電動(dòng)汽車(chē)HPC功率升級，散熱難題如何解決

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）電動(dòng)汽車(chē)正如火如荼地變革著(zhù)交通出行，動(dòng)力總成電氣化、自動(dòng)化，無(wú)人駕駛趨勢，以及全新移動(dòng)出行業(yè)務(wù)模式的出現，是塑造未來(lái)交通出行轉型的全球三大主流趨勢。這些趨勢都對車(chē)輛的電力和電子架構（E/E 架構）產(chǎn)生了極為深遠的影響。

現在的車(chē)輛和以前相比，數據量的生成、處理和傳遞完全不在一個(gè)數據級，還能通過(guò)各種移動(dòng)通信技術(shù)與其他車(chē)輛和設施進(jìn)行通信，并通過(guò)OTA更新軟件。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)內的傳輸功率也達到了很高的水平，如今的電動(dòng)汽車(chē)內部的電動(dòng)機功率已經(jīng)達到了120kW以上。這些都是電動(dòng)汽車(chē)升級帶來(lái)的便利，但仍存有不少不可忽視的障礙。

續航里程焦慮與HPC

就像許多手機用戶(hù)會(huì )有續航焦慮癥一樣，在電動(dòng)汽車(chē)像智能手機一樣普及的今天，電動(dòng)汽車(chē)的續航里程是否足夠一直是讓許多人心存疑慮的地方。想要延長(cháng)車(chē)輛的續航里程，可以從很多方面進(jìn)行切入。增加電池尺寸從而增加電池容量以此增強車(chē)輛的續航能力自然是其中一種改變。但單純地增加電池容量并不萬(wàn)能的解決辦法，這需要以不增加充電時(shí)間為前提，否則增加電池容量難有足夠的現實(shí)意義。

在這種背景下，大功率充電HPC開(kāi)始被重視起來(lái)。目前，大多數電動(dòng)汽車(chē)配備的充電方案均為交流電AC和3.3 kW單相電源或高達22 kW三相AC。一些高端汽車(chē)可以提供高達150 kW的DC充電功率，并在沒(méi)有可用的直流充電站的情況下使用慢速AC充電作為后備選項。

借助直流快速充電技術(shù)以及高達350 kW的大功率直流快充（HPC DC），電動(dòng)汽車(chē)可以實(shí)現類(lèi)似于燃油車(chē)的“停車(chē)加油”，在短時(shí)間內完成充電，駕駛人員的續航里程焦慮也會(huì )大大減少，HPC的目標是將支持300 km里程的充電時(shí)間壓縮至10分鐘內。

HPC散熱挑戰

汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )SAE、CharIN E.V. 、CHAdeMO等多個(gè)全球協(xié)會(huì )、組織都在推進(jìn)全球新能源汽車(chē)的快速充電標準，大功率充電技術(shù)雖然前景可期，但是它面臨的挑戰也不少，尤其是在熱管理上的挑戰，大電流帶來(lái)的熱損耗和問(wèn)題非常多而且棘手。所有部件（從連接器到線(xiàn)纜）的電阻都會(huì )在大電流下發(fā)熱，針對電池在充電期間出現過(guò)熱的情況，需要在設計導電元件和確定尺寸時(shí)考慮這些熱損失，以免發(fā)生過(guò)載、過(guò)熱或充電電流受控降額等問(wèn)題。

HPC DC幾乎代表了電動(dòng)汽車(chē)中電氣系統最大的負載狀態(tài)，而且在充電時(shí)因為汽車(chē)處于靜止狀態(tài)，沒(méi)有可以用于冷卻的對流，過(guò)熱問(wèn)題會(huì )進(jìn)一步惡化。當電流越大時(shí)，要想以相同的電壓水平傳輸功率而不會(huì )過(guò)熱，所需的電纜橫截面積就越大，這也會(huì )大大壓縮整車(chē)重量和可用空間。

HPC的散熱往往從多個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行，除了材料本身的散熱之外，還存在熱輻射以及通過(guò)冷卻空氣或冷卻劑流動(dòng)進(jìn)行散熱的方式。這些散熱方式各自有各自的效果，比如在充電接口處，充電連接器的主動(dòng)冷卻可以輸送走大量的熱量，所以市面上做HPC快充連接器的廠(chǎng)商很多都在布局液冷技術(shù)。

充電連接器廠(chǎng)商如何應對HPC需求

隨著(zhù)充電功率的上升，為了使現有的直流快充連接器能支持更高的功率水平而不過(guò)熱，連接器廠(chǎng)商紛紛在熱建模、仿真技術(shù)、材料、冷卻技術(shù)上開(kāi)始創(chuàng )新與突破。

液冷充電槍是目前很流行的降低熱損耗的辦法，國內外很多連接器廠(chǎng)商都在布局這條路線(xiàn)，如四川永貴，國內超級快充的頭部廠(chǎng)商走的就是液冷技術(shù)路線(xiàn)，已經(jīng)實(shí)現商業(yè)化量產(chǎn)，客戶(hù)包括吉利、華為、理想等；日豐股份、中航光電等廠(chǎng)商也都推出或即將量產(chǎn)推出自己的液冷快充連接器。國外廠(chǎng)商以歐美廠(chǎng)商為主在大功率上走得更快，日系偏保守功率沒(méi)有拉到很高，比如HARTING作為寶馬和大眾集團的1級供應商目前正在整合液冷與DC快充技術(shù)進(jìn)一步提高功率，菲尼克斯的HPC充電槍具有高精度測溫功能的智能冷卻設計實(shí)時(shí)監測溫度變化等等。

充電連接器設計只是一方面，更高功率的HPC需要建立在熱建模、仿真技術(shù)、材料的創(chuàng )新與突破上。在原始模型開(kāi)發(fā)期間，使用模擬和測試之間的迭代改進(jìn)模型的代數部分，測試無(wú)數條可能存在的負載曲線(xiàn)才能盡可能揭示HPC系統中可以通過(guò)設計變更解決的潛在熱瓶頸，建立起更合適的熱系統模型。

小結

高功率和高續航能力一定是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)必配功能，這反過(guò)來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)了對大容量電池和短充電周期的需要，HPC還會(huì )向更高的功率進(jìn)行突破。只是新的熱建模、新的仿真技術(shù)、新的材料、新的冷卻技術(shù)、新的電源管理技術(shù)等都需要很長(cháng)時(shí)間去摸索。