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熱量，從汽車誕生開始，一直是汽車不可或缺的。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，需要燃料燃燒做功，燃燒放出的熱量對(duì)于汽車的工作尤為重要。熱量太少會(huì)讓汽車無(wú)法完全進(jìn)入工作狀態(tài)，熱量太多卻會(huì)讓汽車出現(xiàn)故障。所以對(duì)于熱的管理，一直是各家車企需要解決的問(wèn)題，就算是進(jìn)入到電動(dòng)車時(shí)代，對(duì)于三電系統(tǒng)的熱管理也是如此。所以現(xiàn)在各家車企是如何解決汽車動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理問(wèn)題的？在發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃料燃燒做功為汽車提供動(dòng)力。但是因此伴隨而來(lái)的熱量并不是發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的。發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆缸等嚴(yán)重?fù)p壞的情況。但受到當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有很復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，空氣成了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的唯一介質(zhì)。通過(guò)缸體直接與外界空氣接觸，來(lái)達(dá)到冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的效果。這種冷卻方式非常簡(jiǎn)單，而且成本很低，只需要對(duì)缸體外表面進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)就能達(dá)到冷卻效果。包括到現(xiàn)在很多摩托車用發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，都是風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，在缸體上看到的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片，其實(shí)就是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的最主要來(lái)源。風(fēng)冷的優(yōu)勢(shì)自然是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，成本極低，但是較低的冷卻效率讓它現(xiàn)在只能用在超小排量發(fā)動(dòng)機(jī)上?，F(xiàn)在很多低成本的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)使用的就是風(fēng)冷。像最常見的那種125cc的摩托車，因?yàn)榕帕啃?，功率也小，?duì)冷卻的要求就比較低。但到了更大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)冷就不能滿足更高功率輸出的要求了。這時(shí)候水冷就成了應(yīng)該是唯一的冷卻方式。大排量發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)氣缸，共同產(chǎn)生的熱量就會(huì)更高，而受到風(fēng)冷冷卻能力的限制，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出是受限的。這也是幾十年前的大排量多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力輸出不如現(xiàn)在2.0T的原因之一。但為什么是水呢？原因是它的吸熱能力是所有物質(zhì)中最強(qiáng)的。水的比熱容是4200J/(kg·℃)，說(shuō)人話就是1kg水升高℃能吸收4200J熱量。所以水的吸熱效率非常高。如果用水來(lái)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量，再通過(guò)其他熱交換方式把熱量釋放到空氣中，這樣的散熱效果會(huì)比直接風(fēng)冷好得多。現(xiàn)代汽車無(wú)論是燃油車還是電動(dòng)車，其散熱方式都是基于這樣的方式進(jìn)行的。在內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)，燃料的燃燒溫度會(huì)高達(dá)2500℃，因此對(duì)于氣缸和氣缸蓋的冷卻是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻中的重頭戲。冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)經(jīng)水泵進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)的冷卻水道主要圍繞著氣缸，之前我也提過(guò)氣缸內(nèi)燃燒溫度非常高，所以用冷卻水先冷卻氣缸效果是最好的。冷卻完缸體的冷卻水會(huì)進(jìn)入到缸蓋的冷卻水道中，缸蓋也是發(fā)動(dòng)機(jī)接受熱量最主要的部件。冷卻完缸蓋的冷卻水則會(huì)回到冷卻水箱，與空氣進(jìn)行熱交換，把剛才走完一輪所吸收的熱量散出去。上面提到的水冷系統(tǒng)其實(shí)只能算比較基礎(chǔ)，沒(méi)有完全發(fā)揮水冷系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的不同部件，在不同工況下對(duì)于冷卻的要求是不一樣的。回到我剛才提到的水冷路線，冷卻水在經(jīng)過(guò)缸體后已經(jīng)吸收了很大一部分的熱量，此時(shí)再去冷卻氣缸蓋的話，會(huì)因?yàn)槔鋮s水吸熱能力不足導(dǎo)致冷卻不充分。另外，最基礎(chǔ)的冷卻系統(tǒng)，它的水泵動(dòng)力是從曲軸前端皮帶輪系獲取的，這就意味著其泵水速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。但在一些低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的工況時(shí)，水泵泵水能力不足也會(huì)導(dǎo)致冷卻效率下降。所以在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中，會(huì)有一些比較特別的設(shè)計(jì)。比亞迪DM-i使用的1.5L驍云發(fā)動(dòng)機(jī)，使用了電子水泵和分體冷卻技術(shù)。電子水泵就是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵，其轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并不相關(guān)，所以在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的工況時(shí)，電子水泵依然能給發(fā)動(dòng)機(jī)提供充足的冷卻水。配合兩個(gè)電子節(jié)溫器后，驍云1.5L發(fā)動(dòng)機(jī)也解決了另一個(gè)問(wèn)題——發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)冷卻水供應(yīng)不足導(dǎo)致暖機(jī)速度慢，這對(duì)于經(jīng)常啟停的混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī)而言非常重要。另外，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋的冷卻，比亞迪還為發(fā)動(dòng)機(jī)配備了分體冷卻技術(shù)，簡(jiǎn)而言之是缸體冷卻和缸蓋冷卻分為兩條冷卻回路，不再是冷卻水先冷卻缸體再冷卻缸蓋，通過(guò)兩個(gè)節(jié)溫器控制兩條冷卻回路，提高了冷卻效率。像電子水泵、電子節(jié)溫器這些電氣化部件，對(duì)于冷卻系統(tǒng)的效率提升是很高的。這當(dāng)然也仰仗于更高電壓的整車電氣系統(tǒng)。無(wú)論是現(xiàn)在歐洲車最喜歡用的48V，還是更高電壓的混動(dòng)車，電氣系統(tǒng)的支持都非常重要。在燃油車上發(fā)動(dòng)機(jī)需要強(qiáng)大的冷卻系統(tǒng)冷卻。而在電動(dòng)車上，對(duì)電池、電機(jī)和電控系統(tǒng)的冷卻同樣不可或缺。而且電池的工作最適溫度在50℃上下，工作溫度范圍相比發(fā)動(dòng)機(jī)更窄，熱管理系統(tǒng)不僅要懂得冷卻，還要懂得在極寒狀態(tài)下加熱。所以很多純電動(dòng)車或PHEV車型，都使用了圓柱形電池。雖然圓柱形電池相比軟包電池在空間利用率上稍有落后，但是圓柱形電池堆疊形成的空隙能讓冷卻水流動(dòng)，冷卻效率會(huì)更高。比如梅賽德斯-AMG GT63 e Performance使用的6.1kWh三元鋰電池，在圓柱形電池單元中間設(shè)計(jì)了冷卻水道，寶馬i3也有類似的設(shè)計(jì)。但是對(duì)于電池加熱，很多車企卻有著不同的解決方案。比如極氪001使用了吉利和博格華納合作研發(fā)的高壓液體加熱器。通過(guò)加熱冷卻循環(huán)液，保證電池在低溫狀態(tài)下達(dá)到工作溫度，同時(shí)為乘員艙提供更好的制暖效果。高溫液體加熱器采用厚膜元件（TFE）技術(shù)，既能滿足對(duì)快速產(chǎn)生熱量的高性能系統(tǒng)的需求，同時(shí)由于高壓加熱器的加熱元件和冷卻液之間熱阻很小，因而能實(shí)現(xiàn)最小的功率損耗。其實(shí)對(duì)于汽車的熱管理是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的課題，到了電動(dòng)車時(shí)代依舊是如此。現(xiàn)在無(wú)論是電池本身的性能還是車內(nèi)制熱，就算是用上了熱泵空調(diào)，效果都不太理想。未來(lái)電動(dòng)車的熱管理，還需要多管齊下，運(yùn)用多種措施來(lái)解決問(wèn)題。
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