1.2.2 新能源汽車對熱系統的需求分析

純電動汽車、混合動力汽車及燃料電池汽車等新能源汽車對熱系統的需求，在車室空調、車窗防霧除霧、發動機散熱（混合動力汽車）等方面與傳統燃油汽車基本相同。但是對于以動力電池驅動為主的汽車尤其是純電動汽車，動力系統的改變對電動汽車的整車熱系統提出了一系列新的要求：①沒有發動機余熱可資利用，熱系統需要具有制熱功能；②動力電池的運行溫度對其性能影響突出，為保證動力電池的高效安全運行，動力電池的溫度控制成為熱系統的重要任務之一；③為保證電機及電控器件高效可靠運行，需對其進行有效散熱。這樣，相較于傳統燃油車，新能源汽車增加了很多零部件需要加熱和冷卻，需要協調的零部件和子系統成倍增加，新能源汽車對熱系統需求的復雜度大幅度提升。另外，由于純電動汽車沒有內燃機這一噪聲源，整車噪聲較小，因此在熱系統的噪聲控制上比傳統燃油車更嚴格，以滿足純電動汽車對NVH（噪聲、振動及不平順性）的更高要求。還有，隨著純電動汽車的智能化程度越來越高，如高級駕駛輔助系統（ADAS）控制器也加入需要冷卻的部件行列。

因此，可以說新能源汽車對熱系統的需求越來越復雜，溫控及節能環保要求越來越高，主要需求包括：

1.車室環境控制與車窗防霧除霧

車室是一個相對狹窄封閉的空間，在汽車運行過程中這個空間伴隨著熱量傳遞過程，由于汽車材料隔熱性能差，乘員艙內部空間較小，在行駛過程中長時間受太陽輻射與環境輻射的影響，并且高速行駛增強了汽車與環境換熱能力，使得車室成為一個動態且快速變化的熱環境。需要對車室環境的溫度、濕度、潔凈度、空氣成分以及風速進行準確控制，以滿足駕駛人與乘客的舒適性要求。

由于車身保溫性能的局限性，車室環境受風霜雪雨等氣候影響和季節變換影響很大，“內熱外冷”時室內外溫差會造成前風窗玻璃表面結霧，嚴重影響風窗玻璃可視性進而危害駕乘人員生命安全，因此需要根據不同位置車窗玻璃的高防霧、中防霧和低防霧需求進行防霧除霧。

2.冷熱源系統

車室環境控制與車窗防霧除霧均需要提供冷源和熱源，是汽車耗能最大的輔助設備。傳統燃油汽車，冬季供暖可直接采用充足的內燃機余熱熱源，所以只需要單冷系統來提供冷源即可滿足全年空調要求。而新能源汽車，尤其是純電動汽車，由于沒有內燃機余熱可用，所以電動汽車熱系統除了提供冷源，也需要提供熱源，其冷熱源系統將發生重要變化。雙碳戰略背景下，冷熱源系統需要在全年不同環境中實現高效運行，需要從整車熱管理層面統籌考慮車室環境控制、電池/電機/電控溫控一體化，并且采用的工質應該是低GWP（全球變暖潛值）的環保制冷劑。

3.電池熱管理與電機電控散熱

純電動汽車的動力電池作為能量來源，是反映汽車性能的最關鍵部件，但其工作性能受溫度影響較大，過高或過低的工作溫度將直接影響電動汽車的續駛里程、壽命和安全性。由于電池在充放電過程中受到環境條件和未及時散熱的影響，通常會造成電池溫度變化，溫度過高會破壞電池的化學平衡，引發電池結構上發生不可逆損傷，將會加劇電池容量和功率衰退，電池溫度升高到突破一定閾值后將引發漏液、自燃等現象，影響駕駛安全。電池溫度過低時，電池反應速度將變慢，在0℃以下時會造成嚴重的能量損失，充放電能力也會有一定衰減，并在充電時會發生析鋰現象，影響電池的性能和壽命；當溫度極低時，又會造成電池永久損傷，因此需對電池進行預熱以保證電池活性。動力電池在運行過程中溫度不均勻會加劇電池組內單體的不一致性，電池組中老化程度最高、狀態最差的一部分將成為整個動力電池的短板，導致動力電池壽命縮短。因此，需要一個有效的電池熱管理系統將動力電池維持在一個合理的溫度范圍內。

燃料電池汽車的燃料電池在運行過程中主要有歐姆電阻的極化熱、反應產生的水蒸氣冷凝相變潛熱放熱、化學反應熱和電化學反應熵變，且燃料電池運行過程產生的熱量中只有3%～5%的廢熱能通過電池的排氣散熱帶走，大約有95%的廢熱余熱需要通過熱管理系統中的冷卻系統或余熱回收系統進行散熱或余熱利用。溫度對燃料電池的穩態和動態性能具有明顯影響，溫度過高或過低都將直接導致電池性能惡化。因此，燃料電池能否持續穩定、高效、安全地工作很大程度上依賴于其熱系統是否精確高效，燃料電池溫度控制的關鍵指標是高溫下溫度控制精度和溫度場分布的均勻性。

新能源汽車的電機與電控器件在運行過程中線圈電阻發熱、機械摩擦、電路功耗器件會產生大量的熱量，溫度過高時會導致電機內部短路、磁體不可逆退磁、電控器件故障率增加等問題，影響其工作效果和使用壽命。產生的熱量一部分與空氣對流換熱，另一部分需通過熱系統將剩余的熱量帶走，從而保障電機和電控器件的正常工作。