新能源汽车热管理系统设计 课件全套 第1-8章 基础篇、热管理系统理论基础-热管理系统设计案例

热管理系统设计汽车NewEnergyVehicles新能源CONTENTS目录新能源汽车热管理系统概述热管理系统理论基础0102第一篇基础篇新能源汽车热管理系统概述第一章核心内容：新能源汽车发展现状（定义、中国成就、全球格局）动力电池类型及特性（锂离子电池为主，对比燃料电池、铅酸电池等）热管理技术细分（乘员舱、动力电池、驱动电机的温控方法）整车热管理理念（产生背景、核心目的、技术特点）学习目标：建立“对象-需求-技术”的关联认知，理解热管理的必要性与整体逻辑1.1新能源汽车发展现状-定义与分类定

义：采用新型动力系统，完全/主要依赖新型能源驱动的汽车核心分类：插电式混合动力汽车（含增程式）

纯电动汽车（BEV）

燃料电池电动汽车（FCEV）1.1新能源汽车发展现状–中国成就与全球格局政策：双碳战略、《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》2024年数据：产量1288.8万辆（同比+34.4%）销量1286.6万辆（同比+35.5%）渗透率47.6%（提前完成2025年目标）区域特点与代表欧洲补贴+基建，计划淘汰燃油车（宝马、奔驰）美国特斯拉引领，传统车企（通用、福特）电动化日本混动/燃料电池成熟，纯电产业化滞后（丰田、本田）1.2动力电池概述-类型对比动力电池作为电动汽车的能量来源，

是电动汽车产业链的核心，其作用相当于传统汽车的燃油。

动力电池的性能指标包括能量密度、功率密度、循环寿命、充放电速率等，

这些指标直接影响到电动汽车的性能和用户体验。电池类型 核心优势 典型应用锂离子电池 高能量密度、长寿命主流乘用车燃料电池零排放、效率45%-60%商用车、特定场景铅酸蓄电池成本低、技术成熟辅助电源、低速车固态电池 高安全、快充电 未来产业化方向1.2动力电池概述-锂离子电池电池类型正极材料负极材料核心优势 钴酸锂电池LiCoO2石墨能量密度高（消费电子为主，车用少）锰酸锂电池LiMn2O4石墨成本低、安全（电动工具，车用受限）三元（NCM）锂电池锰酸锂LiMn2O4镍酸LiNiO2和钴酸锂LiCoO2三种成分组成的复合材料石墨能量密度高（主流车用，需控温防热失控）磷酸铁锂电池LiFePO4石墨安全、长寿命（乘用车/储能，能量密度低） 1.2动力电池概述-燃料电池+其他燃料电池：氢氧反应产电，产物为水；瓶颈是加氢站少、成本高铅酸蓄电池：技术成熟但能量密度低，多用于辅助电源固态电池：尚在产业化中，优势是高安全、快充电1.3热管理技术概述热管理技术涉及对特定对象的温度和温差进行精确调节和控制的过程。核心要素：具体的对象、热管理参数（主要是温度）以及实现手段（即耗能）。热管理技术广泛应用于多个领域：包括电子设备、

汽车、航空航天器、工业生产、太阳能发电、储能系统及医疗设备等。1.3热管理技术概述-乘员舱热管理汽车乘员舱作为一个相对封闭的空间，

其内部的热舒适性主要取决于人体周围的温度分布。空调系统在这一过程中扮演着至关重要的角色，它通过精确调节舱内的温度、湿度和风速，创造出一个适宜的驾驶和乘坐环境。

汽车空调系统的工作原理基于热物理学中的蒸发吸热和冷凝放热过程，通过内部循环工质的作用，有效地将乘员舱内的热量转移到外部，或者将外部的热量引入乘员舱内，从而实现乘员舱内温度的调节。1.3热管理技术概述-乘员舱热管理传统燃油汽车依靠发动机工作产生的余热，通过冷却液循环为乘员舱加热；但纯电动汽车没有内燃机，无法利用发动机余热，需依靠专门的热管理技术实现乘员舱制热。热泵空调加热：新能源汽车热泵空调基于蒸气压缩式逆循环原理，通过制冷剂循环从环境介质中吸收低位热能并提升能位，为乘员舱提供采暖，具备较高的能量利用效率。PTC加热：PTC（正温度系数热敏电阻）加热器依托电能向热能的焦耳热转化效应，借助热敏电阻的自限温特性实现快速且可控的制热，是新能源汽车低温环境下的辅助采暖技术。1.3热管理技术概述-动力电池热管理动力电池最佳工作温度范围通常被认为在25℃~45℃之间。新能源汽车电池系统热管理技术的核心是通过冷却介质将电池内部的热量传递到外界环境中，实现电池内部温度的降低。在高温条件下对电池进行有效散热，以防止过热；在低温条件下则需要对电池进行加热和保温，

以维持其性能。加热系统热管冷却散热热泵系统PTC加热元件散热系统空气冷却散热直接冷却散热液体冷却散热固体相变材料散热冷却介质不同自然对流强制通风高效精准高效复杂均温低导高导优温1.3热管理技术概述-电机电控热管理一、核心重要性驱动电机（动力输出核心）与控制器（智能控制中枢）的温度管理，直接决定其性能稳定性与使用寿命，超额定温度可能引发故障甚至系统完全失效。二、产热机理驱动电机：电能转化为机械能时，部分电能以损耗热释放（线圈电阻、机械摩擦等）；控制器：协调整车部件工作时，自身产生运行热，需同步控温。1.4整车热管理技术-背景目的与特点发展背景：新能源汽车新增“三电”（电池、电机、电控）热管控，传统空调思路不适用核心目的：提升能源利用效率延长电池寿命（控温防衰减）保障整车性能与安全（防过热故障）提升乘员舒适性整车热管理核心特点高度集成化：统筹乘员舱、三电系统热管理精准控制：动态调节各回路热量分配智能化：传感器+算法实时优化环境适应性：宽温区（-40~60℃）运行节能减排：回收余热、优化能耗第1章习题简答题：简述新能源汽车整车热管理系统需覆盖的三大温控对象及其主要热管理目标阐述整车热管理技术区别于传统汽车热管理系统的三个典型特征思考题：新能源汽车热管理技术如何响应“双碳”战略？结合节能降碳、热安全、成本控制分析对比锂离子电池、燃料电池、固态电池的热管理特性差异热管理系统设计汽车河南科技大学车辆与交通工程学院NewEnergyVehicles新能源热管理系统理论基础第二章核心内容：流体传热：含流体描述、分类、伯努利方程及三种传热方式热流控制：风冷、液冷、热管等技术特性与适用场景系统原理：四大模块、制冷/制热循环及热力计算学习目标：掌握基础理论，为热管理系统设计奠基2.1流体流动特性-描述方法两种核心方法：欧拉法：欧拉方法该方法是广泛应用的方法。它着眼于流场中所有空间点上流动参数随时间的变化，即研究表征流场内流体流动特性的各种物理量的矢量场与标量场拉格朗日法：拉格朗日方法该方法着眼于流场中每个流体质点流动参数随时间的变化，综合所有流体质点的运动便可得到整个流体的运动规律关键区分：欧拉法聚焦“场”，拉格朗日法聚焦“质点2.1流体流动特性-分类与伯努利方程流动分类：按时间：定常流动（参数不随t变）、非定常流动按维度：一维（1个坐标）、二维、三维2.1流体流动特性-伯努利方程伯努利方程（理想流体定常流动）：在重力作用下的不可压缩理想流体定常一维绝能流的能量方程（沿流线动能+位势能+压强势能守恒）对于单位质量流体，伯努利方程写成：上式表明不可压缩理想流体在重力场中作定常流动时，沿流线单位质量流体的速度水头、

位置水头与压强水头之和等于常数，总水头线为平行于基准线的水平线。2.1流体流动特性-管内流动的能量损失沿程能量损失（沿程损失）产生场景：缓变流全程（如直管段）成因：流体黏性力计算（达西-魏斯巴赫公式）：局部能量损失（局部损失）产生场景：急变流局部（如变径管、阀门、接头）成因：流体微团碰撞、旋涡计算：

总能量损失工程特点：多数场景依赖实验数据，复杂流态难理论计算2.1传热基本理论-热量传递与热输运热传导分子/原子热运动（固体靠自由电子+声子）热对流流体与固体壁面温差驱动热辐射

电磁波传递（无需介质）

2.2热流控制技术-空气冷却原理：空气对流带走热量（自然/强迫）特性：优势：结构简单、成本低、维护方便劣势：散热弱、受室温影响大适用场景：低热负荷（小型电机、辅助电机）

类型驱动方式核心优势主要劣势适用场景空气自然对流冷却温差自然形成气流无能耗、结构简单、成本低散热效率低（热流密度10-100W/m²）、受环境温度影响大低热负荷场景（小型辅助电机、低功率电控）强迫对流风冷风扇/风机驱动散热效率高于自然对流，响应较快需消耗电能、产生噪声、需额外布置风扇中低热负荷场景（部分小型车驱动电机、电池辅冷）2.2热流控制技术-液体冷却核心优势：比热容高，换热效率比空气高5-10倍类型：间接冷却：液冷板（安全，主流）直接冷却：效率高，需防漏适用场景：高功率电机、动力电池

液冷板流道结构：常规：直流道、S形流道（扰动强）、Z形流道（灵活）先进：微通道（高热流密度）、仿生流道（均匀性好）2.2热流控制技术-热管冷却工作原理：管内工质“蒸发吸热→冷凝放热”，毛细力驱动回流核心特性：高导热（比铜高100-1000倍）、无外部动力、等温性好2.2热流控制技术-热管冷却常见类型：环路热管：长距离传热、逆重力脉动热管：无吸液芯、小空间适用适用场景：动力电池均温、电机局部高热流2.2热流控制技术–其他方式PCM冷却：利用相变潜热控温→均温好，需强化导热喷淋冷却：直接喷射冷却液→响应快，需防喷嘴堵塞适用场景：PCM用于电池保温，喷淋用于高热流应急冷却2.3系统基本原理系统类型核心设备/技术工作原理关键作用散热系统散热器、风扇散热器通过传导+对流转移热量至介质，风扇以强制对流加速热量散发快速排出部件多余热量，防止过热冷却系统冷却液循环系统、空调系统冷却液循环吸收部件热量，空调系统调节空气温湿度，共同维持车内适宜温度精准控制核心部件（电池、电机）温度余热回收系统板式换热器、多通道电磁阀回收电机等部件余热，通过换热器或电磁阀控制，为电池包加热，替代额外耗电加热提升能量利用率，延长续驶里程温度控制系统温度传感器、控制单元传感器实时监测温度，控制单元调节散热器、风扇等设备，维持温度稳定避免过冷/过热导致部件性能衰减2.3热力循环-制冷循环核心部件：压缩机→冷凝器→膨胀阀→蒸发器流程：压缩：低压气→高压气（耗能）冷凝：高压气→高压液（放热）膨胀：高压液→低压气液（降温）蒸发：低压气液→低压气（吸热制冷）制冷剂常用类型：R134a：传统主流，对臭氧层破坏小R1234yf：新型，全球变暖潜势（GWP）更低选择原则：环保、制冷效率高、安全2.3热力循环-制热循环核心技术：四通换向阀切换（蒸发器/冷凝器功能互换）流程：压缩机：低压气→高压气舱内换热器（冷凝器）：高压气→高压液（放热制热）膨胀阀：高压液→低压气液舱外换热器（蒸发器）：低压气液→低压气（吸环境热）辅助：PTC加热器（极寒工况补充2.3热力计算(1)等熵压缩图中1-2是等熵压缩的过程。工质流经压缩机时，消耗外力功而使气体升压升温，如果忽略对外散热，不计摩擦功，可以近似看作绝热压缩，其理论压缩功W等于制冷剂进出压缩机时的焓差，即(2)等压冷凝图中2-3-4是在冷凝器里等压冷凝放热的过程。制冷剂由过热状态2在冷凝器里先冷却到干饱和蒸气状态3，然后再凝结为饱和液体4。每1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量称为单位冷凝热量，符号为q。g等于冷凝器进出口处制冷剂的焓差，即如果在冷凝器出口制冷剂的干度x=0:在蒸发器出口制冷剂的干度x=1.0.那么这种循环就是基本理论循环，其lgp-h图如图2-23所示。循环流程是1→2-3→4→5→1。2.3热力计算(3)绝热节流图中4-5是制冷剂流经膨胀阀时的节流过程。绝热节流前后焓值相等，所以可得应当指出，节流后的状态5属于湿蒸气状态(4)等压蒸发图中5-1是制冷剂在蒸发器内定压汽化吸热的过程。每1kg制冷剂在蒸发器中的吸热量，称为单位制冷量q0。q0值可以用蒸发器前后制冷剂的焓差表示，即如果在冷凝器出口制冷剂的干度x=0:在蒸发器出口制冷剂的干度x=1.0.那么这种循环就是基本理论循环，其lgp-h图如图2-23所示。循环流程是1→2-3→4→5→1。制冷剂在冷凝器内的放热量等于蒸发器内的吸热量与压缩机绝热压缩功之和2.3热力计算-实例简化第二章技术对比热流控制技术优势劣势适用场景空气冷却结构简单、成本低散热弱、受环境影响大小型/辅助电机液体冷却效率高、控温准结构复杂、需密封高功率电机、电池热管冷却高导热、等温性好成本高、有换热极限电池均温、局部高热流PCM冷却均温性好、无能耗导热低、成本高电池保温喷淋冷却响应快、冷却强需防漏、喷嘴易堵高热流应急冷却第二章习题简答题：解释导热、对流换热及辐射换热三种基本传热方式在新能源汽车热管理系统中的典型应用场景并各举一个部件案例说明。描述热力循环中压缩过程、冷凝过程、膨胀过程及蒸发过程的热力学特征，并说明其在新能源汽车热泵系统中的作用。思考题：阐述伯努利方程在新能源汽车冷却流道设计中的应用原理，并举例说明如何利用该方程优化动力电池液冷板的流道结构以降低压降损失。对比分析空气冷却、液体冷却与热管冷却三种技术路线在动力电池热管理中的适用条件，重点说明其温度控制精度、系统复杂度及成本差异。热管理系统设计汽车河南科技大学车辆与交通工程学院NewEnergyVehicles新能源热管理系统组件第三章核心内容：讲解新能源汽车热管理系统组成部件,包括压缩机、换热器、阀件、水泵以及管路等压缩机、换热器等选型计算学习目标：认识新能源汽车热管理系统组成部件、完成对热管理系统关键部件的选型计算3.1电动压缩机

新能源汽车热泵空调系统主要由电动压缩机、冷凝器、储液罐、空调器、膨胀阀及连接管路组成。

电动压缩机是整个系统的动力核心，其核心作用是将低压气态制冷剂压缩为高压气态制冷剂。在整个空调系统循环里，通过蒸发器和冷凝器的运作，实现热量的转移，进而将热量带入乘员舱或带出乘员舱，调节车内温度，为驾乘人员营造舒适的环境。压缩机性能的优劣直接影响到空调系统的制冷（热）效果、能耗水平以及可靠性等方面。

3.1电动压缩机

电动压缩机作为热管理系统的核心部件，其技术和使用要求有别与传统燃油汽车空调压缩机和家用空调压缩机。新能源汽车，尤其是纯电动汽车面临着续驶里程的挑战，因此要求其具有高效率、低噪声、轻量化、小型化、适应更严苛的运行条件及更宽广的运行范围、高安全性和可靠性等特点。

涡旋式压缩机因其具有的特点广泛用于新能源汽车行业，小部分也采用滚动转子式压缩机。涡旋压缩机由顶盖、

密封垫、静涡旋体、动涡旋体、十字集电环、主轴承座、平衡块、转子、定子、壳体、接线端子、控制器、电器盒盖、插接器等部件组成。

工作原理：两个涡旋盘的相对运动，会让密封腔的体积和位置持续变化，从而分三个阶段完成气体处理，且三个阶段同时连续进行（无间断压缩，效率更高）：1.吸气阶段：图a所示位置动盘中心位O2于静盘中心O1的右侧，涡旋密封啮合线在左右两侧，涡旋外圈部分刚好封闭，最外圈两个月牙形空间充满气体（阴影部分）完成了吸气过程。2.压缩过程：图b-f随着曲轴的旋转，动盘做回转平动而动，静涡旋体仍保持良好的啮合，外圈两个月牙形空间中的气体不断被向中心推移体积不断缩小，压力逐渐升高，实现压缩过程。3.排气过程：图g-j当密封腔移动到静涡旋盘的中心区域时，其体积缩小到最小，气体压力达到最大值，为排气过程。当中心腔室的空间消失时，排气过程结束。3.1电动压缩-涡旋式压缩机3.1涡旋式压缩机-热力过程1、基本几何关系与工作容积变化

两个相同涡旋参数的涡旋体中的一个旋转180°，再平移R=0.5(P−2t)=r(π−2α)的距离，使两涡旋体相互相切接触，可形成若干对月牙形空间，即涡旋式压缩机的压缩室容积。压缩室由最内向外排序为①、②、③，其容积为投影面积（月牙形面积）与涡旋体高度的乘积，需先求投影面积（见教材3.1.5章节）。2、输气量

理论容积输气量qVt：为吸气容积与压缩机转速的乘积，单位m3/h，即：qVt=60nVs=60nπP(P−2t)(2N−1)h

实际容积输气量qV：为理论容积输气量与容积效率的乘积，即：qV=ηVqVt​3、内压缩：

压缩室压力变化：压缩室容积随转角变化，导致室内气体压力变化，压力随转角从0到2π时，最外圈敞开的月牙形空间逐渐封闭形成最大容积，此过程为吸气过程；接着容积减小，气体被压缩；最后与中心压缩室连通排气。（详细内容见教材3.1.5章节）3.1涡旋式压缩机-热力过程4、排气孔口的流速

排气孔口位于静涡旋体中心，其面积和形状与渐开线起始角、涡旋体始端型线修正形状、涡旋体高度等有关。为减少流动损失，希望排气孔口气体马赫数在0.3左右，需有足够排气孔口面积A。假定排气过程中气体不受压缩且匀速运转，理想气体流速按不可压缩流体连续方程求解，可得排气孔口流速v：式中：ω为曲轴的角速度，单位为rad/s，由式可知，起始角与涡旋体高度对马赫数影响需合理选取。5、功率

理论功率Pts：涡旋式压缩机理论循环吸、排气过程为可逆绝热流动过程，压缩过程为等熵过程，理论比功：Wts=h(θ∗)−hs0。理论功率Pts=（qma·Wts/3.6）×10-6指示功率Pi：多数涡旋式压缩机无排气阀，存在“过压缩”或“欠压缩”附加能量损失，指示功率Pi=Pts+ΔPi轴功率Pe和电动机功率Pel:Pe是输入压缩机曲轴的功率，Pel是输入压缩机电动机的功率。3.2换热器-动力电池换热器

动力电池换热器主要的主要功能是冷却或加热动力电池，热交换实现方式的多样化，导致动力电池换热器的形式也呈现多样化动力电池的主要冷却方式有风冷、液冷、直冷等，加热方式主要有电加热膜加热、PTC加热、高压电加热系统热层技术，以及结合热管理系统的液体加热或直接加热等。随着新能源汽车动力电池能量密度和功率密度的不断提升，电池在充放电过程中产生的热量显著增加，传统的自然冷却或风冷方式已难以满足散热需求。

目前常用的典型动力电池换热器有液冷板、直冷板、微通道管排管换热器、蛇形管换热器等。液冷板直冷板微通道排管换热器蛇形管换热器3.2换热器-动力电池换热器

液冷板：作为新能源汽车动力电池主流散热方案，其流道精细、布局合理，传热面积大，能提升冷却效率、降低能耗与材料用量，适配方形电池（如宁德时代三元方形电池、LG化学三元软包电池）。

直冷板：无需传统液冷系统的水泵与复杂管道，直接将制冷剂引入电池内部，省去一次换热过程，减少换热热阻，降低换热温差，显著提升传热性能，在电池热管理中优势独特。

微通道排管换热器：由左右集流管（收集、分配冷却液，确保均匀流动）与多根平行微通道换热管组成，换热管平直段紧密贴合电池包，可直接接触电池表面实现高效换热。

蛇形管换热器：专为圆柱形电池设计，能贴合电池圆周表面，实现针对性换热。方形电池三元软包电池圆柱形电池3.2换热器-板式换热器

概述：板式换热器是一种高效、紧凑的换热器。对比套管换热器和管壳式换热器、板式换热器以紧凑、高效、以及高质量、高性价比等特点被行业广泛接受。在采用板式换热器的产品中，钎焊式板式换热器以其可靠的产品质量和优越的换热性能，在与能源相关的行业，尤其是制冷与空调行业、新能源汽车行业中被广泛应用。

热交换板片堆叠在一起构成流体通道，冷热流体之间在紧凑空间下发生间壁式换热。

板式换热器的基本结构主要包括构成换热通道的通道板、端板、底板以及安装在端板或者底板上的接管。3.2换热器-车用板式换热器

板式换热器作为紧凑高效换热装置，在汽车高效换热性能和紧凑空间需求下，获得巨大市场机会。板式换热器在新能源汽车上的应用主要包括电池冷却器（chiller）、液冷冷凝器、油冷器以及换热器组件。

电池冷却器（chiller）：通过电池冷却器将载冷剂（通常为50%浓度的乙二醇溶液）降低至需要的温度后送入与电池直接接触的冷却管或者冷却板对电池进行冷却，以确保电池在有效的温度范围内运行。

液冷冷凝器：一些带有热泵系统的新能源汽车需要为乘员舱提供热量，通过提取系统余热或室外热源，液冷冷凝器获得热量，并进一步通过电加热的方式提升热量，最终满足乘员舱采暖需求。

油冷器：将板式换热器作为油冷器使用的应用方式在传统的燃油汽车上已经普遍存在，其主要的应用场景

包括：发动机润滑油系统的机油冷却器、变速器的润滑油冷却器。3.2换热器-车用板式换热器

换热器组件：为了进一步发挥板式换热器产品的紧凑性和成本优势，一些与板式换热器集成为一体的换热器组件产品逐渐被行业和市场认可。电池冷却器与电子膨胀阀或热力膨胀阀集成为一体，形成Chiller+EXV/TXV集成组件；液冷冷凝器与储液干燥过滤器集成为一体，形成LCC+RD组件；油冷器与热力旁通阀形成油冷器+TBV集成组件。Chiller+EXV/TXV集成组件LCC+RD组件油冷器+TBV集成组件3.2换热器-热泵空调换热器

新能源汽车无发动机，制热靠热泵系统。夏季制冷时车外换热器为冷凝器向外散热；冬季制热时为蒸发器从室外吸热。

车外换热器（制冷时的冷凝器）：冷却介质为空气，有管片式和微通道式，目前多采用微通道式，微通道冷凝器由集液管、多孔扁管、百叶窗翅片等组成。

车内换热器（制冷时的蒸发器）：蒸发器安装于空调箱内，受空间限制，产品尺寸不宜太大，因此多采用双层多流程结构。

室内冷凝器：室内冷凝器替代了空调箱中暖风芯体!其主要功能是在制热、除湿工况下作为冷凝器，加热空调箱中的冷风，给乘员舱提供暖风。

3.2换热器-换热器选型计算

传热方程式的普遍形式为：

Q为热负荷,W;k为热交换器任一微元传热面处的传热系数,(W/㎡·℃);dF为微元传热面积,㎡；Δt为在此微元传热面处两种流体之间的温差，℃。

式中的

k和

Δt都是F的函数,而且每种热交换器的函数关系都不相同，这就使得计算十分复杂,在工程计算中,如下简化的传热方程式也已足够精确了：K为整个传热面上的平均传热系数,(W/㎡·℃);F为传热面积,㎡;Δtm为两种流体之间的平均温差，℃。3.2换热器-换热器选型计算板式换热器可通过多种流程和通道数满足传热与压力降要求：

（1）流体流动有串联、并联（逆逆流）、混联形式

（2)流程可为单流程或多流程，两流体流程数可相等或不等，

通道数也可不相等。平均温差计算：

Δtlm，c

为纯逆流对数平均温差，Ψ为修正系数，串联、并联时可分别由图中曲线确定。3.2换热器-换热器选型计算传热系数K的计算：已知两侧对流换热系数及垢阻时，由于板式热交换器流动中的湍动较大，故比较不易结垢，某些流体的垢阻见表：3.3电子水泵-水泵结构

汽车节能要求提高，电子水泵因高效、精准控制、低能耗，在汽车冷却系统（传统汽车发动机冷却、新能源汽车冷却）中应用广泛，是新能源汽车冷却系统关键组件，负责驱动冷却液循环，保障电池、电机、电控等部件在适宜温度运行。

通常由水力部分（一般为离心式叶轮泵）、电动机部分（采用直流有刷或无刷电动机，多为小功率内转子电动机）、电控部分（采用方波驱动或正弦波驱动）组成。3.3电子水泵-性能曲线

描述水泵在不同工况下的性能，包括流量（Q）、扬程（H）、效率（EFF）、轴功率（P）等参数，帮助工程师选择合适水泵，优化系统设计，并预测实际运行表现。常见曲线：扬程（H）-流量（Q）曲线：(1)最基本性能曲线，显示不同流量下水泵能够提供的扬程，流量增加，扬程逐渐降低（因水泵内部液体速度增加，能量损失增多）。

(2)还包括轴功率（P）-流量（Q）曲线、效率（EFF）-流量（Q）曲线.3.4阀件-制冷剂控制阀传统汽车空调系统制冷剂控制阀少，典型为热力膨胀阀和电磁阀。新能源汽车热管理中，因电池冷却、热泵应用，催生新控制阀，如带电电磁阀的热力膨胀阀、电子膨胀阀、电动切换阀、电磁截止阀、电动大口径制冷剂控制阀、单向阀等。热力膨胀阀：是汽车空调典型节流机构，通过蒸发器出口制冷剂饱和压力与动力头介质对应过热温度下饱和压力差，控制调节阀门开闭。类型：分H形和F形（，H形安装方便、感温效果好、受外部温度影响小，广泛应用，阀体多为铝制电子膨胀阀：功能与热力膨胀阀类似（节流降压、调节流量、控制过热度），是空调系统控制核心。直接测蒸发器出口过热度，信号传递快、调节反应迅速；流量调节范围宽，可设置调节规律，用反馈调节，还能与压缩机能量调节配合，精准控制，负荷变动频繁也有好调节品质。电子膨胀阀3.4阀件-制冷剂控制阀电动切换阀：主要用于电动汽车热泵系统，四通换向阀广泛用于家用空调，通过切换制冷剂流路，实现制冷与制热模式切换。汽车热泵系统换热器多，需三通阀与其他二通阀组合实现复杂功能。电磁截止阀：通过电磁单元通断电，控制制冷剂通路开启/截止。新能源汽车热管理中，因混合动、纯电动汽车发展，制冷系统额外并联电池冷却器，蒸发器数量增加，非工作时需关闭，电磁阀用量快速增加。电动大口径制冷剂控制阀：全开度下兼具节流和全开直通功能，需节流阀与直通并联实现，故用电动大口径控制阀控制流量。实现方式：一种用大口径阀针，通过步进电机带动阀针运动调节流量；另一种用步进电机带动阀内钢球旋转，钢球凹槽随角度变化改变通流面积，最大通径与阀体通径同向时无流阻通路。单向阀：只允许制冷剂单向流动，反方向受阻。主要用于热泵系统，是机械产品，结构简单、开发难度不高，但汽车空调和热泵系统对内漏、压降要求严，单向阀性能影响系统性能和优化，可集成在管路内，减少法兰连接，提高可靠性、减少泄漏、简化结构、降低成本。3.4阀件-冷却液控制阀

在新能源汽车中，冷却液系统相比于传统汽车热管理系统更加复杂冷却液系统需要管理电池冷却、电机冷却和电控系统的冷却，一般采用精度更高的电子控制冷却液控制阀。冷却液控制阀驱动方式分为电磁驱动和电动机驱动。根据控制精度和驱动力要求的不同，电动机驱动可以采用步进电动机驱动或者直流电动机驱动；按阀芯结构分类，冷却液控制阀的阀芯可分为活塞式、滑片式和圆柱式。

电磁驱动冷却液控制阀：两通截止阀、三通切换阀可以通过电磁驱动。两通截止阀与制冷剂电磁阀类似，分为常开型和常闭型。三通切换阀通过电磁线圈的上电和失电实现液体从进口到两个出口之间的切换。特点：

结构相对简单，价格便宜。需要长时间通电、能耗高、可靠性低。

电动机驱动冷却液控制阀：通过齿轮转矩放大机构将微型电动机的转矩放大，驱动阀芯的旋转运动或直线运动，实现冷却液阀的开闭或切换。

驱动电机类型及特点：直流有刷电动机：无需复杂电控，价格低，但控制精度低。直流无刷电动机：驱动转矩大，控制精度逊于步进电动机。步进电动机：控制精度最佳，驱动转矩比直流电机小。相较于电磁控制冷却液控制阀，电动机驱动冷却液控制阀可以实现比例控制及多通路控制和切换，且运行时不需要大电流维持，并具备位置反馈功能，已成为新能源汽车冷却液控制阀发展的趋势。电磁驱动控制阀电机驱动控制阀3.4阀件-冷却液控制阀阀的流量特性：阀两端压差保持恒定下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间的关系。

直线特性：阀门相对流量与相对开度成直线关系，单位行程变化引起的流量变化不变，等百分比时流量小时变化小。

等百分比（对数）特性：相对流量变化的百分比与相对开度变化成正比，不同开度有相同调节精度，流量小时变化小、流量大时变化大。

抛物线特性：相对流量与相对开度的二次方成比例，大体具有直线性和等百分比特性中间的特性。

快开流量特性：开度较小时就有较大流量，开度增大到一定程度后流量变化很小，多用于流量调节的大部分是截止阀等情况。3.5风机—冷却风扇汽车热管理重要部分，为前端散热模块（发动机、空调、三电系统等）提供换热风量，影响相关系统性能。纯电动车：为空调和三电系统换热供气流。插电式混动车：为发动机冷却、空调及三电系统换热供气流。组成：电动机、扇叶和护风圈。电动机将电能转机械能，多为直流电动机（有刷/无刷），无刷电动机控制方式有PWM和局域互联网络（LIN）。扇叶：类型：前掠、后掠，前掠扇叶噪声性能好，后掠扇叶换热量大。3.5风机—鼓风机作用：鼓风机是汽车空调系统中的一个重要部件，在空调系统中起到使空气在乘员舱里循环或吸进车外新鲜空气的作用。空调系统是对乘员舱内空气进行制冷、加热、

换气和空气净化的装置。它可以为乘员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度、提高行车的安全。鼓风机电机：新能源汽车多使用永磁无刷直流电动机作为鼓风电动机，空调鼓风电动机的功率从50-700W不等。大部分电动机的功率范围是200-350W。直流电动机多为2极12槽电动机，新的直流电动机设计会用到4极或6极，14槽、18槽或20槽。

风机流量特性：不同类型、尺寸风机特点不同，制造商需制定性能曲线，涵盖从自由输送到无输送的全范围，涉及流量气体的流量Qv、静压PsF、全压PtF、功率P、风机静效率ηsF、风机全压效率ηtF。3.6传感器

现代汽车向高档智能化、电子信息自动化的机电一体化发展，汽车传感器是电子控制系统关键部件，是汽车发展的主导与核心。随着汽车工业与电子工业发展，汽车传感器将成汽车电子产品市场需求最大的产品。（1）压力传感器：广泛应用于汽车工业，测量监测车辆各系统压力，提升汽车性能、安全性，减少零部件故障率。常见类型及应用：空调制冷剂压力传感器：监测空调系统内制冷剂压力，辅助控制制冷效果，型号依制冷剂（如R134a、R1234yf）而定。水泵压力传感器：监测水泵压力输出，保障发动机冷却系统正常运行，型号依水泵设计。胎压传感器：监测轮胎气压，气压低时报警，保障行车安全与轮胎寿命。（2）温度传感器：能感受温度并转换为可用输出信号的传感器，实时监测车辆各部位温度，为电池管理、电机控制、热管理系统等提供数据支持，确保车辆稳定运行，在新能源汽车中应用前景广阔。常见类型及应用：压力传感器3.6传感器（3）电流传感器：新能源汽车中主要用于电池系统管理、电机驱动控制、电源模块等三电系统组件，对汽车辅助蓄电池、混合动力汽车动力电池组进行精确电池管理。（4）冷媒泄漏检测传感器：新能源汽车或其他汽车空调系统中检测制冷剂泄漏，防止泄漏导致制冷效率下降或对车内人员及环境造成不良影响。常见类型及原理：

电化学制冷剂传感器：基于化学反应检测制冷剂，制冷剂进入时产生电流或电压信号变化，通过测量变化判断浓度和泄漏情况。

红外线制冷剂传感器：检测制冷剂（如R134a）的红外辐射特征，识别泄漏位置和程度。电流传感器冷媒泄漏检测传感器NTC温度传感器：负温度系数热敏电阻，温度升高电阻值减小，广泛用于汽车（如排气温度传感器）。PT100型温度传感器：铂电阻温度传感器，温度与电阻线性相关，用于测量发动机冷却液温度、PT温度传感器3.7HVAC总成

HVAC（HeatingVentilationandAirConditioning）是供热通风与空气调节的简称总成也称空调器总成。

指安装在仪表板下具有加热、通风、空气调节功能的单元，

包含鼓风机总成

、含滤清器、

蒸发器芯体、加热器芯体、混合风门、模式风门等主要部件。结构上包含进风段、蒸发器段、中间段、暖风芯体段、出风段五部分，具有吹面、吹脚、除霜除雾三种模式。在不同车型上

结构不尽相同，在设计上有一定的自主性。HVAC结构3.8PTC加热器

应用背景：纯电动汽车无发动机，无法用发动机余热作空调热源，低温下需PTC加热器为空调系统和电池加热系统供热，其整体结构含PTC加热包、冷却液流道、主控板、高压连接器、低压连接器和上壳等，属于整车热管理系统部分PTC发热元件特性：自恢复型热敏电阻元件，高效、稳定、可靠，电流通过时产热，使元件温度升高，达到加热冷却液目的，相比传统电热器，具有动作自调、温度稳定等优点。

工作原理与优势：低温下，可通过调整耗电大小调节制热功率和温度，升温快、调节精度高。冷车启动时，PTC加热器能快速将冷却液加热至适宜温度，缩短暖车时间。其电阻值随温度升高而急剧增加，当温度上升到一定值，发热功率等于散热功率，温度和功率不再变化，实现自动温度调节；而普通发热丝无此自调功能，温度变化时发热功率变化小，调节能力弱。3.9热管理系统管路及密封

汽车空调各部件分散，需通过管路连成完整系统:一般由铜管、橡胶软管及接头、配件（护套、铝套等）、支架、O形圈、堵帽等组成，用于连接空调各系统。乘用车常见管路：分别是车外换热器—车内换热器（多纯铝管）、车内换热器—压缩机（多铝管和胶管组合）、压缩机—车外换热器（多铝管和胶管组合）。空调系统管路分类：(1)高压管（压缩机到膨胀阀之间）、低压管（膨胀阀到压缩机之间）。(2)按制冷剂状态分：气态管、液态管，因需注入一定压力制冷剂，必须用金属管道，尤其是压缩机—车外换热器—制冷剂瓶—膨胀阀段（系统高压段），耐压要求更高。空调系统金属硬管:常用金属铝管规格：有ϕ8×1、ϕ9×1.25等8种，不同规格用于不同管路。（如ϕ8、ϕ10用于液态管，ϕ12、ϕ14用于液态低压管等）空调系统同轴管：利用热交换原理，将车外换热器流出的高温制冷剂气体与低温制冷剂气体流通区域分开，流向相反，实现二次换热，增强制冷效果，提高制冷效能，减少动力总成负载，降低油耗，节能减排。3.9热管理系统管路及密封

（1）R134a及R1234yf空调系统用橡胶软管：汽车空调是移动车载装置，行驶中颠簸振动大，连接管需用对振动有缓冲、减振作用的橡胶软管。

要求：低渗透性、耐制冷剂性能；耐PAG润滑油；耐低温；缩水变形小；定伸应力高；良好的耐动态应力性、耐振动性和耐高压性；低噪声传导、低脉冲

扩口式硬接触密封轴向（端面）密封圈密封径向（筒式）密封圈密封

密封形式：常用接头形式有扩口式硬接触密封、轴向（端面）密封圈密封、径向（筒式）密封圈密封等结构：R134a及R1234yf空调系统橡胶软管一般为三层（低压管）、四层或五层（高压管和低压管），内层为橡胶材料的三层、五层胶管NVH性能更好，管总成密封性更优。3.9热管理系统管路及密封（2）CO2空调系统用橡胶软管

系统特点：管路连接各主要零部件，多达十几根，压力范围包括低压、中压和高压，对密封性和耐压性要求高。

CO2热泵系统跨临界循环，压力很高（工作压力最大达17MPa），高压段温度达165℃，普通高分子材料难满足，长期使用易破裂。CO2分子更易穿透PA层渗漏，需选用耐渗透材料（如不锈钢管，避免振动，改善NVH性能；或用波纹管替代PA层，阻隔CO2小分子，保留柔软性和弹性。

新型密封形式：单O形密封圈密封已不能满足要求，密封系统以金属垫压片密封形式为主，通过螺栓提供的预紧力使压板压紧垫片，利用垫片弹性及受变压产生密封作用。3.9热管理系统管路及密封（3）电池冷却系统管路管路主要性能要求：

泄漏量：新能源车辆冷却涉及电机、电池等，对电机位置、电池包内/外冷却管路泄漏量有明确要求.

耐酸性：部分车企对电池包内管路耐酸性有要求，需选耐酸性好的材料（如PA9T/PA12）。

耐冷却液动态疲劳性能：模拟整车温度、压力工况及振动状态，各位置动态疲劳性能要求不同。

其他：爆破压力、吹除压力、静态老化试验、阻燃试验等，不同整车企业要求不同。温控对象热特性第四章本章在纯电动汽车热管理集成方案确定的基础上针对乘员舱在不同外界环境温度下的负荷变化、电池系统的产热/传热特性、

温度对电池的影响展开研究，为后续热管理系统的冷/热负荷需求研究提供理论数据支持，分析热管理系统中关键组成部件的工作机理，

建立其数学模型，确定各部件的主要参数4.1乘员舱的热特性在夏季，由于环境温度较高，热量会源源不断地传递到车内，同时，太阳光的辐射作用也会增加车内的温度。首先，考虑到玻璃、门窗、地板等为非密闭性结构，少量的热空气会进入到车内，这一现象在车辆高速行驶时尤为明显;其次，在车辆内部，供风系统提供的热量和乘员自身散发的热量也要被考虑在内;车辆在行驶过程中，电池、电机，以及一些仪表设备、照明系统也一直在向乘员舱散发热量。上述所有的热量构成了乘员舱系统的得热量，空调系统至少需要产生相对应的制冷量来抵消掉这部分热量才能维持乘员舱的温度稳定。QAC乘员舱系统从外界吸收的总热量QB经围板结构传入车内的热量QG为经车窗系统传入车内的热量QP车内乘员自身散失的热量QA由车外空气散入到车内的热量QE由电机散入到车内的热量QC车内仪器设备产生的热量4.1乘员舱的夏季工况热平衡计算1.经围板结构传入车内的热量按照车身围板的分布位置不同，可将其分为车顶围板、车侧围板及地板，它们共同构成汽车的车身围板结构；α为考虑车辆热桥效应的修正系数，常取1.384.1乘员舱的夏季工况热平衡计算2.经车窗系统传入车内的热量

车窗系统允许太阳光透入传导热量，同时也会有热量通过玻璃传递以平衡温差，由上述分析可知，经车玻璃传入到乘员舱的热量如下：为平衡温差传入车内的热量QG1如下:太阳光照射到车内传导的热量QG2如下：4.1乘员舱的夏季工况热平衡计算3.车内乘员产生的热量n为车内除驾驶员外的总人数；n’为群集系数；驾驶员与乘客作为热源也会无时无刻地向外散发热量，不同职业、性别、年龄的人产生的热量各不相同。其中驾驶员由于参与车辆的控制，其产热量高于乘客，一般取驾驶员的产热量为145W/人，同时，由于车内乘客有不确定性，采用群集系数模拟不同年龄段的乘客，取116W/人为车内乘客散热参考值。4.室外空气带入的热量新风引入的热量:车体间隙散入:由室外空气带人车内的热量根据散入方式的不同可分为由供风系统带人的热量以及经车体间隙处散入的热量。由供风系统向乘员舱输送的新风可以调节车内的温度、湿度，改善车内环境，但过量的新风也会导致车内热负荷的变化，同时，由缝隙漏人的空气也是对新风系统的补充，其热量可表示为4.1乘员舱的夏季工况热平衡计算5.从前舱传入的热量相较于传统汽车前舱有发动机散发大量热量,纯电动汽车前舱内的电机散热量很小,可以忽略不计;6.车内仪器等散热量纯电动汽车上的产热设备主要包括空调系统鼓风机电动机，照明设备，屏幕及音响设备；一般可取150~200W7.总负荷车内仪器等散热量车内的相关设备、空调系统的电动机及照明设施在使用过种中也向车内散发热量，在计算车内热负荷时也需要将其考虑在内，由经验公式可知：综上，在车辆参数确定的条件下，基于当前车外环境，即可得到当前环境下乘员舱的得热量，为平衡车辆的温度，保证乘员舱舒适性，空调系统的制冷量如下:k为修正系数一般取1.14.1乘员舱的冬季工况热平衡计算在冬季，车室内外温差以及进入乘员舱的新风会带走相当部分的热量，同时，在车窗玻璃上也会凝结出霜、雾，车辆除霜、除雾也会消耗一定的热量，从而导致乘员舱温度降低。借鉴上述对制冷负荷的研究，车辆的失热量如下:QH乘员舱系统从外界吸收的总热量QBh经围板结构散失的热量QGh经车窗系统散失的热量QPh车内乘员自身散发的热量QAh由室外空气进入乘员舱减少的热量QF除雾消耗的热量4.1乘员舱的冬季工况热平衡计算乘员舱通过围板结构散失到外界的热量与制冷负荷的计算类似，该散失热量由车顶、车侧及地板散失热量共同组成。其公式为：车辆通过车玻璃散失到外界环境中的热量与制冷负荷的计算略有不同，冬季太阳辐射较弱，其对乘员舱的温度影响较小，在这里不予考虑，

只计算由于车辆行驶时的对流换热所损耗的热量，其公式为：1.围板结构散失的热量2.经车窗系统散失的热量3.车内乘员自身散发的热量乘员舱内驾驶员及乘客散发的热量Qph较少，属于外界输入热源，在这里我们不予考虑，即取Qph=0。4.1乘员舱的冬季工况热平衡计算4.由室外空气进入乘员舱减少的热量5.除雾消耗的热量冬季进入乘员舱的新风主要包括空调系统提供的新风以及由车辆门窗缝隙进入车辆的新风。前者会通过混合风门与室内的循环风混合，最终形成具有一定温度、湿度的混合气体吹人乘员舱中调节乘员舱温度，这部分热量我们不予考虑。由缝隙进人乘员舱的冷空气对乘员舱温度环境有很大的影响，会显著降低乘员舱温度，由该新风带走的热量如下:在秋冬季节，

由于车内外温度差较大，

在车辆表面会形成雾或凝结成霜，为了保证驾驶员视野清晰，需要对车辆进行除霜、除雾处理，该过程也会消耗部分热量。由下式计算：4.2动力电池的热特性电池是纯电动汽车部件中对整车性能影响最大的系统。高温环境下，

其内部环境极不稳定，由于热量过大，在热量向外扩散的过程中极易出现)热失控，

对车辆及乘员造成伤害；

低温环境下，

电池活性减弱，

放电电压降低，其容量低于常规容量，同时放电效率降低，

对电池的寿命有显著的影响。

因此对于电池温度特性的研究是十分必要的，

本节选取纯电动汽车用锂离子电池为研究对象，对其进行产热，传热机理的研究。4.2.1动力电池的产热特性纯电动汽车用锂离子电池主要由五部分组成:正极材料、负极材料、有机电解质材料、隔膜、电池外壳。在工程实践中，电池的产热率往往难以测量，假设电池内部产热均匀，同时忽略电池的极化热与副反应热，认为电池的热量主要由焦耳热与化学反应热组成：上述理论计算方法为估算电池的产热量提供了扎实的理论基础，但在实际工程中主要采用实验分析法来估算电池产热量，该方法认为电池在工作过程中产生的热量主要有电化学反应热Qr、极化热Qp、电流流过电池本身内阻产生的焦耳热Qj，以及由于负极锂离子沉积产生的副反应热Qs、，即电化学反应热极化热焦耳热4.2.1动力电池的传热特性电池内部发生化学反应会释放大量热量，由于电解质溶液与电池壳体直接接触，因此会通过热传导的方式将该热量传导到外壳上。通过热传导传递的热量可通过傅里叶提出的稳态热传导模型计算，即电池热传导的热量为电池辐射的热量为电池表面与周围环境中的流体发生热交换的过程属于对流换热，

其换热量为电池内部主要以热传导散热方式为主，热辐射与对流换热散失的热量较少，可忽略不计;同样，在电池外部其散热方式主要以对流换热为主，热传导和热辐射散失的热量皆可忽略。通过上述研究可以得到电池散失到外界的热量，根据热力学第一定律，即能量守恒和转换，电池在工作过程中产生的热量一部分会散失到周围环境中，另一部分会被电池自身吸收，即Q1、Qa分别为电池与外界交换的热量与电池本身吸收的热量。4.2.1动力电池的产热速率计算电池产热模型假设：1、电池内部材料分布均匀，

并且内部热物理性质参数都是相同的；

2、由于电池内部电解质基本不流动，所以电池内部的对流换热可忽略，电池内部温度差距较小，

因此可忽略内部的辐射传热；3、电池内部各处产热均匀；4、电池内部材料的密度、平均比热容和热导率均为定值，不会随着温度变化而变化；产热速率计算公式如下:为熵热系数根据欧姆定律，U0-U可以用工作电流I与电池欧姆内阻R的乘积IR表示。因此，最终产热速率表达式为:4.2.1电机产热计算电机在驱动与回收能量的过程中，电机的定子铁心、定子绕组在运动中都会产生损耗这些损耗以热量的形式向外散发，因此就需要有效的介质及冷却方式来带走热量，保证电机在一个稳定的冷热循环平衡的环境中安全可靠运行。而电机散热状况的好坏，将直接影响电机的运行安全和使用寿命。以三项无刷永磁同步电机为例电机散发的热量为：通常可以简化为：其中ηe为电机效率，

X为电机负载系数其中ηe为电机的绕组电阻，

RS为温度的函数4.2.1电控产热特性IGBT的导通损耗主要为导通后的能耗，与导通压降、电流、占空比及结温有关，可表示为：电控系统的散热负荷主要来源于逆变器等部件，逆变器主要由绝缘栅双极型品体管(IGBT)和反向串联的二极管(Diode)组成。两者主要工作于开关状态，周期性地经历各种动、静态过程，从而产生损耗，将这些损耗相加，就是开关器件的总损耗。总损耗主要包括导通过程中的导通损耗和开关损耗，这里进行简要介绍。IGBT的开关损耗主要为导通与关闭动作消耗的能量，它与开关频率、电流、直流母线电压、门极驱动电阻及结温有关，可表示为二极管的导通损耗与导通压降、电流、占空比及结温有关，可表示为：4.2.1电控产热特性二极管的关断损耗要比导通损耗大得多，在损耗计算过程中主要关注二极管关断引起的反向恢复损耗。二极管的反向恢复损耗与开关频率、电流、直流母线电压、门极开通电阻以及结温有关，可表示为逆变器(Imverter)由三个桥臂组成，每个桥臂上下有两个功率开关，每个功率开关包括一个IGBT和一个Diode，因此逆变器的损耗PInveter为热管理系统设计汽车河南科技大学车辆与交通工程学院NewEnergyVehicles新能源整车热管理系统概述第五章核心内容：系统有何区别与传统燃油车不同热管理部件的温控需求各自独立架构如何实现工作集成架构的设计原则及方案学习目标：掌握系统组成、需求及架构，明确各部件控温要求与技术方案。建立系统思维，关注绿色高效趋势，培养工程实践意识。5.1.1传统燃油汽车与新能源汽车热管理系统对比

传统燃油汽车热管理包括对空调系统、发动机及传动系统的热管理。新能源汽车包含混合动力汽车和纯电动汽车,一般来说，完整的纯电动汽车热管理系统应综合集成包括车内环境热管理、动力电池热管理和驱动电机热管理在内的三大热管理系统;混合动力汽车的热管理系统开发更为复杂,不仅要对传动系统进行热管理,还要对发动机进行热管理。5.1.1传统燃油汽车与新能源汽车热管理系统对比

5.1.1新能源汽车热管理系统核心变革

核心部件替代：以“三电系统”（电池、电机、电控）替代传统燃油汽车发动机和变速器。新增关键部件：电池冷却板、电池冷却器、PTC加热器、电动压缩机5.1.1三电系统组成

电池部分电机部分电控部分5.1.2热管理系统发展趋势-热管理系统发展趋势（一）

空调系统：能耗占比高（15%-30%），制热依赖

PTC加热器或热泵系统，热泵系统成发展方向电池系统：对温度敏感（最佳25-40℃），液冷技术成主流，2023年插混车型液冷方案采用率超80%电机冷却：从传统水冷向油冷、混合冷却发展，油冷可与减速器油冷集成电控冷却：高功率电子部件依赖液冷，低功率部件需低成本风冷方案5.1.2热管理系统发展趋势-单冷空调与PTC电加热系统

系统组成：单冷空调（压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器）+PTC加热器（风暖、液暖）优缺点：结构简单、可移植性强，但PTC加热效率低（<1），冬季续驶里程衰减严重（配图展示冬季续驶里程对比数据图表）5.1.2热管理系统发展趋势-新能源汽车热管理系统实现方案的发展

热泵系统形式：四通换向阀系统（商用车为主）、三通阀+三换热器系统（乘用车为主）热泵系统分类：直接式热泵（舱内换热器直接换热）、间接式热泵、中间补气热泵（低温性能好）、余热回收热泵（回收电池/电机余热）5.1.2新能源汽车热管理技术核心发展方向

绿色高效化：环保工质替代（CO₂、R290、R1234yf）、热泵技术优化、系统集成化功能一体化：兼顾安全、动力、续驶、舒适、耐久目标，子系统协同控制结构模块化：零部件集成（储液器+回热、换热器+阀件）、功能性模块（前端模块、空调箱模块）控制智能化：模型预测控制、实时路况融合、用户需求个性化功能一体化结构模块化控制智能化5.2热管理系统基本功能需求

序号功能功能描述1电驱动系统冷却冷却电机、电控，防止过热2电驱动系统余热利用回收电机、电控余热用于采暖或电池预热3电池冷却高温下降低电池温度，维持25-40℃4电池加热低温下提升电池温度，保证充放电性能5电池余热利用回收电池余热用于采暖6乘员舱冷却夏季降低舱内温度，维持24-28℃7乘员舱加热冬季提升舱内温度，维持18-20℃8除霜/除雾清除风窗玻璃霜雾，保证视野9室外换热器化霜清除换热器霜层，保证换热效率5.2整车设计考核工况与指标

考核类别具体工况考核指标系统热安全低温快充、低温行驶、高温爬坡、低温爬坡、低温高速行驶快充时间增加率、续驶里程衰减率、三电系统温度限制热舒适性乘员舱采暖、除霜/除雾、除湿、室外换热器化霜、高温快充+乘员舱制冷舱内温度达标时间、除霜/除雾速率、除湿效果、化霜速率、电池与乘员舱温度稳定性全气候用户使用便利性（以CLTC为主）各类气候（极寒、高温、常温）下的行驶、充电车辆启动成功率、充电效率、续驶里程稳定性5.2.1乘员舱热管理需求

核心需求：温度调节、湿度控制、除霜除雾、空气质量保障5.2.2电池热管理需求

温度对电池的影响：高温（>40℃）缩短寿命、低温（<0℃）容量衰减、温差（>5℃）影响一致性（配图展示温度对电池容量、寿命的影响曲线）电池工作温度范围：最佳25-40℃，极限-20-60℃（配图展示电池温度-性能关系图）电池热管理系统功能：温度监测、高温散热、低温加热、均温控制、有害气体通风（配图展示电池热管理系统功能模块）5.2.2电池热管理需求

电池温度-性能关系温度对电池容量、寿命的影响曲线5.2.3驱动电机热管理需求

电机产热来源：线圈电阻发热、机械摩擦、电路器件功耗电机冷却方式：风冷（低功率）、液冷（水冷、油冷，高功率）5.2.4车辆其他热管理需求

电控系统：车载充电机（OBC）、DC-DC变换器、高压配电箱，需散热

散热需求数据：OBC效率90-95%，发热量5-10%；DC-DC功率1-3kW，效率90-95%，发热量5-10%5.3.1独立热管理系统架构——乘员舱热管理

热泵系统核心组件组成：舱内换热器（HVAC）、四通换向阀、电子膨胀阀、气液分离器、压缩机、舱外换热器。架构类型组成特点优缺点适用场景三换热器构型含3个换热器（舱内冷凝器、蒸发器+舱外换热器），通过截止阀控流阀件控制简单、技术成熟、除霜不影响舱内温度乘用车四通换向阀构型含2个换热器，通过四通换向阀切换功能结构简单、成本低，但振动敏感、除霜致舱内降温对成本敏感的车型5.3.1独立热管理系统架构——乘员舱热管理

5.3.1独立热管理系统架构——乘员舱热管理

燃料电池电动汽车：利用燃料电池余热（发电效率40-60%，余热40-60%）加热冷却液，通过暖风芯体采暖。混合动力汽车：发动机工作时用发动机余热采暖，纯电模式用电动压缩机制冷、热泵/电加热采暖5.3.1独立热管理系统架构——电池热管理

冷却方式工作原理优缺点适用场景空气冷却风机驱动空气流经电池组，带走热量成本低、结构简单；散热能力弱、无法预热早期低能量密度电池液体冷却冷却液（水-乙二醇、油）循环，通过冷板/管道换热换热效率高、温度均匀；结构复杂、成本高中高能量密度电池（主流）相变材料（PCM）冷却PCM相变吸热，维持电池温度被动控温、均温性好；导热系数低、散热慢辅助冷却或保温混合冷却液冷+PCM、热电制冷+PCM等组合兼顾多种方式优势；系统复杂高热负荷、高均温要求场景5.3.1独立热管理系统架构——电池热管理

5.3.1独立热管理系统架构——驱动电机热管理

冷却方式工作原理优缺点适用场景风冷自然/强制空气流经电机外壳/内部结构简单、成本低；散热能力弱低功率电机（辅助电机）液冷-水冷冷却液流经电机外壳水套结构简单、成本适中；换热效率中等中功率电机液冷-油冷冷却油直接喷淋绕组/浸泡电机换热效率高、可集成润滑；成本高、密封要求高高功率/高转速电机（主流）5.3.1独立热管理系统架构——驱动电机热管理

风冷液冷油冷5.4集成热管理系统架构——能量关系与设计原则

汽车热管理是从系统和整车的角度出发，统筹调控整车热量与环境热量，保持各部件工作在最佳温度范围；新能源汽车热管理系统有乘员舱、电机电控、电池热管理系统。核心部件温度控制范围低温工况（温度低于控制范围）高温工况（温度高于控制范围）乘员舱18~28℃热泵空调制热、PTC电加热、余热利用热泵空调制冷、风窗除雾（新回风比例调节）动力电池25~40℃电加热、热泵加热、电池自加热热泵系统制冷、向环境直接散热电机与电控60~120℃余热回收（供整车热管理）向环境散热、余热回收（优先）5.4集成热管理系统架构设计原则

综合考虑整车热量管理需求：覆盖三电、乘员舱、其他部件模块化设计：功能模块独立（前端模块、空调箱模块）、灵活组合多源能量管理：统筹电能、余热、环境能，提高利用率智能控制策略：传感器实时监测、算法精准控温（PID、模型预测）轻量化设计：采用轻量化材料（铝合金、塑料）、优化结构（配图展示轻量化部件对比图）5.4集成热管理系统架构——工作方案（一）

核心逻辑：新能源汽车乘员舱制冷/制热能量源于动力电池，需解决纯电动汽车“余热不足”问题（区别于传统燃油车）供热方式分类：单冷空调加PTC电加热系统、蒸汽压缩式热泵系统、喷射补气式热泵系统、余热回收式热泵系统5.4集成热管理系统架构——单冷空调方案与间接式热泵

单冷空调方案：组成：单冷空调（压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，电动压缩机由动力电池驱动）+加热装置（PTC电加热、燃烧加热）PTC电加热优势：无明火、升温快、自控恒温、安全性高（应用最广）燃烧加热应用：从传统燃油车拓展至纯电动汽车，分水路/油路/空气三路循环5.4集成热管理系统架构——单冷空调方案

间接式热泵方案：核心结构：板式换热器（制热工况冷凝器）+二次回路（冷却液循环）+暖风芯体工作流程：压缩机高压高温制冷剂→板式换热器换热→高温冷却液→暖风芯体→加热舱内空气优势：降低空调箱设计成本（沿用传统空调箱）、减少高压电风险；不足：二次换热有热损失、压缩机冷凝压力高（易超压）5.4集成热管理系统架构——直接式热泵方案

直接式热泵方案：核心结构：舱内换热器（冷凝器，替代传统暖风芯体）优势：系统压力灵活可调（受风温、转速、膨胀阀开度影响）；不足：空调箱需适配高压电（防冷凝水漏电）、电池预热需额外布置5.4集成热管理系统架构——余热回收式热泵方案

余热回收式热泵方案：余热来源：动力电池、电机、电控、车室排风常见类型：并联式：余热回收换热器与舱外换热器并联，双膨胀阀调节。串联式：余热换热器串联入气液分离器前，结构简单但阻力大。喷射补气式：补气支路增设余热换热器，余热利用率高，性能提升10%~15%。5.4集成热管理系统架构——余热回收式热泵方案

并联式余热回收串联式余热回收喷射补气式余热回收5.4集成热管理系统架构——不同车型专用方案

纯电动汽车：车室空调与电池温控并联式（电加热）车室空调与电池温控并联式（相变材料）5.4集成热管理系统架构——不同车型专用方案

纯电动汽车：车室空调与电池冷却、电机余热回收结合一体式热管理系统5.4集成热管理系统架构——不同车型专用方案

混合动力汽车：车室空调与电池冷却、电机余热回收结合一体式热管理系统5.4集成热管理系统架构——不同车型专用方案

燃料电池电动汽车：车室空调与电池冷却、电机余热回收结合一体式热管理系统5.4集成热管理系统架构——不同车型专用方案

燃料电池电动汽车：燃料电池电动汽车一体化热管理系统图5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

环保工质选择核心要求：核心指标：零臭氧损耗潜值（ODP=0）、低全球变暖潜值（GWP）、无毒无害、与现有零部件兼容（润滑油、密封件）、全气候性能适配行业背景：传统制冷剂（如R134a）GWP高，新能源汽车需替代工质（R290、R152a等）5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

R290方案：双侧二次回路系统a）双侧二次回路基本循环，制冷剂环路（封闭箱体，减少充注量）、二次介质循环（乘员舱/电池/电机热量调度）b)中间补气循环：配合两级膨胀阀+闪发罐，提升极冷/极热工况性能5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

R290方案：负载侧单侧二次回路系统负载侧单侧二次回路系统：空气换热舱外散热器+液冷冷凝器/蒸发器，集成压缩机/换热器（防泄漏、减充注量）5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

R152a方案：基本特性：1,2-二氟乙烷（CH₂FCH₂F），ODP=0，GWP低，临界温度高于R134a（亚临界高温热泵适配）应用潜力：适用于新能源汽车高温热泵场景，目前处于产业化验证阶段，需进一步验证与零部件兼容性R744方案：CO2作为一种天然工质，ODP为0，GWP为1，环保性能优越，无污染，无毒无味，不易燃，其可燃性分类为A1，安全且化学性质稳定，也具有十分优良的热物理性质。CO2制冷剂(R744)的热物理性质见表5-7。CO,同时具有良好的流动传热特性，并且单位容积大，价格低廉，显示出更高的潜热、比热容、密度和热导率，以及更低的黏度，是一种优异的制冷工质。5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

R744方案：直接式跨临界CO2热泵空调实现形式直接式跨临界CO2热泵空调实现形式系统中采用四通换向阀实现制冷、制热两大基本功能的切换，这种实现方式的主要优点有1.系统简洁紧凑；2.管路连接简单；3.采用直接换热，避免二次换热损失；4.执行部件少控制易实现。5.4集成热管理系统架构——环保工质应用的系统方案

R744热泵空调实现形式：5.4第五章习题

简答题：简述集成热管理系统中“余热回收”的核心作用，以电机余热为例说明其在冬季工况的能量传递路径。思考题：对比R290与传统R134a制冷剂，分析R290在新能源汽车热泵系统中应用的关键挑战及解决方案。案例分析题：某纯电动汽车采用间接式热泵系统，冬季低温工况下出现制热效率低的问题，结合本节内容分析可能原因（至少2点）并提出改进措施。热管理系统设计汽车河南科技大学车辆与交通工程学院NewEnergyVehicles新能源集成热管理系统工作模式高效协同

智能调控第6章第六章什么是集成热管理系统？通过整合电池、电机、及乘员舱等热管理需求，实现能量协同调控的智能系统