新能源汽车热管理系统（二）

承接（一）

2.2.2驱动控制热管理

主要指电机电控的热管理，这部分相较于整车其他区域的热管理要显得单一些。电机及电控系统的工作是新能源汽车能量输出的关键，而在其工作过程中由于线圈电阻发热、机械摩擦生热等原因会产生大量热量，热量的累积会导致温度过高，从而导致电机内部短路、磁体退磁等问题。而随着新能源汽车的普及，市场对于汽车的动力要求不断提升，因此高功率、高扭矩、高转速的电机需求得以加大，而在高性能的同时也意味着产品工作时产生的热量也会更多，因此对于电驱动产品的热管理要求也在不断提高。目前整车驱动系统的冷却方式主要有风冷和液冷这两种方式。

图10 驱动控制热管理

风冷：与动力电池、发动机系统的风冷一样，也是通过排风扇与空气对流的方式实现为驱动系统降温。但该方式无法精准控温且对于高功率工况下的散热效果不理想，因此仅在小型驱动系统中应用。

液冷：通过使用水、变压油或水/乙二醇混合液等冷却液为介质，在电机及控制系统之间以密闭通道的方式通过冷却水泵带动液体的循环流动而迅速带走热量。该方式可根据需要主动调节系统温度，具有稳定性高、效率高、散热速度快等特点，系统简图如下：

图11 电机电控散热系统

2.2.3座舱空调热管理

作为整车舒适性的直观感受空间，座舱空调系统在提升用户体验上起到关键作用，同时这部分的价值在整车热管理系统中的占比也是最高的。众所周知，新能源汽车的空调系统在功能上可实现制冷、制热两种模式，而其工作方式主要可分为PTC加热和热泵供暖两大类。

图12 新能源汽车空调热管理系统

制冷方式：其原理与传统车相同，都是利用冷凝放热，蒸发吸热为座舱降温。但在结构上与传统车不同，新能源汽车的空调压缩机是由电机进行驱动的，而非发动机。而电动压缩机的工作需要消耗电能，因此在进行系统设计时需考虑其功耗，以确保整车的续航不受影响。目前较为理想的电驱动空调压缩机为涡旋式压缩机。

制热方式：在混动车型中，由于保留有发动机，因此在座舱供暖方面可利用发动机余热配合空调系统进行。但在纯电车型中，由于没有了发动机，因此其供暖方式通常是使用PTC加热器或热泵空调系统。其中，PTC加热是新能源汽车的传统加热方法，但由于能耗高问题有被热泵空调取代的趋势。

PTC加热器：其原理是通过PTC电阻材料将电能转换为热能，再通过风机将热风送入座舱以完成供暖作业。此种方式具有结构简单、成本低、制热效果好的特点，但在系统的制热过程中由于需要对PTC电阻丝进行通电加热，因此能耗高成为了其致命缺点。

图13 PTC加热原理

以市面上某车型为例，其前排暖风PTC额定功率为5.5kW，后排PTC额定功率为3.7kw。若前后排同时加热，则每小时消耗的电量为9.2kw.h，以百公里耗电量为16kw.h为例，则每小时减少的续航里程为100*9.2/16=57.5km。所以，在寒冷的冬季开空调对于新能源汽车的续航影响大部分还是来源于PTC加热导致的。

热泵空调系统：该系统通过多通阀来改变冷媒的流向，从而达到制冷制热的转换。由于热泵的制热过程是通过吸取外部空气的热量，并利用压缩机液化放热，其过程并非如PTC那样直接消耗电能，因此在能耗方面要远低于PTC加热器。不过，热泵系统的复杂度、成本等方面较之PTC都要高，另外，当处于在温度较低的环境下时，由于吸收的外部空气热能本就少，因此其制热效果也会差些。

图14 热泵空调系统原理

以某车型为例，要实现同为5kW的输出热量时，使用PTC加热器需要消耗5.5kW的电能，而使用热泵系统仅需约2.5kW的电能消耗。从此组简单的数据对比上我们可以看出，若想要能耗低，在购买车子时，热泵空调应是首选，当然价格也会高些。

两类空调系统总结对比如下：

表2 PTC、热泵空调系统对比

评估新能源汽车的附件系统对整车电能的消耗，可知电子空调系统的应用在能耗上占了绝大部分比例，因此为了进一步达到提升空调系统在使用过程中的利用率、降低系统能耗，从而提升整车的续航的目的，对于空调系统的能耗厂家们进行了探索研究，而主要的方向则是热泵空调的冷媒。

目前市面上的热泵空调在冷媒的选择上主要有：R-134a、R-1234yf以及R744（二氧化碳）。其中，以R-134a为冷媒的热泵系统是当前使用最多的方案，但其在低温环境下的制热效果较差，通常仍需PTC辅热，同时R-134a的使用会加剧温室效应，对环境并不友好，该方式有被替代的趋势。

以R-1234yf为冷媒的热泵在环保方面更具优势，同时可兼容现有热泵，但制冷效果弱于R-134a，同时作为一种人造材料，目前其专利为老美的公司所拥有的，使用技术成本高。

R744（二氧化碳）本身是自然气体，且无毒无害，易获取且成极低，同时其单位制冷量是R-1234yf型制冷剂的9倍左右，又在低温情况下的制热效果好。不过使用R744为冷媒的热泵空调并不兼容当前的系统，需要对系统进行耐高压设计。但受到其极低成本的驱动，目前相关企业已经开始布局该产品，且部分车型已经实现搭载。

不同冷媒热泵空调的成本对比如下：

图15 不同冷媒成本对比

虽然R744型冷媒的成本极低，但基于当前技术及生产状态，其相应的整车热管理系统的价格却相对于传统燃油车的要高近4倍，不过在其性能优异等方面的驱动之下，随着技术/生产水平的提升，系统应也会下降。

图16 不同类型整车热管理价格对比

以上便是对于新能源汽车热管理系统分模块的介绍，对其总结如下图：

图17 新能源汽车整车热管理

未完待续。。。

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