新能源汽車熱管理系統優化與節能效益提升

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：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，FujianShipbuildingand TransportationVocational Colege，Fuzhou 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

新能源汽車作為實現“雙碳”目標的核心載體，其熱管理系統性能直接影響能效水平與安全運行。隨著動力電池能量密度提升及整車集成化加劇，熱失控風險、電驅散熱需求與空調負荷激增等問題凸顯，傳統熱管理方案已無法滿足安全性、經濟性與舒適性的綜合要求。優化熱管理系統設計對降低整車能耗、延長部件壽命及提升續航能力具有關鍵意義，成為新能源汽車技術研發的核心方向之一。

1現有熱管理系統架構綜述

汽車熱管理系統涵蓋電池、驅動電機、空調及綜合管理平臺等子系統，各模塊既獨立運行又相互耦合。

1）動力電池熱管理：主流采用液冷（換熱效率高、控溫精度強）、風冷、相變材料冷卻等方式，系統包含冷卻液通道、熱交換器及熱泵加熱模塊，需應對高倍率充放電、極端氣候等復雜工況

2）驅動電機熱管理：以液冷與油冷結合為主，通過冷卻介質帶走繞組熱量，部分高性能車型采用集成式冷卻結構，在電機殼體布置通道以提升傳熱效率。

目前主流架構多采用集中式單回路、分區式多回路或模塊化集成式結構，功能覆蓋范圍不斷擴展，系統間耦合程度日益提高，整體趨向于高效協同、節能降耗與智能響應。動力電池熱管理作為系統核心環節，其熱控制目標為抑制電芯間溫差、保持適溫區間、應對大倍率充放電下的瞬態熱沖擊。當前普遍采用液冷技術為主，輔以風冷、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，通過精細化流道設計提高換熱效率。部分高端車型引人制冷劑直冷方案以進一步提升響應速度和控溫精度，在嚴寒或酷熱工況下輔以PTC加熱或集成熱泵模塊增強系統靈活性。

驅動電機及電控系統熱管理對整車高負荷性能表現具有重要影響。目前主流方案以電機殼體液冷與控制器油冷相結合，通過獨立冷卻回路或與電池系統共用換熱模塊實現熱耦合。為提升整車集成度與空間利用率，一體化電驅系統逐漸普及，在結構緊湊性的前提下增加了熱流路徑設計復雜度。部分整車廠采用電機-變速器-電控三合一平臺，在殼體內嵌套冷卻通道并通過共享冷媒路徑進行余熱再利用，以降低系統總能耗。

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，對散熱結構提出更高要求。常采用一體化冷卻板或熱界面材料增強熱導路徑，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，實現簡化管路與熱源統一管理。在整車熱管理系統整體架構上，現有技術逐漸由分散控制向集中智能調度轉變，采用中央熱管理控制單元對各子系統溫控需求進行統一識別與動態調度。熱管理控制策略由固定溫域閾值邏輯逐步向基于模型預測的自適應控制發展，融合車載感知、路況預測與負載評估，實現熱源間能量重構與工況匹配。

系統集成層面，各大車企在推動熱管理模塊一體化設計基礎上，逐步開展軟硬件平臺統一開發。冷卻泵、電動壓縮機、電磁閥、傳感器等關鍵執行單元通過CAN或LIN總線實現與整車控制器的數據交互，構建閉環響應機制以提升調節速度與控制精度。熱管理系統的能耗控制已成為整車節能策略的重要組成部分，尤其在純電平臺下，空調負荷與電池控溫所占電耗比例上升明顯，系統節能潛力巨大。現有熱管理系統逐步向智能化、集成化、模塊化演進，在多熱源熱力協同、熱循環路徑優化、余熱回收與分布式控制等方面已形成較為成熟的技術體系，為進一步構建高效低耗的熱管理平臺奠定基礎。

2 優化方法研究

隨著新能源汽車熱管理技術發展，優化方法成提升熱效率、部件壽命與降能耗關鍵。現有方法含硬件改良、軟件智能化、多能源耦合及瓶頸分析。

多能源耦合系統整合多熱源需求與余熱路徑，建立閉環調度系統，借統一回路與交換模塊實現廢熱利用及熱力再分配。

3熱管理系統的優化設計方案

傳統的單回路或功能割裂式熱管理方式已無法滿足當前車輛在電池、電驅、空調等多個子系統的熱需求差異，需通過多回路設計、熱泵集成、余熱回收以及控制策略升級等手段構建統一高效的熱管理平臺，提升整體熱效率和響應能力。

3.1 多回路設計

多回路設計通過構建多個功能分明、溫區獨立、運行模式靈活的冷卻回路，可在保證關鍵部件熱安全的同時實現熱量的分級傳導與高效利用。

3.2集成熱泵方案

集成熱泵是新能源汽車熱管理主流節能技術，可雙向調溫，具有高能效、緊湊性與功能復用性。其與電池、乘員艙、電機冷卻系統一體化設計，通過閥件切換實現冷熱模式轉換，能利用電驅/電池余熱，替代PTC加熱以降低能耗，提升續航。

3.3熱能回收路徑優化

熱能回收路徑布局的優化旨在最大限度降低熱損失，提高余熱利用率，進而增強系統能效。熱管理系統的基本結構如圖1所示。

4節能效益分析模型建立與仿真

在新能源汽車熱管理系統優化過程中，構建多維節能模型評估能耗、電池壽命、熱效率及整車性能，借助高級建模環境與仿真平臺AMESim、通用熱力學系統仿真軟件GT-SUITE、MATLAB的可視化仿真工具Simulink仿真驗證，形成理論與工程閉環。基于典型工況模擬提取熱負荷曲線，結合試驗數據驗證模型，優化前后系統熱行為仿真數據見表1。

表1顯示，熱管理系統優化后節能優勢顯著。單位里程熱耗大幅降低，電池溫差縮小，熱效率提升，續航里程增加，電池預期壽命延長，驗證了多回路控制、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結束語

在電動化與智能化背景下，新能源汽車熱管理系統面臨多重技術挑戰與性能需求。通過對現有系統架構的系統性梳理與關鍵問題識別，提出多回路集成、熱泵復用、動態控溫等多維優化設計路徑。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，強化換熱元件結構設計與集成方式。通過構建節能效益分析模型與仿真平臺驗證優化效果，實現整車能耗降低、電池壽命延長與續航里程提升，形成集設計、評估與驗證于一體的閉環方案，為熱管理系統的工程落地與技術進化提供理論基礎與實踐支撐。

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（編輯林子衿）