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2019智新峰会 空调国际(上海)有限公司研发总监穆景阳博士 新能源车热系统的节能与舒适度技术

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2019智新峰会 空调国际(上海)有限公司研发总监穆景阳博士 新能源车热系统的节能与舒适度技术

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来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2019/11/06 11:51
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2019年新能源汽车智新峰会暨《节能与新能源汽车年鉴》发行十周年会议在北京裕龙国际酒店举行。2019智新峰会聚集节能与新能源汽车领域权威专家、行业资深人士、地方政府负责人、代表性企业负责人等,围绕政策、标准、整车、动力电池技术、驱动系统、自动驾驶技术等焦点问题进行深入探讨与交流,勾勒出产业未来的走向与趋势,继而大力推动我国新能源汽车产业创新、健康、快速发展。

 

空调国际(上海)有限公司研发总监穆景阳博士作为嘉宾参会,发表《新能源车热系统的节能与舒适度技术》的主旨演讲。

 

智新峰会空调国际(上海)有限公司研发总监 穆景阳博士

 

穆景阳:各位嘉宾下午好。我是做汽车热系统的,我们叫做空调国际。我们公司做什么呢?只要在车上跟热系统有关的,热负荷、电截散热、电池热管理等等这些开发和生产产品都是我们的业务范围,今天我给大家分享的是主要新能源车热系统节能与舒适度的技术。

 

我把节能放在比较前面的一点位置,目前来看续驶里程基本上都是新能源车的一个痛点,那么随着新能源车的发展,热管理这一块用了相对占比越来越多了,因为正常的情况下像到了冬天热系统大概为了加热车需要耗掉四千瓦到五千瓦的热。这是一个什么概念呢?整个车一共四千瓦左右,四千瓦到五千瓦是要用乘用车的加热的,所以我们也有很多的用户的感受,就是这个车到了冬天,我的里程下降一半,这个一半其实很大程度上也是由热系统来贡献的。

 

我们经常拿这张图来说明这个问题,这是不同温度下的热系统能源的消耗量。大家可以看到最低的这个点就是在大概15到20度左右,这里面也是一个很巧的数字,作为一个生物体,作为一个人,它需要的环境和电池的舒适区大约都在这个位置,偏热热管理就要进行控制。冬天为什么多,很容易理解,因为车的使用环境,正负可以达到零下二十,其实还有更低的温度,低的温度这个舒适区相隔的比较远,温度越低的时候,整车就需要付出更多的能源进行输出的条件。

 

这里面是跟整车相关的一个四大热源,当然对于我们在做热的研究里面,每一样东西都是热,最有关的一个环境。在做热管理的工程里面,一个无限大的,它的温度是很低的,可以取无穷热,也可以放无穷热,它的温度是不会变化。车箱主要是人体舒适的一个对象,冬天的时候需要提供热源给他,夏天需要把他的热从这里面拿走。电池的道理也是如此,在离开舒适区有时候需要加热有时候需要冷却。对于我们而言,其实也有很多的时候车辆本身需求是不平衡的,像到了冬天我的车箱是需要加热的,但是我的电池也有可能需要冷却驱动系统也需要冷却,这就发展了像热泵这样一个系统。

 

所谓热泵,还有热能系统就是实现不同的热源之间的热量传递。一个热量根据这个热理学第二定律,从低温拿到高温的地方就必须加智能循环系统,要做一定的功才可以实现目的。举个简单的例子像电池,根据系统复杂度,这是一个典型的系统,它就比较复杂。所谓的复杂的程度,就是我们建立了多少条的通道,像电池还是刚才的话题,有的时候我们需要电池在温度足够高的情况下直接把热量排放到环境中,那么就是直接传达。电池环境比较高的时候我们没有办法直接高,需要第二条,智能压缩系统,把低温的热源搬运到环境中去,就是第二条热源。一共有四个热源,每一条道有两种方式,就是12条道。所以你的性能可以设计的非常复杂,根据你对这个效率的要求,也可以设计稍微简单一点。热管理系统做的什么事情?基本上就是这样一件事:

 

从热系统相关节能技术,我们这里做了一个整理,最大的一块就是目前比较热的,就是放在一个热泵系统。第一项就是多源热泵,像我做余热回收,把热泵从环境中拿到环境里面去,我们老讲这个是CUP,CUP怎么来,热量不可能自己产生,把车辆从空气或者是从电机系统,电池系统转移到车箱里面去,那么我要做一定的功,我做了多少功,多转这个热量就拿来的热量,这是热泵的工作原理,为什么热泵付出一点少的东西,就可以得到多的东西。

 

对热泵来讲这个技术为什么出现这个发展的特点,因为怎么样做都不会亏的一件事。我们拿这个热量的过程中,付出的那个功和最后还是排到车箱里面去,不像制冷系统,制冷系统这个压缩机内部是无用功,因为车箱要的是冷量,排到别的场地里面。多源热是一个方向。

 

比较典型是空气中取得的技术,使用外冷变为外争取。另外是从电机散热中取热。还有一个热是电池足够热的地方取热。电池是一个热源,也是一个热容,电池本身是一个体积非常大,热容非常大的地方,很多时候我们可以利用电池作为热容取热出来。另外就是补汽系统,目前的情况下热泵最大的挑战就是压力特别大,使用这个技术可以实现,目前热量实现二十度的左右。

 

车箱的高回风比,尤其是极低的温度下非常有用。新风需要零下二十度、零下三十度使用。回风用多了可以起雾,或者车内氧气不足,我们自动除雾的这样一个逻辑,再加上一些二氧化碳的逻辑。这怎么回事呢?如果只是不起雾有时候这个比太高了,过一阵子这个人的氧气就不够了。我们又用二氧化碳传感器,控制车内氧气的逻辑。双层流的空调,上面走通风,下面走循环风这也是一个技术。车箱排气热回升,把这个热会收到,把这个废气排掉。

 

还有一个微环境控制,这个人的舒适性不见得通过很多热量才可以实现,因为舒适性是一个体感。冬天很冷的时候,像黑河零下三十度,到一个车里面如果这个方向盘有100弯左右,它给我带来的体验,这100弯的热值直接在我的手传到身体,这个体验可能超过我付出一千瓦,触碰温度再增加五度,可能有这样的一个大的区别。我们公司也在方向盘加热、座椅加热、远红外加热,利用一些输出模型找一个最优的方案。这是刚开始的时候把这个能量在哪里放上一点点,就可以给人达到一个同样的舒适度。

 

精准控制,车里面有坐人的时候,有不坐人的时候。不坐人的地方就不用空调,哪怕坐了人,人的不同需求我也可以给不一样的控制。玻璃直接加热这是没有橱窗的时候,空气加热玻璃,玻璃再加热外面冰这是很浪费的过程,但是如果有技术可以直接加热玻璃,能源使用效率就会高很多,目前也有这样的一些技术。

 

降低热负荷,像整车隔热加热以及热辐射的玻璃,还有其他的技术,像热气预处理以及热量储存。这是在时间上对着进行平衡。我不需要热和冷的时候我需要储藏起来,等我需要的时候再排放出去。我对热气做了一个归类,但是今天由于时间有限,不可能全都涉及到,所以我们只是把中间的一部分拿出来讲,重点是说一下热泵以及输出精准控制就可以了。

 

热泵。空调国际研究热泵技术也有好几年了,目前市面上的E16已经量产的,这是中国第一款能够在比较低的温度下运行,在零下15以及零下20都跑过,效果还是相当不错。这是直接热泵的技术,它的特点是什么,所谓热泵就加热空气,这个热量加热特别快,比较低温的空气也效率比较高,热泵直接配上热回收,实测效果在零下十度的时候大约整个热管理只需要一千瓦左右就可以实现车箱的平衡。

 

间接热泵系统。先加热水,水再加热空气。这种场合,像空调箱设计比较简单,这里面只需要有一个软活性条就可以了,可以不管这个热量哪里来,可以是发动机来,也可以从热泵里面来,整个空调箱设计比较简单。像平台化的技术有时候采用这种。

 

实现多温驱动,三温驱,四温驱以及传统的风来控制,也用间接热泵系统。直接热泵系统我们会取消混合码PDC只做两驱三驱不是很成熟,三驱以上用直接热泵会有一些限制。

 

多源热回收的技术,我们就回收电机的热。它特点是只要电机有热就可以取,跟环境温度没有关系,环境温度可以很冷,但是通过控制可以把我的热、电机水温一定程度才可以回收,这种环节就没有关系了。我们量产的有一些项目E16包括一些吉利在开发的项目,其实我们在很低的温度都可以实现热回收的功能。

 

电机效率安全目前来讲,城市工况一般来讲有800瓦左右的热量可以回收回来,有一些功耗比较高,路虎城市功耗可以达到两千瓦,整个车辆需求就是四千瓦左右,还是有一些量的。

 

补气增焓技术,我们公司开发还是比较领先,目前全世界就是电装以及空调国际把这项技术推进到整车,在不具备回收的情况下,按照我们公司数据大概有3.2千瓦的自热量,这个效果还是相当不错的。

 

热泵技术在车箱布局中的主要的零部件,涉及到补气增焓模块以及各种阀,相对复杂一些。

不同方案的效率以及零部件的比较,今天由于时间有限就不多讲了。整体而言,间接热泵效率略低于直接热泵,间接热泵是加入水,水没有办法快速变化,我们会把它固定在一个比较高的稳定,它的压比比直接热泵略大一些,所以它的效率略低一些。效率最低的是补气增焓,热回收这种效率是最高的一种。

 

乘员仓的舒适控制,乘员里没有成员不用给空调,不然浪费。另外不同人空调需求不一样,如果没有自动控制,一位女同志如果同样给她风,她可能嫌这个风大,她会把这个风关到一边去,这轴行为在我们看来是一种浪费。所以她的需求过了。如果有系统识别这个人需求,主动给她不要这么冷以及这么热的风,就实现了节能以及提升的输出的体验。

 

订制化舒适模型。有一些人对风俗比较敏感之有一些人对温度比较敏感做了一个矩阵,可以实现对不同人有不同的控制策略。多渠道对于热输送进行精准控制,这个精准控制就是利用很多信息捕捉阳光的来源,车箱控制阳光有时候是很难捕捉到的信息,阳光可以从各个方向来,要么对一个很贵的多方向传感线不见得行,这是我们最近的一个尝试,这个背景是什么呢,现在车都联网了,这个车在地球上经纬度我是知道,车头朝向我是知道,今天天气下雨我是知道的,太阳在哪儿我也知道,另外这些信息通过一个复杂的算法,我就知道这个从这个人哪个方向进来,甚至知道他左边晒太阳还是右边晒太阳,最后可以配动这个电动格达到什么效果,我的风从左边到了我的右边,它可以实现多这样一个效果。一方便输出和车的档就上来了,另外一面也是节能,客户不需要在这里拨来拨去。

 

剩余里程的准确预估。客户有的时候并不是说我嫌里程低,我跑不到哪里去,因为我根本不知道跑多远,因为你的数字不可靠。除了电池使用情况和电机的情况还有一部分是热,我们正在开发一个算法,当客户告诉我要去哪儿,这条线路上交通拥堵情况和天气情况我是知道的,配合我们的热平衡模型可以非常精确的计算出来我的热管理需要耗多少能源,因为热管理是跟实践有关,你待的时间越长,耗的电越多,跟里程没有什么关系。所以拥堵情况对他来讲是比较大的。

 

通过这套系统可以比较精确的算出来,你到底能不能开到那个地方去,或者开到那个地方去还需要多少能源。

 

这就是一个简单的分享。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

 

活动报名

2019年新能源汽车智新峰会
活动地点:
北京裕龙国际酒店
活动时间:
2019-11-05 09:00 ~ 2019-11-06 12:30
报名时间:
2019-06-11 11:36 ~ 2019-11-04 00:00
2019年新能源汽车智新峰会旨在搭建新能源汽车产业发展的交流平台,集聚优势资源,帮助业内人士获取最新的行业情报与资讯,并学习新能源汽车领域前沿技术与创新模式,发现新商机并寻找优秀业务合作伙伴,进一步促进新能源汽车领域的交流与合作。

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