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诚信在线特斯拉热管理技术发展趋势
发布时间:2022-07-19 12:08

  跟着汽车的电动化和智能化发扬,电动汽车热拘束体例也向着集成化、可控化和精准化对象发扬,热拘束体例计划组织越来越庞杂,对驾驭精度恳求也越来越高。关于电动汽车而言,热拘束体例不单影响乘用车驾乘安闲性,况且也株连安然性和能耗题目。怎样告终电动汽车实质情况下续驶里程和安闲性之间的平均,是电动汽车热拘束体例计划需求处分的题目 [1-2] 。

  特斯拉行为汽车行业的后起之秀,其专一于电动汽车的研发要早于大大批古板汽车企业,经由众年的浸淀与积蓄,现已成为电动汽车行业的领头羊。伴跟着Tesla产物序列的一直丰裕,与其对应的电动汽车热拘束体例工夫也正在举办一直地更新与完备。本文基于特斯拉干系专利对其采用的热拘束体例工夫举办总结,为电动汽车热拘束体例拓荒供应参考。

  特斯拉从 2008年第 1款电动汽车 Tesla Roadster上市,至今依然临盆了5款电动汽车。遵从光阴序列和立室车型,可把特斯拉电动汽车热拘束体例工夫可分为4代。以Tesla Roadster为代外,采用最早一代特斯拉热拘束体例,组织相对浅易,沿用古板汽车热拘束体例思绪,各个热拘束回道相对独立。以 Tesla Model S/X为代外,采用特斯拉第2代热拘束体例,引入四通换向阀,告终电机回道与电池回道的串并连切换,能手业内属于独创。以 Tesla Model 3为代外,采用特斯拉第3代热拘束体例,通过引入电机堵转加热,破除电池回道高压正温度系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient, PTC)下降本钱;乘员舱采暖仍旧采用高压风暖 PTC,但通过从计划组织进步行更正,驯服风暖PTC无法告终乘员舱温度分区驾驭的短板;同时组织上采用集成式储液罐,简化热拘束体例组织安插,下降后期爱护本钱的主意。以Tesla ModelY为代外,采用特斯拉最新一代热拘束体例工夫,正在特斯拉产物序列中初度采用热泵空调体例,与特斯拉提出的电机低效制热形式工夫相集合,可运用于异常情况下乘员舱加热,同时破除乘员舱高压风暖PTC装备俭朴本钱;正在组织上采用高度集成的八通阀模块,对体例众个热拘束体例部件举办集成,同时告终分别热拘束体例办事形式的机动切换。

  特斯拉对电动汽车热拘束工夫举办一直的立异,从工夫上和组织上提出了新的思法,引颈行业发扬,为电动汽车热拘束体例工夫的发扬供应了新的思绪。

  特斯拉第 1 代热拘束体例运用于 Tesla Roadster车型,其热拘束体例拓扑组织如图1所示,蕴涵电机回道、电池回道、空调暖通(Heating Ventilation and Air Conditioning, HVAC)回道和空调回道,各回道功用相对独立,分别回道之间的耦合度相对较小。

  电机回道上安插有驱动电机、电子驾驭单位、电子水泵、膨胀水箱、电机散热器和冷却电扇。其重要效率是对电机回道上各电子部件举办散热,担保各电子部件办事正在合理的温度限度。

  电池回道上安插有动力电池、热相易器、膨胀水箱、高压PTC和电子水泵。其重要效率是对动力电池举办温度治疗驾驭,正在低温情况下,对动力电池举办加热,改良动力电池的低温本能;正在高温情况下,通过与空调体例交互的热相易器,对动力电池举办冷却,担保动力电池的本能和运用寿命。

  HVAC回道上安插有散热器、高压PTC、饱风机、热相易器和电子水泵。其重要效率是对乘员舱温度举办治疗,正在低温情况下,通过高压风暖PTC对饱风机吸入的低温氛围举办加热,为乘员舱举办采暖;正在高温情况下,通过与空调体例交互的热相易器,对HVAC回道举办冷却,经散热器对饱风机吸入的高温氛围举办冷却,为成员舱举办制冷。

  空调体例采用古板单蒸发器空调,回道上安插有压缩机、冷凝器、膨胀阀、热相易器和干燥瓶。由压缩机驱动冷媒工质举办制冷轮回,通过热相易器对电池体例回道和HVAC体例回道举办制冷。

  其余,电机回道和HVAC回道上安插有3个驾驭阀,可告终电机回道余热为HVAC回道加热的主意,正在低温情况下,成员舱有制冷需求,通过HVAC回道的散热器对饱风机吸入的低温氛围举办预加热,俭朴高压PTC花费的电能。

  Tesla Model S/X车型采用特斯拉第2代热拘束体例,相关于第1代热拘束体例,集成度更高,初度引入四通阀驾驭组织,可告终电机回道与电池回道的串并联形式。其余,空调体例采用双蒸发器组织。其热拘束体例拓扑组织如图2所示。

  空调体例仍旧采用古板空调,相对第1代体例,引入了成员舱内蒸发器和冷媒-水热相易器(Chiller),诀别告终成员舱和电池回道的制冷。当成员舱有制冷需求时,通过空调冷媒正在室内蒸发器内的相变吸热流程对乘员舱举办制冷,这种体例正在第1代空调的本原上,破除了HVAC冷却回道,告终空调体例对乘员舱的直接制冷流程,制冷成效更好。空调体例与电池回道通过Chiller热相易器举办换热,可对空调制冷量举办准确分派,减小电池回道的主动冷却流程对乘员舱制冷安闲性的影响。当乘员舱有采暖需求时,采用高压风暖PTC举办乘员舱进气加热。

  电机回道相较于第1代体例,填充了与电池回道相耦合的四通阀组织,其余对冷却部件有所调治,填充了车载充电机的冷却。正在组织上,仍旧采用外置低温散热器对回道举办冷却,但正在此本原上,新增三通阀组织,可告终对外置低温散热器的短接,正在不需求散热的景况下,较好地避免了众余热量的散失,为电机余热接纳行使供应本原。

  因为电池回道和电机回道采用同样的冷却工质,通过引入四通阀驾驭,可告终电池回道和电机回道的机动交互。正在整车冷启动工况下,当电池体例有加热需求,可治疗四通阀的开启形态,告终电机回道和电池回道串联,运用电机体例的余热为电池体例举办加热,裁汰高压PTC为电池加热所花费的电能。正在情况温度低于必然值,同时电池有冷却需求,电机回道温度低于电池回道,可治疗四通阀的开启形态,告终电机回道和电池回道串联,通过电机回道的散热器为电池体例举办冷却,俭朴空调体例为电池冷却所需求的能量花费。

  当整车运转工况、电池体例和电机体例的办事形态,不餍足两热拘束回道串联形式的景况下,则驾驭四通阀开启形态,告终两回道并联。对电机回道和电池回道的热拘束需求举办独立驾驭。

  尤其指出,正在最终量产车型上,实质热拘束体例安插组织不妨按照实质景况会有所调治,好比 TeslaModel S采用双冷凝器安插组织,而Tesla Model X采用单冷凝器安插组织。但其与图2所示的热拘束拓扑组织没有本色的区别,正在此不再零丁敷陈。

  以Tesla Model 3为代外的车型采用特斯拉第3代热拘束体例。相关于第2代热拘束拓扑组织,没有本色上的不同,更众的是填充了少少新的工夫运用,同时组织计划上更凸显集成化。正在风暖PTC、驱动电机和储液罐组织计划上均有较大的工夫立异,下面将诀别举办先容。

  空调体例仍采用古板空调体例,重要用于乘员舱制冷和动力电池回道的主动冷却流程。乘员舱采暖仍旧采用高压风暖PTC组织,但相关于第2代热拘束体例,从风暖PTC的组织计划端举办了更正,驯服风暖PTC无法告终分区驾驭的缺陷。

  特斯拉空调箱体例采用风暖PTC举办乘员舱加热,PTC采用正温度因子资料随长度转折的加热管。可告终驾驶座与副驾驶座的分区加热驾驭,风暖PTC加热体横跨驾驶侧风道与副驾驶侧风道,如图3所示。诚信在线

  风暖PTC加热器由众个加热芯构成,每个加热芯沿长度对象可分为8个单位,可对每个单位采用的正温度系数电阻资料用量举办设定,如图4所示。正温度系数电阻资料用量分别,正在接通电流后,会爆发分别的热量和外观温度,于是可告终2侧气体流道内的分别吹风温度。通过拔取性地对1个或众个加热芯举办IGBT开合驾驭,最终告终驾驶侧和副驾驶侧的分区温度驾驭。

  目前风暖PTC大家无法告终分区驾驭。特斯拉对热拘束部件层面举办斟酌,正在其他厂家集体采用水暖PTC告终空调分区驾驭的景况下,特斯拉仍对峙采用风暖PTC工夫途径,从部件的计划入手,正在保存风暖PTC升温反响疾的利益本原上,处分风暖PTC的短板,拓宽风暖PTC的运用场景。

  驱动电机采用油冷电机,与电机回道通过热相易器告终热量转达,同时电机新增低效制热形式,通过电机驾驭器新的驾驭体例,可告终电机发烧形式,通过四通阀驾驭,告终与电池回道的串联,采用电机低效制热形式用于电池回道的加热,相应的破除电池回道的高压PTC,裁汰本钱。采用电机低效制热形式对电池回道举办加热的运转如图5所示。

  正在异常冷启动工况下,电池有急速加热需求,正在电机与电池回道串联的景况下,电机平常余热无法餍足电池升温速度需求,则驱动电机进入低效制热形式。通过电机驾驭器治疗电机定子线圈挽回磁场与转子永磁体的相位角,告终分别的电机效果。驱动电机进入电机低效制热形式,对电机定子线圈举办驱动天生热量,同时担保电机转子挽回或静止。

  集合尤其计划的电机润滑油流道,告终电机低效制热形式下的驱动电机热量迁移,通过热相易器,把电机低效制热形式下天生的热量迁移到电池回道,用于电池体例加热。电机低效制热形式可告终宏伟于电机寻常驱动形式下的生热,于是可破除电池回道的高压PTC,减省体例本钱。电机低效制热形式下的润滑油和热流量活动如图6所示。

  古板热拘束体例蕴涵豪爽的热拘束部件和管道,同时采用繁众的软管和接头举办贯穿,填充了悉数热拘束体例运转流程中的失效危害点。其余,因为各部件安置场所分别,正在整车装置流程中需求花费豪爽的光阴和人工本钱。

  特斯拉采用集成式储液罐计划,告终膨胀水箱与热拘束体例的加热与冷却部件高度集成,如图 7 所示。该集成模块可能蕴涵四通阀、电机水泵、电池水泵、Chiller热相易器、诚信在线散热器和履行器等部件,通过组织更正,裁汰不需要的热拘束体例管道和接头贯穿数目,简化热拘束体例正在整车上的装置办事量,减省整车装置光阴和后期爱护本钱。

  特斯拉第4代热拘束体例运用于特斯拉最新车型Tesla Model Y,其热拘束体例拓扑组织如图 8 所示。蕴涵空调体例回道、电机体例回道和电池体例回道。

  相关于特斯拉以往热拘束体例,正在Tesla Model Y车型上,特斯拉初度引入热泵空调体例。该空调体例重要是担任乘员舱的采和暖制冷功用。正在组织上,该空调体例没有零丁修立外置冷凝器,通过热相易器和管道贯穿,与电池回道和电机回道举办耦合,告终悉数热拘束体例的热量交互。

  正在运用驱动电机运转低效制热形式为电池体例加热的本原上,新增空调体例压缩机和饱风机电机的低效制热形式。正在异常低温启动景况下,驾驭空调压缩机和饱风机的电机进入低效制热形式,行为电加热器运用,空调压缩机的电机可天生8 kW足下的热量,而饱风机电机可爆发400 W的热量,正在破除乘员舱高压PTC,更换为2个低压PTC的景况下,或许担保热泵体例正在-30 ℃情况下牢靠稳固运转。同时改良热泵办事噪声,告终优异的NVH本能。

  因为该热泵体例与电池回道通过热相易器告终耦合,而动力电池又具有质地大热容高的特征,动力电池也行为该热泵体例的1个热量存储装备,按照整车实质运转工况,判决是否为动力电池加热或从动力电池吸热。

  Tesla Model Y 热泵空调体例采用了功用强健的整车热拘束预治疗办事形式,可通过 Tesla MobileApp、车载轮回日程App和自适宜估计步伐举办驾驭,后面这一种可识别用户上班光阴,同时估计出典范的驾车启程光阴。

  正在组织上,特斯拉对Tesla Model Y的热拘束体例进一步集成化,采用了集成歧管模块 [9] 和集成阀门模块。集成歧管模块把庞杂的热拘束体例管道举办集成,可有用的与集成阀门模块告终配合安置,集成阀门模块为八通阀组织,可看作是2个四通阀的集成。如图8中虚线 特斯拉热拘束体例工夫发扬时序

  可能看出,跟着上市车型的换代,特斯拉热拘束体例工夫也正在一直地更新。伴跟着热拘束体例新工夫的运用,正在组织集成上,特斯拉也举办了一直的立异,不单商量热拘束体例功用的告终,况且对整车装置以及后期爱护容易性都作了兼顾。

  (1)特斯拉第1代热拘束体例计划相对浅易,各回道相对独立,乘员舱空调体例采用间接制冷体例,采用阀门驾驭可告终电机回道余热对乘员舱加热。

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