2024/10/22
对中国极氪（Zeekr）的纯电动汽车（EV）“007”进行拆解后，拆解项目小组收集了压缩机、散热器、各种管道等热管理系统相关零部件并对其进行复原。以此为基础，自己绘制回路图，详细分析了空调和各组件的冷却/加热运行状态，从中发现了极氪的设计理念。
热管理系统是决定EV性能的极其重要的系统。目的是充分利用整台EV的热能，减少能量消耗，同时将空调、电池、马达等的温度保持在最佳水平，最大限度发挥EV的性能。热管理系统的优劣直接关系到EV的方便性，包括车内舒适性、续航距离、充电速度等，因此可明显体现出汽车厂商的实力差距。
极氪“007”的热管理系统
此图为拆解后重组的零部件。（摄影：加藤康）
007的热管理系统电路图
制冷剂回路用黑色表示，水回路用蓝色表示。（出处：日经XTECH）
空调回路还能除湿加热
“从来没有见过集成这么多功能的空调系统”。
在生产汽车空调和EV热管理系统的日本三电（Sanden）负责设计空调系统的技术人员看到007的制冷剂回路后惊讶地表示。“在许多汽车厂商倾向于削减空调系统成本的情况下，007的空调系统相关零部件的数量可能是迄今为止我们调查过的EV中最多的。可以推断出极氪为空调功能投入了相当大的力量”，该技术人员表示。
与日经BP过去拆解调查过的美国特斯拉的 “Model 3”和德国大众的“ID.3”进行比较，这一点一目了然。以控制流路或对制冷剂进行减压的阀门类零部件的数量为例，Model 3和ID.3为5至7个左右，而007配备了10个，回路也更加复杂。
因此，007可使用能量效率出色的制冷循环（热泵）系统，实现比其他公司车型更多的空调模式。特别值得一提的是除湿加热模式。据前面那位技术人员介绍，仅靠制冷剂回路就能进行除湿加热的车辆十分罕见，“我只知道有两三款车能够做到这一点”。
除湿加热功能是将空气冷却到露点温度（凝结露珠的温度）以下并除去空气中的水分，然后将空气重新加热，再送出干燥温暖的空气。在冬季清除汽车前挡风玻璃的雾气等情况下，这种功能非常方便。无法使用发动机废热作为热源的EV，在除湿加热时一般使用电加热器。007采用热泵系统，虽然制冷剂回路会变得复杂，成本也会增加，但与电加热器相比，能量消耗较小，可以延长续航距离。
极氪重视能量效率的理念还体现在零部件设计上。仔细观察一下车外冷凝器单元和空调（HVAC）就会发现，在并排的两个制冷剂用途和水（冷却液）用途的热交换器中，制冷剂用热交换器配置在上风一侧。空气先通过的热交换器可以交换的热量更大，系统效率也会更高。看到这样的设计，该技术人员认为：“在007的热管理系统中，制冷剂回路可能是主角。可以由此看出极氪的设计理念，那就是要通过将制冷循环效率提高到极致来减少能量消耗”。
从侧面看到的HVAC
用来加热空气的冷凝器和辅助加热的热交换器相对于用来冷却空气的蒸发器（evaporator）呈“八”字形排列。制冷剂回路用途的冷凝器配置在比水回路用途的热交换器更上风的位置。（摄影：加藤康）
下面以除湿加热模式为例，详细介绍一下007的制冷剂回路。在这种模式下，开闭阀B和膨胀阀C关闭。压缩机喷出的高温高压制冷剂蒸汽，通过车内冷凝器释放热量之后，变成高温高压液体。然后，制冷剂分岔至车内和车外，经过膨胀阀减压之后，通过车内蒸发器和车外冷凝器（这里作为蒸发器发挥作用）进行蒸发。此时通过从周围吸收热量（汽化热）来冷却空气。
除湿加热（冷却器关闭）模式示例
没有制冷剂流动的回路用灰色表示。（出处：日经XTECH）
另一方面，经过车内蒸发器的空气被冷却到露点以下并进行除湿后，立即被冷凝器加热。通过调整膨胀阀A和B的打开角度，可以控制送往车内和车外的制冷剂流量，从而调节车内温度。在加热能力不够的情况下，会启动水回路辅助加热功能。
007的空调运行模式除了除湿加热外，还可以进行制冷、吸收外界空气进行加热、回收废热进行加热。加上用来冷却水的冷却器功能，共有5种基本模式，这些模式结合在一起，可以控制整个车辆的热量。
在快充冷却方面做出了妥协？
三电的技术人员对007功能丰富的空调系统和追求能量效率的巧妙零部件设计表示佩服，他同时指出：“冷却器的尺寸让人有违和感”。
冷却器（热交换器部分）的尺寸为宽65mm×进深100mm×高70mm左右。“设计成这个尺寸的话，估计交换热量最多只有1到几kW左右。相对于电池规格来说，似乎没有足够的冷却能力”，该技术人员表示。
007的冷却器
位于发动机舱内车辆右轮侧。（照片：加藤 康）
007配备的Zeekr自主开发的磷酸铁锂（LFP）电池支持最高输出500kW的超快速充电。然而，技术资料中指出可充电电池的温度范围为-20～60℃，技术人员对此提出疑问：“在夏季快速充电时，是否真的能够保持在规定温度以下？” 。
007由于采用了800V的高电压系统以及自主开发的电池内阻降低技术等，可能已经足够抑制快速充电时的发热。或者，增强了空调功能而在电池的冷却性能上做出了妥协，实际上可快速充电的环境温度范围可能有限（例如外界温度低于30℃），这种可能性较高。
水回路由三个系统组合而成
接下来，我们来关注水回路。水回路主要由以下三个系统组成：[1] 车内辅助加热 [2] 电池加热或冷却 [3] 驱动系统冷却＊。每个系统都配备一个用于循环水的输水泵。通过组合输水泵的开/关设置和三条流路切换阀（一个四通阀和两个三通阀）的方向，可以支持各种运行模式。
＊[3] 还包括马达和逆变器以及功率电子、电子控制单元（ECU）的冷却。马达本身采用油冷，但通过安装在电动轴外壳上的热交换器，将水的冷热量转移到油中进行冷却。
具体而言，有12种运行模式可通过组合[1]和[3]的开/关，以及[2]的加热/冷却/关机来实现，电路上是可行的。
水回路的运行模式组合
三个系统的运行状态组合形成了2×3×2=12种运行模式。（来源：日经XTECH）
始终流动加热水的[1]车内辅助加热系统与始终流动冷却水的[3]驱动系统冷却系统采用独立的流路结构，以避免水混合。在此基础上，如果需要加热电池，则将[2]系统连接到[1]，如果需要冷却电池，则将[2]系统连接到[3]。
例如，在车内辅助加热/电池加热/驱动系统冷却模式下，车内辅助加热和电池加热的电路是串联连接的。由加热泵送出的水经过加热器加热后，通过车内热交换器加热车内空气。之后，水经过储水箱加热电池，再返回加热泵。另一方面，流经驱动系统的水则不与流经电池的水混合而独立循环。
车内辅助加热/电池加热/驱动系统冷却模式示例
加热用的回路用橙色表示，冷却用的回路用蓝色表示，水不流动的回路用灰色表示。车内辅助加热和电池加热的电路是串联的，而驱动系统的电路是独立的。（来源：日经XTECH）
为了确保热源，水的冷却（放热）主要依靠散热器进行空冷，如果冷却能力不足，则启动制冷剂回路，从冷却器获取冷热。而水的加热则利用驱动系统等产生的废热，如果加热能力不足，则启动电加热器。
最后，介绍一些分解的情况以及热管理相关部件的一部分。
前引擎盖下的发动机舱情况
发动机舱中央后方的最高处安装有储水箱。储水箱内充满了粉红色的冷却液。整个系统使用大约13L的冷却液。（照片：加藤 康）
冷却器周围的制冷剂回路
发动机舱内部的情况。在拆掉前电动车轴等以后可以看见。照片中央的千层状部件是冷却器，通过制冷剂冷却水。左下角的圆筒部件是蓄能器（气液分离器）。（照片：加藤 康）
恢复后的热管理系统从上方拍摄的情况
照片下方是车辆的前方。向后延伸的水管道穿过车辆底部连接到后驱动系统。照片上方的大黑色装置是HVAC，存放在车内仪表板内。其余部件则存放在发动机舱内。（照片：加藤 康）
四通阀和三通阀A融为一体的水管部件
用于切换水回路流路的核心部件。连接有8个水管口。该部件连接了冷却器，水与制冷剂在冷却器内进行热量交换。（照片：加藤 康）
四通阀和三通阀A内部的情况
阀内有一个球形部件，通过该部件的旋转来切换流路。（照片：日经XTECH）
三通阀A内的球形部件
侧面有缺口，旋转角度的不同会改变流路的宽度。通过切换流路同时调整流量。（照片：日经XTECH）
水加热器
适用于800V电源电压的水加热器。额定功率为7.4kW。与美国博格华纳（BorgWarner）生产的形状非常相似。值得一提的是，博格华纳2022年8月宣布已获得中国一家汽车制造商的订单，向其新款纯电动汽车供货。（照片：加藤 康）
压缩机
使用的制冷剂是R-134a，制冷剂加注量为925克。（照片：加藤 康）
石桥拓马 日经XTECH/日经Electronics
资料来源：
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Original article: http://cn.nikkei.com/columnviewpoint/column/56947-2024-10-22-05-00-01.html?print=1
由 jpichiban