新能源整车热管理（一）：传统汽车空调系统和发动机冷却系统

yeshuheng 2019-09-08

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随着新能源汽车的普及，与新能源整车热管理相关的问题也大量涌现。比如：同样是都是开空调，为什么冬天BEV的续航里程缩水的更厉害？为什么一些BEV冬天时容易出现无法充电的情况？为什么一些电池包在几年之后出现较大的电量衰减？现在比较火的热泵空调又是怎么回事？整车热管理目前面临哪些问题，新能源汽车的整车热管理将向哪个方向发展？

这些问题在一定程度上都与整车的热管理相关。新能源汽车的热管理除了传统的空调系统（HVAC）以外，还包括了电池热管理、功率电子热管理（包括电机、inverter、OBCM、APM等）、发动机热管理（对于混动车型）、变速箱冷却等方面。本文也会分系列对各个模块进行介绍。本文首先介绍传统汽车的热管理，以有助于大家更快地理解接下来系列的内容。

以内燃机为动力的汽车上，热管理主要分为为两大块，一块是汽车空调系统，主要用来保持乘客舱内适宜的温度。另一块是动力总车热管理系统，主要涉及发动机和变速箱的冷却。

1、传统汽车空调系统

传统的汽车空调主要实现制冷和制热两大功能，另外还有除霜、空气净化等。一般夏天时制冷，冬天时制热，但是两种制热方式确实通过不同的管路实现的。简单来说，制冷主要通过空调压缩机（由发动机驱动）的制冷管路实现，而制热则是通过发动机冷却水散发的热量实现的。制冷与制热方式的不同导致其影响在新能源汽车上被放大，这在接下来的讲解中会进一步叙述。

如下图所示，汽车空调由暖风装置、制冷装置、通风和空气净化装置以及控制装置四部分共同组成。

与家用空调的原理一样，汽车空调的制冷系统由五大主要部件组成。蒸发器布置在中控下面，直接与进入驾驶室内的空气接触；压缩机将蒸发器流出的汽体压缩成高压气体；冷凝器布置在车辆头部，与冷却风扇、散热器集成在一块，实现将管路内的热量散发到空气中；还有储液干燥器（起吸湿和过滤作用）、膨胀阀，他们之间一般采用金属管路或高压胶管组成一个封闭管路。管路内添加的是制冷剂，实现将热量从车内转移到车外。如下图所示。

如下图所示，压缩、放热、节流、吸热四个过程组成了汽车空调制冷的循环。低压区（约0．2MPa）位于从膨胀阀出口到压缩机内部；高压区(约1．5MPa) 从压缩机排气口到膨胀阀入口。

如下面“汽车空调制冷过程”图所示，空调压缩机将吸热后的气体制冷器压缩成高温高压的气体排出（环境温度为30℃时，制冷剂压力约1．5MPa，70℃）。高温高压气体在冷凝器中将大量热量散发到外界空气中，冷凝形成中温高压的制冷剂液体（制冷剂温度57℃，压力约15MPa）。接着制冷剂经储液干燥器中和经膨胀阀到达蒸发器，此时制冷剂为低温低压液体（制冷剂液体压力约0．2MPa，温度为0℃），容易吸收周围空气的热量。制冷剂吸热后变为气体（这时制冷剂气体压力为0．2MPa，温度约5℃）重新回到空调压缩机，整个过程循环进行。

制热过程通过暖风装置来实现，暖风装置主要用来提高车内的温度与前挡玻璃除霜。如下图所示，发动机启动后散发的热量给发动机冷却水，热的冷却水循环到加热器芯体，而鼓风机将风吹过加热器芯体以加热空气，因此驾驶员能感受到出风口有热风。

另外，与汽车空调相关的是车内风道和相关控制阀门的设计，主要实现出风口的位置，温度的调节等等，如下图所示。这部分不再细讲，感兴趣的同学可以查看相关的资料。

某车型吹面、除霜风道

某车型吹面和后排乘客风道

2、动力总成热管理

动力总成热管理，主要是通过冷却液将发动机或变速箱工作过程中产生的热量带出，使二者的温度保持在一个合适的工作范围，以确保整个系统能高效地工作且避免因过热导致的部件损坏。发动机的冷却主要通过冷却液和润滑油实现；变速箱等的冷却主要通过润滑油实现。关于润滑油冷却本部分不做赘述，主要谈谈发动机冷却水的热管理。

如下图所示，发动机冷却系统主要由水泵、散热器、冷却风扇、水箱、节温器、发动机缸体水套、气缸盖水套等部分组成。发动机的热管理主要可分为大循环和小循环；二者的切换通过节温器实现。