目前，全國各地夏季來臨，電動汽車也隨著天氣變熱逐漸“躁動”起來。自2020年五月起，新能源汽車國家監(jiān)管平臺共發(fā)現(xiàn)79起安全事故。在已查明起火車輛狀態(tài)中，58%的車輛起火源于電池問題，19%的車輛起火源于碰撞問題。這讓人們不得不重新審視新能源汽車的質量和安全問題。為何新能源汽車老是自燃？背后所有的“罪”都得讓電池來背嗎？

《孫子?兵勢》：“故善戰(zhàn)者，求之于勢，不責之于人，故能擇人而任勢?！币馑际侵诬姴粐?、教導不明而致敗局，這都是將領的過錯。電池包中的每個電芯都是為電動汽車新增能量的小兵，如何統(tǒng)領這些小兵，不讓他們“熱失控”而自燃，并能在極端天氣下對他們“噓寒問暖”，讓其獲得更強的續(xù)航能力，背后要一名出色的“將領”——熱管理系統(tǒng)。

■夏天，如何遏制自燃這一兇手？

從2020年純電動汽車型申報情況來看，有部分車型所搭載的三元鋰離子電池系統(tǒng)能量密度高達180Wh/kg甚至190Wh/kg。假如車輛在熱管理系統(tǒng)上不達標，這種高能量密度的電池就很容易埋下安全隱患。

“工信部的這一標準無疑設置了新能源汽車領域電池安全性的一個新門檻?！狈ɡ讑W我國首席技術官顧劍民博士在與汽車之家溝通時表示。但在他看來，這項標準有些“治標不治本”，因為電動汽車安全的最終目標不是5分鐘預警，而是不斷提升設計和制造水平，最終達到單個電芯不失控，或者是單個電芯失控后不會引起整個電池包起火爆炸。

事實上，作為能量載體，本質完全安全的電池是沒有的。每種電芯和電池系統(tǒng)在熱失控的過程中存在很大差異，不是每一家車企都有能力筑起這5分鐘的“生命墻”。單單把壓力轉嫁到動力鋰離子電池上并不合適，電動汽車是否安全也與車企自身的技術實力有關，電池熱管理系統(tǒng)則是重要的一個環(huán)節(jié)。

為防止電池自燃，熱管理系統(tǒng)這一“將領”的首要職責就是“控溫”，不讓底下的小兵（電芯）因熱失控而自燃。電池的習性與人相似，既受不了太熱，也不喜歡太冷，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(tǒng)通常有兩種方式給電池降溫，即風冷和液冷。

『特斯拉采用液冷式電池熱管理系統(tǒng)』

風冷，一句話解釋即“走路帶風”，其技術簡單、成本低（約為1200元）且便于維護，但它很難達到散熱均衡，電池內部的整個溫度很容易出現(xiàn)差異。在電動汽車發(fā)展初期，由于占主導的磷酸鐵鋰離子電池熱穩(wěn)定性較好，對散熱要求相對較低，因此熱管理系統(tǒng)無需太復雜，使用風冷技術即可，早期代表車型有日產聆風、北汽新能源EC、豐田普銳斯等。

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，還是對結構大改造的磷酸鐵鋰離子電池，都對電池熱管理系統(tǒng)提出了更高的要求，當前電池散熱系統(tǒng)正由風冷向液冷傾斜。液冷重要通過電池管道內的液體來控制電池的溫度，降溫效果較好，使整個電池的溫度達到均衡，但缺點也很明顯，其技術難度要大于風冷，成本高（約為3500元），以及體積大，假如車廠在熱管理系統(tǒng)設計上布局不佳，整個電池的能量密度就會下降。據(jù)統(tǒng)計，高爾夫GTE、蔚來ES6、比亞迪唐新能源、特斯拉Model3等車型都采用了液冷方式，預計液冷技術的市場滲透率已超60%。

俗話說，一顆老鼠屎壞了一鍋粥。假如說某個電池單體發(fā)生了熱失控，相鄰單體電池也會相繼熱失控并蔓延。有什么辦法可以早期預防？或者在發(fā)現(xiàn)一個電池單體熱失控時就盡早“掐斷”它？

顧劍民告訴汽車之家，“電池安全不是某個技術點的問題，而是整個系統(tǒng)問題。電池熱管理系統(tǒng)的根本用途是讓電池工作在一定的適宜溫度范圍內，維持最佳的使用狀態(tài)和效率，用來保證電池系統(tǒng)的性能和壽命，而不是在電芯熱失控后再阻止?！?/p>

此前有關電動汽車自燃的案例都活生生地表明，電動汽車一旦自燃，除非用大量的水降溫，單單用一些小型干粉滅火器根本無法遏制，大部分情況是眼睜睜地看著它全部燒光為止。“可見，電池熱管理要在設計早期就干預，利用一個集成的優(yōu)化平臺來實現(xiàn)結構、熱量、疲勞和壽命等耦合來防止熱失控。一旦發(fā)生熱失控要馬上能監(jiān)測出并提前報警，讓駕駛員有足夠時間逃離至安全地方。”顧劍民說道。

當然，為了終極目標，業(yè)內在電池熱管理技術上仍不斷探索。據(jù)悉，美國AllcellTechnology公司曾開發(fā)出一款基于相變材料（可以在液態(tài)和固態(tài)之間切換的一種材料）的電池熱失控隔離材料PCC。在針刺實驗中，一個由18650電池組成的4并10串的電池組，在沒有使用PCC材料時，一個電芯熱失控最終引發(fā)了電池組中20個電芯發(fā)生熱失控，而采用PCC材料的電池組中，一個電芯熱失控并未引發(fā)其它電池組熱失控。該方法被認為是最有潛力的電池熱管理發(fā)展方向，但目前仍處于實驗室階段。

■冬天，被凍的電池如何“續(xù)命”？

除了重新審視電動汽車的安全，續(xù)航也是消費者購買電動汽車的一大焦慮問題。目前有不少新車型在申報時稱其續(xù)航能達到600km，甚至700km以上，但真正的實際效果如何？“電動汽車申報的續(xù)航，實際使用打個8折，開空調再打個6折?！币晃粯I(yè)內人士對此調侃道。由于電池不受熱，也不耐寒，要保證電池在最適應的溫度下工作，就要耗損許多電量。

相比夏季，極寒天氣下更是對電池是一種殺傷力。比如現(xiàn)在的一些手機，在寒冷的大東北，假如不在手機背后貼暖寶寶，沒幾分鐘就只剩下60%的電量，再一會直接給你關機了。手機變“磚頭”已經苦不堪言，如這種情況換成在行駛的電動汽車上，儼然就是一場噩夢。

有關傳統(tǒng)汽車來說，發(fā)動機本身會攜帶大量熱量，冬天暖風動力消耗很少，但有關電動汽車來說，少了發(fā)動機這一熱源，動力鋰離子電池除了要給驅動汽車供應能量，還要再分出一部分精力在暖風耗電上，損耗極大。因此，一套完整的電池熱管理系統(tǒng)還要在冬季這一關鍵時刻，為電池預熱，并協(xié)同空調熱管理系統(tǒng)，讓電池發(fā)揮出最大的續(xù)航能力。

現(xiàn)階段，電動汽車的暖風空調大都會額外安裝一個PTC加熱器作為補充。它的工作原理和我們使用的“熱得快”相似，能使管道里的冷卻液迅速升溫，給電池包供暖，其構造簡單、成本低廉，但它的電能消耗巨大。

以上還是保守的算法，冬季使用PTC方法采暖對電池仍是極大負擔。假如加熱效率達不上，電動汽車冬季續(xù)航減半也絕不是很夸張的說法。

難道就沒有一個更好的方法能給續(xù)航“保鮮”嗎？答案是有的，新的熱泵空調能有效緩釋電動汽車采暖帶來的續(xù)航問題。相比PTC的“電能轉化熱量”，熱泵系統(tǒng)是“電能搬運熱量”，沒有能量損失，制熱效率更加高效。據(jù)Hanon研究，相同的環(huán)境下，熱泵采暖的制熱效率是PTC的1.8-2.4倍，且節(jié)能效果顯著，能將取暖造成的損失里程減少至一半。

熱泵空調有這樣的優(yōu)勢，傳統(tǒng)車企們自然不會冷眼旁觀，包括奧迪R8e-tron、寶馬i3(參數(shù)|詢價)、日產聆風、起亞Soul以及捷豹I-PACE等已采用熱泵系統(tǒng)。在國內，華域三電是最先實現(xiàn)熱泵空調量產的零部件公司，其熱泵空調配套了上汽乘用車旗下的榮威MarvelX和Ei5兩款電動汽車。

然而，熱泵系統(tǒng)仍處于發(fā)展階段初期，裝載滲透率仍不足10%，技術上還存在低溫啟動難、成本高等問題。“在低溫情況下（-10℃至0℃區(qū)間），相比傳統(tǒng)的PTC加熱技術，法雷奧的熱泵技術可以將能耗最大降低30%左右，但是在極寒情況下（低于-10℃），一般建議用熱泵和PTC共同來供應熱量，這也是目前行業(yè)內的共識。”顧劍民對此表示。

最近有個經典案例，特斯拉不久前宣布了一項有關熱泵系統(tǒng)的新專利，預計將首先應用于ModleY。該技術在設計中取消了傳統(tǒng)PTC，而是將一個低壓PTC（起輔助用途）集成在熱泵空調里，再結合電池系統(tǒng)、功率電子驅動系統(tǒng)和整車的系統(tǒng)回路整合在一起，建立了一套模塊化系統(tǒng)。“特斯拉的這一‘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(tǒng)設計的協(xié)同概念，而這種新的組織方式短時間內傳統(tǒng)車企很難跟上?！币晃黄囯娮庸こ處煂Υ嗽u論。

『來源：ModelY車主手冊』

■電動汽車熱管理，國內廠商的新奶酪？

與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車的熱管理系統(tǒng)新增了電動壓縮機、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器等部件，系統(tǒng)集成度及復雜度更高，成本由傳統(tǒng)車的1910元左右上升至電動汽車的5280-9920元（2020年預測數(shù)據(jù)）。有關零部件公司而言，電動汽車熱管理系統(tǒng)是一塊新奶酪。

追溯過去，在傳統(tǒng)的汽車熱管理領域中，海外零部件巨頭電裝、翰昂、法雷奧、馬勒四家公司合計占據(jù)全球汽車熱管理市場54%的份額（2017年數(shù)據(jù)）。正因為此，這些公司在切換至電動汽車熱管理領域得心應手，有先發(fā)制人的優(yōu)勢。

『法雷奧新能源汽車熱系統(tǒng)（包括熱泵和電池熱管理系統(tǒng)）示意圖』

如法雷奧目前占據(jù)全球電池熱管理系統(tǒng)15%的份額，為諸如特斯拉Model3等車型供應冷卻板，并在2019年拿下大眾ID.3、標致e-208等電池熱管理及熱泵訂單，共實現(xiàn)營收362億元，占公司總營收23.7%；電裝在2017年研發(fā)的新型熱泵搭載于豐田普銳斯PrimePHEV上，工作范圍可擴展至-10℃，比原先版本節(jié)能63%，使得車輛的續(xù)航里程提高21%；馬勒以熱泵為基礎，開發(fā)了一套集成式熱管理系統(tǒng)可提升電動汽車冬季續(xù)航里程最高達20%，目前正在樣車測試中。

這樣來看，電動汽車熱管理這一核心技術又被海外公司掐住了“命門”？不完全是，空調系統(tǒng)因為技術更新較少，傳統(tǒng)熱管理巨頭能把自己的優(yōu)勢順利平移，但電池熱管理系統(tǒng)是一個完全新生的領域，還沒有公司能夠搭起技術壁壘。

國內熱管理公司如銀輪股份、三花智控、奧特佳、松芝股份等近年也在積極拓展電動汽車熱管理領域。雖說國內公司有機會動了電動汽車熱管理這一奶酪，但它們更多是切入熱管理Tier2領域，在系統(tǒng)集成能力上與國際熱管理巨頭相比仍有欠缺，如騰龍股份雖然向特斯拉供應熱管理零部件，但中間還要通過翰昂美國公司進行集成。

從趨勢上看，國內傳統(tǒng)汽車熱管理廠商從單個部件向系統(tǒng)集成化拓展已成必然，如銀輪股份在2020年三月與特斯拉簽署協(xié)議，為其供應汽車換熱模塊產品；公司熱泵系統(tǒng)將于今年下半年批量供貨于江鈴新能源；2021年開始將向吉利PMA純電動平臺配套熱交換總成產品?？梢?，新能源汽車所帶來的機遇有可能將熱管理市場的座次重新排位，而國內廠商的競爭優(yōu)勢來源于兩點：貼近市場和低成本，未來還要由Tier2上升到Tier1，綁定整車廠開發(fā)更精細的熱管理系統(tǒng)，以提升自己的話語權。

■寫在最后：

如今，新能源汽車補貼新政延長，同時還強調了“技術指標穩(wěn)定”，這都給了車企更長的緩沖期。希望車企不再盲目追求“能量密度”，也不要因為降低成本而偷工減料，讓消費者陷入續(xù)航減半、安全等多重焦慮中。電動汽車想要“浪”，熱管理得先跟上。

有關未來新能源汽車熱管理的發(fā)展，顧劍民提出了兩點趨勢：一是智能化熱管理，熱管理系統(tǒng)未來一定會結合智能座艙，為用戶帶來更舒適的體驗，如自動調節(jié)最適宜的座艙環(huán)境溫度；二是支持快充和超充，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，比如以特斯拉V3超充樁，要迅速帶走熱量，這也要電池熱管理系統(tǒng)來協(xié)助完成。（文/汽車之家彭斐）