中圖分類號：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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。隨著動力電池能量密度提升及整車集成化加劇，熱失控風(fēng)險、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)計對降低整車能耗、延長部件壽命及提升續(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)動電機(jī)、空調(diào)及綜合管理平臺等子系統(tǒng)，各模塊既獨(dú)立運(yùn)行又相互耦合。

1）動力電池?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)對高倍率充放電、極端氣候等復(fù)雜工況

2）驅(qū)動電機(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)動電機(jī)及電控系統(tǒng)熱管理對整車高負(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)計復(fù)雜度。部分整車廠采用電機(jī)-變速器-電控三合一平臺，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各子系統(tǒng)溫控需求進(jìn)行統(tǒng)一識別與動態(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)測的自適應(yīng)控制發(fā)展，融合車載感知、路況預(yù)測與負(fù)載評估，實(shí)現(xiàn)熱源間能量重構(gòu)與工況匹配。

系統(tǒng)集成層面，各大車企在推動熱管理模塊一體化設(shè)計基礎(chǔ)上，逐步開展軟硬件平臺統(tǒng)一開發(fā)。冷卻泵、電動壓縮機(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。現(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)等多個子系統(tǒng)的熱需求差異，需通過多回路設(shè)計、熱泵集成、余熱回收以及控制策略升級等手段構(gòu)建統(tǒng)一高效的熱管理平臺，提升整體熱效率和響應(yīng)能力。

3.1 多回路設(shè)計

多回路設(shè)計通過構(gòu)建多個功能分明、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實(shí)現(xiàn)熱量的分級傳導(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，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)能模型評估能耗、電池壽命、熱效率及整車性能，借助高級建模環(huán)境與仿真平臺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，驗(yàn)證了多回路控制、熱能回收等策略對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。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的系統(tǒng)性梳理與關(guān)鍵問題識別，提出多回路集成、熱泵復(fù)用、動態(tài)控溫等多維優(yōu)化設(shè)計路徑。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)計與集成方式。通過構(gòu)建節(jié)能效益分析模型與仿真平臺驗(yàn)證優(yōu)化效果，實(shí)現(xiàn)整車能耗降低、電池壽命延長與續(xù)航里程提升，形成集設(shè)計、評估與驗(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）