纯电车的整车热管理需求，发展历程

提到热管理，对于大多数人而言，第一反应就是车内空调使用感受。然而对于整车而言，除了车内空调的使用，还包括对高压系统的加热保温或是散热降温，以及前挡风玻璃的除雾加热等等。

它就像汽车的贴心保护者，静静的管理车上各零部件的温度状态，让部件尽可能处在一个舒适的温度环境，保持零部件的最佳性能发挥，间接的影响车辆的动力性和经济性的优秀表现。

01.

热管理需求

整车热管理主要涉及乘员舱温湿调控、动力系统温控、玻璃防雾除雾等。

其中乘员舱主要是为保证驾驶人员舒适的驾驶环境,乘员舱热管理需要控制车室内环境的温度、湿度、送风温度等。根据GB/ T 27630—2011：乘用车内空气质量评价指南，车内空调的需求如下表所示。

GB/ T 27630—2011对乘员舱的要求

除了乘员舱外，动力电池温控是保障电动汽车高效安全运行的重要前提，在温度过高时将引发漏液、自燃等现象,影响驾驶安全；温度过低时，电池充放电能力均会有一定的衰减。随着动力电池能量密度的逐步提升、工作环境温区范围的拓展以及快充速度的攀高，动力电池温控在热管理系统中的重要性也更加突出,不仅需要满足不同路况、不同充放电模式等车辆使用工况下的温控负荷变化,电池组间温度场均匀性与热失控防控，还需要满足严寒、高热高湿地区、夏热冬冷地区等不同环境工况下的所有温控需求。

02.

热管理技术发展历程

根据热管理系统架构以及集成化的程度，将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段。从单冷配合电加热到热泵配合电辅热再到宽温区热泵与整车热管理逐步耦合,电动汽车整车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展,并且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。

1.PTC加热

在电动汽车起步阶段,基本是以电池、电机等动力系统的替代为核心技术发展起来的，车室空调、车窗除雾、动力部件温控等辅助系统是在燃油车热管理技术基础上逐步改进而来的。

在电动汽车刚开始时，基本是基于燃油车，改制电池、电机等动力系统发展起来的，车内空调、车窗除雾、动力部件温控等辅助系统也是在燃油车的热管理基础上逐步改进而来。

电动汽车空调与燃油车空调其实都是通过蒸气压缩循环来实现制冷功能，区别在于燃油车空调压缩机是由发动机通过皮带间接驱动，而纯电车则是直接由电机驱动压缩机来驱动制冷循环。

在冬季制热方面，燃油车直接利用发动机余热对乘员舱进行供热，不需要额外的热源，而电车的电机余热无法满足冬季制热的需求。为了解决这个问题，纯电车引入了正温度系数加热器，由 PTC 陶瓷发热元件与铝管组成，具有热阻小、传热效率高的优点，并且在燃油汽车的车身基础上改动较小。因此早期的电动车采用蒸气压缩制冷循环制冷加 PTC 制热的方式来实现乘员舱的热管理，如下图所示。

这一阶段的热管理主要形式是各个独立的子系统分别满足热管理的需求。

初期的热管理系统(来源知网)

2.热泵技术应用

在实际使用过程中电动车冬季供热能耗需求较高，从热力学角度来说 PTC 制热的 COP 始终小于1，使得 PTC 供热耗电量较高，能源利用率低，严重制约了电动汽车的行驶里程。 

而热泵技术利用蒸气压缩循环将环境中的低品位热量进行利用，制热时的理论 COP 大于1，因此使用热泵系统代替 PTC 可以增加电动汽车制热工况下的续航里程。 下图为宝马 i3 车型采用热泵系统来实现冬季制热。

宝马i3的基于热泵的热管理系统(来源知网)

此外，国内个主机厂也纷纷采用热泵系统。然而在低温环境下，传统热泵系统制热量衰减严重，无法满足电动汽车低温环境制热需求，需要额外的加热器辅助加热，因此热泵加PTC辅热成为电动汽车冬季低温环境下乘员舱制热的主要方式。

随着动力电池容量与功率的进一步提升，动力电池运行过程的热负荷也逐渐增大，传统的空冷结构无法满足动力电池的温控需求，因此液冷成为当前电池温控的主要方式。

并且由于人体所需的舒适温度和动力电池正常工作所处的温度相近，可以通过在乘员舱热泵系统中并联换热器的方式来分别满足乘员舱与动力电池制冷的需求。通过换热器以及二次冷却间接带走动力电池的热量，电动汽车整车热管理系统集成化程度有所提高。虽然集成化程度有所提升,但这一阶时的热管理系统只对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合,电池、电机余热未得到有效利用。

3.宽温区热泵及整车热管理集成一体化技术

传统热泵空调在低温寒环境下制热效率低、制热量不足，也制约了电动汽车的应用场景。因此，各主机厂开始寻找提升热泵空调低温工况下性能的方案。

通过合理增加二次换热回路，在对动力电池与电机系统进行冷却的同时,对其余热进行回收利用，以提高电动汽车在低温工况下的制热量。实测显示余热回收式热泵空调与传统热泵空调相比,制热量显著提升。

各热管理子系统耦合程度更深的余热回收式热泵以及集成化程度更高的整车热管理系统在特斯拉 Model Y、大众 ID4. CROZZ等车型上已得以应用。

特斯拉ModeY的热管理系统(来源知网)

大众ID4的热管理系统(来源知网)

但当环境温度更低，且余热回收量更少时，仅通过余热回收依然无法满足低温环境下的制热量需求，仍需使用 PTC 加热器来弥补上述情况下制热量的不足。但随着电车整车热管理集成程度的逐渐提升,可以通过合理的增 大 电 机 发 热 量 的 方 式 来 增 加 余 热 的 回 收量，从而提高热泵系统的制热量与COP，避免了PTC 加热器的使用。

在进一步降低热管理系统空间占用率的同时满足电动汽车在低温环境下的制热需求。除电池、电机系统余热回收利用外，回风利用也是降低低温工况下热管理系统能耗的方式。日本电装也开发了相应的双层回风 / 新风结构，能够在防起雾的同时降低 30%由通风引起的热损失。

这个阶段电动汽车热管理在极端条件下的环境适应能力逐渐提升,并朝着集成化、绿色化的方向发展。

参考：知乎、知网等资料