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背景介紹

隨著電動汽車的不斷普及，為了解決電動汽車在冬季和夏季的續航里程和熱安全問題，需要對電動汽車進行熱管理。電動汽車中的熱管理主要分為電機系統熱管理、電池系統熱管理和空調系統熱管理，這三大系統是電動汽車所產生熱量的主要來源。在以往的電動汽車中，三大系統的熱管理通常是各自獨立的，缺乏對整車熱量的統一管理，熱管理效率較低。而在新一代的電動汽車中，在設計之初便針對整車熱量進行集成式管理，對三大系統產生的熱量進行統一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，以減少溫度對電動汽車性能的影響。 

電動汽車的電機驅動系統是將電池中的電能轉化為機械能，從而為汽車提供行駛的動力。在電機的工作過程中，一些能量會以熱能的形式損耗，如鐵芯損耗、繞組損耗以及機械損耗。動力電池系統為汽車提供電能時，由于持續的放電，電池組會釋放一些熱量，熱量持續聚集便引起電池組的溫度升高。電動汽車空調系統冷熱負荷的產生來源有很多，如汽車內部人員散發的熱量，外界環境通過車身結構導入車廂的熱量，電機系統和動力電池系統導入車廂內部的熱量，以及通過汽車通風系統進入車廂的熱量等等。在研究電動汽車熱管理系統時，必須重點考慮汽車內部的熱量來源和汽車內部熱量的總量，才能采取針對性的熱量管理。

相關活動

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組成部分

電動汽車在設計時便針對主要的熱量來源都進行了相應的熱管理。但是，為了進一步提升電動汽車的各項性能參數， 原有的各種獨立式的熱管理系統和方法已經難以適應新的設計要求。因此，需要對電動汽車各個獨立的熱管理系統進行科學的耦合，從而實現電動汽車熱管理的集成化。 

2.1 動力電池的熱管理 

動力電池的熱管理主要負責對高溫狀態的電池組進行冷卻，或者對低溫的電池組進行加熱。傳統的電池熱管理系統主要依靠空氣或液體介質進行冷卻、加溫。但是，采用空氣介質的熱管理系統傳熱性能較差，以無法適應目前密集排列式的電池組的散熱加熱需求，而液體介質的熱管理系統則過于復雜，即會增加額外的質量，還存在液體泄漏的風險。因此，液體介質的電池熱管理系統同樣不適用于當前電動汽車的電池熱管理。目前電動汽車的電池熱管理系統主要采用復合式的熱管理方式，即由多種導熱材料共同作為介質，如多空介質、相變材料、納米材料、金屬翅片等多種導熱材料配合空氣介質或液體介質。此外，由熱管構成的高效傳熱元件配合空氣、液體、相變材料而組成的復合式熱管理系統也是當電池熱管理領域中的研究重點。 

2.2 乘員艙的熱管理 

電動汽車空調系統主要負責汽車乘員艙的熱管理，從而為司乘人員提供舒適的駕駛乘坐環境，進而保障駕駛員的安全駕駛。當前電動汽車主要采用的空調系統為壓縮式單冷空調和電加熱器的組合，這種空調系統技術成熟，與燃油車差別不大。但是電加熱器會使用動力電池中的電能，從而造成動力電池的額外能源輸出，降低電動汽車的續航里程。因此，目前電動汽車空調系統的研究熱點便是熱泵型空調系統對傳統空調系統加熱設備的取代問題。同時，熱泵型空調系統也需要克服冬季熱泵效率降低和結霜等實際問題。為此，人們開始集中研究輔助加熱技術和余熱回收技術，以提高熱泵空調系統在寒冷環境下的工作效率。此外，含氟氯烴類制冷劑已經逐漸退出電動汽車空調系統制冷劑的應用范圍，以進一步提升新型電動汽車的環保效果。 

2.3 電機驅動系統的熱管理 

電機在工作過程中會產生大量的熱量。因此，電機熱管理主要負責對驅動電機進行冷卻降溫。電機熱管理系統采用的冷卻介質主要是風冷或液冷。其中風冷便是通過流動的空氣帶走電機產生的熱量，但是風冷效果相對較差，并且造成電機的通風損耗，對驅動電機的工作效率有一定的影響。而液冷式的冷卻效果則較好，可以快速帶走電機釋放的熱量，從而為電機創造長時間溫度適宜的工作環境。為了進一步提升液冷式電機熱管理系統的效率，人們正在重點研究冷卻液流道的優化設計和冷卻液的選擇。 

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技術進展

3.1 熱管理制冷系統

1）液冷是動力電池的主要冷卻方式

液冷是動力電池冷卻的主流技術。動力電池的續航和工作環境溫度有較大關聯，因此動力電池的溫度控制是三電系統熱管理的核心，根據管理方式分類，動力電池包的冷卻（溫控）主要包括自然冷卻、風冷、液冷、直冷四類，其中風冷一致性差，冷卻效果難以控制，冷媒直冷技術難度較高，因此電池冷卻的技術路線仍以液冷為主。

2）冷媒直冷有望成為電池冷卻新方案

冷媒直冷技術原理與空調制冷原理類似。通過壓縮機將制冷劑氣體壓縮成高溫高壓的氣體，然后進入前端冷凝器后，將制冷劑氣體被冷凝成高溫中壓的液體，高溫中壓的液體通過膨脹閥碰撞，將低溫低壓的兩相流進入蒸發器，蒸發器通過車艙空調蒸發器或是電池包內的冷板，制冷劑吸收熱然后不斷蒸發，最后變成氣體通過膨脹閥回到壓縮機完成整個循環。

3.2 熱管理制熱系統

1）熱泵空調逐步替代 PTC 空調

發動機熱源消失，新能源車新增 PTC 加熱器。由于發動機熱源消失，汽車需額外的熱源補充，才能維持空調系統高效運轉。成本低、結構簡單、工作穩定的 PTC 加熱方案就成為了新能源汽車行業普遍采用的制熱方案。根據其工作方式不同，PTC 加熱器可分為風暖式和水暖式。

熱泵

2）二氧化碳熱泵大有可為

熱泵空調取代 PTC，已成為新能源汽車標配。熱泵空調系統按照制冷劑不同可分為 R134a、R1234yf 和R744（CO2 二氧化碳）等幾種類型。R744（二氧化碳）是最好的替代品之一。R744 的 GWP 為 1、安全等級為 A1，環保且安全。R744 制熱性能好，即使在-20℃下運行，COP 也能達到 2，明顯高于 R134a。但是由于 R744 沸點較低，制冷系統在工作時需要高壓力，增加了新的研發制造成本。考慮到環保趨嚴以及熱效率的差距，CO2 熱泵路線有望成為主流。

3.3 新能源熱管理系統集成化趨勢明顯

隨著汽車向電動化和智能化方向發展，整車能量管理內容增多，對汽車能量管理的要求也越來越高。從整車層面對各子系統進行能量統籌管理將成為電動汽車未來的發展趨勢。

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行業展望

2022年中國新能源汽車熱管理系統市場規模約為410億元，同比增長97%，億歐智庫預測到2025年熱管理市場規模將達到938億元，其中純電動633億元，份額67%。隨著市場接受度的提高和規模化后制造成本的降低，2022-2025年熱泵熱管理系統在純電動中的占有率將從24%平穩增長到51%，其中2024年起CO2熱泵將逐漸在高端車型中滲透，并帶動熱管理系統單車價值的進一步提升；少部分高端插混和增程車型也將把熱泵標配化，以改善純電動模式下車輛的熱管理效率。

億歐智庫：2020-2025年熱管理系統市場規模及增速

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總結

當今社會對電動汽車的需求量不斷增加，清潔的電動汽車必將成為未來陸路交通的主流交通工具。因此，電動汽車的設計研發要以實際應用為目標，要重點研究對電動汽 車性能產生巨大影響的溫度問題，尤其是電動汽車的熱管理系統。隨著電動汽車熱管理對象的增加，對熱管理效率的更高要求，當前電動車熱管理系統的研發已經朝著輕量化、集成化和緊湊化的設計方向進行發展。在研究設計集成熱管理系統的過程中，要對電動汽車的集成熱管理系統進行全面的實際應用測試，充分測試集成熱管理系統的動態響應能力，以及熱管理系統的工作安全性和穩定性，同時還要保證其經濟性適合大規模的批量生產。

參考資料

[1]A refrigerant-injection heat pump-based efficient integrated thermal management system for electric vehicles approaching the wide temperature range in China。

[2]Optimized cooling and thermal analysis of lithium-ion pouch cell under fast charging cycles for electric vehicles。

[3]A novel battery thermal management system utilizing ultrathin thermal ground planes for prismatic Lithium-ion batteries。

[4]申萬宏源，熱管理系統的前世今生。

[5]中信建投，汽車：熱管理系統，整車之“守門員”，新能源啟增量。

[6]中信證券，新能源汽車行業導熱結構膠及制件專題報告：結構創新頻出，國產替代加速。

[7]億歐智庫，2023中國智能電動汽車熱管理賽道研究報告。

[8]東吳證券，乘新能源汽車東風，熱管理迎來新機遇。

[9]慧博投研，汽車熱管理行業深度：前沿技術、發展趨勢、市場空間、競爭格局及相關公司深度梳理。

在綠色發展目標下，我國不斷加快推進汽車轉型升級，電動汽車的年度滲透率突破 27%，為適應電動化、智能化需求，汽車熱管理系統也需要從傳統的發動機冷卻、空調系統發展至座艙熱管理、電池熱管理、電機電控熱管理系統、充電樁熱管理。作為電動汽車生產和使用過程中非常重要的一個環節，深入探究電動汽車熱管理的材料與技術、政策與經濟環境，將有助于我們更好應對電動汽車發展中遇到的熱挑戰。

本次“iTherM Conf 2023”特設置“電動汽車綜合熱管理論壇”，以電動汽車綜合熱管理行業政策與投資機會、整車集成化熱管理、動力電池熱管理、電機電控熱管理、座艙熱管理、充電樁熱管理解決方案等為話題，誠邀產業同仁積極交流、分享前沿動態，尋求電動汽車綜合熱管理的未來發展趨勢與路徑。

議題設置

議題1：電動汽車綜合熱管理行業政策與投資機會

議題2：整車集成化熱管理

議題3：動力電池熱管理

議題4：電機電控熱管理

議題5：座艙熱管理

議題6：充電樁熱管理解決方案

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