一、概述

新能源汽車的整車熱管理從簡到繁，結構日趨復雜，從獨立模塊到系統工程，升級明顯，單車價值量從1600-2500元提升至近7000 元，按照2025年全球新能源汽車銷量1150萬輛算，熱管理系統的空間為805億。

早期新能源汽車的熱管理系統主要包含三部分：空調系統、電機電控冷卻系統和電池溫度控制系統，分別用于保障乘客艙內部、電機和電池處于一個適宜的溫度，各個系統之間仍然處于相對獨立的狀態。

2~3年前，新能源汽車的熱管理系統在特斯拉Model3 的帶領下，發生了較大的變化，各個系統之間的聯系進一步加強。在Model3設計中，熱管理系統由空調管路和電池及功率電子冷卻管路構成，并加入集成了換熱器、切換閥、電子控制器、電子水泵和散熱器的 CR(Coolant Reservoir)冷卻液儲罐這一核心零部件，以實現三個管路的熱量交換。

二、問題解答

Q1：在燃油車時代，整車熱管理是怎么樣的？

整車熱管理在燃油車時代被劃分為2個獨立的模塊:汽車空調系統、發動機冷卻系統。在早期新能源汽車時代，整車熱管理除汽車空調系統外，還增加了電機電控冷卻系統和電池溫度控制系統。

Q2：“系統工程”概念是什么時候開始的?

到了Model3時代，各系統間的聯系進一步加強，開始出現“系統工程”概念。

熱管理系統由空調管路、電池及功率電子冷卻管路構成，并加入集成了換熱器、切換閥、電子水泵、電子控制器和散熱器的CR冷卻液儲罐這一核心零部件，以實現三個管路的熱量交換。由于此方案對控制提出了更高的要求，因此預計比此前方案價值量提升約1000元。

而 ModeY 的熱泵系統集成了所有的冷卻和制熱回路，通過八通閥系統連接冷卻環節和熱泵系統，實現了幾個系統間的串并聯，進一步簡化熱管理系統閥件及管路的復雜性，并實現12種不同加熱模式的切換。在這種模式下，整車方案成本只是略有增加，預計在7000元左右。

Q3：汽車空調系統按功能模塊的完整介紹

內燃機時代的整車熱管理劃分為2個模塊，一是汽車空調系統，二是發動機冷卻系統。前者用于保障車廂內部始終處于一個適宜的溫度，后者則用于發動機及變速箱的冷卻。

汽車空調系統按功能模塊，主要劃分為制冷、供暖、通風和控制四大系統。

（1）制冷系統

制冷系統由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器、儲液干燥器組成。

在制冷過程中，吸熱后的氣體形態的制冷劑首先在空調壓縮機處被壓縮成高溫高壓的氣體，然后循環至冷凝器處，向外界空氣釋放大量熱量后，冷凝成中溫高壓的液體形態的制冷劑，之后經儲液干燥器和膨脹閥后，其溫度和壓力進一步降低，最終以低溫低壓液體形態循環至蒸發器，制冷劑在蒸發器處吸熱后又恢復氣體形態，最后轉回到空調壓縮機，如此循環往復。

制冷劑在制冷系統中的循環過程

（2）供暖系統

供暖系統由加熱器芯體、水閥、水管、鼓風機等零部件組成。

在制熱過程中，發動機冷卻液先在發動機啟動后吸收其散發的熱量，之后吸熱后的冷卻液循環至加熱器芯體時，鼓風機將風吹向加熱器芯體以加熱空氣。這也是為什么駕駛員能感受到熱風從出風口吹出的原因。

冷卻液在供暖系統中的循環過程

Q4：早期新能源汽車的熱管理系統是如何發展過來的？

早期新能源汽車的熱管理系統主要包含三部分：空調系統、電機電控冷卻系統和電池溫度控制系統，分別用于保障乘客艙內部、電機和電池處于一個適宜的溫度，各個系統之間仍然處于相對獨立的狀態。

早期新能源汽車的空調系統與傳統燃油車工作原理類似，主要差異在制冷系統中壓縮機的驅動方式和供暖系統中暖風來源這兩個方面。因此，新能源汽車在制冷系統上，僅用電動壓縮機替代傳統壓縮機，并以動力電池進行驅動。主要包含電動壓縮機，冷凝器、儲液罐、膨脹閥、蒸發器、冷卻風扇、鼓風機等零部件。

早期新能源車汽車熱管理主要零部件增量為電動壓縮機及 PTC 加熱系統

供暖系統一般通過采用電加熱的 PTC 作為熱量來源，主要有 PTC 空氣加熱器和水加熱器兩種方案。采用 PTC 空氣加熱器時，其直接取代了傳統燃油車上的暖風芯體，冷空氣在流經加熱器表面時被加熱。這種方案成本相對比較低廉,但由于 PTC直接接入乘員艙內存在一定的安全隱患風險。采用 PTC 水加熱器方案時，不僅保留了傳統空調的暖風芯體同時外接一套 PTC 加熱循環回路。

Q5：PTC 加熱器如何進行工作？

工作時，PTC 加熱器先將防凍液進行加熱，加熱后的防凍液流入暖風芯體與冷空氣進行換熱。整套回路安全性相對較高，但增加了 PTC、水泵管路等零部件。

PTC 水加熱器供暖系統需增加電子水泵及管路系統

電機電控冷卻系統與燃油車的發動機冷卻系統十分相似，主要包括電動水泵、散熱器、冷卻風扇、膨脹水壺和管路等零部件。一般會根據車內的電子功率件(如電機控制器、DCDC等)和電機的的溫度特性進行位置排布，后串聯在一個回路之中。

電機電控冷卻系統原理與發動機冷卻系統十分接近

最初，我國新能源汽車的電池能量密度相對較低，電池溫控系統普遍采用自然風冷和強制風冷技術。隨著電池容量和能量密度的不斷提高，新能源汽車對于熱管理系統中的電池溫控模塊有了更高的需求，因此水冷系統應運而生。

在水冷系統下，不僅增加了加熱功能，同時還通過增加一個換熱器 (Chiller) 與空調制冷循環合，通過制冷劑將電池的熱量帶走。水冷系統主要包括：電子水泵，換熱器，電池散熱板、PTC 加熱器、電池補償水箱等零部件。

電池溫度過高需要冷卻時，電池通過散熱板與冷卻液進行換熱，加熱后的冷卻液被電子水泵送入換熱器內，在換熱器內部一側通入制冷劑，一側通入冷卻液，兩者在換熱器內充分換熱，熱量被制冷劑帶走，冷水流出換熱器在流入電池，形成一個循環。而當電池需要加熱時，制冷回路被關閉，PTC 加熱器被打開，冷卻液被加熱后送入電池內部通過散熱板對電池進行加熱。

電池 Pack 的水冷系統開始與空調系統發生單向熱交換

Q6：主流品牌的新能源熱管理系統的技術路線有哪些？

（1）大眾

大眾 MEB 架構熱管理系統冷媒的變化成市場焦點

MEB 作為電動車模塊化平臺，是大眾集團重要的 3 大新能源汽車制造平臺之一，在全球擁有 8 大生產工廠基地，未來將生產大眾旗下的大部分新能源汽車。與特斯拉路線不同，模塊化設計平臺策略共攤成本是大眾這種傳統車企擁抱電動化的方式。

根據大眾汽車集團的規劃，2020 年起，MEB 平臺將成為大眾生產電動汽車的主要平臺。生產車型延展性極強，涵蓋轎車、SUV、MPV 等車型，價位覆蓋入門、中端、高端等，細分市場廣闊。

由于 MEB 平臺圍繞電池模組設計，電池熱管理系統變得更加重要。MEB 的電池均采用液冷和液熱，熱管理系統采用的是類似捷豹 -Pace 的三明治結構，電池的冷卻液不是在電池模組中間，而是在電池底部，底部有一層保護板，保護整車在磕碰底盤的時候不會使電池包的冷卻液泄露，防止液體進入到電池模組內部。但是底部的水冷板流道，水冷板直接集成在底板上，這一點和 i-pace 不同，具有更高的冷卻效率。冷板與模組之間通過導熱膠填充空氣間隙。總之，冷板被劃分為兩部分，一部分用來冷卻電池模組，另一部分用來冷卻高低壓電器

大眾 MEB 電池系統解構圖（左）；冷板具有雙重冷卻功能（右）

MEB 另外一個重要變化是采用二氧化碳方案的熱泵系統。目前按照新能源車熱泵空調的制冷劑劃分，熱泵空調可以分為 R134a 型、CO型、R1234vf 型等。R134a 型熱泵空調系統為當前市場主流。但受限于電池技術的發展和續航里程的短板，節能高效成為新能源汽車空調系統的成為首要考慮因素。由于當前主流汽車空調系統使用的制冷劑 R134a (在《京都議定書》中被列為限制使用的工質) 具有溫室效應，全球主要發達國家均在研發溫室效應低的制冷劑。二氧化碳作為制冷劑，可充分發揮其高環保、低價、高制熱能效的特點，二氧化碳熱泵空調在新能源車領域具備很廣闊的應用前景。

（2）Model Y

ModelY 的整車熱管理系統主要包含：整車熱泵系統，電池冷卻液循環系統，冷卻液閥系統，電機冷卻液循環系統，空氣系統及電控系統等

在制冷環節，電池冷卻系統采用冷卻劑回路方案進行液冷，冷卻控制系統管理冷卻液在各個子系統之間的流動，駕駛艙冷卻系統通過蒸發器為車廂提供冷卻空氣。各個子系統可在散熱量不大時獨立冷卻

以 Modely 為例特斯拉整車執管理方案

在制熱環節，ModelY 創新性地采用了三換熱器方案的熱泵空調系統，降低低溫下整車的能耗，有效緩解電動車冬季采暖導致續航里程衰減的痛點。相比 Model 3，特斯拉在2020 年新上市的 Model Y車型因為采用了更加利于能耗的熱泵空調系統用于乘員艙及電池系統進行加熱而使其與之前的車型相比與眾不同，從而能夠滿足來自全球市場特別是北歐等寒冷地區的消費者需求。在超低溫工況中，ModelY 通過電動壓縮機、鼓風機和小功率低壓 PTC 輔助加熱。

特斯拉幾款車型加熱方式演化及對比

Q7：ModelY 的八通閥系統如何運行？

ModelY 另外一個重要創新是應用了集成式的八通閥系統。其創新點在于在熱泵與整車的集成上做得更進一步，相比Model 3只集成了所有冷卻回路，ModelY 則進一步集成了所有冷卻和制熱回路。

通過將八通閥系統作為連接冷卻環節和熱泵系統的橋梁，實現了幾個系統間的串并聯，進一步簡化熱管理系統閥件及管路的復雜性，并能夠實現 12 種不同加熱模式的切換。

集成式八通閥工作示意圖

八通道閥完成 12 種模式的切換

特斯拉熱泵集成應用的策略可以通過表 5 來說明，在滿足乘員艙乘客舒適性需求的前提下，來采用 COP 較高的模式運行，減少能源消耗，提高續航里程。即根據環境溫度與電池溫度的關系，從 COP 的劃分，來規劃熱泵系統參與加熱的程度，以及啟動不同級別的加熱模式

在不同環境溫度下有不同的制熱方案

總之，在熱管理方案中的主要應用零部件可分為閥類、換熱器類、泵類、壓縮機類、傳感器類、管路以及其他運用較多的部件 (如汽液分離器) 幾個大類。

Q8：熱泵空調的工作原理是什么？

熱泵是一種可以將低位熱源的熱能強制轉移到高位熱源的空調裝置，類似可以將低處的水泵到高處的“水泵”。

熱泵空調的工作原理基于逆卡諾循環，在于其功能實現為“轉移熱量” (由低位熱源熱能一高位熱源)而非 PTC加熱器的“轉換熱量”，從而使用 1千瓦的電力能產生2 千瓦的制熱效率或3 千瓦的制冷效率。

熱泵系統構架與普通空調系統相似，區別在增加了可改變制冷劑流向的四通換向閥及雙向流通的膨脹閥，使用四通換向閥可以使熱泵空調的蒸發器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉移方向，從而達到夏天制冷冬天制熱的效果。

Model Y 熱泵系統空間區域位置

Model Y 熱泵系統主體結構較為緊湊

Q9：熱管理從獨立模板到系統工程的升級明顯體現在哪里?

通過對過去幾年熱管理系統發展史的回顧，可以發現，相比傳統汽車，新能源熱管理系統不僅新增功能模快，包括電池熱管理系統、電機電控熱管理系統，更重要的是，注重系統性功能提升， 由此帶來未來可能被大規模應用的系統產品或者技術驅動型產品，以及更高的單車價值，比如傳統壓縮機升級為電動壓縮機、閥產品升級為八通閥、普通管路升級為 CO2 管路等。

熱管理從傳統向新能源過度，閥泵壓縮機等產品技術升級明顯

新能源整車熱管理的單車價值量出現了近 3 倍的增長。傳統燃油車因供應鏈及方案的成熟，普遍單車價值在 1600-2500 元之間;而在傳統空調+高壓 PTC 的方案下，價值量的增加主要來自于壓縮機從傳統切為電動(增加 1000-1500 元)，新增換熱器 (增加500-700元)，換熱需求促使電子水泵的使用(增加 600-900 元)，高壓 PTC 的引入 (增加1200-1500元)，合計增加約3500-5000 元。

進入熱泵方案后，在整車熱效率有了明顯提升的情況下，整車方案的成本也略有增加。主要的變化在于高壓 PTC 節省的成本，轉移去了空調系統中的氣液分離器、三/四通閥、冷媒電磁閥等，整體單車成本基本接近，甚至略低于高壓 PTC方案。但為了進一步提升熱泵空的低溫性能，在重新加入輔助 PTC方案后，單車價值量可進一步增加約 1000 元，至 7000 元左右。

隨著整車熱管理方案的進化，單車價值量有著近 3 倍的提升 (單位:元)

Q10：新能源車熱管理在傳感器技術應用有哪些？

從新能源車熱管理主要零部件圖推演，與燃油車不同，新能源車主要用到溫度壓力傳感器。

新能源車熱管理主要零部件

自主研制NTC芯片的溫度傳感器及新能源車/儲能CCS蓋板的特普生曾老師說：“結合我公司業務來說，我們能提供的新能源車溫度管理，一是電池本身的溫度管理，含電池本體溫度傳感器、電池冷卻介質溫度傳感器與BMS控制板溫度傳感器。二是新能源車的溫度管理，含電機馬達溫度傳感器、動力電池溫度傳感器、剎車系統溫度傳感器與空調系統溫度傳感器等等。”

1、電池、空調、電機電控用溫度傳感器

“這套新能源汽車熱管理架構圖指引了溫度傳感器在新能源車電池、電機、電控上的主要應用。譬如可以用到特普生動力電池、空調系統、電機電控等等溫度傳感器、線束及CCS。”

新能源車熱管理架構

2、四大最重要泄漏用到溫度傳感器

“大家常說的車內外環境溫度監測、后視鏡初霧及室外溫度監測、車內座墊及方向盤溫度監測、汽車逆變器溫度監測、汽車空氣流量傳感器及其他車載（冰箱、空調、功放）溫度監測，也用到溫度傳感器。

作者簡介

吳憨子：傳感器應用營銷老師。投資及擔任森霸傳感、特普生傳感應用營銷顧問，歡迎交流傳感器應用與投融資，微信：mckinsin

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審核編輯黃宇