應用在汽車中的新型熱管理技術

二氧化碳排放法規要求全球大幅減少燃料消耗。在這種情況下，純電動汽車和混合動力汽車的市場滲透率與它們的電氣驅動續駛里程密切有關，這受到環境條件和要求有效的熱管理的乘客舒適性的強烈影響，從而成為克服這些障礙的機會。

1 純電動汽車的總熱管理[1]

研究表明，在10攝氏度以下的環境溫度下，熱子系統負載可使驅動續駛里程減少45%。通常情況下，艙室加熱完全依賴于正溫度系數(PTC)電阻加熱，導致明顯的續駛里程損失。減少這續駛里程的損失可以提高消費者對BEVs的接受度。提出了一種統一的熱管理系統(UTEMPRA)，可以滿足BEVs中各種輔助負荷的熱設計需求。在2015年菲亞特500e BEV上演示過，該系統集成了一個半密封制冷回路和冷卻劑網絡，并提供了三個功能:(1)加熱和/或冷卻車輛牽引部件(電池、電力電子和電機)(2)加熱和冷卻機艙，(3)收集和再利用能源。這種運行方式使熱泵和空調系統在不逆轉制冷循環的情況下工作，以提高熱效率。制冷回路由電動壓縮機、熱膨脹閥、冷凝器和冷水機組成，冷水機和冷凝器與冷熱冷凝液交換熱量，冷凝液可以流向熱系統的各個部件。以冷卻劑為基礎的熱量分配是適應性強的，每輛車節省了大量的制冷劑。此外，基于冷卻劑的系統通過減少冷卻劑管道接頭的數量來減少制冷劑的排放。介紹了該系統的實驗數據和仿真分析，并給出了初步的控制方案。

本研究使用的是2015年產菲亞特500e BEV(圖1)。典型的這一代BEV車型有三個熱回路:

1、機艙空調回路。

2、電池加熱/冷卻回路。

3、電力電子和電機(PEEM)冷卻回路。

圖1 2015年菲亞特500e BEV采用24千瓦時鋰離子電池[1]

1.1 菲亞特三個熱子系統概述

該車輛有一個標準的蒸汽壓縮回路，用于機艙空氣冷卻，并通過制冷劑到冷卻劑的熱交換器(電池制冷器)為牽引電池提供主動冷卻。蒸汽壓縮回路使用R-134a制冷劑，包括電動壓縮機、標準制冷機-空氣蒸發器和標準熱膨脹閥(TXVs)。在加熱、通風和空調(HVAC)模塊中，采用基于5 kW正溫度系數(PTC)的電空氣加熱器來加熱機艙空氣。除了通過冷水機主動冷卻外，電池還通過在電池和接收強制環境空氣流動的專用前端散熱器之間循環的冷卻劑進行冷卻。回路有一個6 kW PTC冷卻劑加熱器用于電池的加熱。圖2顯示了這個飛行器的熱回路的示意圖。測試證實，在零下10度時，與22度時比這款車的續航里程損失為45%，粗略地分析就會發現，在三個子系統是獨立操作的，這是一個簡單的方控法制，電加熱空氣的空調管理代表了電池能量大量流失，而電池的廢熱和PEEM沒有被利用。

圖2 菲亞特500e BEV的三個熱子系統[1]

2 一種具有平行的傳熱通道用于地面車輛混合熱總線[2]

本部分介紹將多種傳熱方式集成在一起的“熱總線”，并對這種新型的冷卻系統進行了概述。

地面車輛的熱源組件，趨向于更高的熱流和功率要求。為了進一步減少熱管理系統的功耗，需要將并行散熱策略集成到一起，以保持規定的溫度限制。如果設計合理，冷卻方案將提供更低的噪音、重量和總容量，同時提高系統的耐久性、可靠性和功率效率。

本研究探討了高導熱率材料、碳纖維和熱管與傳統的液體冷卻相結合，以創建一個混合的“熱總線”，將熱能從熱源轉移到周圍環境。這種創新的設計可以在分離熱源和散熱器之間傳遞熱量，而不受重力的影響。運行幾個驅動周期，研究仿真模型的熱穩定性、散熱能力、功率要求和系統重量。數值結果表明，高導熱材料和碳纖維具有中等的冷卻性能，而環形熱管對無源冷卻有顯著的改善。

被動散熱通常需要較大的傳熱表面積。然而，由于空間和重量的限制，在汽車冷卻應用中，擴大表面積并不總是一個可行的解決方案。高導熱性材料、復合纖維、相變材料和高性能無源器件的集成可能是汽車冷卻應用中改進無源散熱的潛在解決方案。通過高導熱系數的強化可以提高所選材料的熱性能。復合材料，如碳纖維增強鋁具有更好的熱力學性能，包括高導熱率、高剛度、相對低密度、減小熱膨脹等。復合纖維廣泛應用于微電子、電機、鋰電池等領域。Greco等采用計算分析的方法研究了復合材料對電池組溫度分布的影響。

2.1 改進汽車電子控制單元的熱管理

在該項目中，將研究包括被動和主動策略的并行排熱路徑的集成。所提出的冷卻系統由四種不同的排熱路徑組成，高導熱率材料、復合纖維、環形熱管結構和傳統的主動流體冷卻。初級散熱可以從高導熱率材料和復合纖維開始，而具有圓柱形蒸發器的環形熱管結構集成在被動配置中。除了被動通道外，還提供了一個完整的傳統冷卻系統，以滿足高排熱要求。

2.2 冷卻系統策略

地面車輛通常由不同的熱負荷部件（例如，電動機、內燃機、電池組、推進系統、車載電子設備等）組成，其產生大量的熱量，需要通過有效的冷卻系統消散。操作模式和環境條件的變化可直接影響熱源的熱量產生率，使得被動散熱策略對于高效操作模式（例如哨式操作模式或低速電動機推進）可能是足夠的。被動系統也可以集成在小型自動駕駛車輛中以提高其耐用性。由被動和主動排熱路徑組成的混合熱管理系統可以被設計成將所發出的熱量散發到周圍環境并且將熱負荷組件保持在其規定的溫度限制內，同時具有最小的能量消耗或沒有能量消耗。所提出的先進混合熱管理系統提供了高效的被動散熱通道，可滿足與傳統散熱器-泵冷卻系統相關的適度散熱需求，適用于大型長時間熱負載和惡劣條件。將確定不同的被動排熱路徑，并且在本研究中將說明它們在性能、重量、噪聲和排熱能力方面的優勢。

混合熱客車結構需要足夠靈活，以支持不同的地面車輛設計和應用。提議的總線結構提供了一個靈活的設計，可以彎曲或改道，幾乎不受重力的影響，同時保持其熱性能。圖3顯示了帶有附加熱交換器和可選風扇的基本總線設計。圖3b和3c展示了連接在熱負荷和散熱器上的柔性和直的熱母排結構。一個冷卻系統需要一個高效的熱交換器，它可以顯著地增加對周圍環境的散熱。當對流換熱系數、換熱表面積和材料導熱系數增大時，換熱器的散熱速率將增大。集成熱交換器的設計目的是利用沖壓進氣量，而在沖壓進氣量不足(例如低速驅動模式或靜止狀態)時，附加一個可選的風扇以增加對流換熱。

圖3 總線結構

3 使用熱管的電動汽車電池熱管理系統[3]

3.1 熱管理系統原理

理想的BTMS應該能夠在現代車輛有限的空間內安全、堅固地運行，提供必要的傳熱，并且能夠經濟地制造。在這些邊界條件下，熱管由于其體積小、無源運行、壽命長、優越的熱性能以及在消費電子產品中的歷史，提供了一個有趣的解決方案。專門用于電池熱管理的熱管已經在各種電池類型上進行了實驗探索，但這些研究大多集中在單個熱管性能上，而不是這樣一個系統對實際電池模塊的影響。該領域的專利也越來越普遍。毛細管驅動熱管已經在汽車領域的熱控制應用范圍進行了研究。熱管可以在不使用移動部件的情況下，以比類似大小的固體金屬棒更大的數量級傳遞熱量。對于像LED大燈和LCD顯示器這樣的電子設備，熱管總是可以用完全被動的方式來傳遞、擴散和散熱。如圖4所示，熱管在汽車內部具有廣泛的應用潛力。在設計合理的熱管系統中，無論朝向如何都可以保證熱功能。另外，熱管可以生產出各種形狀和尺寸的熱管(圖5)，可以根據不同的應用而定制。典型的汽車環境是惡劣的和不斷變化的駕駛和天氣條件。動態機械力和振動、廣泛的氣候操作條件、以及暴露于腐蝕性物質只是BTMS操作要求的一部分。熱管BTMS的大部分結構和操作要求可以通過優化芯流特性(孔隙大小、滲透率、孔隙度)、工作流體(類型、充裝比)和裝配工藝(涂層工藝、連接/緊固技術、集成原理)來解決。銅-水是熱管最有效的材料-流體組合，因為銅的導熱系數高(400 W/mK)，水的優點高。銅水熱管的兩個主要挑戰是銅容器的結構強度和水的凍結。銅容器的強度可以通過使用不同的銅合金來提高，也可以增加壁厚和減小管徑，但必須考慮質量的影響。熱管的雙向功能使BTMS既便于冷卻又便于加熱。BTMS內熱管的裝配方法是保證產品壽命長的關鍵。熱管與其它部件連接最可靠的方法是焊接;然而，機械固定也是可能的，前提是部件的自由度受到周圍和其他機械障礙的約束。為了防止腐蝕，可以使用鎳涂層。本工作涉及移動鋰離子電池模塊多部件熱管熱管理系統的設計、理論布局、生產和實驗驗證。

圖4 汽車熱管熱控制的潛在領域[3]

圖5 銅水熱管(左圖)和熱管截面(右圖)顯示沿內部邊緣的燈芯結構[3]

3.2 擬建熱管系統

如圖6所示，所提出的電池熱管理系統由三個模塊組成:1.熱提取模塊(電池液面熱控制):由熱管冷卻板(HPCP)組成，以保持電池液面溫度均勻，并將電池間的熱量傳遞到外部擴展板。傳熱模塊(用于將熱量從電池模塊轉移出去):由遠程傳熱熱管(rhel-hp)組成，用于將與HPCPs相連的撒布機板的熱量轉移到遠程液體冷卻系統散熱模塊(用于系統級熱控制):由液體冷卻冷板(s)組成，將熱量從電池模塊和相關電子元件傳遞到冷卻劑，冷卻劑又將熱量散發到車輛的熱管理系統(如散熱器單元或二次制冷劑回路)。

4 基于MATLAB/Simulink的電動汽車綜合熱管理系統的建模控制策略及范圍影響[4]

采用國家可再生能源實驗室(NREL)CoolSim MATLAB/Simulink建模框架，研究了電動汽車聯合環路系統的控制策略。探索了三種增加復雜性和效率的系統變體。第一種：基于乙二醇的正溫度系數加熱器（PTC）。第二種：PTC與電力電子和電動機（PEEM）廢熱回收。第三種：PTC+PEEM廢熱回收+熱泵。此外，還考慮了電動機預熱的好處。開發了一種兩級控制策略，其中模式選擇和部件控制分開處理。僅使用車輛傳感器采集到的參數來控制系統。整車熱管理的控制方法包括模式選擇算法和控制器，用于壓縮機速度、機艙鼓風機流速、冷卻劑流速和前端熱交換器冷卻劑旁路速率控制。一開始冷卻回路是不對電機進行冷卻的，直到電機的溫度上升。

圖6 熱管式電池熱管理系統總成[4]

4.1 系統控制策略

為系統的每個變體開發了類似的控制算法。實現了兩個主要控制目標：機艙空氣溫度設定點為22°C，加熱器空氣排放溫度為55°C。機艙空氣溫度由機艙鼓風機質量流量控制，加熱器排氣溫度由壓縮機轉速、PTC功率和冷卻液側前端熱交換器（FEHX）旁路控制，具體取決于模式和型號變體。

全cfl系統有多種運行方式。本研究考慮以下三種加熱模式，如圖7所示:

圖7 兩層控制結構[4]

第一種模式：

模式1的工作方式是單獨使用電力電子和電機的廢熱回收裝置。但是如果電子和電機的溫度達的冷卻劑入口的最大冷卻溫度，那么一些冷卻劑通過前端散熱器進行散熱（因為當電力電子的溫度超過一定的門限值時，電力電子就不能正常工作，所以要進行降溫）。

第二種模式：

模式2:帶PEEM熱量回收的熱泵——在這種模式下，冷卻劑從冷凝器(冷卻劑到制冷劑的熱交換器)接受熱量。冷凝器的熱量由蒸汽壓縮熱泵輸送，蒸汽壓縮熱泵利用前端換熱器從周圍環境中吸收熱量。冷卻劑然后通過PEEM接受可用的余熱。壓縮機的速度調節機艙控制加熱器出口溫度55°C。同時也保證了PEEM入口溫度低于設計極限。

第三種工作模式：

模式3:熱泵采用PTC加熱和PEEM余熱回收，在此模式下，只要性能系數(COP)保持在1以上，熱泵就可以滿負荷運行。冷卻劑從冷凝器中出來，然后從PEEM中收集余熱。然后使用PTC加熱器提供額外的電源以滿足艙室加熱器出口溫度設置點。只要熱泵COP在1以上，這提供了效率效益超過PTC加熱。

在所有三種模式下，電磁閥都被冷卻系統繞過，只要其溫度保持在入口冷卻液溫度以下。

當電機的溫度低于冷卻劑溫度時，電池就不需要為電機加熱供電，這樣就可以節省能源。

控制算法由兩層組成，如圖7所示。第一層是模式選擇層，根據系統和環境條件選擇這三種模式中的一種。然后，第二層在模式約束內提供部件控制，以維持艙室和加熱器出口溫度設定點。最初，第一層控件選擇模式3或模式2進行快速機艙預熱。模式3提供最大加熱功率能力;但是在溫度較高的情況下，它會導致產能過大，從而超過設定點。為了確定初始預熱模式，進行了一項獨立研究，將可用的PEEM廢熱與機艙熱負荷進行了比較，進行了多次駕駛循環。在低于5°C時，模式3最初接合，而在較高溫度下，最初使用模式2。第二層控制裝置由若干PID控制器組成，這些控制器保持預設的機艙空氣溫度為22°C，機艙加熱器排氣溫度為55°C，電力電子及電機的冷卻液入口溫度低于60°C。這些控制器包括：

1、鼓風機流量控制器，調節鼓風機質量流量，以達到并保持機艙空氣溫度設定點22°C。

2、壓縮機控制器，用于調節模式2中的壓縮機轉速，以保持預設的加熱器空氣排出溫度為55°C只要COP大于1，壓縮機就設置為最大值。

3、PTC功率控制器，當壓縮機速度達到最大值時，調節模式3中的互補PTC功率，以保持加熱器排氣溫度為55°C。

4、汽車前端熱交換器旁路控制器確保電力電子及電動機入口冷卻劑溫度低于模式1中的預設限制60°C，以防電力電子及電機的廢熱過高而導致客艙加熱。超過冷卻劑入口溫度時，冷卻回路才起到作用。

5 電動汽車艙室熱管理建模和能耗[5]

用于機艙冷卻和加熱的能源可以大大減少電動汽車的續駛里程。本文對電動汽車艙室熱管理的能效和性能進行了研究。在AMESim軟件中建立了艙室供熱制冷系統的仿真模型。在標準測試周期和現實駕駛周期中進行模擬。從環境溫度、系統效率和艙室熱平衡三個方面分析了艙室熱管理性能。仿真結果表明，在極端寒冷條件下，續駛里程可縮短50%以上。通過使用熱泵和從動力總成部件中回收余熱，可以提高機艙熱管理的能源效率。仿真結果表明，帶電加熱器的熱泵系統可以顯著降低暖通空調系統的能耗。在溫和的環境溫度下，在零下5攝氏度到10攝氏度之間，續駛里程根據駕駛周期增加6-22%。動力總成部件余熱回收進一步提高了熱泵系統的能源效率，使車輛能耗降低了2-4%。仿真結果也表明，電池在冷態下加熱可以使能耗增加20%以上。

5.1 乘員艙及空調系統建模

本文在AMESim軟件中建立了電動汽車的仿真模型。介紹了AMESim軟件和車輛熱管理建模。AMESim為不同類型的車輛提供了幾個預定義的車輛和系統級模型。該軟件有一個廣泛的組件庫，以建模不同的物理現象，以不同的精度水平。客艙暖通空調系統是在現有空調系統模型的基礎上，通過調整制冷劑流量使其作為熱泵工作而建立起來的。所建立的熱泵模型對應于圖8所示的動態集總參數模型。該系統包括壓縮機、冷凝器、冷凝器風扇、短管口、蒸發器和蓄能器。熱泵系統由高壓電池供電的電動壓縮機運行。熱泵模式由四個閥門控制，可以改變制冷劑流體的流向。在熱泵模式下，還增加了一個熱交換器，用于從電力電子和電機液體冷卻電路中回收余熱。HVAC系統模型還包括一個PTC加熱器，它與艙室空氣流動和熱交換器集成在一起，如圖8所示。模擬可以用四種不同的空調系統進行配置:

1)沒有艙室冷卻或加熱(無空調)。

2)空調和PTC加熱器對應傳統空調系統(AC+PTC)。

3)熱泵和PTC加熱器(HP+PTC)。

4)熱泵廢熱回收和PTC加熱器(HP+PTC+WH)。

HVAC系統由壓縮機轉速、PTC加熱器電源、艙室鼓風機電源控制。機艙內的空氣可以部分循環使用，因為選擇的最小新鮮空氣比為15%，以確保乘客的舒適度。在熱泵模式下，PTC加熱器時作為一個額外的熱源熱泵不能產生足夠的熱量。在傳統暖通空調模式(沒有熱泵模式)，加熱器最大值是5000 W，均勻劃分為五個層次，每一層都有1000 W的力量。在熱泵模式下，加熱器的最大功率為4000瓦，每級功率為800瓦。

AMESim軟件有兩個預定義的座艙模型，一個簡單而先進的模型，用于熱平衡模擬。簡單模型沒有考慮艙室的熱質量，因此該模型不適用于艙室熱平衡的詳細分析。更高級的座艙模型包括不同的座艙材料和元素，如圖8所示。客艙與環境之間的熱傳遞通過擋風玻璃、側窗、后窗、側板和屋頂進行建模。玻璃、塑料、金屬、泡沫和織物等五種不同的材料。考慮到乘客的代謝負荷，客艙模型還計算了熱舒適指數PMV(預測平均投票數)和PPD(預測不滿意百分比)。由于這些指標最初是為了評估建筑物的熱舒適性而制定的，因此它們可能不能很好地描述車輛的乘客熱舒適性，因此在本研究中沒有考慮這些指標。

圖8 在AMESim開發了HVAC系統模型[5]

6 基于插電式混合動力車電池熱管理物理模型[6]

由于政府對燃油經濟性的規定，對電動汽車的需求正在增加。插電式混合動力汽車的電池系統在過去幾年里取得了巨大的效率。該系統在結構上變得更加精細和復雜，需要復雜的熱管理。這背后的主要原因是為了確保電池的有效冷卻。因此，目前的工作重點是為典型的電池系統開發一個基于物理的熱管理建模框架。為了建立系統所需的控制方程，本文對系統的熱能量守恒問題進行了深入的分析。由于在HEV電池系統中冷卻只是一個復雜的過程，所以使用當前的模型來研究其基礎力學。框架是通用的，因此它可以應用于各種體系結構。本文在此背景下對流程進行了標準化。在此通用框架下，將理論模型擴展到Simulink模型，該模型可以與PHEV系統現有的冷卻網絡(即流程圖)集成。除了預測冷卻劑出口，預測電池系統的電池溫度也很重要。集成模型將能夠實現這些目標。為了建立模型s的適用性，將基于物理的模型與不同驅動周期下的車輛水平試驗數據進行關聯。結果與試驗數據吻合良好，對所提出的框架及其未來發展具有重要的信心。

6.1 電池熱管理模型

一個典型的電池組示意圖如圖9所示。在當前情況下有兩個模塊:{M1，M2，M3}和{M4，M5，M6}。每個模塊由一定數量的單元組成。在當前情況下，每個模塊有16個單體電池。由于相似，考慮{M1，M2，M3}或{M4，M5，M6}。根據圖10，兩個電池和中間的鰭被合并成第i集總質量#1。如圖9所示，冷卻劑沿著一系列路徑，在第48單元進行u型轉彎，回到單元1。因此，由于冷卻劑的上游和下游，每個電池被分成兩個質量塊。在靠近電池兩端的地方，相應的熱墊+冷卻板區域被認為是第i集總質量#2。最后，在單個電池的一半下面的冷卻劑體積被認為是第i集總質量#3。用給定的配置:0≤i≤N，N=2×24。

圖9 PHEV電池組的典型示意圖[6]

7 機油底殼體積的調整以及發動機暖機時的廢氣加熱[7]

本文在依維柯f1c3l發動機試驗臺上設計并測試了一種改進型油底殼，以暫時降低油泵抽油量。通過這種方式，油在油底殼內與少量的油混合，加速了溫度的上升。當發動機達到熱穩定狀態時，油底殼的容量恢復到其全部容量。油底殼內油的臨時體積減少是通過用金屬隔層將容量分成兩部分來實現的:當油達到設計溫度時，一個熱控制的開口將兩部分連接在一起。燃料消耗和二氧化碳排放的減少已經被證明，這進一步的積極結果已經被添加到另一個積極的行動，以進一步加快其溫度，利用廢氣熱加熱機油。燃料消耗的好處已經被證明，污染物的減少也被報道，由于與冷卻液的正作用，整個發動機的熱性能得到了改善。

7.1 改進油底殼設計

參考發動機為依維柯F1C渦輪增壓柴油機，其主要特性如表1所示。整個油底殼體積約8升，但根據制造商的具體要求，油量為7升。

原來的油底殼已被修改，以有兩個獨立的腔室:一個總是活躍，帶過濾器，另一個是封密的，形成一個上層油孔(圖11)。當封閉室油從引擎直接流向主動集油室。兩個腔室可以通過閥門關閉的外部管道進行交換機油。閥門由油底殼主動室的溫度驅動:當油底殼溫度達到80℃時，閥門開啟，兩個油室通入，油在兩部分混合。這樣，在升溫階段，只有少量的油參與到發動機的潤滑中。但是，當油被加熱時，整個油量被使用，保持了它的壽命和維護時間。

圖11 獨立油箱設計

在設計階段，還考慮了浸沒在油底殼中的恒溫閥，以便在加熱時混合兩個油腔的油。然而，初步試驗表明，浸入式恒溫器受到擺動效應的影響:它在開口位置附近擺動，混合效果不一定能保證。圖12展示了改造后的油底殼原型的實現，該油底殼采用分離腔和外部管道連接。圖13顯示了用于評估改進油底殼相關效益的實驗發動機試驗臺上的油回路和傳感器定位。

7.2 實驗測試與結果

對改造后的油底殼進行了試驗，并在發動機試驗臺上進行了NEDC試驗。控制的混合閥已經打開它當活躍的儲油室的溫度達到80℃，試驗顯示了機油的行為在同系化反應溫度循環:活躍的油溫上升到80℃，然后突然下降到7-8℃，這是由于與油混合室關閉。另一方面，密閉腔內的油溫上升較慢，當混合閥開啟時，油溫突然升高。發動機進口處的機油似乎不受與閥門開啟有關的操作不連續的影響。

圖12 改進油底殼的原型

圖13 油電路和傳感器定位為實驗設置

8 HEV/PHEV的熱管理體系結構[8]

對不同的冷卻和加熱體系結構進行了虛擬分析;效率和成本方面被認為是驅動因素，以及布局方面和整車的限制因素，驅動元件的選擇和影響性能。為了進行魯棒結構比較，獲得更可靠的結果，建立了汽車熱模型。該模型考慮了熱負荷的主要貢獻，并對不同的選擇情況進行了仿真。本文對虛擬分析結果和不同控制策略的影響進行了詳細的分析。結果是一個可能的熱管理架構的概述，有助于定義新的熱管理系統設計指南，直接與電池系統架構和電子電機布局在相同的CO2減排目標和新的法規符合性。

8.1 熱管理架構

提出的熱管理體系結構的主要思想是管理三個不同的冷卻電路及其相互作用，這要歸功于一個專門為此目的設計的新閥門系統。提出的解決方案是基于雙回路冷卻的概念和一個水冷蒸發器專門用于電池組的熱管理。此外，與高溫冷卻劑回路連接的蓄熱系統可以使冰快速升溫，也可以使客艙快速升溫，從而降低專用加熱系統的電力需求。這一選擇的基本驅動因素是:美國OBD法規，它推動了電池熱管理的新趨勢，要求避免在嚴格的診斷要求下使用制冷劑，空調壓縮機在使用時應符合這一要求。由于功耗高，PTC加熱器的拆卸或減少，對電驅動續駛里程影響較大。熱泵解決方案可以幫助實現與PTC接近的性能，在功率要求方面有顯著的好處。采用集成來提升部件效率，這對于小型汽車來說是強制性的，因為小型發動機室和平臺需要花費很大的精力去安裝所有的設備，以符合維護指南和最小續駛里程要求。因此，主要目標是保證汽車電池系統、艙室和電力電子設備的冷卻和加熱功能，以消除或減少PTC加熱器的使用。圖14顯示了初始冷卻電路架構方案和閥門配置，認為:紅色是高溫的冷卻回路(～90℃)冷卻循環，藍色的電路低溫(～50℃)冷卻循環和綠色的電路是致力于電池充電器的冷卻循環系統。水乙二醇是充滿所有這些冷卻回路的液體。在圖15中給出了一個閥門配置。所考慮的配置代表了一種需要電池系統冷卻的功能模式:在這種情況下，綠色冷卻劑電路由車輛的空調電路通過專用制冷器(CHL)冷卻。很明顯，閥門是關鍵的執行機構。它們將提供從電動引擎和逆變器中回收熱量的可能性，以適當的策略驅動電池加熱。在圖15中，低溫電路直接連接到電池充電器的冷卻液電路，通過適當的閥門配置，使熱的冷卻液可以加熱電池。最后，在高溫冷卻電路中引入儲熱罐(HS)可以幫助所有需要快速預熱的部分:熱機、電池組和機艙。

圖14 電池系統冷卻方式:低溫回路(藍色)和高溫回路(紅色)與電池冷卻回路(綠色)無交互作用，電池冷卻回路(綠色)由空調系統通過冷水器(CHIl)冷卻(淺藍色)[8]。

圖15 電池系統加熱方式:低溫電路(藍色)連接到電池冷卻電路(綠色)由于優化的閥門配置[8]