3.電動車熱管理開發的重點及對行業的挑戰與機遇-孫西峰.pdf

《3.電動車熱管理開發的重點及對行業的挑戰與機遇-孫西峰.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《3.電動車熱管理開發的重點及對行業的挑戰與機遇-孫西峰.pdf（29頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、電動車熱管理開發的重點及對行業的挑戰與機遇東風汽車集團有限公司研發總院 孫西峰2024.01.13行業背景電動車對熱管理系統的要求東風汽車公司的CO2熱泵開發工作行業的挑戰與機遇21 行業背景1.1 新能源汽車產業政策推動行業快速發展 政策導向 雙碳政策企業燃油消耗量與新能源積分管理辦法節能與新能源汽車技術路線圖2.0新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）十四五規劃和2035年遠景目標綱要工信部2020.06.22修訂中國汽車工程學會2020.10.27發布國務院2020.11.02發布全國人大2021.03.12表決通過節能 減排安全 環保 發展綠色能源用技術提升，解決碳排放問題關于

2、加快推進充電基礎設施建設 更好支持新能源汽車下鄉和鄉村振興的實施意見關于延續和優化新能源汽車車輛購置稅減免政策的公告國家發展改革委員會2023.05.17 印發財政部、稅務總局、工信部2023.06.21 印發穩步 推進堅定不移發展新能源、有條不紊推進碳達峰31 行業背景1.2 整車發展趨勢驅動電機技術進步 可控性、能量轉換效率、零件數量、使用壽命、和NVH特性均優于內燃機 永磁同步電機已成為電動汽車上的絕對主流結構簡單、效率高 多合一的電控系統是未來的大勢所趨電機、電控、減速箱、DC-DC動力電池技術進步 高能量密度的固態電池、半固態電池、鋰硫電池等技術接近成熟，固態電池的能量密度有望突破5

3、00wh/Kg 大電芯無模組的發展方向基本明確，刀片電池、CTP、CTB和CTC等技術都已得到應用 超級快充技術正在迅猛發展，充電功率有望突破480Kw 分布式驅動輪邊電機甚至是輪轂電機是發展方向技術進步將技術進步將快速快速推動電動車普及并實現對燃油車的替代推動電動車普及并實現對燃油車的替代41 行業背景1.3 國際環保法規對汽車空調制冷劑的要求p蒙特利爾議定書禁止CFC類物質應用中國2000年禁用R12p聯合國氣候變化大會達成巴黎協定要求減緩溫室氣體排放p蒙特利爾議定書基加利修正案限制HFCs類物質使用與排放2000中國禁用R121992氣候變化公約2016巴黎協定生效達成基加利修正案201

4、7歐盟禁用R134aR-12時代2021美國禁用R134a2023日本禁用R134a2024中國限制使用R134aR-134a時代？制冷劑禁用時間推移圖 R1234yf作為替代品 R744(CO2)已量產 R1234yf作為替代品 R1234yf作為替代品 R744(CO2)在研1989蒙特利爾議定書生效2021.09.15基加利修正案在中國生效1985維也納公約臭氧層空洞問題全球氣候變暖制冷劑禁用及替代 中國屬于A5第一組國家，將從2024年開始限制HFCs使用行業背景電動車對熱管理系統的要求東風汽車公司的CO2熱泵開發工作行業的挑戰與機遇62 電動車對熱管理系統的要求2.1 純電動車的能源

5、構成 純電動車接受、存儲、傳輸、利用的都是電能 對應的是充電、儲電、放電和電能與機械能的轉化過程 電能的傳輸、轉化與使用必然伴隨著熱能的產生沒有采用超導材料 產生的熱能必然導致溫度升高 所有部件都需要在合適的溫度下達到熱平衡電池、電機、電控72 電動車對熱管理系統的要求2.2 熱管理系統應保證各主要部件的熱安全n 動力電池 充電、放電的過程都會產生熱量 溫度高導致活性增加，超過臨界溫度后，將產生熱失控起火、爆炸 電池在低溫下，活性降低充放電功率和可用電量均迅速下降 電芯之間溫差過大將導致電池性能受限 熱管理系統應將電池溫度控制在高效可控的區間，并維持溫度均勻性82 電動車對熱管理系統的要求2.

6、3 熱管理系統應保證各主要部件的熱安全n 驅動電機永磁同步 線圈通電工作必然產生熱量產生溫升 線圈漆包線的絕緣性與溫度有關高溫燒電機 高溫將導致轉子永磁體產生退磁效應電機性能下降 高溫將導致潤滑油粘性降低，偏離正常工作區間 熱管理系統應控制電機溫度不超過溫度保護值92 電動車對熱管理系統的要求2.4 熱管理系統應保證各主要部件的熱安全n 電控系統 功率器件的通斷運行必然會產生熱量IGBT、MOSFET、IPM 溫度過高將導致功率器件的物理損壞水冷、直冷（電動壓縮機）熱管理系統應控制電控功率器件不過溫102 電動車對熱管理系統的要求2.5 保證乘員艙的熱舒適性n 汽車乘員艙人員密度高，對溫度舒適

7、性要求高；n 圍護結構為金屬車身+非金屬內飾隔熱保溫性能差n 圍護結構有大面積的玻璃陽光輻射傳熱占比大n 夏季需要制冷維持車身內溫度23左右n 冬季需要制熱小風量，高送風溫度45左右n 春秋季應實現風擋玻璃除霧功能先冷卻除濕，再加熱空氣n 冬季要實現風擋玻璃除霜功能112 電動車對熱管理系統的要求2.6 盡量減少熱管理系統的能源消耗 熱管理系統的壓縮機、PTC、水泵、風機等部件都需要消耗能源 熱管理系統所有能源消耗均來源于動力電池系統 熱管理系統能耗是僅次于行駛系統能耗的整車第二大能源消耗大戶 整車續駛里程尤其是冬季續駛里程不足，仍然是純電動車的短板和痛點 盡量提升熱管理系統的能效比 盡量回收

8、整車產生的余熱熱熱管理系統對管理系統對電動車的安全性、動力性、可電動車的安全性、動力性、可靠性、經濟性、舒適性都將產生重要影響！靠性、經濟性、舒適性都將產生重要影響！122 電動車對熱管理系統的要求2.7 汽車空調制冷劑的特點比較CO2制冷劑不存在否決項，并且在多個對比項目上存在明顯優勢項目R134aCO2R1234yfR290環保性全球變暖系數GWP1501430140.02臭氧系數ODP=00000燃燒性不燃不燃弱可燃易燃A3生物毒性消費用戶無毒無毒燃燒后有毒有麻醉作用排放后的化學穩定性穩定穩定生成三氟乙酸（有毒）易氧化分解成本20元/輛0.5元/輛500元/輛3元/輛制造工藝環保生產過程

9、會排放HCL副產品回收，碳封存生產過程會排放HCL石化產品副產物工作壓力3MPa14MPa3.4MPa2MPa制冷性能能效比待提高略低于R134a雙級換熱不佳制熱性能低溫性能較差性能強項低溫性能差專利已過保護期無在保護期內無供應商國內有國內有國外公司控制專利國內有132 電動車對熱管理系統的要求2.8 東風公司研發總院的熱系統技術路線 基于行業發展形勢和前期已開展的工作，東風汽車集團有限公司研發總院決定，開發下一代電動車熱管理系統CO2熱泵系統目標1：滿足環保法規要求溫室效應系數GWP150臭氧破壞系數ODP=0CO2目標2：節能效果明顯提高制冷：能效比COP1.8（夏季對續駛里程影響25%）

10、制熱：能效比COP3.0（冬季對續駛里程影響30%）熱泵系統高效環保的CO2制冷劑熱管理系統是電動車的理想解決方案行業背景電動車對熱管理系統的要求東風汽車公司的CO2熱泵開發工作行業的挑戰與機遇153 東風汽車公司的CO2熱泵開發工作研發歷程初驗技術具備可行性組建聯盟，構建產業鏈雛形設備投資，支撐技術研發系統驗證，確認性能效果整車驗證，確認實車可行性道路可靠性驗證，確認量產可行性推向量產，引領產業鏈發展2017 年國內首家投入研究推動技術落地，引領產業鏈發展163 東風汽車公司的CO2熱泵開發工作3.1 解決CO2熱泵系統及零部件的耐高壓問題 根據CO2系統運行工況，制訂各零部件的與壓力有關的

11、技術規范；研究不同零部件的耐壓性提升方法 采用多重的壓力保護措施3.2 解決CO2熱泵系統的密封性問題 電動車熱泵只能在總裝車間完成裝配不可能采用全封閉獨立式系統；根據整車壽命要求和保修政策分解整車密封性指標至各零部件；建立管接頭標準3.3 提升CO2熱泵系統在高溫環境下的制冷能效比 采用有利于提升制冷能力和能效比的技術；開發高能效比的系統控制策略 換熱器優化設計 制冷管優化設計17u 滿足整車空調系統制冷和采暖性能u 40環境下，制冷量滿足使用要求，能效比達到1.8u-30環境下，制熱量滿足使用要求，性能強勁3 東風汽車公司的CO2熱泵開發工作車型 R134a CO240km/h-10min

12、出風口溫度8.97.8頭部溫度27.426.240km/h-40min出風口溫度8.37.9頭部溫度23.122.8100km/h-60min出風口溫度8.27.9頭部溫度2221.20km/h-90min出風口溫度8.87.8頭部溫度23.825.4車型R134a CO2系統40km/h-10min出風口溫度36.739.8車內溫度14.219.840km/h-60min出風口溫度5246車內溫度312980km/h-80min出風口溫度5048車內溫度30300km/h-110min出風口溫度6050車內溫度3735車型CO2熱泵實測舒適性目標40km/h出風口溫度4645車內溫度1823

13、80km/h出風口溫度4845車內溫度22250km/h出風口溫度5045車內溫度2525CO2熱泵系統20min，A、A、B區80；25min，100%除凈（法規要求：20minA區80%，40min B區95%）40整車制冷量滿足要求；-20 整車制熱量滿足要求；-30 熱泵系統仍可正常工作；-18 整車除霜試驗滿足要求；183 東風汽車公司的CO2熱泵開發工作整車驗證效果_續航節能表現-7低溫采暖，節能效果明顯；35制冷能耗比R134a系統略有提升。單空調采暖時，相比采用PTC系統，節能約65%各個循環下的平均功率-7整車CLTC續航試驗35整車CLTC續航試驗單空調制冷時，相比R134

14、a系統消耗功率升高約200W。193 東風汽車公司的CO2熱泵開發工作3.4 提升CO2熱泵系統的可靠性 根據可能出現的運行工況，制訂嚴格的壓縮機運行可靠性要求 閥類產品可靠性提升 換熱器耐壓性能提升 管路可靠性提升50-30熱區/寒區極端氣候試驗99項評價項目150000km可靠性實測均能正常運行經歷寒區、熱區道路標定試驗，可靠性道路驗證，系統表現良好；行業背景電動車對熱管理系統的要求東風汽車公司的CO2熱泵開發工作行業的挑戰與機遇214 行業的挑戰與機遇4.1 R134a熱泵產業鏈無法直接轉產CO2熱泵對應產品 CO2系統運行壓力數倍于R134a系統，耐壓強度無法滿足要求；CO2與大多數橡

15、膠材料不兼容，導致軟管和O型圈無法沿用；CO2的單位體積制冷量數倍于R134a，導致壓縮機排量不一致；不再需要電加熱器對PTC加熱器行業產生沖擊 現有R134a零部件的生產線、檢測設備及工裝模具都不能沿用224 行業的挑戰與機遇4.2 需要為CO2熱泵系統建立完整的產品開發體系 CO2跨臨界循環需要揚長避短，系統原理與R134a系統截然不同；CO2系統的試驗檢測設備與R134a系統不兼容；需要為CO2的零部件建立專用的技術標準體系；將引入噴射器、膨脹機等全新技術和產品；需要專門培訓CO2熱泵系統產品開發人員?，F有R134a產品開發體系需要進行重大調整。234 行業的挑戰與機遇4.3 CO2產品

16、初期成本偏高，可能影響主機廠的方案選擇 CO2系統前期研發成本和生產設備攤銷導致成本顯著偏高于R134a系統；首先采用CO2系統的主機廠，將承擔新技術應用的高成本；市場競爭激烈，以此為由提升整車的市場銷售價格基本不可行；主機廠基于成本收益，不會主動選擇采用CO2熱泵技術；基于純粹的市場經濟運行規則，CO2熱泵很難邁出市場應用的第一步。99項評價項目150000km可靠性實測244 行業的挑戰與機遇4.4法規將推動制冷劑的重大變革汽車空調采用自然工質的路線將更加明晰p 中國政府正在推進落實蒙特利爾議定書基加利修正案 2023.12.29國務院公布了修訂版消耗臭氧層物質管理條例；將修訂中國履行關于

17、消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書國家方案p 歐盟穩步推進PFAS限制法案；所有含至少一個全氟甲基CF3或全氟亞甲基CF2的碳原子化合物；ECHA科學委員會正在對收集的反饋意見進行綜合評估；法案將于 2025 年生效，并允許有 18 個月的替代品過渡期p 美國對汽車空調制冷劑的管理；EPA通過對SNAP的更新對制冷劑的應用進行管理；R134a已經被移除SNAP HFO-1234yf和R744目前在SNAP中，可以合法使用；CO2制冷劑是滿足上述所有法規的公約數，可以在全世界適用！制冷劑是滿足上述所有法規的公約數，可以在全世界適用！254 行業的挑戰與機遇4.5 電動車熱管理系統市場容量巨大 202

18、3年新能源汽車總銷量958萬輛，占汽車總銷量比例超過30%；根據中汽數據預測，2030年新能源汽車占比將超過60%，達2000萬輛；電動車熱管理系統市場容量將達到每年1000億元；熱管理系統對于純電動車的普及將起到至關重要的作用：l 提升低溫寒冷環境下整車續駛里程；l 解決超級快充的動力電池溫度穩定性。CO2熱管理系統的制冷性能提升還有巨大空間：CO2熱泵是最適合的技術路線熱泵是最適合的技術路線264 行業的挑戰與機遇4.6 中國有可能在CO2制冷劑技術路線上占據世界領先地位。在R12R134aHFO-1234yf技術路線上，外資企業優勢明顯；汽車空調采用CO2技術路線，相當于換了賽道重新開始

19、比賽；電動車CO2熱管理系統還處于百花齊放、百家爭鳴的階段，沒有領先者；中國企業在CO2技術研究能力和生產制造能力上具有一定的優勢：整車企業可以為中國的車企提供上車應用，試錯改進的機會；中國的電動車市場，中國的電動車市場，可以為可以為CO2熱泵技術的熱泵技術的快速迭代提供成長空間快速迭代提供成長空間274 行業的挑戰與機遇國家 出臺支持車載CO2系統應用推廣的產業政策 開展CO2熱泵技術的示范運營 為CO2熱泵技術研發設立專項科研基金。整車企業 積極在量產車型上采用CO2熱泵技術 明確對熱管理系統的功能需求和性能要求行業學會、協會 牽頭帶領各企業形成產業鏈聯盟 開展共性技術難題攻關 積極做好標準化體系建設。系統及零部件企業 協同發展，發展熱管理系統原創技術 實現產業化布局 努力快速降低CO2熱管理系統的生產成本CO2系統期待的支持u CO2熱泵已經具備量產應用條件和良好發展前景，但需要全產業鏈共同努力推動感 謝 聆 聽