汽车热管理前沿技术及发展趋势 - 行业新闻 - 中国车用空调、驻车空调及新能源汽车执管理技术展览会

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中国新能源汽车热管理市场增长迅速，预计到2025年市场规模可达1006亿元，年复合增长率约26.6%。驱动因素包括新能源汽车渗透率提升、热管理系统单车价值量显著高于传统燃油车，以及技术迭代带来的持续升级需求。如有其他疑问，可以私信博主。博主微信号见文章底部，可以加入热管理技术交流群。

一.水冷是动力电池的主要冷却方式

液冷是动力电池冷却的主流技术。动力电池的续航和工作环境温度有较大关联，因此动力电池的温度控制是三电系统热管理的核心，根据管理方式分类，动力电池包的冷却（温控）主要包括自然冷却、风冷、液冷、直冷四类，其中风冷一致性差，冷却效果难以控制，冷媒直冷技术难度较高，因此电池冷却的技术路线仍以液冷为主。

冷媒直冷技术原理与空调制冷原理类似。通过压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压的气体，然后进入前端冷凝器后，将制冷剂气体被冷凝成高温中压的液体，高温中压的液体通过膨胀阀碰撞，将低温低压的两相流进入蒸发器，蒸发器通过车舱空调蒸发器或是电池包内的冷板，制冷剂吸收热然后不断蒸发，最后变成气体通过膨胀阀回到压缩机完成整个循环。

冷媒直冷技术换热性能强、结构简单。

换热性能强。相较于液冷系统利用冷媒与冷却液换热，再通过冷却液冷却电池，直冷系统可以减少一次换热过程，降低换热温差，且制冷剂在电池冷板内沸腾化热，换热能力显著增强。

结构简化。原有的液冷系统借助Chiller来完成，然后再通过水泵水管到水冷板上，直冷技术可以直接将电池回路的冷却液系统彻底消除，在额外的空调回路中用制冷剂直接冷却电池，节省大量零部件以及成本。

比亚迪海豚热管理系统：对热泵系统进行集成，用冷媒直冷直热替代传统冷却液。

宽温域热泵技术。运用阀岛结构对制冷剂回路大部分控制组件进行了集成，并通过将制冷剂回路和电机电控冷却液回路进行耦合，将电机电控的热量用于乘员舱制热或者电池包制热，提高热量利用效率，实现更宽的空调工作温域（-30℃—60℃）以及更长续航里程。

冷媒直冷直热。刀片电池上面采用了直冷直热技术以冷媒取代了传统的冷却液，直接对电池进行冷却和加热，直冷模式制热效果较好，但制冷剂用量大、成本高，且对电池一致性要求高，目前比亚迪电池包直冷直热技术属于全球首创。

二.热泵空调逐步替代PTC空调

发动机热源消失，新能源车新增PTC加热器。由于发动机热源消失，汽车需额外的热源补充，才能维持空调系统高效运转。成本低、结构简单、工作稳定的PTC加热方案就成为了新能源汽车行业普遍采用的制热方案。根据其工作方式不同，PTC加热器可分为风暖式和水暖式：

风暖式。PTC风暖加热器是直接加热流经加热器表面的空气，然后经鼓风机吹入车内，达到暖风的效果，成本较低，制热快、温度较高，但暖风非常干燥，舒适度较低，高压PTC直接接入乘员舱，存在一定的安全风险。

水暖式。PTC水暖加热器先把水加热，热水流入暖风芯体与冷空气换热，被加热后的冷空气送入乘员舱内，热量损失相对较小，是目前成较为熟且安全的采暖方案，广泛应用于电动汽车上。

PTC电加热严重降低续航里程。通常PTC电加热器功率都在6KW左右，每小时耗电6度，以带电量为70度电的蔚来ES6为例，PTC暖风使用一小时，电池耗电10%左右，对动力电池的消耗极大，严重影响了电动汽车的续驶里程。

热泵空调制冷过程和传统空调一致，制热过程依靠系统的反向循环，将外界空气的热能强制转移到乘客舱的空调系统，整个热泵系统充当环境热量的“搬运工”，制热过程（逆卡诺循环）主要分四大循环过程：

① 冷媒从大气环境中吸收热量

② 吸收热量汽化后的冷媒被压缩，温度进一步升高

③ 高温高压冷媒通过热传递加热舱内空气或冷却液

④ 被加热的热空气吹入驾驶舱

能效系数更高的热泵空调是未来空调系统的发展趋势。热泵通过制冷剂的气液转换，将空气中的热量转化为自身的内能，COP值（能效系数）比PTC加热高出2-3倍，可以有效延长20%以上的续航里程，即使在极低温度下，仍可保证COP大于等于1，而PTC能效系数永远小于1。

三.空调制冷剂特性对比：CO2冷媒GWP、成本低于R134a

当前车用制冷剂发展出现R1234yf和R744两个主要方向。R134a是第三代传统冷媒，2017年开始被禁止在欧盟境内新售汽车上使用，目前制冷剂出现两种发展趋势，一种以日系、法系、美系（通用和福特等）车企为代表的采用化学合成工质的零ODP、低GWP制冷剂，如R1234yf（目前已被美国杜邦和霍尼韦尔申请专利）；另一种以韩系、德系（大众和宝马等）为代表，采用天然工质作为替代物，如R744（CO2）。

CO2冷媒被寄予厚望。CO2冷媒成本低，无污染，并且由于其沸点更低，低温下制热效率强于R134a和R1234yf。目前德国、英国、瑞士、荷兰等国家对CO2冷媒空调系统均有补贴，但由于CO2冷媒空调系统其运行压力都显著高于传统的制冷空调系统，高临界压力、低临界温度对系统及部件的设计提出了许多较高的要求，因此目前CO2冷媒尚未得到大规模应用，国内冷媒仍以R134a为主。我们认为国内腾龙股份、克来机电等公司已经开始布局CO2 热泵配套产品，未来随着配套系统的持续升级，CO2有望成为国内主流车用冷媒。

四.新能源热管理系统集成化趋势明

随着汽车向电动化和智能化方向发展，整车能量管理内容增多，对汽车能量管理的要求也越来越高。从整车层面对各子系统进行能量统筹管理将成为电动汽车未来的发展趋势。

传统分散式热管理系统特点：

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系统和管路系统
存在着某一系统用电加热系统制热的同时另一部件或系统在对外散热的过程，能量利用不充分
系统集成度较低，管路复杂、零部件数量多，成本较高.

集成式热管理系统特点：

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连通，形成一个大循环回路
热管理控制器根据各部件的温控需求，控制压缩机、加热器、阀体等部件的开启或关闭，改变循环回路，统筹热量管理，减少能量的浪费
系统集成度高，控制逻辑复杂，难度较大
五.总结
汽车热管理技术正朝着更集成、更智能、更高效、更环保的方向演进，并不断突破传统汽车边界，赋能更广阔的能源管理应用场景。
未来热管理系统将更深层次地与智能驾驶模型整合，通过传感器网络和智能算法实现全车热能的自主优化分配。

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