新能源汽車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能效益提升

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）07-0034-02

Optimizationof ThermalManagement Systemsfor New Energy Vehicles and EnhancementofEnergy-saving Benefits

Chen Xing

（Automobile College，F(xiàn)ujianShipbuildingand TransportationVocational Colege，F(xiàn)uzhou 35oo07，China）

【Abstract】This paper focuses on the optimal design and energy-saving benefits of the thermal management system for newenergyvehicles.Aiming atthedeficienciesofthe existing system inenergyconsumption control，temperature uniformityand inteligent regulation，amulti-lop integrationand heat pumpcompositescheme isproposed.Combined with newmaterials such as phasechange materialsand nano-fluids，thestructure ofheat exchange elements and control strategies are optimized.Multi-condition simulations were cariedoutusing AMESim，GT-SUITEand Simulink platforms toestablishanenergy-saving benefitevaluationmodelandquantitativelyanalyzetheefectsofenergyconsumption reduction，batery life extension and driving range improvementbeforeand after systemoptimization.Theresults show thattheoptimizeddesignsignificantlyimprovesthethermaleficiency，reducestheenergyconsumptionof thermal management，delaysbatterydegradation，andenhances thevehicle'sdriving range.Theresearch provides theoretical basisandtechnicalsupportfortheeficientintegrationandintellgentcontrolof thethermal managementsystemof new energyvehicles，and hasimportant applicationvalueandpromotion prospects.Future work willfocuson further enhancing the inteligent level of thesystem anddevelopingadaptive control strategies to adapttocomplex working conditions.

【Key Words】new energy vehicles；thermal management system；multi-loop design； integrated heat pump

0 引言

新能源汽車作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的核心載體，其熱管理系統(tǒng)性能直接影響能效水平與安全運(yùn)行。隨著動(dòng)力電池能量密度提升及整車集成化加劇，熱失控風(fēng)險(xiǎn)、電驅(qū)散熱需求與空調(diào)負(fù)荷激增等問題凸顯，傳統(tǒng)熱管理方案已無法滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性與舒適性的綜合要求。優(yōu)化熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)降低整車能耗、延長(zhǎng)部件壽命及提升續(xù)航能力具有關(guān)鍵意義，成為新能源汽車技術(shù)研發(fā)的核心方向之一。

1現(xiàn)有熱管理系統(tǒng)架構(gòu)綜述

汽車熱管理系統(tǒng)涵蓋電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、空調(diào)及綜合管理平臺(tái)等子系統(tǒng)，各模塊既獨(dú)立運(yùn)行又相互耦合。

1）動(dòng)力電池?zé)峁芾恚褐髁鞑捎靡豪洌〒Q熱效率高、控溫精度強(qiáng)）、風(fēng)冷、相變材料冷卻等方式，系統(tǒng)包含冷卻液通道、熱交換器及熱泵加熱模塊，需應(yīng)對(duì)高倍率充放電、極端氣候等復(fù)雜工況

2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱管理：以液冷與油冷結(jié)合為主，通過冷卻介質(zhì)帶走繞組熱量，部分高性能車型采用集成式冷卻結(jié)構(gòu)，在電機(jī)殼體布置通道以提升傳熱效率。

目前主流架構(gòu)多采用集中式單回路、分區(qū)式多回路或模塊化集成式結(jié)構(gòu)，功能覆蓋范圍不斷擴(kuò)展，系統(tǒng)間耦合程度日益提高，整體趨向于高效協(xié)同、節(jié)能降耗與智能響應(yīng)。動(dòng)力電池?zé)峁芾碜鳛橄到y(tǒng)核心環(huán)節(jié)，其熱控制目標(biāo)為抑制電芯間溫差、保持適溫區(qū)間、應(yīng)對(duì)大倍率充放電下的瞬態(tài)熱沖擊。當(dāng)前普遍采用液冷技術(shù)為主，輔以風(fēng)冷、熱管或相變材料等被動(dòng)散熱方式，液冷路徑中常布置冷卻板、換熱器和泵閥單元，通過精細(xì)化流道設(shè)計(jì)提高換熱效率。部分高端車型引人制冷劑直冷方案以進(jìn)一步提升響應(yīng)速度和控溫精度，在嚴(yán)寒或酷熱工況下輔以PTC加熱或集成熱泵模塊增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電控系統(tǒng)熱管理對(duì)整車高負(fù)荷性能表現(xiàn)具有重要影響。目前主流方案以電機(jī)殼體液冷與控制器油冷相結(jié)合，通過獨(dú)立冷卻回路或與電池系統(tǒng)共用換熱模塊實(shí)現(xiàn)熱耦合。為提升整車集成度與空間利用率，一體化電驅(qū)系統(tǒng)逐漸普及，在結(jié)構(gòu)緊湊性的前提下增加了熱流路徑設(shè)計(jì)復(fù)雜度。部分整車廠采用電機(jī)-變速器-電控三合一平臺(tái)，在殼體內(nèi)嵌套冷卻通道并通過共享冷媒路徑進(jìn)行余熱再利用，以降低系統(tǒng)總能耗。

電子部件如DC/DC、OBC、主逆變器等功率模塊由于封裝密度高、熱流密度大，對(duì)散熱結(jié)構(gòu)提出更高要求。常采用一體化冷卻板或熱界面材料增強(qiáng)熱導(dǎo)路徑，部分整車平臺(tái)采用液冷集成冷板方式將電子模塊與電池冷卻共用循環(huán)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化管路與熱源統(tǒng)一管理。在整車熱管理系統(tǒng)整體架構(gòu)上，現(xiàn)有技術(shù)逐漸由分散控制向集中智能調(diào)度轉(zhuǎn)變，采用中央熱管理控制單元對(duì)各子系統(tǒng)溫控需求進(jìn)行統(tǒng)一識(shí)別與動(dòng)態(tài)調(diào)度。熱管理控制策略由固定溫域閾值邏輯逐步向基于模型預(yù)測(cè)的自適應(yīng)控制發(fā)展，融合車載感知、路況預(yù)測(cè)與負(fù)載評(píng)估，實(shí)現(xiàn)熱源間能量重構(gòu)與工況匹配。

系統(tǒng)集成層面，各大車企在推動(dòng)熱管理模塊一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，逐步開展軟硬件平臺(tái)統(tǒng)一開發(fā)。冷卻泵、電動(dòng)壓縮機(jī)、電磁閥、傳感器等關(guān)鍵執(zhí)行單元通過CAN或LIN總線實(shí)現(xiàn)與整車控制器的數(shù)據(jù)交互，構(gòu)建閉環(huán)響應(yīng)機(jī)制以提升調(diào)節(jié)速度與控制精度。熱管理系統(tǒng)的能耗控制已成為整車節(jié)能策略的重要組成部分，尤其在純電平臺(tái)下，空調(diào)負(fù)荷與電池控溫所占電耗比例上升明顯，系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大?，F(xiàn)有熱管理系統(tǒng)逐步向智能化、集成化、模塊化演進(jìn)，在多熱源熱力協(xié)同、熱循環(huán)路徑優(yōu)化、余熱回收與分布式控制等方面已形成較為成熟的技術(shù)體系，為進(jìn)一步構(gòu)建高效低耗的熱管理平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。

2 優(yōu)化方法研究

隨著新能源汽車熱管理技術(shù)發(fā)展，優(yōu)化方法成提升熱效率、部件壽命與降能耗關(guān)鍵?，F(xiàn)有方法含硬件改良、軟件智能化、多能源耦合及瓶頸分析。

多能源耦合系統(tǒng)整合多熱源需求與余熱路徑，建立閉環(huán)調(diào)度系統(tǒng)，借統(tǒng)一回路與交換模塊實(shí)現(xiàn)廢熱利用及熱力再分配。

3熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)的單回路或功能割裂式熱管理方式已無法滿足當(dāng)前車輛在電池、電驅(qū)、空調(diào)等多個(gè)子系統(tǒng)的熱需求差異，需通過多回路設(shè)計(jì)、熱泵集成、余熱回收以及控制策略升級(jí)等手段構(gòu)建統(tǒng)一高效的熱管理平臺(tái)，提升整體熱效率和響應(yīng)能力。

3.1 多回路設(shè)計(jì)

多回路設(shè)計(jì)通過構(gòu)建多個(gè)功能分明、溫區(qū)獨(dú)立、運(yùn)行模式靈活的冷卻回路，可在保證關(guān)鍵部件熱安全的同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱量的分級(jí)傳導(dǎo)與高效利用。

3.2集成熱泵方案

集成熱泵是新能源汽車熱管理主流節(jié)能技術(shù)，可雙向調(diào)溫，具有高能效、緊湊性與功能復(fù)用性。其與電池、乘員艙、電機(jī)冷卻系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，通過閥件切換實(shí)現(xiàn)冷熱模式轉(zhuǎn)換，能利用電驅(qū)/電池余熱，替代PTC加熱以降低能耗，提升續(xù)航。

3.3熱能回收路徑優(yōu)化

熱能回收路徑布局的優(yōu)化旨在最大限度降低熱損失，提高余熱利用率，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)能效。熱管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4節(jié)能效益分析模型建立與仿真

在新能源汽車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化過程中，構(gòu)建多維節(jié)能模型評(píng)估能耗、電池壽命、熱效率及整車性能，借助高級(jí)建模環(huán)境與仿真平臺(tái)AMESim、通用熱力學(xué)系統(tǒng)仿真軟件GT-SUITE、MATLAB的可視化仿真工具Simulink仿真驗(yàn)證，形成理論與工程閉環(huán)?；诘湫凸r模擬提取熱負(fù)荷曲線，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型，優(yōu)化前后系統(tǒng)熱行為仿真數(shù)據(jù)見表1。

表1顯示，熱管理系統(tǒng)優(yōu)化后節(jié)能優(yōu)勢(shì)顯著。單位里程熱耗大幅降低，電池溫差縮小，熱效率提升，續(xù)航里程增加，電池預(yù)期壽命延長(zhǎng)，驗(yàn)證了多回路控制、熱能回收等策略對(duì)提升能量利用效率與電池可靠性的積極作用。

5結(jié)束語

在電動(dòng)化與智能化背景下，新能源汽車熱管理系統(tǒng)面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)與性能需求。通過對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)性梳理與關(guān)鍵問題識(shí)別，提出多回路集成、熱泵復(fù)用、動(dòng)態(tài)控溫等多維優(yōu)化設(shè)計(jì)路徑。在材料選擇方面引入相變材料與納米流體等新型熱功能介質(zhì)，強(qiáng)化換熱元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與集成方式。通過構(gòu)建節(jié)能效益分析模型與仿真平臺(tái)驗(yàn)證優(yōu)化效果，實(shí)現(xiàn)整車能耗降低、電池壽命延長(zhǎng)與續(xù)航里程提升，形成集設(shè)計(jì)、評(píng)估與驗(yàn)證于一體的閉環(huán)方案，為熱管理系統(tǒng)的工程落地與技術(shù)進(jìn)化提供理論基礎(chǔ)與實(shí)踐支撐。

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（編輯林子衿）