《孫子?兵勢》：“故善戰者，求之於勢，不責之於人，故能擇人而任勢。”意思是治軍不嚴、教導不明而致敗局，這都是將領的過錯。電池包中的每個電芯都是為電動汽車增加能量的小兵，如何統領這些小兵，不讓他們“熱失控”而自燃，並能在極端天氣下對他們“噓寒問暖”，讓其獲得更強的續航能力，背後需要壹名出色的“將領”——熱管理系統。
■夏天，如何遏制自燃這壹兇手？
從2020年純電動車型申報情況來看，有部分車型所搭載的三元鋰電池系統能量密度高達180Wh/kg甚至190Wh/kg。如果車輛在熱管理系統上不達標，這種高能量密度的電池就很容易埋下安全隱患。
“工信部的這壹標準無疑設置了新能源汽車領域電池安全性的壹個新門檻。”法雷奧中國首席技術官顧劍民博士在與汽車之家溝通時表示。但在他看來，這項標準有些“治標不治本”，因為電動汽車安全的最終目標不是5分鐘預警，而是不斷提升設計和制造水平，最終達到單個電芯不失控，或者是單個電芯失控後不會引起整個電池包起火爆炸。
事實上，作為能量載體，本質完全安全的電池是沒有的。每種電芯和電池系統在熱失控的過程中存在很大差異，不是每壹家車企都有能力築起這5分鐘的“生命墻”。單單把壓力轉嫁到動力電池上並不合適，電動車是否安全也與車企自身的技術實力有關，電池熱管理系統則是重要的壹個環節。
為防止電池自燃，熱管理系統這壹“將領”的首要職責就是“控溫”，不讓底下的小兵（電芯）因熱失控而自燃。電池的習性與人相似，既受不了太熱，也不喜歡太冷，最適宜的工作溫度在10-30℃之間。當溫度過高時，電池熱管理系統通常有兩種方式給電池降溫，即風冷和液冷。
『特斯拉采用液冷式電池熱管理系統』
風冷，壹句話解釋即“走路帶風”，其技術簡單、成本低（約為1200元）且便於維護，但它很難達到散熱均衡，電池內部的整個溫度很容易產生差異。在電動車發展初期，由於占主導的磷酸鐵鋰電池熱穩定性較好，對散熱要求相對較低，因此熱管理系統無需太復雜，使用風冷技術即可，早期代表車型有日產聆風、北汽新能源EC、豐田普銳斯等。
然而，目前電池的能量密度越來越高，無論是主流的高鎳三元電池，還是對結構大改造的磷酸鐵鋰電池，都對電池熱管理系統提出了更高的要求，當前電池散熱系統正由風冷向液冷傾斜。液冷主要通過電池管道內的液體來控制電池的溫度，降溫效果較好，使整個電池的溫度達到均衡，但缺點也很明顯，其技術難度要大於風冷，成本高（約為3500元），以及體積大，如果車廠在熱管理系統設計上布局不佳，整個電池的能量密度就會下降。據統計，高爾夫GTE、蔚來ES6、比亞迪唐新能源、特斯拉Model 3等車型都采用了液冷方式，預計液冷技術的市場滲透率已超60%。
俗話說，壹顆老鼠屎壞了壹鍋粥。如果說某個電池單體發生了熱失控，相鄰單體電池也會相繼熱失控並蔓延。有什麽辦法可以早期預防？或者在發現壹個電池單體熱失控時就盡早“掐斷”它？
顧劍民告訴汽車之家，“電池安全不是某個技術點的問題，而是整個系統問題。電池熱管理系統的根本作用是讓電池工作在壹定的適宜溫度範圍內，維持最佳的使用狀態和效率，用來保證電池系統的性能和壽命，而不是在電芯熱失控後再阻止。”
此前有關電動汽車自燃的案例都活生生地表明，電動汽車壹旦自燃，除非用大量的水降溫，單單用壹些小型幹粉滅火器根本無法遏制，大部分情況是眼睜睜地看著它全部燒光為止。“可見，電池熱管理需要在設計早期就幹預，利用壹個集成的優化平臺來實現結構、熱量、疲勞和壽命等耦合來防止熱失控。壹旦發生熱失控要馬上能監測出並提前報警，讓駕駛員有足夠時間逃離至安全地方。”顧劍民說道。
當然，為了終極目標，業內在電池熱管理技術上仍不斷探索。據悉，美國Allcell Technology公司曾開發出壹款基於相變材料（可以在液態和固態之間切換的壹種材料）的電池熱失控隔離材料PCC。在針刺實驗中，壹個由18650電池組成的4並10串的電池組，在沒有使用PCC材料時，壹個電芯熱失控最終引發了電池組中20個電芯發生熱失控，而采用PCC材料的電池組中，壹個電芯熱失控並未引發其它電池組熱失控。該方法被認為是最有潛力的電池熱管理發展方向，但目前仍處於實驗室階段。
■冬天，被凍的電池如何“續命”？
除了重新審視電動汽車的安全，續航也是消費者購買電動汽車的壹大焦慮問題。目前有不少新車型在申報時稱其續航能達到600km，甚至700km以上，但真正的實際效果如何？“電動車申報的續航，實際使用打個8折，開空調再打個6折。”壹位業內人士對此調侃道。由於電池不受熱，也不耐寒，要保證電池在最適應的溫度下工作，就要耗損許多電量。
相比夏季，極寒天氣下更是對電池是壹種殺傷力。比如現在的壹些手機，在寒冷的大東北，如果不在手機背後貼暖寶寶，沒幾分鐘就只剩下60%的電量，再壹會直接給妳關機了。手機變“磚頭”已經苦不堪言，如這種情況換成在行駛的電動汽車上，儼然就是壹場噩夢。
對於傳統汽車來說，發動機本身會攜帶大量熱量，冬天暖風動力消耗很少，但對於電動汽車來說，少了發動機這壹熱源，動力電池除了要給驅動汽車提供能量，還要再分出壹部分精力在暖風耗電上，損耗極大。因此，壹套完整的電池熱管理系統還需要在冬季這壹關鍵時刻，為電池預熱，並協同空調熱管理系統，讓電池發揮出最大的續航能力。
現階段，電動汽車的暖風空調大都會額外安裝壹個PTC加熱器作為補充。它的工作原理和我們使用的“熱得快”相似，能使管道裏的冷卻液迅速升溫，給電池包供暖，其構造簡單、成本低廉，但它的電能消耗巨大。
以上還是保守的算法，冬季使用PTC方案采暖對電池仍是極大負擔。如果加熱效率達不上，電動汽車冬季續航減半也絕不是很誇張的說法。
難道就沒有壹個更好的方法能給續航“保鮮”嗎？答案是有的，新的熱泵空調能有效緩釋電動車采暖帶來的續航問題。相比PTC的“電能轉化熱量”，熱泵系統是“電能搬運熱量”，沒有能量損失，制熱效率更加高效。據Hanon研究，相同的環境下，熱泵采暖的制熱效率是PTC的1.8-2.4倍，且節能效果顯著，能將取暖造成的損失裏程減少至壹半。
熱泵空調有這樣的優勢，傳統車企們自然不會冷眼旁觀，包括奧迪R8 e-tron、寶馬i3、日產聆風、起亞Soul以及捷豹I-PACE等已采用熱泵系統。在國內，華域三電是最先實現熱泵空調量產的零部件企業，其熱泵空調配套了上汽乘用車旗下的榮威Marvel X和Ei5兩款電動車。
『榮威Marvel X熱泵空調系統』
然而，熱泵系統仍處於發展階段初期，裝載滲透率仍不足10%，技術上還存在低溫啟動難、成本高等問題。“在低溫情況下（-10℃至0℃區間），相比傳統的PTC加熱技術，法雷奧的熱泵技術可以將能耗最大降低30%左右，但是在極寒情況下（低於-10℃），壹般建議用熱泵和PTC***同來提供熱量，這也是目前行業內的***識。”顧劍民對此表示。
最近有個經典案例，特斯拉不久前宣布了壹項關於熱泵系統的新專利，預計將首先應用於Modle Y。該技術在設計中取消了傳統PTC，而是將壹個低壓PTC（起輔助作用）集成在熱泵空調裏，再結合電池系統、功率電子驅動系統和整車的系統回路整合在壹起，建立了壹套模塊化系統。“特斯拉的這壹‘打法’改變了軟件和硬件的關系，也改變了車企內部不同系統設計的協同概念，而這種新的組織方式短期內傳統車企很難跟上。”壹位汽車電子工程師對此評論。
『來源：Model Y車主手冊』
■電動車熱管理，國內廠商的新奶酪？
與傳統燃油車相比，電動汽車的熱管理系統新增了電動壓縮機、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器等部件，系統集成度及復雜度更高，成本由傳統車的1910元左右上升至電動車的5280-9920元（2020年預測數據）。對於零部件企業而言，電動車熱管理系統是壹塊新奶酪。
追溯過去，在傳統的汽車熱管理領域中，海外零部件巨頭電裝、翰昂、法雷奧、馬勒四家企業合計占據全球汽車熱管理市場54%的份額（2017年數據）。正因為此，這些企業在切換至電動車熱管理領域得心應手，有先發制人的優勢。
『法雷奧新能源汽車熱系統（包括熱泵和電池熱管理系統）示意圖』
如法雷奧目前占據全球電池熱管理系統15%的份額，為諸如特斯拉Model 3等車型提供冷卻板，並在2019年拿下大眾ID.3、標致e-208等電池熱管理及熱泵訂單，***實現營收362億元，占公司總營收23.7%；電裝在2017年研發的新型熱泵搭載於豐田普銳斯Prime PHEV上，工作範圍可擴展至-10℃，比原先版本節能63%，使得車輛的續航裏程提高21%；馬勒以熱泵為基礎，開發了壹套集成式熱管理系統可提升電動車冬季續航裏程最高達20%，目前正在樣車測試中。
這樣來看，電動汽車熱管理這壹核心技術又被海外企業掐住了“命門”？不完全是，空調系統因為技術更新較少，傳統熱管理巨頭能把自己的優勢順利平移，但電池熱管理系統是壹個完全新生的領域，還沒有企業能夠搭起技術壁壘。
國內熱管理企業如銀輪股份、三花智控、奧特佳、松芝股份等近年也在積極拓展電動車熱管理領域。雖說國內企業有機會動了電動車熱管理這壹奶酪，但它們更多是切入熱管理Tier2領域，在系統集成能力上與國際熱管理巨頭相比仍有欠缺，如騰龍股份雖然向特斯拉提供熱管理零部件，但中間還需要通過翰昂美國公司進行集成。
從趨勢上看，國內傳統汽車熱管理廠商從單個部件向系統集成化拓展已成必然，如銀輪股份在2020年3月與特斯拉簽署協議，為其提供汽車換熱模塊產品；公司熱泵系統將於今年下半年批量供貨於江鈴新能源；2021年開始將向吉利PMA純電動平臺配套熱交換總成產品。可見，新能源汽車所帶來的機遇有可能將熱管理市場的座次重新排位，而國內廠商的競爭優勢來源於兩點：貼近市場和低成本，未來還需要由Tier2上升到Tier1，綁定整車廠開發更精細的熱管理系統，以提升自己的話語權。
■寫在最後：
如今，新能源汽車補貼新政延長，同時還強調了“技術指標穩定”，這都給了車企更長的緩沖期。希望車企不再盲目追求“能量密度”，也不要因為降低成本而偷工減料，讓消費者陷入續航減半、安全等多重焦慮中。電動汽車想要“浪”，熱管理得先跟上。
對於未來新能源汽車熱管理的發展，顧劍民提出了兩點趨勢：壹是智能化熱管理，熱管理系統未來壹定會結合智能座艙，為用戶帶來更舒適的體驗，如自動調節最適宜的座艙環境溫度；二是支持快充和超充，充電難和充電慢是目前影響電動汽車用戶體驗的兩大痛點，縮短充電時間，比如以特斯拉V3超充樁，需要迅速帶走熱量，這也需要電池熱管理系統來協助完成。（文/汽車之家 彭斐）