新能源车热管理模块与方案趋势

一、概述

热管理模块愈发得到客户关心，传统燃油车和新能源车对热管理的要求并不相同。对于传统内燃机汽车的热管理系统中，热管理的目的主要是两项：在寒冷天气，迅速暖车实现冷启动。在高温天气，防止发动机“开锅”。新能源汽车热管理的目的：舱内供热、为三电系统提供合适工作温度。

传统内燃机汽车热管理系统架构：传统汽车热管理系统也围绕着 发动机冷却进行。热管理模块拆分成发动机、空调、进气三个子版块。

新能源汽车热管理系统包括座舱热管理、电池系统热管理以及电 机电控冷却系统三部分构成。新能源车无发动机作为热能来源，同 时新增了电池热管理系统，另一方面电池以及功率元件性能对温度 的敏感性，拉动 Chiller 换热器、冷却班、电子膨胀阀、电子水泵、 电子水阀、电动压缩机等零部件的需求，同时新增 PTC 加热器或热泵系统。

汽车热管理未来发展趋势：智能化、集成化。

特斯拉采用四通阀/ 八通阀的工业设计，实现高效的热管理系统;华为推出了智能化、 集成化的热管理 TMS 方案。伴随着充电/快充加热系统、电池低温 交流加热技术、电池低温自加热技术、燃油辅助加热系统等，未来热管理技术将继续迭代。

二、传统燃油车和新能源车热管理目的

1、发动机热管理目的：冷启动顺利，防止“开锅”

对于传统内燃机汽车的热管理系统中，热管理的目的主要是两项：

1.寒冷天气，迅速暖车实现冷启动。

2.高温天气，防止发动机“开锅”。传统内燃机汽车当发动机熄火一段时间后，此时发动机已经冷却，其温度低于 正常工作温度，机油由于重力作用回流到油底壳。车辆再次启动时，需要通过机油 泵将油底壳中的机油重新通过油道输送至各个运动部件和摩擦副中，并建立、保持 一定的油压。

而在冬季寒冷地区，比如东北-35℃下，汽油的雾化性极差，启动时必须喷射远 高于正常启动的油量才能够获得有条件燃烧的混合气，并且点火困难，低温启动时 间明显较长，一般来说-35℃在 15s 内启动成功都属正常现象，缸内直喷对于冷启动 性能会有所改善。

由于机油温度很低，粘度变大，在低温工况下很难快速润滑发动机各零部件， 所以需要时间来提升油温；另外一方面，发动机内部各零件的间隙较大，需要经过 时间预热，预热膨胀后才能逐步达到规定间隙，如果在机油输送和油压建立的过程 中，部件之间尚未形成油膜，尤其是缸盖中的气门液压挺柱，需要经历充油的过程，此时气门间隙较大，气门闭合落座时将产生正常的机械“哒哒”声。

冷启动困难引起的机械磨损对于发动机的影响是非常严重的，发动机 80%以上的磨损都是在冷启动阶段造成的。

冷启动喷油量示意图

启动转速上升情况

“开锅”是指防冻冷却液沸腾，呈现出“水被烧开”的状态。冷却液在正常的状态 下是不会达到沸点的，如果出现“开锅”情况那就意味着冷却液失效、循环冷却系统 故障等热管理问题。

近年来，国内汽车行业迅猛发展，涌现出不少自主品牌，热管理问题也日益突 出，在空间有限的发动机舱内布置冷却模块必然会对冷却空气的流动造成很大阻 碍，导致可能出现局部过热、冷侧空气流动不良等问题。如果整车厂对冷却系统换热器的选配没有经过合理的计算分析，就去选择换热 器和风扇，这会导致冷却模块之间的匹配以及冷却模块与发动机之间的匹配出现问 题，导致低速工况或爬坡等极限工况出现冷却液温度过高，进而导致发动机“开 锅”。进一步导致连杆、活塞、活塞环等部件的强度降低或者变形，以至于汽车难以 承受正常的驾驶负荷以及破坏各零件间的正常工作，影响整车工作的可靠性。

常见的“开锅”原因及故障表现

2、新能源车热管理目的：舱内供热，为三电系统提供合适工作温度

传统内燃机热效率可以达到 40%左右，通过有效的热管理系统可以回收发动机 产生的余热，提供给驾驶舱进行供暖。但是，新能源汽车没法利用燃烧产生的热 量，主流制热方案有空气（风暖） PTC、水暖 PTC 和热泵空调等。PTC 热敏电阻型加热系统的发热原理简单，是依靠电流通过电阻生热，纯电动 汽车上用的 PTC 是一种半导体热敏电阻。

PTC 的特性是随着温度的升高 PTC 材料的 阻值也会升高，这个特性决定了恒电压情况下，PTC 加热器在温度低的时候加热 快，而温度上后阻值变大，电流变小，PTC 消耗的能量变少，这样就能保持温度相 对恒定。

某水暖 PTC 机构示意图（左）；某风暖 PTC 结构示意（右）

PTC 水暖往往和电机冷却水路并在一起；风暖 PTC 就是直接将 PTC 安装在驾驶 室的暖风芯体处，通过鼓风机将车内空气循环起来并通过 PTC 加热器，直接加热驾 驶室内的空气，结构相对简单 。PTC 技术具有成本低、制造工艺简单、加热迅速等优点，但是采用 PTC 对电动 车供暖会严重削减汽车的续航里程，并且 PTC 技术的 COP 小于 1，效率较低。在此背景下，热泵技术更为所关注。

从原理角度上讲，热泵核心原理就是逆卡诺循环， 热泵消耗的功可以使环境中的热量迁移到高温热源上，其效能系数大于一并不违反 热力学第一定律，即能量守恒定律，因为高温热源所吸收的热量不仅仅来自热泵所 消耗的功，也来自低温热源（即大气环境）中的热量。而 PTC 技术从能量转化的角 度仅仅是电能转变成热能，所以 COP 值在理想情况下最高也只能达到 1。

逆卡诺循环温熵图（T-s 图）左；逆卡诺循环示意图，右

动力电池高效工作温度区间较窄，热管理系统是维持电池性能和安全的关键。20-35℃是动力电池的高效工作温度区间，温度过低导致电池充放电功率性能下降， 缩短续航里程；温度过高 45℃会产生电池热失控风险，威胁整车安全。

不同温度下锂电池的放电电压 （左）；不同温度下单体最低电压随时间变化（右）

另一方面，电动车动力电池要求温控均匀一致，过大的差异会造成内耗，降低 电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响 系统安全性与可靠性。

为了使电池包发挥最佳的性能和寿命，需要对电池进行热管 理，通常需要复杂、精细的冷却回路，维持电芯温度一致性，将电池包温度控制在 合理的范围内。

锂离子动力电池组分材料的热失控反应机理

三、汽车热管理模块拆解

传统内燃机汽车热管理系统架构

内燃机作为传统汽车的“心脏”，也作为主要的高温热源，传统汽车热管理系统 也围绕着发动机冷却进行。发动机工作温度高，需通过水路循环及时散热。传统内 燃机在工作时气缸内最高温度可达 1500℃，若不及时将热量散发出去，发动机工作 产生的热量会使其迅速升温，最终使活塞和缸体粘连导致发动机报废。

发动机热管理系统主要由水泵、发动机水套、节温器、暖风、散热器及管路等 部分组成。通过水泵将散热器中的冷却液泵入到发动机水套内，冷却液与发动机壁 面通过热交换带走发动机燃烧产生的热量，从而降低发动机热负荷，降低其在大负 荷工况下温度过高的风险。冷却液流出发动机后，分两路分别流向节温器和暖风散 热器，暖风水路在发动机任何工况下均处于流通状态，以确保驾驶员根据需求随时 可通过暖风的热交换将发动机热机后的冷却液的热气吹入驾驶室内。

空冷型增压中冷和 EGR 冷却发动机热管理系统

发动机带动机械水泵提供循环动力，节温器控制大小循环切换。发动机温度低 时，冷却液走小循环减少散热，使得水温快速提升到最佳温度，改善排放性能。温度高时，冷却液走大循环通过散热器和风扇增加散热效率。

电子节温器技术与传统热管理方案相似，其主要差异在于将传统的机械式节温 器更换成电子节温器。传统节温器是将感应温度的石蜡结构浸泡在发动机冷却液 中，当冷却液温度升高后，石蜡受热膨胀后将节温器阀门顶开，从而开启冷却系统 大循环。电子节温器是通过 ECU 发送信号加热电阻来实现石蜡加热膨胀，从而开启 冷却大循环。与传动的节温器相比，电子节温器的响应更快、温度调节范围更宽。

电子节温器与传统节温器工作范围对比

传统统热管理方案中大循环驱动水泵为机械水泵，机械水泵通过发动机曲轴驱动 轮系多楔带带动转动，当水泵带轮与曲轴皮带轮速比确定后，水泵的转速完全由发 动机转速决定，因此水泵的泵水能力无法与发动机负荷完全匹配，只能随转速提升 而增大流量。

电动水泵能够从根本上解决了这个问题，电动水泵可以根据发动机不同的工况 通过 ECU 控制实现开关，尤其在发动机冷起动阶段，电动水泵可以停止泵水，从而 使发动机内部冷却液处在小循环，实现快速升温，以达到快速暖机的效果。另一方 面，电动水泵也可以与电子节温器配合使用，以达到更好的冷却控制效果，实现快 速暖机。

发动机热管理零部件发展变化

传统内燃机还有两项专有的重要技术，增压、EGR（废气再循环）。涡轮增压 系统利用发动机排气动能压缩进气，提高充气效率，有益于混合气的形成以及缸内 燃烧；而废气再循环系统通过将部分废气返回到发动机气缸再次燃烧，主要是为了 减少尾气中氮氧化物含量。但这两项技术分别需要对于热管理的需求都很高，所以 传统内燃机架构中必不可少的就是中冷器和 EGR 冷却器。

废气涡轮增压结构剖视图（左）EGR 系统示意图（右）

传统内燃机汽车热管理模块拆分成发动机、空调、进气三个子版块，总计整个 热管理系统的单车价值量在 1960-2910 元之间。而随着电子水泵、电子节温器等零 部件的渗透，单车价值量会继续提升。

传统内燃机汽车热管理单车价值量

新能源汽车热管理系统架构

相比于传统燃油车，新能源汽车的主要区别在于燃油发动机系统被三电部件 （电池、电机、电控）取代，相应的发动机冷却系统变为动力电池热管理和电机电 控冷却系统，原有的汽车空调系统虽然保留，但是失去了原有的能量源发动机，因此其主要部件也有较大变动。

新能源汽车热管理系统包括座舱热管理（制热和制 冷）、电池系统热管理（制热和制冷）以及电机电控冷却系统三部分构成。

新能源汽车与传统燃油车主要零部件对比

客车等商用车中通常采用四通换向阀等进行模式切换, 而乘用车空调目前主要采 用三通阀的三换热器系统, 通过电动二通阀或电动三通阀实现制冷、制热、除湿和蒸 发器除霜模式的切换。

冬季制热运行时, 车外换热器(蒸发器)温度可能低于室外空气的 露点温度, 从而导致结霜现象, 当霜层太厚时需要进入除霜模式, 除霜模式的系统流程 与夏季制冷模式一致. 乘用车除湿工况时,空调风系统先经过车内蒸发器降温, 将空气 中的水蒸气凝结排出, 再经过车内冷凝器加热回温后送回车室内, 达到除湿的目的。

冷却器（Chiller）是热交换器的一种，其融合了蒸发器和换热器的功能，是耦 合电池液冷回路和座舱空调回路的关键部件，也是采用液冷方案下的新能源汽车热 管理系统的增量部件之一。

从工作原理上看，Chiller 的内部主体由一层层的板式换热片堆叠组成，分为冷 媒回路（蒸发器）和冷却液回路（换热器），冷却液和冷媒以对流的形式在其内部 流动。在换热器主体中，冷却液和冷媒隔层间隔开，相互形成三明治结构。对流过 程中热量从冷却液转移到冷媒上，以实现换热。

电池冷却的效率由 Chiller 的功率大小、水泵功率的大小、冷却液流速、冷媒流速等因素决定。

新能源汽车整车热管理结构示意图

Chiller 的工作原理

压缩机是空调系统的“心脏”，其作用是将低温低压的气态冷媒从低压侧吸入压 缩，使其温度和压力升高，再泵入高压侧成为高温高压的气态冷媒，往复循环，是 连接空调回路低压侧和高压侧的关键。

在燃油车车上压缩机一般由发动机皮带驱动，目前电动压缩机的产品技术相对成熟，分为旋转式（旋叶式、涡旋式和转子式）和往复活塞式（斜盘式和曲柄连杆 式）两大类，在传统燃油驱动的乘用车上常用的是斜盘式、涡旋式和旋叶式，其中 斜盘式压缩机是往复式压缩机的主导产品，已经发展多年，工艺比较成熟，主要用 在大排量乘用车，但能耗较高。

压缩机乘用车市场份额占比

新能源汽车由电力驱动，因而只能采用电动压缩机。相比于皮带驱动的压缩 机，电动压缩机需要额外增加一个电机和控制器，因而其价值量相比于传统压缩机 提升显著。从技术和市场趋势上看，考虑到新能源汽车对于能耗和噪声的要求相比于传统 车高，特别是热泵空调系统需要压缩机具备高压缩性能，因而其技术壁垒较高，目 前全球市场格局仍被主流压缩机厂商主导，如电装、日本三电、翰昂（三家占比 80%以上）等。

国内厂家中奥特佳在自主品牌中份额较高，家用空调巨头如格力等 也开始借助强大的电动压缩机技术切入车用热泵空调领域。目前主要的电动压缩机 采用的是具有效率高、噪声小、运转平稳、体积小等优点涡旋式方案，如电装自主 开发的涡旋式压缩机具有气体喷射功能，能提高循环制冷剂的流量速率，从而改善 热泵空调的加热性能。

不同种类压缩机优缺点对比

膨胀阀又称节流阀，是连接空调回路高压侧和低压侧的关键。热力膨胀阀的原 理与结构简单，成本较低，广泛应用于空调系统中，但是随着空调节能需求的提 升，变频空调逐渐成为主流，热力膨胀阀由于具有响应速率慢、调节范围小、精度 低等缺点，正逐渐被电子膨胀阀（EXV）取代。

EXV 在传统 TXV 上加入一个微型电机调节开度，从而控制回路流量，是可以实 现“无极变速”调节功能的膨胀阀。从工作原理上看，EVX 同样需要感知蒸发器出口 的压力和温度，因而需要增加传感器和控制器形成控制回路，因而 EXV 相比于同规 格的 TXV 单价提升可达 2 倍以上。目前电子膨胀阀的市场渗透率不到 30%，仍有较 大的提升空间，且提升趋势相对明确。

相比于传统车，新能源汽车电动化和智能化的特点使得电子膨胀阀的应用更加 广泛，在整车热管理系统中，除了原有的座舱热管理系统中的汽车空调需要将 TXV 升级为 EXV 外，跟据整车耦合方案的不同，电池和电机电控的冷却回路还需要额外 增加 1 到 2 个 EXV；在热泵空调系统中，除了原有制冷回路下的 EXV 外，制热回路 根据技术方案的不同也可能需要再增加 1 个 EXV，因而在新能源汽车上 EXV 的整车 配套量和价值量将翻倍。

传统内燃机汽车热管理单车价值量

新能源车无发动机作为热能来源，同时新增了电池热管理系统，由于电池以及 功率元件性能对温度的敏感性，新能源车热管理方案以及零部件都有较大变化，催 生了对 Chiller 换热器、冷却班、电子膨胀阀、电子水泵、电子水阀、电动压缩机等 零部件的需求，同时新增 PTC 加热器或热泵系统，虽然没有了中冷器、EGR 冷却器 的需求，但总体来看新能源车热管理单车价值量几乎是传统燃油车的两倍，提升至 5300-6400 元左右。

国内乘用车热管理模块市场预测

乘联会数据显示，2022 年 H1 我国新能源汽车渗透率约 22%。我们预计，2025 年国内新能源汽车渗透率或达 50%，年销量达到 1500 万辆。 假设传统乘用车热管理系统单车价值量 2500 元，新能源乘用车热管理系统单车 价值量 6000 元，按该假设的销量规模和单车价值量测算得上述国内乘用车热管理系 统市场规模。

我们预测，2025 年国内乘用车热管理市场规模或超 1275 亿元，2021- 2025 年 CAGR 约 18%；其中新能源约 900 亿元，2021-2025 年 CAGR 约 45%

国内乘用车热管理市场规模预测（ 2021-2025 年/亿元）

四、汽车热管理未来方案趋势

特斯拉方案

Model Y 的整车高压部件布局示意图（左） 热泵空调外观图（右）

华为方案

五、新能源车热管理在传感器技术应用

从新能源车热管理主要零部件图推演，与燃油车不同，新能源车主要用到温度压力传感器。

新能源车热管理主要零部件

自主研制NTC芯片的温度传感器及新能源车/储能CCS盖板的特普生曾老师说：“结合我公司业务来说，我们能提供的新能源车温度管理，一是电池本身的温度管理，含电池本体温度传感器、电池冷却介质温度传感器与BMS控制板温度传感器。二是新能源车的温度管理，含电机马达温度传感器、动力电池温度传感器、刹车系统温度传感器与空调系统温度传感器等等。”

1、电池、空调、电机电控用温度传感器

“这套新能源汽车热管理架构图指引了温度传感器在新能源车电池、电机、电控上的主要应用。譬如可以用到特普生动力电池、空调系统、电机电控等等温度传感器、线束及CCS。”

新能源车热管理架构

当新能源车电池内部产生的热量超过散发到周围环境的热量时，热失控就开始了。是什么导致电池过热导致热失控？——环境温度失控！电池温度失控！浮充电压 失控！过度充电失控！

新能源车的热失控预防需要三管齐下的方法：第一、从一开始就防止失控，通过材料改性提高抗TR性能，从源头防止失控。第二，识别电池内是否或何时发生热失控。第三，阻止失控扩散到电池组的其他部分。

无论如何，通过两种方法阻止电池热事件发生——主动和被动热管理系统。

热管理依赖于将电池组保持在最佳温度的冷却系统。当电池在充电和放电的过程中开始升温时，主动热管理系统会使用空气货带有传统汽车冷却剂货制冷剂的冷却板从电池中提取热量，以降低温度。被动热管理系统侧重于防止热失控的后期阶段。被动系统（隔热罩或隔热材料）不是让受热的电池保持凉爽，而是阻止过多的热量从单个的电池传递到电池组其余部分并继续进行连锁反应。

（图2：电池冷却的三种方式）

电池加热的两种方式

动力电池只要是在一定的温度区间内工作，是有助于新能源车实现最佳能源效率，所以要做到实时甚至“预感”电池温度，在多处测量电池温度（电池本体、冷却液、BMS板）防止出现局部过热的现象，如何获取温度情况？温度传感器在此中的首发作用不言而喻。

特普生用于电池本体的温度传感器

特普生用于电池冷却介质的温度传感器

特普生用于BMS控制板的温度传感器

此外，电机电控冷却循环管路、新能源车PTC加热、空调压缩机制冷，保持新能源车这些最佳性能运行，就需要对其系统进行持续监控。无论 新能源车 的电池组热管理系统如何，传感器在阻止热失控扩散方面都发挥着关键作用。

电机电控冷却循环管路需要温度传感器

新能源车PTC加热需要温度传感器

电筒空调压缩机需要温度传感器

2、四大最重要泄漏用到温度传感器

“大家常说的车内外环境温度监测、后视镜初雾及室外温度监测、车内座垫及方向盘温度监测、汽车逆变器温度监测、汽车空气流量传感器及其他车载（冰箱、空调、功放）温度监测，也用到温度传感器。一些应用的说法与上面其实是重复的，一些应用下面我来说说。”

在监测新能源车的电池健康状况时，泄漏检测是绝对必要的车辆是在充电还是在路上。任何形式的泄漏都可能直接影响电池或将其温度保持在合适范围内以获得最佳性能的系统。

新能源车电池组中需要监测的最重要泄漏有四个地方：

1.液体冷却剂：

冷却剂不是像内燃机那样通过发动机缸体循环，而是在电动汽车的电池组、逆变器、驾驶室，甚至可能是电机周围的闭环中循环，以将温度保持在 15-45°C 的合适范围内。热管理系统允许电池、逆变器和电机正常运行而不会过热和触发功率限制模式或关机。

这里检测所需的传感器：冷却液液位传感器、冷却液泄漏传感器和冷却液温度传感器。

2.制冷剂：

虽然所有带有空调系统的电动汽车都使用制冷剂来保持乘客空间凉爽，但一些制造商使用相同的系统来控制电池组温度。使用热泵系统，基于制冷剂的电池冷却有两种形式：可以直接，其中来自车辆空调系统的制冷剂流过电池组内的一系列冷却板。也可以间接，其中车辆的冷却液流过由制冷剂冷却的板。

这里检测所需的传感器：压力传感器、温度传感器、二氧化碳（R744）传感器。

3.绝缘油：

介电油冷却是一种应用前景广阔的新型电池组热管理系统，具有出色的电池组温度控制。在电池组内部，电池浸没在绝缘油中，绝缘油在整个装置中形成闭环循环。这种油——一种工程导热流体——不仅能使电池保持凉爽，还能抑制热事件。

这里检测所需的传感器：油位/质量/介电传感器，油温传感器。

4.电解质：

在监测新能源车的电池健康状况时，测量是否存在电解液泄漏有助于确定电池组内的电池是否因老化或其他压力条件而出现故障。这些泄漏通常只会发生在电池外壳内，无法在车辆外部观察到，因此必须使用电池组内的传感器来检测此事件。

检测所需传感器：电解液泄漏检测传感器。

六、新能源车热管理与传感器应用营销管理

1、在传感器销售渠道上应用

传感器应用很广，但是每个应用的天花板又比较明显。公司的销售团队，要判断这些客户，是不是自己公司的产品方向与优势，也要判断团队是不是深耕细作这个产业。

如果是精耕细作，那就搭建这个“行业应用销售小组”，梳理这些涉足的厂家客户名单及其区域布点，深耕这个行业。一旦深耕这个行业，产品研发、生产制造、销售渠道、客户资源的切入，顺理成章，豁然开朗，容易建立起对公司、对自己都是双赢的战略合作客户共享关系！

以过往的经验来看，优秀的传感器销售代表，必须做到且不止这四点：

1.公司背书显实力；

2.方案与沟通内容显专业；

3.案例细节显效果；

4.会面畅谈显信任”

面对ToB营销模式的客户，销售代表要清楚“高客单、数量少、强关系、长服务、能复购”的客户特点，也要清楚“决策链长、产品功能与客户需求沟通复杂、产品要定制开发”的重难点，要找到双方开始合作的信任预期。

2、在传感器营销推广上应用

线下推广这个行业的传感器，要把他归纳到这个行业大类。借助这个产业的专业论坛、展会与协会组织。

线上推广这个行业用温度传感器，主要方式是内容营销。搭建提高客户信任的PC站、微信号是基本功，更少不了客户总经理、工程师、采购利用搜索引擎来“人找货”的守株待兔，也就是说，涵盖百度、知乎的内容营销是传感器品牌的推广大盘。

七、新能源车热管理在投融资应用

1、新能源车投融资

新能源车热管理发展史，告诉了我们：新能源车热管理从简单模块到系统工程，带来了从0-1的突破。产业链都将受益，重点关注 三花智控、克来机电、银轮股份、拓普集团、奥特佳。

在压缩机上，对标马勒、法雷奥、空调国家、电桩、三电、翰昂等国际品牌，国内产生了松芝、华域、奥特佳等国产品牌。

在电子水泵上，对标伟巴斯特、博世、皮尔博格、斯飞乐和大陆等国际品牌，国内产生了三花智控、富奥股份、湘油泵、飞龙股份等国产品牌。

从技术壁垒上看，阀、CO2管路、压缩机更胜一筹。从格局上看，国内阀、CO2管路优秀企业更有竞争力。

2、储能热管理投融资

储能热管理行业的参与者，根据技术路线来源分为两大类，第一类即风冷技术，大部分是以前空调相关的公司，包括精密温控（如英维克、申菱环境、朗进科技）、汽车空调热管理者（松芝股份、奥特佳、三花智控、银轮股份）；第二类即液冷技术的公司，之前的业务是工业冷却相关者，如同飞股份、高澜股份。新能源公司能够凭借储能电池与热管理系统的一体化设计获得更好的性能，并凭借电池的市场占有率稳定热管理系统市场。另一方面，温控设备公司有更深厚的技术积累和规模优势，可能在成本和行业标准上取得优势。

储能热管理行业参与者