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電動汽車HPC功率升級,散熱難題如何解決

lPCU_elecfans ? 來源:未知 ? 2022-12-23 18:20 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報道(文/李寧遠)電動汽車正如火如荼地變革著交通出行,動力總成電氣化、自動化,無人駕駛趨勢,以及全新移動出行業(yè)務模式的出現(xiàn),是塑造未來交通出行轉(zhuǎn)型的全球三大主流趨勢。這些趨勢都對車輛的電力和電子架構(gòu)(E/E 架構(gòu))產(chǎn)生了極為深遠的影響。

現(xiàn)在的車輛和以前相比,數(shù)據(jù)量的生成、處理和傳遞完全不在一個數(shù)據(jù)級,還能通過各種移動通信技術與其他車輛和設施進行通信,并通過OTA更新軟件。同時,電動汽車內(nèi)的傳輸功率也達到了很高的水平,如今的電動汽車內(nèi)部的電動機功率已經(jīng)達到了120kW以上。這些都是電動汽車升級帶來的便利,但仍存有不少不可忽視的障礙。

續(xù)航里程焦慮與HPC

就像許多手機用戶會有續(xù)航焦慮癥一樣,在電動汽車像智能手機一樣普及的今天,電動汽車的續(xù)航里程是否足夠一直是讓許多人心存疑慮的地方。想要延長車輛的續(xù)航里程,可以從很多方面進行切入。增加電池尺寸從而增加電池容量以此增強車輛的續(xù)航能力自然是其中一種改變。但單純地增加電池容量并不萬能的解決辦法,這需要以不增加充電時間為前提,否則增加電池容量難有足夠的現(xiàn)實意義。

180kW HPC,開邁斯

在這種背景下,大功率充電HPC開始被重視起來。目前,大多數(shù)電動汽車配備的充電方案均為交流電AC和3.3 kW單相電源或高達22 kW三相AC。一些高端汽車可以提供高達150 kW的DC充電功率,并在沒有可用的直流充電站的情況下使用慢速AC充電作為后備選項。

借助直流快速充電技術以及高達350 kW的大功率直流快充(HPC DC),電動汽車可以實現(xiàn)類似于燃油車的“停車加油”,在短時間內(nèi)完成充電,駕駛?cè)藛T的續(xù)航里程焦慮也會大大減少,HPC的目標是將支持300 km里程的充電時間壓縮至10分鐘內(nèi)。

HPC散熱挑戰(zhàn)

汽車工程師協(xié)會SAE、CharIN E.V. 、CHAdeMO等多個全球協(xié)會、組織都在推進全球新能源汽車的快速充電標準,大功率充電技術雖然前景可期,但是它面臨的挑戰(zhàn)也不少,尤其是在熱管理上的挑戰(zhàn),大電流帶來的熱損耗和問題非常多而且棘手。所有部件(從連接器到線纜)的電阻都會在大電流下發(fā)熱,針對電池在充電期間出現(xiàn)過熱的情況,需要在設計導電元件和確定尺寸時考慮這些熱損失,以免發(fā)生過載、過熱或充電電流受控降額等問題。

HPC DC幾乎代表了電動汽車中電氣系統(tǒng)最大的負載狀態(tài),而且在充電時因為汽車處于靜止狀態(tài),沒有可以用于冷卻的對流,過熱問題會進一步惡化。當電流越大時,要想以相同的電壓水平傳輸功率而不會過熱,所需的電纜橫截面積就越大,這也會大大壓縮整車重量和可用空間。

HPC的散熱往往從多個方面同時進行,除了材料本身的散熱之外,還存在熱輻射以及通過冷卻空氣或冷卻劑流動進行散熱的方式。這些散熱方式各自有各自的效果,比如在充電接口處,充電連接器的主動冷卻可以輸送走大量的熱量,所以市面上做HPC快充連接器的廠商很多都在布局液冷技術。

充電連接器廠商如何應對HPC需求

隨著充電功率的上升,為了使現(xiàn)有的直流快充連接器能支持更高的功率水平而不過熱,連接器廠商紛紛在熱建模、仿真技術、材料、冷卻技術上開始創(chuàng)新與突破。

液冷充電槍是目前很流行的降低熱損耗的辦法,國內(nèi)外很多連接器廠商都在布局這條路線,如四川永貴,國內(nèi)超級快充的頭部廠商走的就是液冷技術路線,已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn),客戶包括吉利、華為、理想等;日豐股份、中航光電等廠商也都推出或即將量產(chǎn)推出自己的液冷快充連接器。國外廠商以歐美廠商為主在大功率上走得更快,日系偏保守功率沒有拉到很高,比如HARTING作為寶馬和大眾集團的1級供應商目前正在整合液冷與DC快充技術進一步提高功率,菲尼克斯的HPC充電槍具有高精度測溫功能的智能冷卻設計實時監(jiān)測溫度變化等等。

菲尼克斯

充電連接器設計只是一方面,更高功率的HPC需要建立在熱建模、仿真技術、材料的創(chuàng)新與突破上。在原始模型開發(fā)期間,使用模擬和測試之間的迭代改進模型的代數(shù)部分,測試無數(shù)條可能存在的負載曲線才能盡可能揭示HPC系統(tǒng)中可以通過設計變更解決的潛在熱瓶頸,建立起更合適的熱系統(tǒng)模型。

小結(jié)

高功率和高續(xù)航能力一定是未來電動汽車必配功能,這反過來進一步推動了對大容量電池和短充電周期的需要,HPC還會向更高的功率進行突破。只是新的熱建模、新的仿真技術、新的材料、新的冷卻技術、新的電源管理技術等都需要很長時間去摸索。


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