在对新能源车纷纷“真香”的同时
续航也成了大家关注的问题
众所周知，续航和电池有直接关系
今天，M博就带你打开新世界——
新能源车续航还和热管理有关
01
热管理系统是什么？
从核心来讲，热管理就是
统筹调配电机、电池、座舱间的制热或制冷需求
让车内的温度稳定在设定的范围之内
带来舒适的驾乘体验
同时保障电池安全以及维护续航
俗话说得好，不会带团队你就只能干到死
所以，为了达到控制效果
热管理系统也是打的团队牌
团队到位，分工干活
02
热管理和续航有什么关系？
新能源车并不像传统汽车那样
有内燃机发动机产生的热量
所以电池不仅是动力来源
还要为开空调这事儿买单
特别是在冬天
电池特性导致能提供的能量会降低
再加上开空调，进一步掏空了宝贵的能量
那么如何在开空调保持舒适的前提下
降低空调功率？
此时，就轮到热管理系统上场了
整个热管理系统控制温度的核心原理
其实就是搬运热量
在提升搬运热量的效率上下下功夫
让热泵空调用一度的电
可以搬更多热量
从而提升空调的制热效率和新能源车的续航
03
二氧化碳转子式压缩机出场
热泵空调搬运热量的效率和制冷工质有关
一般车上用的都是R134a（四氟乙烷）
这个制冷工具人在冬天低温环境下
会受到一定影响
所以，新的制冷工具人二氧化碳出场了
美的也以此研发出了二氧化碳转子式压缩机
不仅具有高效率、低噪音、轻量化等技术特点
能满足车辆高效制冷和低温制热的需求
同时也能够省去高压PTC所带来的额外成本
转子式压缩机的排量小、压力高
密封性能也更好
刚好和二氧化碳的性能呼应上了
即使在-35°C低温环境下
二氧化碳转子式压缩机的制热能力仍然强劲
相比传统热泵续航里程提升20%
解决了新能源车极寒工况下续航衰减快的难题
美的还将压缩机升级为双转子结构
解决了转子质心与运动轴心不重合
导致的动平衡、噪音等问题
此外，为了匹配越来越智能化的新能源车
热管理系统也是有点聪明在身上的
比如，当你想开车的时候
可以通过云端提前开启空调
当你要提速来个弯道超车时
热管理系统也会提前输送一些冷量到电池中
避免电池过热
新能源车行业的发展
也对关键零部件技术提出更多新要求
美的多方面布局新能源车产业链
创新技术，数智升级
助力新能源车产业弯道超车
带给用户更舒适的出行体验
来源：美的集团、消费指南杂志
新能源汽车热管理系统（二）承接（一）
2.2.2驱动控制热管理
主要指电机电控的热管理，这部分相较于整车其他区域的热管理要显得单一些。电机及电控系统的工作是新能源汽车能量输出的关键，而在其工作过程中由于线圈电阻发热、机械摩擦生热等原因会产生大量热量，热量的累积会导致温度过高，从而导致电机内部短路、磁体退磁等问题。而随着新能源汽车的普及，市场对于汽车的动力要求不断提升，因此高功率、高扭矩、高转速的电机需求得以加大，而在高性能的同时也意味着产品工作时产生的热量也会更多，因此对于电驱动产品的热管理要求也在不断提高。目前整车驱动系统的冷却方式主要有风冷和液冷这两种方式。
图10 驱动控制热管理
风冷：与动力电池、发动机系统的风冷一样，也是通过排风扇与空气对流的方式实现为驱动系统降温。但该方式无法精准控温且对于高功率工况下的散热效果不理想，因此仅在小型驱动系统中应用。
液冷：通过使用水、变压油或水/乙二醇混合液等冷却液为介质，在电机及控制系统之间以密闭通道的方式通过冷却水泵带动液体的循环流动而迅速带走热量。该方式可根据需要主动调节系统温度，具有稳定性高、效率高、散热速度快等特点，系统简图如下：
图11 电机电控散热系统
2.2.3座舱空调热管理
作为整车舒适性的直观感受空间，座舱空调系统在提升用户体验上起到关键作用，同时这部分的价值在整车热管理系统中的占比也是最高的。众所周知，新能源汽车的空调系统在功能上可实现制冷、制热两种模式，而其工作方式主要可分为PTC加热和热泵供暖两大类。
图12 新能源汽车空调热管理系统
制冷方式：其原理与传统车相同，都是利用冷凝放热，蒸发吸热为座舱降温。但在结构上与传统车不同，新能源汽车的空调压缩机是由电机进行驱动的，而非发动机。而电动压缩机的工作需要消耗电能，因此在进行系统设计时需考虑其功耗，以确保整车的续航不受影响。目前较为理想的电驱动空调压缩机为涡旋式压缩机。
制热方式：在混动车型中，由于保留有发动机，因此在座舱供暖方面可利用发动机余热配合空调系统进行。但在纯电车型中，由于没有了发动机，因此其供暖方式通常是使用PTC加热器或热泵空调系统。其中，PTC加热是新能源汽车的传统加热方法，但由于能耗高问题有被热泵空调取代的趋势。
PTC加热器：其原理是通过PTC电阻材料将电能转换为热能，再通过风机将热风送入座舱以完成供暖作业。此种方式具有结构简单、成本低、制热效果好的特点，但在系统的制热过程中由于需要对PTC电阻丝进行通电加热，因此能耗高成为了其致命缺点。
图13 PTC加热原理
以市面上某车型为例，其前排暖风PTC额定功率为5.5kW，后排PTC额定功率为3.7kw。若前后排同时加热，则每小时消耗的电量为9.2kw.h，以百公里耗电量为16kw.h为例，则每小时减少的续航里程为100*9.2/16=57.5km。所以，在寒冷的冬季开空调对于新能源汽车的续航影响大部分还是来源于PTC加热导致的。
热泵空调系统：该系统通过多通阀来改变冷媒的流向，从而达到制冷制热的转换。由于热泵的制热过程是通过吸取外部空气的热量，并利用压缩机液化放热，其过程并非如PTC那样直接消耗电能，因此在能耗方面要远低于PTC加热器。不过，热泵系统的复杂度、成本等方面较之PTC都要高，另外，当处于在温度较低的环境下时，由于吸收的外部空气热能本就少，因此其制热效果也会差些。
图14 热泵空调系统原理
以某车型为例，要实现同为5kW的输出热量时，使用PTC加热器需要消耗5.5kW的电能，而使用热泵系统仅需约2.5kW的电能消耗。从此组简单的数据对比上我们可以看出，若想要能耗低，在购买车子时，热泵空调应是首选，当然价格也会高些。
两类空调系统总结对比如下：
表2 PTC、热泵空调系统对比
项目
类型
PTC
热泵
成本
相对低
相对高
结构
简单
复杂
控制难度
低
高
能耗
大
小
低温制热效果
好
较差
制热效率
低
高
能效比COP
＜1
＞2
评估新能源汽车的附件系统对整车电能的消耗，可知电子空调系统的应用在能耗上占了绝大部分比例，因此为了进一步达到提升空调系统在使用过程中的利用率、降低系统能耗，从而提升整车的续航的目的，对于空调系统的能耗厂家们进行了探索研究，而主要的方向则是热泵空调的冷媒。
目前市面上的热泵空调在冷媒的选择上主要有：R-134a、R-1234yf以及R744（二氧化碳）。其中，以R-134a为冷媒的热泵系统是当前使用最多的方案，但其在低温环境下的制热效果较差，通常仍需PTC辅热，同时R-134a的使用会加剧温室效应，对环境并不友好，该方式有被替代的趋势。
以R-1234yf为冷媒的热泵在环保方面更具优势，同时可兼容现有热泵，但制冷效果弱于R-134a，同时作为一种人造材料，目前其专利为老美的公司所拥有的，使用技术成本高。
R744（二氧化碳）本身是自然气体，且无毒无害，易获取且成极低，同时其单位制冷量是R-1234yf型制冷剂的9倍左右，又在低温情况下的制热效果好。不过使用R744为冷媒的热泵空调并不兼容当前的系统，需要对系统进行耐高压设计。但受到其极低成本的驱动，目前相关企业已经开始布局该产品，且部分车型已经实现搭载。
不同冷媒热泵空调的成本对比如下：
图15 不同冷媒成本对比
虽然R744型冷媒的成本极低，但基于当前技术及生产状态，其相应的整车热管理系统的价格却相对于传统燃油车的要高近4倍，不过在其性能优异等方面的驱动之下，随着技术/生产水平的提升，系统应也会下降。
图16 不同类型整车热管理价格对比
以上便是对于新能源汽车热管理系统分模块的介绍，对其总结如下图：
图17 新能源汽车整车热管理
未完待续。。。
公众号文章链接：新能源汽车热管理系统（二）
