“碳中和”戰略背景下新能源汽車熱管理系統技術現狀及發展趨勢

關鍵詞：新能源汽車；熱管理系統；碳中和；能源效率；電池壽命；環境影響

0 前言

目前，全球氣候變化和環境污染問題，已成為人類面臨的嚴峻挑戰。“碳中和”戰略已經成為全球性的任務和我國的重要歷史使命。在此背景下，新能源汽車作為傳統燃油汽車的替代品，受到了各國的廣泛關注，代表著汽車的未來發展趨勢。新能源汽車熱管理系統溫度控制技術的完善、能源利用效率的提升等對于打造綠色低碳的出行方式，實現“碳中和”戰略目標具有重大意義。本文探討當前新能源汽車熱管理系統技術現狀與發展趨勢，以期為“碳中和”戰略背景下未來新能源汽車技術的綠色發展和技術升級提供參考。

1 新能源汽車熱管理系統研究現狀

1. 1 溫度控制技術

電池是新能源汽車的心臟，其溫度的敏感性對車輛的性能和壽命具有重要影響。因此，溫度控制技術一直是新能源汽車研究和開發的焦點之一。溫度控制技術的目的是確保電池和其他關鍵組件在適宜的溫度范圍內工作，以提高其工作效率并延長其使用壽命。目前，研究者采用了各種方法來實現這一目標。其中，一種常用的方法是采用液體冷卻和空氣冷卻系統。系統通過循環冷卻劑或空氣，將熱量從電池和電機傳輸到散熱器，散熱器再將熱量散發到外界。目前，這種技術已經取得了顯著的進展，但仍然面臨一些挑戰，如冷卻系統的體積和質量大，以及在極端溫度條件下系統工作效率低等。另一種方法是采用熱泵技術，熱泵基于逆轉工作原理，將熱量從低溫區域轉移到高溫區域，具有效能高和節能的優點，但仍需要開展進一步的工程優化和成本降低研究。此外，研究人員還在探索相變材料的使用。相變材料在溫度升高時可以吸收熱量，在溫度下降時釋放熱量，能有效利用潛熱儲能，應用在電池中可以幫助穩定電池溫度。相變材料的合理選用和導熱性能的提升是未來的重點研究方向［1］。

1. 2 熱能回收技術

新能源汽車的熱能回收技術是備受新能源汽車行業關注的領域。在汽車運行過程中，制動時產生的熱能，一般以熱量的形式散失。熱能回收技術通過捕獲和再利用這些熱能，提高整車的能源利用效率。常見的熱能回收技術是制動能量回收系統，也稱為“再生制動系統”。系統將制動時產生的熱能轉化為電能，存儲在電池中，在需要時重新利用。該技術在市場上已經得到廣泛應用，有效地提高了車輛的能源利用率和經濟性。

此外，研究人員還在探索熱能回收系統與熱電轉換技術的結合。熱電轉換技術可以將熱能直接轉化為電能，進一步提高能源利用效率。在新能源汽車領域，熱能回收技術具有巨大的發展潛力。未來的研究方向包括提高制動能量回收系統的效率，擴大熱能回收的應用范圍，減少系統的復雜性和降低使用成本。新能源汽車熱管理系統的優化研究是實現可持續發展和“碳中和”的關鍵內容。溫度控制技術和熱能回收技術的不斷創新將為新能源汽車實現高效性能和環保特性提供有力支撐。未來的研究和工程工作將致力于解決當前技術面臨的難題，進一步提高新能源汽車的熱管理效率，從而推動新能源汽車行業的可持續發展。

2 “碳中和”背景下的新能源汽車熱管理需求

2. 1 環保意識

隨著氣候變化問題的日益突出，公眾環保意識不斷提高。為了實現“碳中和”戰略，應對氣候變化風險挑戰，社會環保意識的覺醒和公眾的廣泛參與顯得尤為重要。新能源汽車相對于傳統燃油汽車具有較低的碳排放，因此成為一個具有吸引力的替代選擇［2］。新能源汽車，特別是純電動汽車（EV），是通過電池而不是內燃機驅動的，在使用過程中不產生尾氣，不會向大氣中排放CO2 和其他有害氣體，成為符合環保要求的出行方式。一方面，環保意識的提高推動了更多消費者和政府采取積極行動，購買和支持新能源汽車；另一方面，綠色生活方式興起，越來越多的人認識到出行方式的選擇會對環境產生影響，因此更傾向于選擇環境友好的方式，包括使用新能源汽車。實現“碳中和”戰略目標，需要社會各界共同努力來降低“碳足跡”，而發展新能源汽車是實現這一努力的重要措施。

政府的政策和法規也在推動著環保意識的提高。許多國家和地區制定了相關激勵措施，如減免購車稅、進行新能源購車補貼和倡導綠色出行，刺激新能源汽車消費，推動新能源汽車市場的發展，從而降低碳排放水平。

2. 2 能源利用效率

能源利用效率是另一個“碳中和”戰略背景下備受汽車行業關注的領域。傳統燃油汽車的燃油效率較低，在消耗大量石油資源的同時，產生了大量的溫室氣體排放。因此，較高的能源利用效率成為了新能源汽車的一個關鍵賣點。新能源汽車，包括混合動力車輛（HEV）和EV，可以將電能以更高效的方式轉化為動力，相比傳統燃油汽車具有更高的能源利用效率。而能源利用效率的提高不僅可以減少碳排放，還可以降低能源使用成本。

新能源汽車在設計和工程過程中也更加注重輕量化和空氣動力學優化，進一步提高了能源利用效率。通過減輕車輛質量和降低空氣阻力，新能源汽車在續航里程和電池壽命方面有了更好的表現，在能源利用效率方面也有了顯著的優勢［3］。

總的來說，能源利用效率的提高不僅受到消費者的歡迎，還得到了政府和工業界的支持。在“碳中和”戰略背景下，新能源汽車被視為提高交通工具能源利用效率的重要手段之一，在市場上有著廣闊的發展前景。消費者越來越傾向于選擇環境友好且能源高效的出行方式，而政府的政策和法規也在順應這一趨勢，推動汽車消費綠色發展。因此，新能源汽車作為滿足這些需求的解決方案之一，具有巨大的行業前景，將為減少碳排放和實現可持續發展作出重要貢獻。

3 新能源汽車熱管理系統的關鍵問題

3. 1 溫度控制不精準

新能源汽車的電池系統是車輛性能的關鍵。電池的溫度對其性能和壽命具有重要影響，精確的溫度控制至關重要。然而，目前的新能源汽車熱管理系統在溫度精準控制方面仍存在一些技術難點。

一方面，電池的溫度過高或過低都會對性能產生負面影響，因此需要實時監測和控制電池的溫度。然而，現有的溫度傳感技術能力不足，無法提供足夠的準確性和穩定性，可能導致溫度控制不精準，從而影響電池的壽命和性能。另一方面，電池組件之間的溫度分布不均勻。不同部件之間的溫度差異可能會導致一部分電池組件過熱，而另一部分組件過冷，直接影響整個電池組件的性能。目前，一些新能源汽車熱管理系統仍然無法有效解決溫度分布不均勻的問題。

為了解決溫度控制不精準的問題，需要進一步研究和開發更先進的溫度傳感技術，提高溫度監測的準確性和靈敏度。此外，智能控制系統的引入可以幫助優化電池系統溫度分布，保證整個電池系統在適宜的溫度范圍內運行。

3. 2 能量浪費

在新能源汽車中，電池的能源管理至關重要。然而，目前新能源汽車的熱管理系統仍存在能量浪費問題。這些浪費不僅會導致不必要的能源消耗，還會降低汽車的續航里程和整體使用效能。在熱管理過程中，一些系統產生的熱量沒有被有效地回收或重新利用，而是被排放到環境中。這不僅浪費了能源，還對環境造成了負擔。因此，需要深入研究更有效的熱能回收技術，減少熱量排放［4］。

電池的制熱和制冷系統也可能產生能量浪費。傳統的制熱和制冷方法需要消耗大量能量，這會降低電池的能源利用效率。因此，需要進一步研究更節能的制熱和制冷技術，以減少能量浪費。解決能量浪費問題的關鍵在于提高能源的管理和利用效率，包括優化熱管理系統設計，改進熱能回收技術，引入高效的制熱和制冷方法。降低能量浪費可以提高新能源汽車的續航里程和整體能效，使新能源汽車產品更具競爭力。

新能源汽車熱管理系統的溫度控制不精準和能量浪費問題是新能源汽車熱管理系統研究中需要面對的重要挑戰。應對這一挑戰，有利于提高溫度控制的精確性，減少能量浪費，提升新能源汽車的性能，推動“碳中和”戰略背景下新能源汽車技術的可持續發展。

4 新能源汽車熱管理系統的發展趨勢

4. 1 先進傳感技術

新能源汽車的熱管理系統需要準確地監測和控制各種參數，以確保車輛的高效運行和延長電池的壽命。因此，先進傳感技術的研發至關重要。

溫度傳感器是新能源汽車熱管理系統中不可或缺的一部分。傳統的熱管理系統用來監測溫度的傳感器數量有限，已經無法滿足節能要求。未來的發展趨勢是采用更多、更精確的溫度傳感器，以實時監測熱管理系統不同部件的溫度情況，從而更好地控制熱量分布。此外，紅外熱成像技術可以提供全面的熱圖像，幫助研究人員檢測出潛在的系統熱問題，其應用也越發廣泛。壓力傳感器、濕度傳感器等傳感器在熱管理系統中也發揮著重要作用，可以協助監測冷卻液的壓力和濕度，從而更好地掌握冷卻系統的運行狀態，確保冷卻系統的正常運行［5］。

4. 2 智能控制系統

隨著人工智能和機器學習技術的迅速發展，智能控制系統在新能源汽車熱管理中的應用也越發重要。智能控制系統能夠根據各種傳感器數據和車輛狀態來智能調整熱管理系統的工作狀態，實現最佳的管理效果。一方面，智能控制系統可以實現自適應控制，監測車輛的工作狀態和環境條件，根據監測信息實時調整散熱風扇、冷卻液流速和其他參數，使車輛在各種情況下都能夠保持最佳的溫度。這種自適應性可以提高能源利用率，減少能源浪費。另一方面，智能控制系統可以通過預測性維護來延長電池和其他關鍵部件的壽命，通過歷史數據和實時傳感器數據的分析，及時識別潛在問題并采取干預措施，從而減少維修成本，提高系統可靠性。

5 環保法規的加強

隨著各國政府對環境問題越發關注，各國政府和國際組織紛紛出臺了更加嚴格的環保法規。這些法規旨在減少溫室氣體排放、改善空氣質量、保護生態系統，并推動能源使用和交通出行向更可持續的方向轉變。對于新能源汽車而言，環保法規的出臺具有重要意義。一方面，環保法規強制要求汽車制造商降低車輛的排放，迫使汽車制造商加速新能源技術的研發和應用。另一方面，環保法規也促使政府采取一系列措施來支持新能源汽車的推廣，包括提供購車補貼、建設充電基礎設施、減免車輛購置稅等。這些政策鼓勵了消費者購買新能源汽車，從而推動了新能源汽車市場的增長。

6 結語

本文對新能源汽車熱管理系統的現狀和發展趨勢進行了研究，強調了“碳中和”戰略背景下對新能源汽車技術研發的迫切需求。新能源汽車熱管理系統在提高能源利用效率、延長電池壽命和減少環境影響方面具有重要作用，但仍存在溫度控制不精準、能量浪費等問題。未來的研究應致力于發展先進的傳感技術和智能控制系統，以滿足“碳中和”戰略目標對于新能源汽車的高標準要求。同時，環保法規的加強也是推動新能源汽車行業發展的重要推手。