在造车新势力中，威马汽车给人的印象很像小米：零部件都是挑好的去买，最终产品也不算贵。当然，从好的零部件到好的产品，中间还有很多路要走，这正是考验主机厂水平的重要环节。CATL的电芯又不是只卖给威马一家，那么除了用料好、价格实惠之外，威马EX5的三电系统还有什么独到的优势吗？
今天的文章里，北京紫晶立方科技有限公司联合创始人张抗抗，会从他的从业视角和大家聊聊：
"新能源汽车动力电池的若干关键议题中的电池热管理问题。"
什么是电池热管理？
电池的习性与人相似，它既受不了太热，也不喜欢太冷，最适宜的工作温度在10-30°C之间。而汽车的工作环境非常宽广，零下20-50°C都很常见，那怎么办呢？那就给电池配个空调吧，以实现热管理的3个功能：
温度一致性有多重要？
从“质”与“量”两个角度来看，如果说散热与加热功能是热管理的“量”，那么保持温度一致性就是热管理的“质”。
在架构设计阶段，电池被当作一个整体看待，从外部定义冷却/加热水流量、进水口温度和出水口温度等指标。设计的热管理能力越强，电池系统的适应性就越强：夏天能够正常输出大功率，冬天也能快速启动。
打个比方，同样大的客厅，5匹的空调就是会比3匹空调更凉快。评价散热与加热功能，就是考量它能否实现更强的散热/加热“量”，同时尽可能地不增加太多重量、体积、能耗、制造与维护成本。比方说，我曾经在https://zhuanlan.zhihu.com/p/53625217 这篇文章中比较过冬季加热的办法，如果是在东北极寒之地，再牛逼的PTC、热泵，加热能力都不如一台粗暴的柴油加热器啊。
对空调来说，最重要的是制冷制热是否给力，至于变频与环绕吹风功能，至少对我这个大老爷们来说，是可有可无的。但是，对于电池来说，保持温度一致性与前两个功能同等重要，这源于以下三点：
电池副反应及反应温度[3]
链式反应的第二个含义是指，单体电池的热失控会大量放热，若单体电池之间的隔热/散热条件不好，热量有可能引发相邻电池的热失控，进而引发整个模组(module)甚至整个电池包(Pack)的热失控。上海特斯拉自燃事故中，总共烧掉了4个模组，如果不是采取了消防措施，大量喷水使其降温，最可能的结果是其他模组也被引燃烧光。
单体电池热失控引发相领单体的热失控[3]
由此可见，作为电池热管理的代表性功能，温度一致性可以作为衡量电池管理技术高低的核心指标之一。考虑到木桶效应、二次不一致性和链式反应，若温度一致性做得不好，后果不仅仅是性能衰退那么简单，甚至可能会带来“千里之堤，毁于蚁穴“的惨案。
保证温度一致性难度有多大？
降低单体电池间的温度差异，主要取决于散热流道设计。
首先考虑最简单的一维设计，图(a)是最简单的设计，冷却载体(风冷为空气、液冷为水或冷却液)从左向右流动，这会带来一个问题：右侧的冷却液温度较高，散热效果较差，最右侧单体电池的温度就会显著高于最左侧。
图(b)进行了一些改良，楔形流道使得右侧的冷却载体流速加快，对冲了冷却液温度较高的因素，从而使得效果好于图(a)。问题是电池包内部是寸土寸金，楔形的角度不可能设计得很大，所以这种设计的效果也不会比图(a)好太多。
图(c)是设计了一个往复流道，冷却液周期性地改变流向，从而削弱了一半的温度差异。然而，这种方案也有代价，如果是风冷可以使用风扇交替吹风来实现，但如果是液冷，在工程上就很难实现。
(a)简单流道 (b)楔形流道 (c)往复流道 [4]
如果说一维设计似乎也不难理解，用大白话就能讲清楚，那我们再看看二维的情况：左侧为对齐排列，右侧为错开排列。那我们还能凭直觉回答出来以下问题吗？
事实上这就很难凭直觉来回答了，而需要借助计算流体力学与传热学，用一堆偏微分方程来仿真了。
说到偏微分方程，我的头已经开始大了……那我们还直接看看文献[5]的结论吧：
实际工程是比二维还要复杂的三维情况，而且还要考虑整车布置的影响，电芯成组后的形状可能不是完整的长方体，都会给电芯热管理带来更大的挑战。例如特斯拉的电池组就是不规则分布，热管理设计、仿真与测试的难度难以估量。
图片来源[6]
讲到这里，就可以体会到电池热管理的难度了，我甚至开始庆幸自己不是干这个岗位的，因为这是真的难！
控制温差的业界标杆
一般来说，合格的电池组要将温度差异控制在±5°C以内[1]。如果可以做到±2°C以内，那可以称为是优秀，能达到这个标准的有传统车企巨头通用汽车和造车新势力的领路人特斯拉。
圆柱电芯的特斯拉
特斯拉使用的圆柱形电池接触面比较小，散热是个难点；18650单体电池容量小，所以电池组内的单体电池数量尤其多，更是增加了电池温度一致性的难度。因此，特斯拉费了不少心思进行热管理设计，从公开的专利中可以看出一些设计思路。
其一，特斯拉设计了蛇形散热片。这样每个散热片的曲度和圆柱形吻合，大概可以做到大半个圆的接触面积，促进电芯和外界的导热，降低热阻；每一条金属片都会和左右两边的主散热通道连接。
从实际的拆解图来看，是每两层之间有一个大的散热带，可能主要是为了节约空间和重量。而实际散热带的布置和走向，也并非像专利示意图中这么规整，而是呈现环状。
其二，特斯拉采用类似前面提到的“双向冷却”方法，即对左右散热通道的方向取反，左边自下往上流，而右边自上往下流，以防止上下温度的不均衡。
从实际拆解的图片来看，确实每个散热单元都有四根水管接口，两进两出。
从另一张论文中的图片可以看出，虽然原理很简单，但两路相反回路的缠绕和布置是相当复杂的，通过相反回路来保证每个电芯散热/加热相对均衡。
这种设计，对详细的热流阻分析也是非常必要的，这是一个更复杂的学问(类似前面提到的二维情况下的计算流体力学与传热学仿真)，在此不再展开。
方形电芯的通用Volt
相比于激进的特斯拉，GM的Volt使用了较为稳妥的方形电芯，同样在热管理方面下了不少功夫。由于方形电芯接触面比较大，GM直接在每两片电芯之间加了一个散热棘片，通过棘片把热量传递到下面的冷却回路里面。
可能是由于散热棘片的效果比特斯拉那种蛇形的接触面更大，且热阻更小，通用并没有设计双向的流动来控制温差，这可能也和Volt的电池包没那么多单体，整体均衡性比较好有关。
威马Ex5的热管理设计
在控制温差的热管理设计方面，除了上面提到的特斯拉、通用Volt两个优秀案例，达到±2°C水平的还有威马EX5. 除温差控制外，威马内部测试显示16万公里电池最大衰减率＜5%，给出了8年15万公里质保承诺，高于工信部的要求，信心应该是源自于自身的热管理设计水平。
数据均来源于威马官网及内部测试结果
图片来源：威马汽车官网
回到文章开头的问题，作为“性价比旗舰“，除了用料好、价格实惠之外，热管理设计可能是威马Ex5三电系统的独到技术。可惜在公开资料中找不对劲的细节设计并不多，不知道是不是出于保密的考虑，因此在此只能做一个简单分析：
并联布置的铝制水冷板
每个模组内部布置2个温度传感器
除了热管理的温度一致性功能之外，威马EX5在散热、加热这两个功能上也有独到的设计。
在令电动汽车最头疼的冬季低温续航锐减的问题上https://zhuanlan.zhihu.com/p/53625217，除了预装PTC加热功能之外，针对东北极寒地区还配备了柴油加温系统：6升柴油燃烧放热，大约相当于一个80kWh电池包的所有能量完全用来制热，从而实现了在极寒地区的快速启动与充电; 尤其是冬天，快速加热意味着大大缩短充电时间。电动汽车的柴油加热系统由威马首次在量产车上应用，这是柴油加热系统由威马实现首次在量产车上应用。
由此可见，威马EX5的三电系统除了在看得见的地方用料好、价格实惠之外，在诸如热管理、一致性管理等看不见的”软实力”方面，也下了不小功夫。据悉，在造车新势力排行榜中，威马暂居2019年总销量第一的位置，这并不出人意料。
参考文献：
[1] 张剑波, 卢兰光, 李哲. 车用动力电池系统的关键技术与学科前沿[J]. 汽车安全与节能学报, 2012, 3(2):87-104.
[2]姚昌晟，特斯拉自燃的幕后黑手——说说锂电池热失控. https://zhuanlan.zhihu.com/p/44220201
[3] 冯旭宁. 车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D].
[4] Xia G, Cao L, Bi G. A review on battery thermal management in electric vehicle application[J]. Journal of Power Sources, 2017, 367: 90-105.
[5] Yang N, Zhang X, Li G, et al. Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: A comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements[J]. Applied thermal engineering, 2015, 80: 55-65.
[6] Adams DT, Berdichevsky G, Colson TE, Hebert A, Kohn S, Lyons D, et al. Battery pack thermal management system. US Patent 20090023056, vol. A1; 2009.
宋楠：威马EX5续航、电驱动技术和动力电池热管理策略（上）室外最高温度温度超50摄氏度、全天候驾驶舱空调制冷模式，综合续航里程仅为260公里，新能源情报分析网深度解析威马EX5 400电驱动技术及动力电池热管理策略。
作为“造车新势力”的威马，首款车型威马EX5，共有3款车型在售。其中，300型（续航里程300公里）动力电池装电量为45.99度电；400型装电量为52.56度电；500型装电量为56.94度电。
自2018年10月威马EX5上市，至2019年8月（威马EX5 PRO已经开始销售），鲜有对这款车型电驱动技术和动力电池热管理策略深度解析的相关稿件露出。
新能源情报分析网评测组，在2019年8月8日抵达海南文昌，从威马官方的分时共享公司（即客行）租赁到1台威马EX5电动汽车，进行开启驾驶舱空调制冷模式下的综合续航里程、电驱动技术及动力电池热管理策略深度评测。
1、威马EX5 400电驱动技术：
2018年10月上市的威马EX5电动汽车，搭载1台最大输出扭矩160千瓦、最大输出功率315牛米、最高转速11600转/分、自重80千克的永磁同步电机（含单级减速器）。整车0-100加速时间为8.5秒；适配1组VDA硬壳电芯（宁德时代、天津力神和苏州宇量）构成的三元锂电池组件；动力电池组件适配液态冷却、电加热以及柴油电加热三种模式热管理系统（电加热和柴油电加热系统为选装）；可支持300、400和460公里，三种续航里程的电池组件。
上图为拆除掉前行李舱的威马EX5 400电动汽车前部动力舱各分系统细节特写1。
蓝色箭头：动力电池高温散热循环管路补液壶
黄色箭头：电驱动系统、驾驶舱空调制暖循环管路补液壶
红色箭头：伺服动力电池的水冷板模块（高温散热）
绿色箭头：驱动电机控制模块+PDU+DCDC的“3合1”总成
橘色箭头：驱动电机（含减速器）
白色箭头：铝材质前行李舱支撑横梁（2组）
上图为威马官方发布EX5电驱动系统结构简图。
白色箭头：最大输出功率160千瓦，博格华纳提供的永磁同步电机（含单级减速器）总成
红色箭头：驱动电机控制模块+PDU+DCDC“3合1”总成
黄色箭头：“3合1”总成
蓝色箭头：电子水泵（伺服动力电池热管理系统）
绿色箭头：伺服动力电池总成的PTC模块（加热）
紫色箭头：位于后桥部分的柴油加热器，向PTC电加热模块传输加热后的“冷却液”的管路
上图为拆除掉前行李舱的威马EX5 400电动汽车前部动力舱各分系统细节特写2。
红色箭头：动力电池高温散热循环管路补液壶
黑色箭头：电驱动系统、驾驶舱空调制热系统循环管路补液壶
绿色箭头：伺服动力电池的水冷板模块（高温散热）
蓝色箭头：非可变流量的电子水泵
紫色箭头：伺服驾驶舱空调制热系统的PTC模块
比对，笔者在海南试驾的威马EX5 400电动汽车，威马官方发布的车型电驱动系统总成。笔者发现，试驾的这台威马EX5 400电动汽车，为针对南方市场的不具备动力电池低温预热功能的车型。因为与水冷板模块（高温散热）串联在一个环路的PTC模块（低温预热）被取消。
上图为疑似德尔福提供的专为驾驶舱空调制热的PTC模块（低温预热）特写。
这一型号的PTC模块（低温预热），也被长安逸动EV460、上汽荣威ei5选用。
2018年10月上市的威马EX5电动汽车，适配的最大转速11600转/分的驱动电机，与同时期北汽新能源、吉利新能源量产的主力车型搭载的12000转/分驱动电机有些差距，与同时期比亚迪量产的元EV360（低配车型）适配的15000转/分“3合1”电驱动总成相差甚远。
驱动电机转速越高，意味着在相同车速下转速更低、更省电，但是制造成本将会更高。而威马EX5驱动电机采用还是“2合1”电驱动总成（含减速器），驱动电机控制模块通过高压线缆关联。与同时期量产的北汽新能源EU5 R500车型适配的“全合1”EMD3.0电驱动总成（高压、低压、电机控制与电机及减速器高度集成），从控制策略和执行效率上差距显著。
上图为威马EX5电驱动分系统布置的位置简图。
白色箭头：OBC布置的位置
红色箭头：驱动电机控制模块布置的位置
需要特别说明的是，威马前部动力舱内部上端设定了一组行李舱，全部驱动模块都设定在一个较低高度的位置。OBC设定的位置与驱动电机最下端几乎持平、驱动电机控制模块+PDU+DCDC“3合1”总成最高端与驱动电机上端持平。这种尺寸较小，有利于提升集成度，增加空间利用率。
但是，有威马EX5车主表示，在涉水之后，OBC模块高压线缆接口，因为密封失效出现了问题。威马服务人员，仅对接口采用绝缘胶布缠绕给予解决。结构的设定让位于空间利用率，在没有保证硬件品控的前提下，或出现涉水之后的诸多故障。
2、威马EX5 400动力电池热管理策略：
在环境温度最高超过50摄氏度的高温环境，开启驾驶舱空调制冷模式，对威马EX5 400电动汽车日常用车和快速充电，两种状态的动力电池热管理策略进行解读。
上图为威马官方给出的EX5电动汽车动力电池热管理策略部分数据。
动力电池总成内部温度低于5摄氏度，激活低温预热功能；快充时，动力电池总成内部温度维持在25摄氏度；动力电池总成内部温度高于38摄氏度，维持在38摄氏度。
对于威马EX5而言，至关重要的动力电池热管理策略，凸显整车厂对电芯寿命极限的掌控，动力电池轻量化、液态循环管路优化以及源自动力电池装载电量用于驱动和热管理分配比例的平衡。
“怠速”状态并开启驾驶舱空调制冷模式的威马EX5电动汽车动力电池热管理策略：
在2019年8月早些时候的海南，最高气温可以超过55摄氏度。笔者在这一时期，评测威马EX5的动力电池热管理策略的时间，多选择午后14点-15点，最高温度超过50摄氏度时间段进行测量。为了更好地模拟日常用车习惯，在14-15点时间段之前，开启驾驶舱空调制冷模式并设定温度为22-24摄氏度（怕热伤风），以高速、中速和低速行驶1-2小时。
绿色箭头：动力舱内空调硬管表面温度约10-13摄氏度
白色箭头：动力电池热管理系统循环管路补液壶温度约为40摄氏度
蓝色箭头：为动力电池高温散热功能伺服的水冷板模块（高温散热）温度约为30摄氏度
全部评测过程约40分钟，“怠速”模式、驾驶舱空调制冷（22摄氏度），威马EX5动力电池热管理系统没有激活高温散热功能。为驾驶舱提供制冷的空调系统运行，传输冷却R134A制冷剂的硬管温度降至10-13摄氏度；与空调管路关联的水冷板模块，受“冷辐射”影响温度保持在30摄氏度。
白色箭头：伺服电驱动系统、OBC、驱动电机总成共用循环管路补液壶温度约为44.3摄氏度
蓝色箭头：伺服动力电池热管理系统的高温散热循环管路补液壶温度约为38-40摄氏度
动力电池循环管路内部冷却液的温度约为40摄氏度，这说明动力电池内部电芯温度保持在38-40摄氏度，仅进行自燃循环，没有将水冷板模块接入空调冷却量进行“冷交换”。
也就是说，在环境最高温度超过50摄氏度的海南，威马EX5电动汽车在日常使用中，动力电池热管理系统并不会激活高温散热功能，动力电池总成内部或者说电芯温度始终保持在38-40摄氏度。
快充模式威马EX5电动汽车动力电池热管理策略：
在海南的海口、三亚等旅游热点城市，充电桩的建设较为完善。但是，在万宁、文昌等二线旅游城市，快充桩建设的很少，多为慢充桩。为了测试快充模式威马EX5电动汽车动力电池热管理策略，着实废了折腾了一通。
在距离文昌30公里的某以吃鸡著名的农庄，有2组特来电建设的快充桩、6组慢充桩。上午11点抵达充电桩，没有发现燃油车辆占用充电桩的现象。
对威马EX5进行快充模式动力电池热管理策略时，不排除存在一些温度误差，不过这个误差应该不会超过5摄氏度。以一边儿小卖部购买的鲜榨冰椰汁温度为对比可见，威马EX5前保险杠（绿色箭头）被太阳直射的部分最高温度59摄氏度、冰椰汁（红色箭头）表面最低温度7摄氏度。
动力电池45%SOC值（剩余电量比例）、充电功率23.78千瓦（充电电流为65.9安培）、充电市场26分34秒、电芯温度34摄氏度。
最初充电时电芯温度从32摄氏度起跳，至电芯温度升至37摄氏度，动力电池热管理系统的高温散热功能被激活。
威马EX5电动汽车的动力电池热管理系统高温散热功能被激活后，源自空调系统的“冷量”，通过水冷板模块（高温散热）“冷交换”至散热管路。动力电池高温散热管路内部的冷却液，经过水冷板模块（高温散热）“冷交换”，为动力电池内部的电芯进行高温散热伺服。
红色箭头：动力电池热管理系统高温散热循环管路补液壶温度降至约23摄氏度
白色箭头：水冷板模块（高温散热）表面温度降至约15摄氏度
绿色箭头：通往动力电池总成内部的进出管路温度降至约18摄氏度
上图为威马EX5电动汽车前部动力舱，动力电池热管理系统高温散热循环管路补液壶（左）、电驱动系统高温散热循环管路补液壶温度对比特写。
环境温度最低点为12摄氏度、环境温度最高点62.2摄氏度、动力电池高温散热循环管路补液壶温度约为24.4摄氏度、电驱动系统高温散热循环管路补液壶温度约为44摄氏度。
充电时长51分钟、动力电池60%SOC、充电电流65.9安培、动力电池内部电芯温度降至36摄氏度。至最终充电结束时，电芯温度降至33摄氏度，动力电池热管理系统的高温散热功能始终运行。
笔者有话说：
在笔者的海南某品牌电动汽车内测全过程，驾驶威马EX5 400型电动汽车作为交通工具，全部行驶里程超过350公里，驾驶舱空调制冷模式全程开启并调节至22-24摄氏度。测试过程中，威马EX5 400型电动汽车只要空调开启，2组电子扇即可以低转速模式启动进行散热伺服。在停车“熄火”后，电子扇依旧会运行3-5分钟不等，持续对整车进行高温散热伺服。
在快充模式中，电芯温度超过37摄氏度，威马EX5 400电动汽车的动力电池热管理系统高温散热功能被激活，2组电子扇立刻进入高转速伺服状态，直至电芯温度降至正常设定阈值，才转入低转速伺服状态。
在日常使用中，威马EX5电动汽车的动力电池总成内部温度标定在38摄氏度。意味着无论出于什么样的负载工况，电芯温度都要在38摄氏度或高于38摄氏度进行不同倍率的放电。
在笔者测试过程中开启驾驶舱空调制冷模式，频繁进行急加速测试后，即可停车观察动力电池热管理系统，都未启动高温散热功能。与此同时，动力电池高温散热循环管路补液壶温度则超过了43摄氏度。即便野外测试环境，存在设备及手法的误差，高负载运行后电芯温度或超过38摄氏度接近40摄氏度。
而只有进行快充，电芯在短时间承受大倍率充电负载，电芯温度被设定在37-38摄氏度，才开启高温散热功能进行强制散热。
相对处于同时期量产的江淮iEVS4电动汽车、北汽新能源EU5R550、比亚迪秦Pro EV、吉利几何A电动汽车，在开启驾驶舱空调制冷模式，只要整车负载加大，电芯温度超过32-35摄氏度，动力电池高温散热功能都会被激活。
更夸张的是，江淮iEVS4电动汽车进行快充，只要电芯温度达到33摄氏度，动力电池高温散热功能都会被激活并稳定在这一温度。
笔者尝试研判混装3个不同品牌厂商提供的电芯构成的动力电池总成的威马EX5电动汽车，电池温度设定在38摄氏度的原因如下：
无论动力电池装载装载多少电量，分配用于驱动的电量都要高于用于热管理及其他分系统消耗的电量总和。但是，威马EX5的三款车型车主，都反应续航里程缩水严重，甚至400车型充满电后的综合续航里程约为200-250公里。
比对，威马EX5 400电动汽车存在着低温工况自行激活电池预热功能进行加热，高温工况停车“熄火”后，电子扇依旧运行进行延迟散热、动力电池内部电芯温度始终保持在38摄氏度，仅在快充模式电芯温度达到37摄氏度才开启高温散热伺服。。。
林林总总的看，威马在对动力电池热管理策略以及整车能量分配上的掌控力十分孱弱、对电芯寿命极限压榨较多、为了尽可能延长续航里程，分配给动力电池热管理伺服的电量较少（通过BMS）。
下篇文章，笔者将会丢威马EX5 400电动汽车，在高温工况综合续航里程进行解析，并对整车给出一个较为清晰且真实的技术评测报告。
未完待续。。。
文/新能源情报分析网宋楠
