km o incluso más de 700 km, pero ¿cuál es el efecto real? "La duración de la batería de los vehículos eléctricos tiene un 20% de descuento para uso real y un 40% de descuento para los aires acondicionados", bromeó un experto de la industria. Debido a que la batería no se calienta ni es resistente al frío, consume mucha electricidad para garantizar que funcione a la temperatura más adecuada.
En comparación con el verano, el clima extremadamente frío es perjudicial para las baterías. Por ejemplo, a algunos teléfonos móviles actuales, en el frío noreste, solo les quedará el 60% de la energía en unos minutos si no colocan un calentador en la parte posterior del teléfono y luego lo apagan directamente. Ya es muy miserable que un teléfono móvil se convierta en un "ladrillo". Esta situación sería como una pesadilla si se tratara de conducir un vehículo eléctrico.
En los coches tradicionales, el propio motor elimina mucho calor y el aire caliente consume muy poca energía en invierno. Pero en los vehículos eléctricos, no hay fuente de calor del motor. Además de proporcionar la energía para conducir el automóvil, la batería también divide parte de la energía en el consumo de energía del calentador, lo cual es extremadamente costoso. Por lo tanto, un sistema completo de gestión térmica de la batería también necesita precalentar la batería en este momento crítico del invierno y cooperar con el sistema de gestión térmica del aire acondicionado para maximizar la vida útil de la batería.
En esta etapa se instala un calefactor PTC adicional como complemento en la metrópoli de calefacción y aire acondicionado de vehículos eléctricos. Su principio de funcionamiento es similar al "calentamiento rápido" que utilizamos, que puede calentar rápidamente el refrigerante en la tubería y calentar la batería. Tiene una estructura simple y de bajo costo, pero consume mucha energía.
Lo anterior sigue siendo un algoritmo conservador. El uso de una solución PTC para calefacción en invierno todavía supone una carga enorme para la batería. Si no se puede lograr la eficiencia de la calefacción, no es exagerado decir que la duración de la batería de los vehículos eléctricos se reducirá a la mitad en invierno.
¿No existe una mejor manera de mantener la vida útil de la batería? La respuesta es sí. El nuevo aire acondicionado con bomba de calor puede aliviar eficazmente los problemas de duración de la batería causados por la calefacción de los vehículos eléctricos. En comparación con el sistema "la energía eléctrica convierte calor" de PTC, el sistema de bomba de calor "la energía eléctrica transporta calor", no hay pérdida de energía y la eficiencia de la calefacción es más eficiente. Según la investigación de Hanon, en el mismo entorno, la eficiencia de calefacción de la bomba de calor es entre 1,8 y 2,4 veces mayor que la del PTC. El efecto de ahorro de energía es significativo y la pérdida de kilometraje causada por la calefacción se puede reducir a la mitad.
Dado que los aires acondicionados con bomba de calor tienen tales ventajas, las empresas automotrices tradicionales, naturalmente, no se quedarán quietas y observarán con indiferencia su uso. Sistemas de bomba de calor. En China, Huayu Sanden es la primera empresa de repuestos que logra la producción en masa de acondicionadores de aire con bomba de calor. Sus acondicionadores de aire con bomba de calor están equipados con vehículos eléctricos Roewe Marvel X y Ei5 de SAIC Passenger Cars.
Sistema de aire acondicionado con bomba de calor Roewe Marvel X
Sin embargo, el sistema de bomba de calor aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo y la tasa de penetración de la carga es inferior al 10%. Técnicamente, todavía existen problemas como la dificultad para arrancar a baja temperatura y el alto coste. "A bajas temperaturas (entre -10°C y 0°C), la tecnología de bomba de calor de Valeo puede reducir el consumo de energía hasta en un 30% en comparación con la tecnología de calefacción PTC tradicional. Pero en condiciones extremadamente frías (por debajo de -10°C), es Generalmente se recomienda el uso de bombas de calor y calefacción PTC ***, que también es el estándar actual de la industria.
Un caso clásico reciente, Tesla anunció recientemente una nueva patente sobre el sistema de bomba de calor. Se aplicó por primera vez al Modelo Y. Esta tecnología cancela el PTC tradicional en el diseño, pero integra un PTC de bajo voltaje (que desempeña una función auxiliar) en el aire acondicionado con bomba de calor y luego integra el sistema de batería y la energía. Los circuitos del sistema del vehículo están integrados para establecer un sistema modular. "El 'juego' de Tesla ha cambiado la relación entre software y hardware, y también cambió el concepto de colaboración de diferentes diseños de sistemas dentro de la empresa automovilística. El nuevo método organizativo es difícil para los automóviles tradicionales. empresas para mantenerse al día en el corto plazo. "Un ingeniero en electrónica automotriz comentó así.
"Fuente: Manual del propietario del Model Y"
■Gestión térmica de vehículos eléctricos, ¿el nuevo queso de los fabricantes nacionales?
En comparación con los vehículos de combustible tradicionales, el sistema de gestión térmica de los vehículos eléctricos agrega compresores eléctricos, válvulas de expansión electrónicas, refrigeradores de batería, calentadores PTC y otros componentes. Por lo tanto, la integración y complejidad del sistema son mayores y el costo es de 1.910 yuanes por unidad. vehículos tradicionales 5.280-9.920 RMB para vehículos eléctricos (datos previstos para 2020) Para las empresas de repuestos, el sistema de gestión térmica de los vehículos eléctricos es un nuevo pedazo de queso.
En el pasado, la gestión térmica automotriz tradicional. En el campo de la gestión térmica del automóvil, los cuatro principales gigantes extranjeros de repuestos, Denso, Hanergy, Valeo y Mahle, representan el 54 % del mercado mundial de gestión térmica del automóvil (datos de 2017).
Por ello, estas empresas están bien posicionadas para avanzar en el campo de la gestión térmica de vehículos eléctricos y tienen una ventaja preventiva.
Diagrama esquemático del sistema térmico de vehículos de nueva energía de Valeo (incluida bomba de calor y sistema de gestión térmica de batería).
Por ejemplo, Valeo ocupa actualmente el 15 % de la cuota mundial de sistemas de gestión térmica de baterías y proporciona disipadores de calor para el Tesla Model 3 y otros modelos. En 2019, ganó premios de batería para Volkswagen ID.3 y Peugeot e. -208 y otros modelos con pedidos de bombas de calor y gestión térmica, * * * lograron ingresos de 36,2 mil millones de yuanes, lo que representa el 23,7% de los ingresos totales de la compañía, la nueva bomba de calor desarrollada por Denso en 2017 está instalada en el Toyota Prius Prime PHEV; , y el rango de trabajo se puede ampliar a -10°C. Ahorra un 63% de energía que la versión original y aumenta el rango de crucero del vehículo en un 21%. Mahle ha desarrollado un sistema integrado de gestión térmica basado en bombas de calor que puede aumentar hasta un 20% la autonomía de los vehículos eléctricos en invierno y que actualmente se está probando en prototipos.
De esta manera, las empresas extranjeras han bloqueado la tecnología central de gestión térmica de los vehículos eléctricos. Los gigantes tradicionales de la gestión térmica no pueden aprovechar sus ventajas debido a la falta de actualizaciones tecnológicas en los sistemas de aire acondicionado. Sin embargo, los sistemas de gestión térmica de baterías son un campo completamente nuevo y ninguna empresa ha sido capaz de poner barreras técnicas.
Las empresas nacionales de gestión térmica, como Yinlun, Sanhua Intelligent Control, Aotejia, Songzhi, etc., también han estado ampliando activamente el campo de la gestión térmica de vehículos eléctricos en los últimos años. Aunque las empresas nacionales tienen la oportunidad de tocar el queso de la gestión térmica de los vehículos eléctricos, están más involucradas en el campo de la gestión térmica de nivel 2 en comparación con los gigantes internacionales de la gestión térmica, pero todavía tienen deficiencias en la integración del sistema. Por ejemplo, aunque Longteng suministra componentes de gestión térmica a Tesla, aún deben integrarse a través de Hanan American Company.
Desde una perspectiva de tendencias, es inevitable que los fabricantes nacionales tradicionales de gestión térmica de automóviles se expandan desde componentes individuales hasta la integración de sistemas. Por ejemplo, Yinlun firmó un acuerdo con Tesla en marzo de 2020 para proporcionar productos de módulos de intercambio de calor para automóviles; el sistema de bomba de calor de la compañía se suministrará a Jiangling New Energy en lotes en la segunda mitad de este año, productos de ensamblaje de intercambio de calor; Se suministrará a la plataforma eléctrica pura Geely PMA. Se puede observar que las oportunidades que brindan los vehículos de nueva energía pueden reclasificar el mercado de gestión térmica. Las ventajas competitivas de los fabricantes nacionales provienen de dos puntos: cercanía al mercado y bajo costo. En el futuro, deberá actualizar del Nivel 2 al Nivel 1 y desarrollar un sistema de gestión térmica más sofisticado para mejorar su voz.
■Escrito al final:
Ahora se ha ampliado la nueva política de subvenciones para los vehículos de nuevas energías, al tiempo que se hace hincapié en los "indicadores técnicos estables", dando a las empresas de automóviles un período de amortiguación más largo. Se espera que las empresas automotrices ya no busquen ciegamente la "densidad energética" y no tomen atajos para reducir costos, lo que provocará que los consumidores sufran múltiples ansiedades, como la reducción a la mitad de la duración de la batería y la seguridad. Si los vehículos eléctricos quieren causar sensación, la gestión térmica primero debe seguir el ritmo.
Para el desarrollo de la gestión térmica de vehículos de nueva energía en el futuro, Gu Jianmin propuso dos tendencias: primero, la gestión térmica inteligente en el futuro, los sistemas de gestión térmica definitivamente se combinarán con cabinas inteligentes para atraer a los usuarios. una experiencia más cómoda, por ejemplo, puede ajustar automáticamente la temperatura ambiente de la cabina más adecuada; en segundo lugar, admite carga rápida y sobrecarga; La dificultad y la carga lenta son los dos principales puntos débiles que afectan actualmente a la experiencia del usuario de los vehículos eléctricos. Para acortar el tiempo de carga, por ejemplo, las pilas de sobrecarga del Tesla V3 necesitan eliminar el calor rápidamente, lo que también requiere la ayuda de un sistema de gestión térmica de la batería.
(Texto/Inicio automático Peng Fei)