水泵转子是汽车热管理系统中的核心零部件之一，负责循环冷却液以保持发动机和电池的适宜工作温度。它由轴承、叶轮、定子等组成，通过电动驱动或传统机械方式将冷却液从散热器吸入并压送至发动机和电池。水泵转子的功能不仅包括提供流体动力，还能有效降低温度、减少能耗，并提高整体能源利用效率。本文将详细介绍全球新能源汽车热管理主流技术方案，包括电池液冷、热泵空调、油冷等，为全球新能源乘用车热管理未来趋势提供深入洞察。由于新增“三电”热管理、乘员舱制热，新能源汽车热管理系统较传统燃油车更加复杂。
按照模块来划分，新能源汽车热管理系统主要包括动力电池热管理、乘员舱热管理、电机电控热管理（电驱动及电子功率件热管理）三大模块。其中，动力电池热管理是全新增量，锂电池最佳工作温度范围在20-30℃，温度过低会影响电池活性，影响汽车续航能力；温度过高会导致电池安全问题。乘员舱热管理方面，传统燃油车乘员舱制热采用发动机余热方案，新能源汽车的空调制热系统则主要来自PTC（正温度系数热敏电阻）或热泵空调。另外，随着电动车电机功率、扭矩以及转速的提升，电机电控热管理的需求也逐步提高。1.1 电动化催生热管理系统增量零部件
新能源汽车热管理涉及的零部件主要分为阀类（电子膨胀阀、水阀等）、换热器类（冷却板、冷却器、油冷器等）、泵类（电子水泵等）、电动压缩机类、管路及传感器类。
1）电池热管理：相较于传统燃油车，新能源汽车热管理系统新增电池热管理系统。制冷模式下，主要采用换热板来对流经电池包的冷却液进行换热；制热模式下，主要采用PTC方式对电池包进行热管理。新增核心零部件有电池冷却器（Chiller）、电子水泵。
电池冷却器是调节电池组温度的关键部件，一般采用紧凑小巧的板式换热器，并在板式换热器的流道内部设计湍流发生结构，沿流向阻断流动和温度边界层，增强入口效应，最终提高换热效率。与机械水泵由发动机经过传动装置驱动、与发动机转速成一定比例不同，电子水泵是由电力驱动，水泵转速不再直接受发动机转速影响，能够大幅降低能耗，同时满足新能源汽车更精确的温度控制需求。
2）乘员舱热管理：主要是通过汽车空调系统实现制冷、供暖、通风等功能，汽车空调模块主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、储液罐、管路等零部件组成。相较于传统燃油车，由于新能源汽车动力来源的差异及热管理需求的提升，通常新能源汽车空调系统用电动压缩机替代传统压缩机、电子膨胀阀替换热力膨胀阀等核心零部件。
压缩机作为空调系统的核心部件，其将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，并将制冷剂送往冷凝器。涡旋式压缩机：体积小、重量轻、效率高，成为目前车用电动压缩机的主要形式。相较于传统燃油车空调压缩机，新能源汽车电动压缩机由电机驱动且结构复杂，因此单车价值量提升显著。电子膨胀阀：由控制器、执行器和传感器三部分组成，利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节制冷剂的目的；相较于传统的热力膨胀阀，电子膨胀阀流量控制范围大、调节精细，更适合电动车热管理精细化管控。新能源汽车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展，热管理系统耦合程度的加深提高了热管理的效率，但新增的阀件与管路使系统更为复杂，为简化管路流程，降低热管理系统空间占用率，集成化部件应运而生。特斯拉在最新的ModelY车型上首次采用了八通阀，以代替传统系统中的冗余管路和阀件；小鹏集成式水壶结构,将原本多个回路的水壶以及相应的阀件、水泵集成到一个水壶之上，大幅降低载冷剂回路的复杂程度。
汽车电动化助力汽车热管理单车价值量大幅提升。我们分别对传统燃油车和新能源汽车热管理系统价值量拆分，传统燃油车单车价值量2330元，新能源汽车热管理（PTC空调）单车价值量6980元，新能源汽车热管理（热泵空调）ASP在7980元。预计2025年全球新能源乘用车热管理市场规模为1087亿元，国内为706亿元。
电动汽车热管理技术朝着高度集成化、智能化的方向发展。回顾电动汽车热管理技术发展历史，根据热管理系统架构与集成化程度，可以将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段：1）单冷配合电加热，早期采用与燃油车类似的蒸气压缩循环实现制冷功能和PTC制热实现乘员舱的热管理，电池冷却则采用空冷，各个子系统独立；2）热泵配合电辅热，引入热泵空调技术实现乘员舱制冷，液冷逐步成为电池热管理的主流模式，对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合，但电池、电机余热未得到有效利用；3）宽温区热泵与整车热管理一体化,通过合理增加二次换热回路，对电池、电机余热进行回收利用，提升了热泵的环境适应能力，乘员舱、电池、电机热管理回路进一步整合，典型的应用车型有特斯拉ModelY和大众ID4.CROZZ。
以特斯拉为例，从2008年TeslaRoadster开始，其共生产了5款车型，汽车热管理系统技术经历四次迭代，集成度不断提高。1）以TeslaRoadster为代表，最早一代热管理系统沿用传统汽车热管理思路，结构相对简单，各个热管理回路相对独立。2）搭载在ModelS/X上的第二代热管理系统在行业内首创引入四通换向阀，实现了电机回路与电池回路的串并连切换。3）以Model3为代表的第三代系统，在拓扑结构上与第二代差别不大，在风暖PTC、驱动电机和储液罐结构设计上有较大技术创新，注重热管理系统能耗的优化。4）以ModelY为代表的第四代系统，首次引入热泵空调系统，负责乘员舱的采暖和制冷功能。在结构上，通过热交换器和管路连接，与电池回路和电机回路进行耦合，实现整个热管理系统的热量交互。在使用驱动电机运行低效制热模式为电池系统加热的基础上，新增空调系统压缩机和鼓风机电机的低效制热模式，保证热泵系统在-30℃环境下可靠稳定运行；热管理系统进一步集成化，采用了集成歧管模块和集成阀门模块，前者集成了复杂的热管理系统管路，可有效的与集成阀门模块实现配合安装；后者为八通阀结构，可看作是2个四通阀的集成。
电池热管理要求不断提升，液冷技术为主流发展趋势。新能源汽车动力电池的温度直接制约汽车的性能和安全性，当前电池热管理主要分为风冷、液冷和直冷三种技术方案。相较于新能源公交车、部分A00级纯电动车以及早起混动车型采用风冷技术路线，当前随着电芯能量密度提升、快充技术的发展迭代，风冷技术路线无法保证电池处于最佳工况温度区间，而直冷技术路线较前者难度较大，因此液冷技术路线逐步取代风冷成为当前OEM主流方案。风冷技术简单、成本低但换热效果不能满足当前新能源车热管理需求。风冷技术按照风的流动动力可分为被动式（自然冷却）和主动式（强制冷却）；按照风冷系统风道可分为串联式和并联式，其以低温空气作为介质，利用风的对流降低动力电池的温度。被动式风冷是将外部空气或乘员舱空气与电池包表面形成的对流从而带走热量；主动式风冷是利用鼓风机将空气通过蒸发器降温再与电池包表面形成对流从而散热。
风冷系统结构相较于液冷和直冷方案较为简单、成本低，但其换热系数较低，冷却速度较慢、电池内部换热不均匀，且换热效果受外界影响，目前逐步被液冷、直冷系统所取代。液冷模式换热效果好，是目前电池热管理主流技术方案。液冷技术路线主要以冷却剂（水和乙二醇）作为制冷剂，通过空调制冷/制热回路与动力电池制冷/制热回路并联耦合。其工作原理首先通过电动压缩机将制冷剂压缩成高温高压气态，接着经过冷凝器和储液罐（过滤水和杂质）后形成低温高压的液态，经过电子膨胀阀变成低温低压的液态从而进入电池冷却器，在电池冷却器（Chiller）制冷剂与冷却液进行充分换热，热量被制冷剂带走。当电池温度较低时，可以通过PTC（热敏电阻）加热冷却液达到制热效果。液冷换热效果优于风冷，目前是主流车型配置的电池热管理解决方案。直冷模式制热效果好但成本较高。直冷技术路线采用空调系统制冷剂（R124a、CO2等）直接对动力电池进行冷却，制冷剂通过储液罐和膨胀阀后变成低温低压的液态制冷剂直接与电池包内部的冷却板进行热交换，进而将动力电池内部的热量带出。直冷模式制热效果较好，但制冷剂用量大、成本高，目前直冷方案使用较少。空调制热为新能源汽车热管理核心变化，热泵空调为主流趋势。汽车空调系统是汽车结构重要组成部分，其主要为乘员舱提供制冷、制热、通风、空气净化及智能座舱部分功能。空调热管理主要包含空调箱（蒸发器、鼓风机和管路等）、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分。传统燃油车热管理来源主要来自发动机余热，新能源汽车空调热管理制热主要分为两个技术路线：（1）（风暖/水暖）PTC系统；（2）热泵空调系统。由于PTC在冬季显著降低新能源车续航里程，因此热泵空调系统正逐步成为下一代新能源车乘员舱空调热管理解决方案。PTC空调（电动压缩机制冷/PTC制热）分为风暖和水暖，具有成本低、制热效果不受恶劣低温环境影响等优点。PTC也即是正温度系数热敏电阻，在通电后恒温发热从而达到制热目的。PTC空调有两种解决方案：（1）风暖：PTC内置空调箱内替代暖风机芯直接加热空气，其设计结构简单但其存在一定的安全隐患；（2）水暖：PTC内置冷却液回路对冷却液进行加热，冷却液流经暖风机芯进行制热，其安全性好且温度控制精确但其结构复杂、电量消耗较大。
当前PTC空调因管路结构简单、成本较低及制热效果不受环境影响等优点被多数新能源汽车搭载，但其能耗高会使得续航里程降低25%左右，因此中高端车型正逐步采用热泵空调对其进行替代。热泵空调基于逆卡诺循环有效降低功耗。热泵空调基于逆卡诺循环的原理，将低位热源的热能转移至高位热源，通过增加四通换向阀使热泵空调系统的冷凝器和蒸发器功能互换，从而改变热量的转移方向实现制冷、制热双重效果。热泵空调具有制热效率高、能耗低的优势，其热能效比COP>1,也即是可以用1kW电功率达到1.5kW-2kW的热量。基于当前新能源汽车对续航需求的提升，能耗管理成为OEM技术变革的关键，热泵空调拥有比PTC空调低耗、高效率的解决方案，当前中高端车型纷纷搭载热泵空调技术；特斯拉ModelY车型、宝马iX3系列、奥迪Q7e-tron车型等均搭载热泵空调方案。我们认为随着阀类技术的提升及成本下探，未来热泵空调有望成为中高端新能源车型的标配。低温下热泵空调效率欠佳，余热回收、PTC辅助加热或CO2冷媒介质有望提升热泵的环境适应能力。由于热泵空调工作温度范围受到空调结构及冷媒介质的影响，其在-5℃～15℃能够发挥最大工作效率。通常使用余热式热泵（电池电机余热回收利用），HVAC模块增加PTC辅助加热，或采用CO2来作为冷媒介质，三种途径提高在外界低温环境下热泵空调的制热效率。
CO2热泵空调方案拥有良好的低温启动制热功能，在极低温情况下依然可以提供较大的制热量并保持较高的COP，同时其对环境的影响较低，我们认为CO2热泵空调将会是未来电动汽车空调热管理的发展方向。电机电控热管理当前主要采用液冷换热。新能源汽车的驱动电机及电机控制器等功率性部件在工作时仍会产生热量，通常需要主动冷却维持其性能和保障行车安全性。驱动电机冷却方案主要包括风冷、液冷及油冷，电控等相关功率件主要采取风冷或液冷的方式换热。通常将驱动电机和电控串联，通过散热器进行散热。电动化进程催化油冷成未来新趋势。现阶段由于电动汽车动力性和智能化的提升，电机散热需求较大，车企在电机热管理上有望从液冷方案向油冷方案替换。液冷系统的基本原理是用冷却液循环电机壳体内部的管道，从而带走电机的热量，然而液冷方案空气导热系数低并且内部热量传递效率并不高，不能满足汽车电动智能化发展需求；油冷系统的基本原理是用油直接灌入电机内部，同电机的转子及定子绕组进行更有效率的热交换；油冷方案能够实现冷却介质与电机热源直接接触，强化了电机散热效果。
油冷电机较早应用于日系油电混合车型，由于其对电机换热效果较好，现在也逐渐应用于部分新能源车型上。
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