联思一辆电车的“至暗时期”。年合将至,车票和机票均已售空,你只好开车回北方老家过年。固然你仍然做到“安若泰山”——每隔一两百里策划好充电站;全身裹紧厚衣服,裁减取暖能耗;老淳厚实正在慢车道匀速匍匐。怎样“坐骑”偏偏不争气,1000公里竟然充了5次电。望着列队车流,你的破产到了极点:
正如“冷水泡不开麦片”,锂离子的运动与境遇温度相合,它们十分喜好正在15°C—35°C之间充放电,赶过该边界就会控造充放电的电流。举个极度例子,正在零下30°C,磷酸铁锂电池的放电功率只要常温的10%。
然而,新能源汽车的电池然则个“硕大无朋”,思从低温境遇中加热到适宜温度,既要酌量电池可以经受的升温速率,又要酌量热统治体系可以安静输出的加热功率,还要照看用户等候暖机的耐心,这些均对“加热器”提出了很高的央浼。谁能担此重担?
一条新旧本领的更替弧线正慢慢表露。跟着新能源汽车拓荒的深刻促进,加热本领也正在一贯演进——从早期的PTC加热器、电加热器,到近年来崛起的热泵体系,再到方今本领日益成熟并具备更高加热效劳的厚膜加热本领。跟着厚膜加热本领的广博操纵,另日商场方式会被改写吗?
客岁12月,坐标黑龙江漠河。一场由某头部汽车费讯APP主导的“冬测”拉开序幕。大跌眼镜的是,仅三款车型的纯电续航竣工率越过50%。多家车企公然质疑其专业性,乃至有有名CEO亲身下场“硬刚”。
各执一词之中,起码有一点能够确定:热统治的优劣,直接影响新能源汽车的续航竣工率、能耗扩充比例,并最终出现出区其它用户体验。
燃油车时间,动员机热效劳达40%安排,汽车能够接纳余热,无需特意造热。电动车时间,动员机下线%,没有了“废热”,造热也成为了先进车企们务必啃下的“硬骨头”。
于是,各大厂商都正在苦练内功。比亚迪通过E平台三代产物迭代,其一体化热统治体系通过热泵、六通阀等部件,可以达成刀片电池、电驱和座舱三者间的热量互通;幼鹏P7热统治体系采用一体化储液罐策画和单热敏电阻加热计划,应用一个四通阀达成整车体系级的热轮回。
“领头羊”特斯拉的热统治体系更是通过多次改良——从2000年的阔别式热统治操纵着手寻求,至2020年确定Model Y八通阀本领的高集成度计划——踏上一条从阔别到会集、从粗放到工致、从板滞化到智能化的演进之道。
1.0热统治体系——Tesla Model S/X车型。引入四通阀驾驭布局,可达成电机回道与电池回道的串并联形式;空调、电互相并联并独立事情;旅客舱造热通过加热器HVCH( PTC )达成。
2.0热统治体系——Tesla Model3 /Y车型。Model 3 采用五通阀,并扩充新的本领操纵;Model Y采用大集成式八通阀,纠合热泵、空调体系、加热器、电驱动和电池热统治回道,优化了电机堵转本领、智能热统治算法和标定本领。
3.0热统治体系——Tesla Model ?目前正正在研发中。估计将基于2.0本领架构,进一步优化能量接纳体系,体系热统治算法,以及标定本领。
沿着上述团体轮回、团体兼顾、高度集成的进化倾向,另日热统治体系加倍必要提拔驾驭精度、协同材干。个中,新型加热器的首要性凸显。
它该当餍足哪些要求?——既能实时、精准地感知体系温度,席卷零部件的动态余热;又能安静、高效地加热,保障扫数组件正在最佳温度中运转;还能缩短充电时辰,延伸电池寿命等等。
本身原始本能足够霸道。兼具高效和节能;兼具悠久和安静,正在较长时辰内坚持恒定的功率输出,温度上升并不会导致功率明显低浸。
成亲新能源汽车的成长倾向。800V高压平台饱励全部电动汽车工业链升级换代。这央浼席卷新型加热器正在内的其他高压部件需遵照800V 举行策画、拓荒和验证。同时,顺应高度集成的热统治体系。这央浼新型加热器不单要餍足闭环功率驾驭,还能达成多温区梯度成立,便于智能操控。
重中之重,本钱肯定要更低。新能源车企“卷”字当头,最直观的便是“价钱战”。据测算,一台纯电动汽车的热统治体系高达7050元/套,燃油车仅为2800元/套。
开源证券测算,2025年我国汽车热统治体系商场空间希望达1235.6亿元,个中新能源乘用车热统治体系商场空间希望升至880.1亿元,复合年均伸长率贴近30%。东吴证券测算,国内狭义乘用车热统治体系的商场空间将从2022年的820.80亿元伸长至2026年的1320.77亿元,复合伸长率为12.63%。基于环球2500万辆揣测,2025年团体新能源乘用车热统治商场份额到达1800亿国民币。个中,高压液体加热器估计五年内滋长为250亿商场周围,十年内滋长为450亿的商场周围。
主流造热形式分解出了两种本领途径——PTC加热器、热泵体系。但二者的合连不瑕瑜此即彼,更像是一对“塑料搭子”。为何这么说?
PTC,即正温度系数热敏电阻。当境遇温度低浸,PTC电阻也会低浸。此时,正在恒定电压下通电,电阻变幼会导致电流增大,通电的发烧量就会随之变大,就能起到加热的成果。
PTC加热存正在两种计划,水温和风暖。前者是通过PTC加热冷却液,再与散热器举行热换取;后者则是冷氛围直接与PTC举行换热,最终吹出暖风。
本领已然成熟,题目正在于PTC造热能耗很高,紧要缩减了电动汽车的续航里程。举个例子,一台2kW的PTC加热器,全功率事情一个幼时要损耗2度电。倘使遵照百公里耗15度电揣测,2度电约等于13公里的续航里程。正在本质景况中,体系还会对PTC的功率举行驾驭:挡风玻璃除霜,约莫必要PTC功率到达2-3kW;加热冷却液,恐怕必要PTC功率到达6kW安排。
热泵,即热量“搬运工”——将低温“物体”,比方车表冷氛围的热量吸进来,通报到工质内,再压缩工质使其升温。最终,由高温工质通过冷凝器与车内氛围举行换热,达成暖风的功效。
损耗的电能仅为驱动压缩机的电机和风机运行的电能。相较之下,氛围中能接收的热能可就多人了。终于,从热力学的角度看,只须没到零下273°C(绝对零度),表界氛围老是有能量的。
咱们平淡用COP(能效比)量度空调器本能,COP值越大声明转化效劳越高、越节能。表面上,热泵造热COP值到达2-4之间。即,雷同能耗下,热泵发作的热量是PTC的2-4倍。
低温境遇中,热泵容易“撂挑子”——零下20°C,热泵的COP值会变为1,近乎于不事情的状况;零下10°C—0°C,热泵的COP值为1-2,就比PTC强了一点。为此,特斯拉会正在零下10°C—0°C启动辅帮PTC,帮帮造热;等温度越过0°C后,又换成热泵事情。高合HiPhi X采用间接式热泵,低温下同样必要将PTC举动辅帮热源,疾捷取暖。
综上,PTC本领简易,弱点是天禀材干有限,担心静且耗电;热泵天花板高,弱点是本钱高,且本领不足成熟,另日本领如CO₂热泵尚正在发育中,目前必要其他计划打配合。
远水解不了近渴,既能疾捷替换PTC,又能与热泵重组“好搭子”的计划呼之欲出——厚膜加热本领。
该本领的道理是给导电质料通电,应用电阻加热效应将电能转化为热能。固然与PTC均为电热转换,但重心恰是“导电质料”的辨别。
PTC是以BaTiO3为基的半导体陶瓷,拥有电阻率随温度升高而增大的特点,导致发烧功率不稳。题表线年,科学家发掘,BaTiO3陶瓷中参预微量的稀土元素后,其室温电阻率才大幅度低浸。
而厚膜加热本领,恰是应用稀土厚膜电热质料,正在百般基板(不锈钢、氧化铝、氮化铝、玻璃、陶瓷等等)上,通过丝网印刷工艺,举行通电发烧,达成从电能到热能的转换。
更协同。厚膜加热器正在启动电流、纹波电压及纹波电流方面优于 PTC本领,对整车电气体系影响更幼,保障整车本能的安静性与牢靠性,正在百般温度要求下均能坚持优异的加热成果。
更高效。厚膜加热器的热效劳比PTC 本领足足逾越7%,既省电,还能明显抬高电动汽车的续航里程。
更疾捷。厚膜加热器的齐备启动时辰只需30毫秒,而“以疾见长”的PTC加热器却必要约 28秒能力到达全功率输出。
更精准。厚膜加热本领采用PWM驾驭,不单能做到闭环功率驾驭,还能够实时、精准地感知体系温度,从而达成更精准的温度驾驭,餍足新一代热统治体系的更高央浼。
更安静。比拟于国内PTC 加热器较高的失效劳,工艺决计厚膜加热器的筑造能被周密驾驭与端庄把合,正在质料安静性、产物相似性遥遥当先。
更长命。厚膜加热器的功率衰减特殊低,正在长久应用中能够坚持安静的功率输出,这意味着长命命与长久高本能。而PTC 加热器功率衰减会跟着时辰加剧,质料老化会进一步影响其本能。
更划算。厚膜加热本领拼装简单、保卫本钱低等良好特点,使其正在本钱驾驭上更具逐鹿力,显显露广博的商场操纵潜力。
更抗压。正在800V高电压平台日益渗入的大后台下,可以稳稳抗住1500V高压的厚膜加热本领,希望替换“限额650V”的PTC本领,成为另日行业的主流挑选。其它,厚膜加热器可以完备顺应区别规格的电源电压,为多种车型供应挑选。
正因如许,跟着近两年厚膜加热本领日臻成熟,浩繁国际著名汽车筑造商,如多人、宝马、奔跑、奥迪、沃尔沃着手率先拥抱厚膜加热本领;特斯拉Model 2、本田、丰田、吉祥、幼米、上汽等品牌正正在接续跟进。
目前,厚膜加热本领幼荷才露尖尖角。另日几年内,该本领希望先正在中高端车型中庖代古板PTC加热器,并慢慢操纵于中低端车型。谁能正在研发上抢占先机,谁就能正在新能源汽车热统治规模吞噬首要商场份额。
2021年,极氪001搭载着一款新型高压液体加热器(HVCH)闪亮上市。这套奇特的“暖宝宝”采用了厚膜加热元件(TFE),记号着厚膜加热本领正在新能源汽车规模落地成熟。
与当先的PCT加热器相同,上述新型厚膜加热器也是由国际厂商筑造。同样地,其它HVCH本领,如稀土薄膜,电热管,电阻等等还是由国际厂商主导话语权。然而,正在“不出海就出局”的此日,思要餍足合规性,无缺的本土常识产权愈发首要。
比如,稀土厚膜的升温速度可以从几十到数百°C/sec,其秘耿介在于浆料配造——区别配方对应厚膜区其它功率密度,从而达成温升速度的分歧。
又比如,稀土厚膜必要通过相仿丝印的本领造备,掩盖正在曲/平面的导热基板上。表面来看,曲面厚膜对空间需求更幼,承压材干更强,操纵边界更广。但正在本质印刷造备中,曲面的印刷工艺难度巨大于平面。奈何保障浆料掩盖的周到性、印刷平均性与相似性,是造备工艺务必冲破的“拦道虎”。
于是无论是浆料配造不服均导致温度上下纷歧,抑或是印刷中的杂质影响覆膜成果等等,都恐怕成为稀土厚膜“爆膜”的罪魁。倘使厚膜筑造厂商只笃志于某个临盆合键,不具备全套本领拓荒体例,以及丰盛的办理经历,则无法冲破底子困难,更何道量产交付。这恰是国际厂商长久吞噬优势的原由。
近两年,聚焦于愈发成熟的厚膜加热本领,国内草创企业成为了“急前卫”。个中,一支名为苏焱电子的团队崭露头角。
苏焱电子设立于2022年11月,是一家笃志于新能源汽车热统治体系拓荒的企业。公司固然年青,但其高管团队均来自环球著名Tier1,具备国际化视野。重心成员已正在汽车行业具有近二十年的创业与从业通过,具备丰盛的量产、品控和交付经历。
其一,高功率密度与轻量化。个中一款产物功率为5KW~9.5KW,重量驾驭正在2Kg,体积不到3L。整套液体加热用具备高功率密度,既能供应足够的热量,又能餍足轻量化需求。
其二,高效节能。苏焱电子目前拓荒的三款产物热效劳均大于 95%,高于PTC 本领7%,可以有用提拔能源应用效劳。
其三,低温本能保护。正在雷同测试要求下,苏焱产物来到17°C仅需25秒,而PTC产物要足足花费50s。其高效的加热体系确保电池正在低温下坚持最佳本能。
更为要害的是,苏焱电子具有无缺的本土常识产权,希望达成厚膜加热本领的国产替换。不日,苏焱电子发通告终切切级国民币天使轮融资,本轮融资由轩元资金领投。目前,公司已筑成数十万套的产能,得回多家乘用车和商用车企业的采购订单定点函,并盘算正在今年度内启动批量临盆。
手握热统治重心科技,侧重眼下贸易化落地,同时紧跟另日商场动态,是苏焱电子成为行业标杆的不二秘诀。
“短期内,以厚膜加热器为重心,进一步提拔产物的商场占据率;正在中长久计谋中,结构热泵体系,慢慢转型为新能源汽车热管分办理计划的全方位供应商。”正如CEO童百灵所言,“苏焱电子将正在新能源汽车热统治体系规模吞噬一席之地,为环球电动汽车商场供应更高效的办理计划。”能够料思,正在新能源规模,又一个国产替换的故事正正在被书写。
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