《电动汽车热管理技术及市场-2022版》
2022-12-07 20:43:33   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

这份报告全面分析了电动汽车市场、原始设备制造商(OEM)及其供应商采用的热管理策略,并展望了未来电动汽车技术趋势将如何影响电池、电机、电力电子器件以及充电基础设施的热管理方案。

Thermal Management for Electric Vehicles 2023-2033

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《电动汽车热管理技术及市场-2022版》

据麦姆斯咨询介绍,电动汽车(EV)热管理仍然是汽车设计的关键课题,早期的市场趋势主要是围绕电池组的主动冷却,现在已成为行业标准。然而,电动汽车中的电池、电机和电力电子器件仍在不断发展,从电芯到电池组(cell-to-pack)设计、直接油冷电机到碳化硅电力电子器件都是影响电动汽车传动系统部件热管理策略的关键影响因素。随着热管理市场的发展,材料厂商、组件供应商、车辆设计商等电动汽车行业各方都存在机遇。

英国知名研究公司IDTechEx在这份最新发布的报告中全面分析了电动汽车市场、原始设备制造商(OEM)及其供应商采用的热管理策略,并展望了未来电动汽车技术趋势将如何影响电池、电机、电力电子器件以及充电基础设施的热管理方案。

本报告研究利用了IDTechEx广泛的电动汽车数据库,该数据库包含450多种车型,以及从2015年到2022年上半年的销售数据,包括电池容量、电池热管理策略、电机功率、电机冷却策略等技术参数。报告提供了电动汽车电池、电机以及逆变器的现有热管理策略(空冷、油冷、水冷、浸没冷却)的市场份额,以及直至2033年的市场预测。

电池:cell-to-pack、冷却剂、热界面材料和防火

提高能量密度并降低成本是电动汽车电池开发的关键考量。但供应链短缺使其变得愈发困难,不过,随着电池设计开始移除非电芯材料正在日趋简单。这种策略在cell-to-pack或cell-to-body的设计中达到顶峰。

Cell-to-pack消除了严格的模块外壳,有利于将所有电芯堆叠在一起。Cell-to-body则使电池成为车辆的一个结构部件。比亚迪、特斯拉等厂商的设计已经上路,在不久的将来还会有更多这样的设计面市。电池组移除了那么多材料或组件,对热管理有何影响?

电池中的热管理挑战/机遇

电池中的热管理挑战/机遇

部分主动冷却策略会基本保持,例如在电池下方或上方放置大型冷却板,只不过现在是直接接触电芯而不是其模块的外壳。这种微小的变化对热界面材料(TIM)的使用产生了很大影响。这促使人们倾向于使用导热粘合剂来进行结构连接,而不是现有设计中的典型间隙填料。本报告提供了直到2033年的电动汽车热界面材料市场预测,并按间隙垫、间隙填充物和导热粘合剂细分,分别提供了销售量和营收预测。

随着电池组部分材料的去除,人们可能会担忧这对消防安全有何影响?电池组模块外壳的去除,相当于也去除了潜在的安全壳和几个防火表面。因此,许多材料供应商正在调整其材料,使其能够在不严重影响电池组能量密度的情况下,提供包括防火在内的多种功能。其中包括提供压缩、隔热和防火的电芯间材料。本报告概述了一些材料选项,并提供了直到2033年的整体预测。

另一方面,电池向主动液体冷却的转变比许多人(包括IDTechEx)最初预测的要更快。2022年上半年,超过70%的电动汽车采用了液体冷却。更高的热性能,以及和整车热管理系统集成所带来的优势远胜空气冷却(尽管后者的复杂性更低)。

 电池热管理策略预测

电池热管理策略预测(样刊模糊化)

其中,我们注意到冷媒冷却板的更多应用,2022年的市场份额相比2021年增加了6.5%。尽管目前使用的是典型汽车冷却液和制冷剂,但业界越来越关注为电动汽车应用定制这些冷却剂,导电性较低是其新特性之一。本报告以冷却kWh为单位分别预测了电动汽车电池应用的空气、液体、冷却剂和浸入式冷却方法。

中国、欧洲和美国的热管理差异。液体冷却取代空气冷却占据主导地位。

中国、欧洲和美国的热管理差异。液体冷却取代空气冷却占据主导地位。

驱动电机

对于驱动电机,转子中使用的磁体和定子中使用的绕组必须保持在最佳工作温度范围,以避免损坏或低效运行。电机周围护套中使用的水乙二醇已成为电动汽车电机的标准热管理策略。然而,近年来,业界越来越多采用直接油冷电机,以提供更好的热管理性能,并且在某些情况下,还取消了冷却套,从而减小电机的整体尺寸。

电机冷却策略预测

电机冷却策略预测(样刊模糊化)

2022年上半年,油冷成为电动汽车电机的主要冷却形式,但这并不意味着水冷将全部消失,它们通常与油冷一起使用,水乙二醇冷却剂通常用于带走冷却油中的热量,并可与车辆整体热管理策略相结合。IDTechEx对使用空气、油或水乙二醇冷却的电机进行了10年期预测。

 2022年永磁电机仍然占据主导

2022年永磁电机仍然占据主导

电力电子器件

从电动汽车电力电子产品新闻中可以看出,碳化硅(SiC)的应用是热门趋势,并且有充分的支撑。电动汽车为采用宽带隙半导体以实现更高的系统效率提供了巨大的潜在市场。这对电力电子器件的封装设计带来了影响。引线键合、芯片贴装和衬底材料不断发展,旨在提高封装可靠性,尤其对于宽带隙半导体模块。

许多逆变器供应商现在已经去除了散热器和基板之间的TIM以改善热阻,但这并不意味着TIM在该领域就失去了机会。许多组件仍然需要TIM,通常仍将它们用于将模块散热器连接到水乙二醇冷却板。本报告对这些趋势及其背后的驱动因素进行了深入分析。

 逆变器冷却策略预测

逆变器冷却策略预测(样刊模糊化)

逆变器IGBT或SiC MOSFET模块主要采用水乙二醇进行冷却,并且,单面和双面冷却都有应用,它们各有优势。此外,在电力电子器件中采用油冷的情况也有所增加,以消除电驱动单元中的大部分水乙二醇成分,并在电机和逆变器中使用相同的冷却油。虽然目前市场尚未采用这种方案,但IDTechEx认为这种方案很有前景。本报告对使用空气、水或油冷却的电动汽车逆变器进行了10年期预测。

 电力电子器件封装中的热管理挑战/机遇

电力电子器件封装中的热管理挑战/机遇

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