電動車下一個技術高地:熱管理

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若能改善熱管理系統,將能一併改善電動車續航力、充電速度和電池壽命等問題。 圖片來源:Justin Sullivan/Getty Images

隨著電動車逐漸成為汽車市場主流,過去研發的焦點一直放在摩打與電池上,前者是速度與舒適度的核心,後者決定了續航力與行車距離。但隨著這兩大領域的技術已連續多年遇到突破不了的門檻,電動車製造商把目光放到另外一個足以左右電動車發展的科技:熱管理

Telsa 創辦人 Elon Musk 曾稱,熱管理中的關鍵零件「八通閥」(Octovalve)是其電動車「最重要的零件之一」;「日經汽車」總編輯木村雅秀也表示,熱管理已成為電動車時代的重要競爭主軸,因為只要有效散熱,就能一次過改善電動車續航力和充電時間的兩個課題。

其中,日本第一大汽車零件廠電裝(Denso)居於領先地位,電裝的能源管理系統能統合熱能與電力,涵蓋電動車的動力傳動系統、電池和空調,預計在 2025 年左右投入實際應用,並展示出三項目前電動車無法提供的價值。

第一項價值,是延長續航里程。例如冬天的暖氣,不用電池電力產生熱,而是改用高效能熱泵,也就是回收汽車外部熱量,將其壓縮來提高車內的溫度。在需要暖氣的冬季,據說新方式能延長續航里程 3 成左右。將摩打和逆變器排出的熱能再利用,里程又能再延長 5%。

第二項價值,是縮短充電時間。電裝希望在盛夏快速充電時,提高冷卻效能,將充電時間削減到過往的 3 分之 1。汽車原本就配備冷凍循環系統,利用冷媒的循環來提升冷氣效果,只要再與能源管理系統結合,就能提升充電的冷卻效能。

第三項價值,是延長電池壽命。只要能抑制電池劣化的原因,包括溫度上升和冷卻不均,就能延長電池壽命約 2 成。電池組的溫度變化範圍,也控制於攝氏 10 度至 40 度的範圍內。

為了更有效利用熱能與電能,電裝將各種零件彼此連繫,所有設計都引入 3D 數碼數據的 MBD 系統。不只能呈現熱能的移動方式,也能看到各種條件對熱能的影響。這些都是過去人工計算時,無法掌握的數據。

熱管理屬於新興的熱門領域,包括德國博世(Bosch)等世界知名零件製造商競爭激烈。據富士 Chimera 綜研預測,2030 年汽車零件市場規模將達到 40.98 萬億日元,比 2020 年增長約 5 成。拉動市場增長的,將會是熱管理系統,預測電池冷卻零件的市場規模將達到目前的 6 倍。

不過,要讓顧客掏錢買下一整套熱管理系統,門檻很高。因此,零件必須通用,能搭配其他公司的零件,並適用於多種車型,同時零件本身的性能也必須突出。如何以低成本來聰明管理熱能,仍少不了持續摸索。