上個月，廣汽埃安舉辦中國新能源汽車第2000萬輛的活動。中國新能源發展雖然開始于2009年的“十城千輛”工程，但真正的市場化卻是最近兩年。從數據來看，2020年9月中國新能源汽車累計產量突破500萬，2022年2月突破1000萬，2023年7月便突破了2000萬。0-500萬用了十年多的時間，500-2000萬卻僅用了2年半的時間。

市場的突飛猛進一方面是消費者接受度提升的原因，另一方面也是技術快速進步的體現。標志性事件是2019年特斯拉的引入，不僅在終端市場起到了很大的促進作用，同時一些關鍵技術方案也得到了快速的推廣。

集中式的熱管理技術方案便是其中之一。

新能源熱管理為什么如此重要

以往傳統燃油車型需要進行熱管理的部件主要有三個，發動機、變速箱和乘員艙。其中，發動機和變速箱的正常工作溫度在80-90度之間，不需要額外進行加強冷卻，只需要通過冷卻液+潤滑油+散熱器風冷的方式即可滿足要求。同時發動機作為機械部件，可以直接帶動壓縮機工作。另外，發動機作為熱機，在運行過程中，還會釋放大量的熱，完全可以滿足冬天座艙的暖風要求。

因此車載空調服務的部件和功能都相對單一，只需要通過HVAC為座艙提供制冷，不需要提供制熱。

早期新能源汽車用動力電池和驅動電機代替了發動機和變速箱（以下簡稱發變）。發變被取代后，一是沒有了穩定的熱源，需要增加加熱部件。二是壓縮機需要電力驅動，即電動壓縮機。當然更重要的是對于動力電池和驅動電機而言，工作溫度均低于發變。

正常工作時，電機的工作溫度在50-90度之間，更高會影響工作效率，甚至永磁體退磁風險。電機控制器因全部由電子元器件組成，尤其是電容部件，超過65度就會限制功率輸出，理論不能超過85度。動力電池本質是電化學，工作溫度區間更窄，不僅不能過高，同時也不能過低，適宜的工作溫度在15-45度之間，溫度過低會影響充放電性能，即充不進去電也無法進行放電，溫度過高不僅性能售影響，甚至會造成起火在內的熱失控風險。所以，動力電池不僅要冷卻，還的考慮加熱。

所以早期的新能源車的熱管理重點是從先解決各部件溫度控制的需求出發。

在這個思路上，除了一些風冷的方案，采用液冷的方案由原來的單交換回路增加到三個交換回路。一個回路作用于座艙，一個回路作用與電驅動，一個回路作用于動力電池。

電驅動因為工作溫度相對較高，不需要強冷介入，因此整個冷卻可以依靠散熱器來完成，這點和發變類似。

座艙分為兩塊。一塊是制冷，這點和傳統油車一樣，采用車載空調，只是壓縮機由原來機械驅動改為電力驅動，同時為了適配電動壓縮機，內部結構也由活塞式改為渦旋式。另外是制熱，由于沒有發動機，所以增加了一個PTC進行電子加熱。

同樣的動力電池也分兩塊，一塊是制冷，因為動力電池工作溫度低，且溫度范圍窄，所以需要強冷介入，即采用熱交換器利用車載空調對冷卻液降溫。另外是加熱，采用單獨的水冷PTC加熱冷卻水，進而加熱電芯，從而使之保持合理的工作溫度。

這個方案雖然救急，但卻帶來了新的問題。冷卻還好，但加熱過度依賴PTC。一來PTC價格并不便宜，而且用了兩個，成本更高。二來PTC制熱能效比（COP）最大只有1，也就是1kW的電能只能產生1kW的熱量。實際表現就是加熱耗電嚴重，尤其是北方冬天的時候，續航里程甚至只有不到50%。根據懂車帝2022年的冬測數據，在零下15度的環境下，新能源車的平均續航里程僅為48.5%。嚴重影響了用戶的用車體驗。

因此熱管理技術提升的出發點就落在了如何改善冬季的續航，降低冬季里程焦慮。核心就是找到效率更高的熱源。

新能源汽車熱管理的解決思路

前邊提到了PTC的COP值最大只有1，那么新熱源的一個思路便是找到一個COP值大于1的熱源，也就是熱泵空調。熱泵空調的原理和家用空調類似，和原來車載空調相比，通過增加回路，改善壓縮機就可以實現。關鍵的是熱泵空調的COP值可以做到2-3。采用熱泵空調代替PTC給座艙加熱后，能夠大幅改善制熱時的電能損耗，改善里程表現，并且還可以節省一個暖風PTC，降低成本。但由于冷媒的限制，現在的熱泵空調在低溫情況下制熱能力較弱，一般在低于零下10度的環境下，制熱性能下降明顯，無法有效工作，因此還無法完全取代PTC。新的適合低溫的冷媒正在開發中，比如二氧化碳，但因為成本的問題目前還不是主流。

當然了，即使有了熱泵，制熱的效率依然有提升的空間。解決思路便是增加余熱利用。

前邊提到的各部件的溫度要求不一樣，電驅動相對高一些，電池和座艙相對低一些。如果能利用不同部件的余熱，主要是電驅動的余熱進行加熱電池，就能進一步降低電能損耗。

這也就是冷卻液側集成的動機，現在包括上汽、江淮等在內的自主車企均應用了冷卻液側集成，特斯拉的超級水壺方案也是冷卻液集成。下邊以特斯拉超級水壺的方案進行闡述。

特斯拉超級水壺采用了一個五通閥將電驅動冷卻回路和動力電池冷卻回路整合成一起，可以實現兩個回路的串聯或者并聯。

在電池冷卻過程中，回路處于并聯狀態，即電驅動和動力電池進行分別溫度控制，使動力電池快速降溫，該模式并為體現出超級水壺方案的優勢。

在電池加熱過程中，回路處于串聯過程中，電驅動通過電機堵轉可以產生熱量供電池加熱。這樣便節省了一個水暖PTC。這也是超級水壺方案最大的特點。

這個方案之后是否還有潛力可挖呢？

前邊提到空調的COP值大于PTC，其核心原因是熱泵空調可以從低溫環境中吸熱，然后將熱量運送至溫度高的環境中。冷卻液側的集成，只是完成了從高溫環境到低溫環境的余熱利用，并未實現從低溫環境到高溫環境的余熱利用。因此就用了冷媒側和冷卻液側一體式集成的方案，也就是特斯拉的超級歧管方案（Supermanifold）。

超級歧管的核心是通過熱泵空調將電驅動、動力電池的余熱進行利用，從而改善熱泵空調低溫制熱的性能以及常規工作時的能耗。

硬件層面，冷媒模塊主要包含氣液分離器，水冷冷凝器，蒸發器以及冷媒支架，其中氣液分離器采用了攪拌摩擦焊的工藝。冷媒支架最大的挑戰在于冷媒的高低溫差較大，整個系統容易由熱脹冷縮導致損壞，因此在結構和工藝層面需要針對性改進。

冷卻液部分采用了一個八通閥的集成式設計，此外還包括歧管、儲液器、電子水泵，并且將自動駕駛控制器的冷卻回路也集成了進來。冷媒側和冷卻液側通過熱交換器進行熱量交換。

集成后，這個系統擁有15種模式，其中12種為制熱模式，3種為制冷模式。應用該方案后，在低溫環境下，可以通過電機堵轉的方式為整個系統提供啟動所需的低溫熱源，從而徹底取代PTC（特斯拉僅保留PTC用作除霜）。并且在運行過程中，也可以保證熱量的高效利用，提升效能。

除硬件外，特斯拉將熱管理控制器集成在了車身控制器中，用于控制閥體和電子水泵。

總結

如今主流車企都將新能源汽車作為后續戰略的重點，隨著新車型的不斷投放，新能源汽車市場已經進入高端競爭的狀態。集成式的熱管理技術當前尚未得到大規模推廣，一方面是由于市場發展的太快，留給技術應用的時間不夠。另一方面，集成是熱管理技術涉及的部件眾多，各部門配合難度較大，存在一定的開發阻力。后續隨著技術的不斷成熟，相信在未來1-2年內集成式熱管理技術的應用會成為各家車企的重點之一。

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