电动汽车HPC功率升级，散热难题如何解决

电子发烧友网报道（文/李宁远）电动汽车正如火如荼地变革着交通出行，动力总成电气化、自动化，无人驾驶趋势，以及全新移动出行业务模式的出现，是塑造未来交通出行转型的全球三大主流趋势。这些趋势都对车辆的电力和电子架构（E/E 架构）产生了极为深远的影响。
 
现在的车辆和以前相比，数据量的生成、处理和传递完全不在一个数据级，还能通过各种移动通信技术与其他车辆和设施进行通信，并通过OTA更新软件。同时，电动汽车内的传输功率也达到了很高的水平，如今的电动汽车内部的电动机功率已经达到了120kW以上。这些都是电动汽车升级带来的便利，但仍存有不少不可忽视的障碍。
 
续航里程焦虑与HPC
 
就像许多手机用户会有续航焦虑症一样，在电动汽车像智能手机一样普及的今天，电动汽车的续航里程是否足够一直是让许多人心存疑虑的地方。想要延长车辆的续航里程，可以从很多方面进行切入。增加电池尺寸从而增加电池容量以此增强车辆的续航能力自然是其中一种改变。但单纯地增加电池容量并不万能的解决办法，这需要以不增加充电时间为前提，否则增加电池容量难有足够的现实意义。
 

 
180kW HPC，开迈斯

 
在这种背景下，大功率充电HPC开始被重视起来。目前，大多数电动汽车配备的充电方案均为交流电AC和3.3 kW单相电源或高达22 kW三相AC。一些高端汽车可以提供高达150 kW的DC充电功率，并在没有可用的直流充电站的情况下使用慢速AC充电作为后备选项。
 
借助直流快速充电技术以及高达350 kW的大功率直流快充（HPC DC），电动汽车可以实现类似于燃油车的“停车加油”，在短时间内完成充电，驾驶人员的续航里程焦虑也会大大减少，HPC的目标是将支持300 km里程的充电时间压缩至10分钟内。
 
HPC散热挑战
 
汽车工程师协会SAE、CharIN E.V. 、CHAdeMO等多个全球协会、组织都在推进全球新能源汽车的快速充电标准，大功率充电技术虽然前景可期，但是它面临的挑战也不少，尤其是在热管理上的挑战，大电流带来的热损耗和问题非常多而且棘手。所有部件（从连接器到线缆）的电阻都会在大电流下发热，针对电池在充电期间出现过热的情况，需要在设计导电元件和确定尺寸时考虑这些热损失，以免发生过载、过热或充电电流受控降额等问题。
 
HPC DC几乎代表了电动汽车中电气系统最大的负载状态，而且在充电时因为汽车处于静止状态，没有可以用于冷却的对流，过热问题会进一步恶化。当电流越大时，要想以相同的电压水平传输功率而不会过热，所需的电缆横截面积就越大，这也会大大压缩整车重量和可用空间。
 
HPC的散热往往从多个方面同时进行，除了材料本身的散热之外，还存在热辐射以及通过冷却空气或冷却剂流动进行散热的方式。这些散热方式各自有各自的效果，比如在充电接口处，充电连接器的主动冷却可以输送走大量的热量，所以市面上做HPC快充连接器的厂商很多都在布局液冷技术。
 
充电连接器厂商如何应对HPC需求
 
随着充电功率的上升，为了使现有的直流快充连接器能支持更高的功率水平而不过热，连接器厂商纷纷在热建模、仿真技术、材料、冷却技术上开始创新与突破。
 
液冷充电枪是目前很流行的降低热损耗的办法，国内外很多连接器厂商都在布局这条路线，如四川永贵，国内超级快充的头部厂商走的就是液冷技术路线，已经实现商业化量产，客户包括吉利、华为、理想等；日丰股份、中航光电等厂商也都推出或即将量产推出自己的液冷快充连接器。国外厂商以欧美厂商为主在大功率上走得更快，日系偏保守功率没有拉到很高，比如HARTING作为宝马和大众集团的1级供应商目前正在整合液冷与DC快充技术进一步提高功率，菲尼克斯的HPC充电枪具有高精度测温功能的智能冷却设计实时监测温度变化等等。
 

 
菲尼克斯

 
充电连接器设计只是一方面，更高功率的HPC需要建立在热建模、仿真技术、材料的创新与突破上。在原始模型开发期间，使用模拟和测试之间的迭代改进模型的代数部分，测试无数条可能存在的负载曲线才能尽可能揭示HPC系统中可以通过设计变更解决的潜在热瓶颈，建立起更合适的热系统模型。
 
小结
 
高功率和高续航能力一定是未来电动汽车必配功能，这反过来进一步推动了对大容量电池和短充电周期的需要，HPC还会向更高的功率进行突破。只是新的热建模、新的仿真技术、新的材料、新的冷却技术、新的电源管理技术等都需要很长时间去摸索。