日經BP對中國比亞迪（BYD）的純電動汽車（EV）「海豹（SEAL）」進行拆解調查，弄清了熱管理系統的全貌。海豹的熱管理系統中值得一提的是，電池的冷卻/加熱採用冷媒直冷方式。與日本豐田、德國福斯、美國特斯拉採用的水冷方式有所不同。

  　　

　　冷媒直冷方式是指繞過空調的熱泵系統、通過把冷媒注入貼在電池上的冷卻板來對電池進行冷卻/加熱的方式。水冷方式是從熱泵系統通過板式換熱器等將熱量從冷媒傳遞到水（冷卻劑）、以水作為熱介質調節電池溫度。

 　　

　　如果單從電池來看，只不過是用冷媒冷卻還是用水冷卻的差異而已。但是，從純電動汽車的整體熱管理系統來看，兩者的差異隨處可見。

   　　

　　4家公司的熱管理一舉公開

   　　

　　下面比較一下各公司的熱管理系統。圖1～4分別顯示出比亞迪「海豹」、豐田「bZ4X」、大眾「ID.3」、特斯拉「Model Y」的熱管理系統的概要。不過，這裡省略了一些未弄清楚的零部件。

 　

圖1 比亞迪海豹的熱管理系統概要 （來源:日經XTECH）

　

圖2 豐田bZ4X的熱管理系統概要 （來源:日經XTECH）

　　

圖3 大眾ID.3的熱管理系統概要 （來源:日經XTECH）

　

圖4特斯拉Model Y的熱管理系統概要　 （來源:日經XTECH）

　　 

　　

　　豐田、大眾、特斯拉均採用了把空調以外的熱管理全部整合到水回路中的「水集中型」系統。至於豐田，空調製熱也採用水回路。相比之下，比亞迪只有逆變器和馬達用水冷卻，其他則使用冷媒進行冷卻/加熱。與3家公司不同的選擇體現了比亞迪的個性。

 　　　

　　冷媒直冷重量輕、成本低

 　　

　　比較一下圖1～4的回路圖，水集中型看起來更加井井有條。但實際上，隨著水泵和切換閥等零部件的增加，「冷媒回路可以更輕、更緊湊地整合系統」（某汽車零部件製造商的技術人員）。在成本方面，也存在「水回路價格更高」（同前）的趨勢。  

 　　

　　另一方面，與冷媒相比熱容更大的水具有可承受電池等突然發熱的優勢。「純電動汽車搭載的電池容量逐年增加，水集中型正在成為主流」（同前）。

   

　　在使用冷媒的潛熱（狀態變化的能量、汽化熱）進行冷卻的冷媒直冷方式中，蒸發後的冷媒氣體的溫度大幅上升。因此，存在電池冷卻板的冷媒入口附近充分冷卻、但出口附近有時幾乎不冷卻的情況，容易産生冷卻不均（圖5）。

 　

圖5 冷媒直冷方式的冷卻不均的示意圖 水冷方式（左）與冷媒直冷方式（右）的區別。從冷媒直冷方式來看，冷媒蒸發變為氣體後溫度大幅上升。（來源:日經XTECH）

　　　　 

　　由此可知，冷媒直冷方式適用於車輛的裝載容積有限的緊湊型純電動汽車等。例如，日産的輕型純電動汽車「櫻花」（Sakura、電池容量為20kWh）採用冷媒直冷方式。由於搭載的電池容量小，發熱量少，因此不需要像水冷方式那樣高的冷卻性能。在成本方面也具有優勢。

 　　

　　但是，調查上述對比的4款車型的電池容量後發現，雖然不同車型存在差異，但海豹的電池容量為82.5kWh、bZ4X約為71kWh、ID.3約為58kWh、Model Y約為75kWh，實際上海豹的電池容量最大。那麼，為什麼海豹能夠採用冷媒直冷方式呢？有分析認為，原因與電池種類的不同有關。 

 　　

　　利用磷酸鐵鋰電池的溫度特性設計熱管理系統？

   　　

　　海豹採用磷酸鐵鋰（LFP）類的鋰電池（圖6）。而bZ4X和ID.3則搭載使用鎳（Ni）、錳（Mn）、鈷（Co）作為正極材料的三元類（NMC）鋰電池。Model Y使用的是正極材料採用鎳、鈷、鋁（Al）的NCA類鋰電池*。

 　　

圖6 從海豹上取出電池的情形 （攝影:加藤康）

 

* Model Y 的部分車型搭載磷酸鐵鋰電池。

   

　　對於海豹熱管理系統的設計依據，一家汽車零部件製造商的技術人員提出看法稱，「磷酸鐵鋰類電池與三元類（以及NCA類等高能量密度的鋰電池）相比，溫度特性優越。或許是由於不需要嚴格的溫度管理而採用了冷媒直冷系統」。

   　　

　　溫度特性是指電池在環境溫度下不易降低性能的性質。當電池暴露在低溫或高溫環境中時，電壓會發生變化，出現本來的性能無法發揮或加速老化等情況。

   　　

　　磷酸鐵鋰類電池「由於電解液難以分解」（電池專家），高溫情況下的溫度特性優異。具體來説，「三元類電池應控制在60℃以下，而磷酸鐵鋰類電池則可以承受到80℃左右」（同前）。因此，可以認為就算面臨上述的冷卻不均，磷酸鐵鋰類電池也不易出現老化。

    　　

　　比亞迪的海豹採用了以安全性高、價格低廉為賣點的磷酸鐵鋰電池。可以看出受益於高溫特性卓越的磷酸鐵鋰電池，通過採用冷媒直冷方式的熱管理系統，有進一步降低成本的意圖。

 　　

　　石橋拓馬  日經XTECH/日經製造

資料來源：日經XTECH

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/02462/060800009/

    

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