刍议新能源汽车热管理系统技术

刍议新能源汽车热管理系统技术

李东贵

浙江三花汽车零部件有限公司  310014

摘要：在当今汽车行业中，新能源汽车的兴起已经成为不可逆转的趋势。作为传统燃油汽车的替代品，新能源汽车以其环保、节能的特点受到了广泛关注和青睐。随着新能源汽车的普及和发展，其所面临的问题也逐渐凸显出来，其中最为突出的之一便是热管理系统技术。基于此，本文简单讨论新能源汽车热管理系统技术价值，深入探讨新能源汽车热管理需求和热管理系统技术，以供参考。

关键词：新能源汽车；热管理；热能回收

前言：热管理系统是新能源汽车中至关重要的一部分，它直接影响着车辆的性能、安全和寿命。有效的热管理系统可以提高电池的工作效率、延长电池寿命，保证车辆在各种极端环境下的正常运行，从而推动新能源汽车行业的发展。因此，深入研究和创新热管理系统技术已成为当前新能源汽车领域的重要课题。

1.新能源汽车热管理系统技术价值

新能源汽车电池作为其最核心的部件，其性能和寿命极大程度上取决于温度条件。电池包在过高或过低的温度下工作都会缩短其寿命，并且影响能量输出。热管理系统能够维持电池在一个最佳的温度范围内工作，避免温度过高导致的热失控现象，以及温度过低造成的能量密度下降和充放电效率降低。通过有效的热管理，可以延长电池寿命，减少因温度问题引起的电池性能衰退，从而保证电池的有效可用性和经济性。这对于用户而言，不仅意味着更少的电池更换频次，降低了维护成本，同时也提升了车辆的长期使用价值。

热管理系统通过对电机和电力电子器件的温度调控，能够确保这些部件在最佳工作状态下运行，提升整车能效。一方面，电机在过热状态下会出现效率降低，加上电阻的增加，会导致能耗上升；另一方面，电力电子器件在高温下运行会增加故障率，影响功率输出。有效的热管理能够避免这些问题，确保在长时间行驶或者在恶劣环境下，车辆依然能维持高性能和高能效。此外，良好的热管理还能确保车辆在快速加速、爬坡等高负载工况下能够稳定工作，保障行驶性能和车辆响应速度，提升驾驶体验。

热管理系统对于提升新能源汽车的安全性至关重要。电池热失控是引发电动车火灾的主要原因之一，有效的热管理能够降低这一风险，对避免重大安全事故具有重要意义。同时，热管理系统在维持电池等部件温度的同时，也间接减少了对外界环境的热影响，降低了车辆的环境热污染。在全球范围内致力于减少温室气体排放、对抗气候变化的大背景下，新能源汽车的环保性已经成为衡量其技术价值的重要标准之一。热管理系统的有效运作，对于提升车辆的环保标准，减少环境影响，具有重要的技术价值。

2.新能源汽车热管理需求

2.1环保意识

在探讨新能源汽车热管理的需求时，环保意识的融入显得尤为重要，毕竟新能源汽车本身就是应对能源危机和环境污染挑战的产物。环保意识在新能源汽车热管理需求中的体现，不仅仅局限于减少能耗或降低污染物排放，更在于一种全方位、循环和可持续发展的理念融入热管理系统的设计与功能预期之中。

新能源汽车的热管理系统需求应该考虑最大限度地利用和回收废热。电动车在运行时电机、电池以及电力电子组件等部件会产生大量热能，这些热量如果不加控制将直接散发到环境中，造成能源浪费。因此，热管理系统需要有一个明确的环保目标，即通过有效的热回收技术，将这些废热转化为可再利用的能源，比如用于车内加热、提高电池性能或者其他能量转换形式。

环保意识在热管理需求中还需要考虑热管理系统自身的生命周期。从材料的选择到产品的制造，再到最终的废弃和回收，热管理系统的每一个环节都应尽量减少对环境的影响。这不仅包括使用可回收、可降解的材料，还包括在设备设计上易于拆解，方便未来的拆卸和再利用，实现资源的循环使用。

从宏观角度来看，新能源汽车热管理的需求亦应体现在促进整个能源生态系统的可持续发展上。这意味着热管理系统不单是汽车的一个组成部分，它应该能与可再生能源（如太阳能、风能）系统配合，形成一个更宽更大的能量网络。在这样的系统中，汽车不再只是能源的消耗者，它也可以成为能源的储存器和供给者，比如在车辆不运行时，车上存储的能量可以反馈给电网，实现能量的双向流动。

热管理系统的需求还应该包括对消费者环保意识的培养和提高。通过系统的设计，用户可以直观地了解到节能减排的重要性，以及他们的行为如何影响到汽车的能效和环境表现。系统可以提供反馈信息，告诉驾驶者他们的驾驶习惯如何影响能耗，激励他们采取更加环保的驾驶方式。

2.2能源利用效率

新能源汽车热管理系统旨在提高车辆的整体能效，凸显其对能源利用效率的关注。这一需求不仅反映了对当前能源结构和消费模式的深刻理解，还预示了对未来可持续发展的积极追求。它要求新能源汽车在整个生命周期内，从原材料的采集到最终报废，都必须保持能量的高效使用，以及对能源消耗的严格控制，从而减少对环境的负面影响，实现清洁和高效的能源循环。

在深入新能源汽车热管理需求的核心—能源利用效率时，会发现这一需求是多方面的。首先在于电池的效率。电池作为新能源汽车的“心脏”，其工作效率直接影响着整车的能源利用效率。热管理需求应确保电池在最适宜的温度范围内运行，而且这种状态需要在各种气候和使用条件下长时间稳定维持。因为电池在不同温度下的化学反应速率和效率不同，热管理系统必须能够调节电池温度，使其尽可能地在高效率的温度区间工作，从而延长电池的使用寿命，减少因多次充放电所造成的能量损失。

整车热能的合理分配与利用。热管理系统的需求不仅仅是散热，还在于如何将产生的热量回收并重新利用，比如利用废热为车内供热，或对电池预热，提高能源的整体利用效率。同时，需求还在于热管理系统的智能化。一个高效的热管理系统应能够根据车辆的具体运行状况，智能调节冷却或加热需求，避免不必要的能量消耗，实现能源的精准调配。

对能源利用效率的需求还体现在车辆中的各种辅助系统。例如，空调系统在提供乘客舒适度的同时，其效率直接关联到能源的使用效率。如何在保证乘客舒适的前提下，减少空调系统对动力电池的能量抽取，是热管理系统需求考虑的另一个方面。这种需求要求热管理系统具备对车内外环境敏感的感应能力，并据此优化工作模式，实现能耗的最优化。

3.新能源汽车热管理系统技术

3.1温度控制技术

新能源汽车的热管理系统（图1）是确保其高效运行和延长电池寿命的重要组成部分。温度控制技术在新能源汽车热管理系统中起着至关重要的作用，其主要目标是保持电池、电机和其他关键组件在最佳工作温度范围内，从而提升整车的性能和安全性。

新能源汽车的电池组在充放电过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，可能会导致电池过热，进而引发热失控现象，甚至发生火灾。因此，电池温度控制是热管理系统的核心任务之一。当前，新能源汽车主要采用液冷、风冷和相变材料等多种技术手段对电池进行温度控制[1]。

液冷系统是目前应用最广泛的电池温度控制技术之一。液冷系统通过在电池模块内部布置冷却液管道，利用冷却液的流动带走电池产生的热量，从而实现电池的高效散热。冷却液通常采用乙二醇水溶液或其他具有良好导热性能的液体。冷却液在电池模块中吸收热量后，通过循环泵被输送到散热器中，散热器再通过风扇将热量排放到外界环境中。液冷系统可以精确控制电池温度，确保电池在最佳温度范围内工作，从而提高电池的充放电效率和使用寿命。根据研究，液冷系统可以将电池温度控制在25℃±5℃范围内，使电池性能保持在最佳状态。

风冷系统则是通过空气流动带走电池热量的一种温度控制技术。风冷系统通常在电池模块周围布置风道，并通过风扇强制空气流动，将电池产生的热量带走。风冷系统的优点是结构简单、成本较低，但其散热效率相对较低，受环境温度影响较大，且难以实现精确的温度控制。风冷系统一般适用于电池热量产生较少或对温度控制要求不高的场景[2]。

相变材料（PCM）作为一种新兴的温度控制技术，近年来在新能源汽车热管理系统中得到了广泛关注。相变材料具有在特定温度范围内吸收或释放大量热量的特性，通过相变过程（如从固态变为液态或从液态变为固态）来调节电池温度。相变材料可以与电池模块紧密结合，在电池温度升高时吸收热量，防止电池过热；在电池温度下降时释放热量，维持电池温度的稳定。相变材料的应用可以显著提高电池的温度控制效果，但其成本较高，且需要解决材料的封装和稳定性问题。

除了电池温度控制外，新能源汽车的电机和电控系统也需要进行温度管理。电机在高速运转过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，可能会导致电机过热，影响其性能和寿命。电机温度控制通常采用液冷或风冷系统，通过冷却液或空气流动带走电机产生的热量，确保电机在安全温度范围内工作。电控系统的温度管理则主要通过散热片和风扇进行散热，确保电子元器件的稳定运行。

图1 热管理系统示意图

3.2热能回收技术

新能源汽车的热能回收技术是一个高度复杂且精细的系统，其目的在于提高车辆的能效，延长关键部件的使用寿命，同时降低环境排放。该技术通过捕获和再利用车辆在运行过程中产生的热能，为新能源汽车的系统和部件提供额外的能量支持。

在新能源汽车中，热能主要来源于电池、电机和电力电子设备在运行时的热损耗，以及车辆刹车过程中的能量转化。传统上，这些热能会以热量的形式散失到环境中，不仅未能得到有效利用，还可能影响车辆的性能和舒适度。热能回收技术的核心在于将这些散失的热能转化为电能或用于加热，以提高整车的能效[3]。

该技术的实施通常依赖于一个称为“热电发电器”的设备，这种设备能够将热能直接转化为电能，其工作原理基于塞贝克效应，即在两种不同材料之间形成温差时会产生电压。在新能源汽车中，热电发电器可以被安装在电池、电机和电力电子设备附近，捕捉这些部件在运行时产生的热能。通过这种方式，不仅可以提高能量的利用效率，而且还可以降低这些部件的工作温度，延长它们的使用寿命。

除了通过热电发电器直接转化热能外，热能回收技术还包括利用热泵系统对热能进行捕捉和再利用。热泵系统能够从一个低温环境吸收热量，并将其释放到一个高温环境中。在新能源汽车中，热泵系统可以用于捕获环境热能或车辆内部产生的热能，并利用这些热能为乘客舱提供加热，或者帮助电池在低温环境中达到理想的工作温度，从而优化电池性能和延长其寿命。

实际应用中，一个成功的热能回收系统需要精确地控制和高度地集成。例如，热电发电器的效率与其两侧的温差大小密切相关，因此需要精心设计其位置和尺寸，以最大化捕获的热量和产生的电能。同时，热泵系统的效率受到工作环境的温度等多种因素影响，因此需要智能控制系统根据实时数据调整工作状态，以实现最佳的能效

[4]。

通过这些技术的应用，新能源汽车的热能回收系统能够显著提高整车的能效。据统计，合理利用热能回收技术，可以使新能源汽车的综合能效提高5%至10%。这不仅意味着对于消费者来说，车辆的续航能力得到了提升，而且还代表着对环境的负担减轻了，因为更高的能效意味着在相同的行驶距离下，车辆消耗的电能更少，从而减少了对电网的依赖和可能的化石能源消耗。

结束语：新能源汽车热管理系统技术的发展前景十分广阔，但也面临着诸多挑战。随着科技的不断进步和创新，期待新能源汽车热管理系统技术在未来的不断完善和提升。未来，随着更多的研究和投入，相信新能源汽车的热管理系统将更加智能化、高效化，为汽车行业的可持续发展贡献更大的力量。也期待着新能源汽车热管理系统技术能够更好地应对日益严峻的环境挑战，为构建清洁、绿色的交通运输系统做出更大的贡献。

参考文献：

[1]王保存, 明玉健. 新能源汽车动力电池热管理系统设计研究[J]. 汽车测试报告, 2023, (13): 77-79.

[2]李活, 黄鹏飞, 张伟中. 新能源汽车动力电池热管理系统设计[J]. 汽车测试报告, 2023, (13): 80-82.

[3]崔佳斌. 新能源汽车锂电池热管理技术研究[J]. 中国设备工程, 2023, (11): 225-227.

[4]张利. 新能源汽车动力电池热管理系统优化[J]. 汽车与新动力, 2023, 6 (01): 40-42.