新能源汽车整车热管理系统介绍

01 背景

相较于传统燃油车热管理的对象为发动机、变速箱和空调等系统，新能源汽车的热管理新增了动力电池、电驱动等热管理对象。

燃油车热管理系统主要包括空调制冷系统，和以发动机为热源的座舱暖风系统。其主要零部件包括机械式空调压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、以及发动机暖风系统等。

新能源汽车(电动汽车)包括座舱、电池、电机电控热管理。座舱热管理系统包括空调冷风、热泵暖风或PTC暖风，具有加热和制冷需求，主要零部件包括电动压缩机、电子膨胀阀、蒸发器、冷凝器、热交换器、PTC或者热泵冷凝器等。

新能源汽车产业链中游主要包括空调热管理系统、电机电控冷却系统以及电池热管理系统等模块或者总成，由上游水泵、冷凝器等零部件组装而成，为下游整车提供功能安全和使用寿命的保障。新能源热管理系统产业链中产品更复杂：由于其热管理系统的覆盖范围、实现方式相较传统燃油汽车发生了较大改变，其对于零部件节能性、安全性等方面的要求相对更高。上游零部件中新增了Chiller、PCT加热器、四通阀等零部件，中游热管理系统中的热泵空调系统、电池冷却系统使得系统复杂程度进一步上升。

关键部件解析

小结：

新能源汽车热管理系统部件趋于多样化和电气化，复杂性更高，带来新增市场机会。

02 新能源汽车的整车热管理系统

新能源车汽车整车热管理系统=电池热管理+汽车空调系统+电驱动及电子功率件冷却系统。

电池热管理：作为核心部件，电池的温度是影响其安全及性能的关键因素（最佳工况温度在20-35℃），过高或过低（低于0℃）对电池的寿命存在负面影响。在电池充放电过程中，温度过低可能造成电池容量和功率的急剧衰减以及电池短路；温度过高则可能造成电池分解、腐蚀、起火、甚至爆炸。动力电池系统需配合复杂的电池热管理系统维持工况温度，为电动车完全新增部分。
汽车空调：不论是新能源车还是燃油车，都致力于满足终端消费者的日益上升舒适性需求，汽车驾驶舱的热管理技术也变得尤为重要。对于制冷，新能源车与传统车原理相近，差异在两点，一是传统车压缩机可由发动机驱动，而电动车由于动力源变为电池需使用电动压缩机；二是联结方案上，传统车动力系统与空调制冷过程较独立，而电动车电池与空调冷却系统通常联结。对于制热，传统车空调系统加热借助发动机的余热，电动车需借助PTC加热（冬季使用续航受较大影响），未来制热效率更高的热泵系统是趋势。
电驱动及电子功率件热管理：在新能源车高电压电流运作环境、智能驾驶技术日益复杂背景下，电机电控及电子功率件等耐受温度低的部件对散热要求高，需额外添设冷却装置。

电动汽车在冬季续行里程变短是目前实际应用中的最大问题。尤其是在北方气温低于零度的情况下，续航里程大幅降低，直接影响车辆的使用。蓄电池在低温环境下，充放电能力会严重降低，导致续行里程大幅缩水。若对蓄电池进行加热，使蓄电池维持在最佳工作温度区间，就可以使车辆续航里程得到提升。

影响续行里程变化量最大的因素是行驶车速和环境温度，当车辆行驶时速大于60 km后，速度越高耗能越高。当环境温度处于零度以下时，温度越低耗能越高，当气温在-10°C时，车辆续行里程相对于气温22°C时会降低近一半。其中很大一部分原因是在车内加热消耗了较多的电能。现代纯电动汽车的热管理系统非常重要。很多车都十分重视热管理，尤其在冬季，相对于普通的纯电动汽车，优秀的热管理系统的可增加15 % ~ 18 % 的续行里程。PTC结构简单、成本低，是目前汽车市场主流的制热部件，但其存在能耗高的先天缺陷。热泵虽然存在一定的技术壁垒，但是常温下能效比（COP）超过2，理论能耗仅为PTC的一半左右，但是以R134a为冷媒的热泵系统在低温环境下的制热效果较差，仍需PTC辅热。

热泵空调和PTC加热的差异

目前使用最广的制冷剂为R134a，更环保R1234yf冷媒的热泵可兼容现有热泵主要零件，技术替代成本低，但美国杜邦和霍尼韦尔的专利仍在保护期，成本较高。R744（二氧化碳）冷媒热泵在低温情况下的制热效果更优，但需要对系统进行耐高压的重新设计，技术替代成本较高，这也是限制该技术量产上车的主要桎梏。但受R744极低成本的驱动，目前业内已有部分企业开始布局该冷媒，未来极可能成为主流技术方向。CO2作为一种较新型的空调制冷剂，由于其化学性质与传统制冷存在较大的差别，因此其运行条件也与传统制冷剂存在较大差异，对管路要求将会更严格：

耐高压：R744（二氧化碳）冷媒运行压力、温度远高于传统制冷剂；
耐高温：R744（二氧化碳）冷媒连接结构扣压时很可能形变开裂；
耐油：R744（二氧化碳）冷媒与水等介质接触后容易形成腐蚀性；
低渗透：R744（二氧化碳）冷媒容易与润滑油、橡胶等相互作用，降低管路可靠性。

目前，满足CO2管路要求的集中度较低，外资/合资企业市场份额较大。

汽车空调管路供应商

小结：

因能耗问题热泵空调将逐渐替代PTC，未来热泵冷媒可能以CO2为主。

03 集成式热管理系统

新能源汽车热管基本上分为三个阶段，现阶段基本处于1和2的阶段，大部分新能源汽车电池、电驱和座舱是单独的系统。少部分车企已经进入到了通过核心部件将三电和座舱打通，实现整车一体化热管理。

第1阶段：分散式热管理

电池、电机电控和空调系统回路彼此独立，各自有一套完整的温控和管路系统。但能量利用不充分，同时系统管路复杂，零部件多，制造和维护费时。

第2阶段：集成式热管理

利用多通道阀门或管路，将电池、电机电控和空调系统中某些或全部回路均连通，形成一个循环回路。热管理控制器根据各部件的温控需求，统筹热量管理，减少能量的浪费。但系统集成度高，控制复杂，控制难度较大。

第3阶段：智能化热管理

热管理系统功能一体化、结构模块化、控制智能化，实现整车能耗最低和能量最优分配的终极目标。

HeatPump（热泵）作为未来主流的集成式热管理的核心部件，其原理为：其运行方式就像空调系统，但是在运行顺序上却是截然相反。一套系统由空调压缩机、冷凝器、膨胀阀、气液分离器、储液器等组成。当气体以低温、低压的状态进入压缩机，然后压缩气体制冷剂，成为高温、高压的气体，随后进入冷凝器，冷凝器开始冷却，使其成为液态，当空气吹过冷凝器，进入机舱以加热机舱，这样就可以把热量带走，离开冷凝器的高温高压液体并不会产生过多的热量，随后液体通过膨胀阀（膨胀阀可以控制液体的流速），极大的降低了液体的压力。液体通过蒸发器流动，外部空气吹过蒸发器并对其进行加热，液体吸收了热量并转化为气体，随后循环重复进行。

热泵系统