1.2.2 新能源汽车对热系统的需求分析

纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车等新能源汽车对热系统的需求，在车室空调、车窗防雾除雾、发动机散热（混合动力汽车）等方面与传统燃油汽车基本相同。但是对于以动力电池驱动为主的汽车尤其是纯电动汽车，动力系统的改变对电动汽车的整车热系统提出了一系列新的要求：①没有发动机余热可资利用，热系统需要具有制热功能；②动力电池的运行温度对其性能影响突出，为保证动力电池的高效安全运行，动力电池的温度控制成为热系统的重要任务之一；③为保证电机及电控器件高效可靠运行，需对其进行有效散热。这样，相较于传统燃油车，新能源汽车增加了很多零部件需要加热和冷却，需要协调的零部件和子系统成倍增加，新能源汽车对热系统需求的复杂度大幅度提升。另外，由于纯电动汽车没有内燃机这一噪声源，整车噪声较小，因此在热系统的噪声控制上比传统燃油车更严格，以满足纯电动汽车对NVH（噪声、振动及不平顺性）的更高要求。还有，随着纯电动汽车的智能化程度越来越高，如高级驾驶辅助系统（ADAS）控制器也加入需要冷却的部件行列。

因此，可以说新能源汽车对热系统的需求越来越复杂，温控及节能环保要求越来越高，主要需求包括：

1.车室环境控制与车窗防雾除雾

车室是一个相对狭窄封闭的空间，在汽车运行过程中这个空间伴随着热量传递过程，由于汽车材料隔热性能差，乘员舱内部空间较小，在行驶过程中长时间受太阳辐射与环境辐射的影响，并且高速行驶增强了汽车与环境换热能力，使得车室成为一个动态且快速变化的热环境。需要对车室环境的温度、湿度、洁净度、空气成分以及风速进行准确控制，以满足驾驶人与乘客的舒适性要求。

由于车身保温性能的局限性，车室环境受风霜雪雨等气候影响和季节变换影响很大，“内热外冷”时室内外温差会造成前风窗玻璃表面结雾，严重影响风窗玻璃可视性进而危害驾乘人员生命安全，因此需要根据不同位置车窗玻璃的高防雾、中防雾和低防雾需求进行防雾除雾。

2.冷热源系统

车室环境控制与车窗防雾除雾均需要提供冷源和热源，是汽车耗能最大的辅助设备。传统燃油汽车，冬季供暖可直接采用充足的内燃机余热热源，所以只需要单冷系统来提供冷源即可满足全年空调要求。而新能源汽车，尤其是纯电动汽车，由于没有内燃机余热可用，所以电动汽车热系统除了提供冷源，也需要提供热源，其冷热源系统将发生重要变化。双碳战略背景下，冷热源系统需要在全年不同环境中实现高效运行，需要从整车热管理层面统筹考虑车室环境控制、电池/电机/电控温控一体化，并且采用的工质应该是低GWP（全球变暖潜值）的环保制冷剂。

3.电池热管理与电机电控散热

纯电动汽车的动力电池作为能量来源，是反映汽车性能的最关键部件，但其工作性能受温度影响较大，过高或过低的工作温度将直接影响电动汽车的续驶里程、寿命和安全性。由于电池在充放电过程中受到环境条件和未及时散热的影响，通常会造成电池温度变化，温度过高会破坏电池的化学平衡，引发电池结构上发生不可逆损伤，将会加剧电池容量和功率衰退，电池温度升高到突破一定阈值后将引发漏液、自燃等现象，影响驾驶安全。电池温度过低时，电池反应速度将变慢，在0℃以下时会造成严重的能量损失，充放电能力也会有一定衰减，并在充电时会发生析锂现象，影响电池的性能和寿命；当温度极低时，又会造成电池永久损伤，因此需对电池进行预热以保证电池活性。动力电池在运行过程中温度不均匀会加剧电池组内单体的不一致性，电池组中老化程度最高、状态最差的一部分将成为整个动力电池的短板，导致动力电池寿命缩短。因此，需要一个有效的电池热管理系统将动力电池维持在一个合理的温度范围内。

燃料电池汽车的燃料电池在运行过程中主要有欧姆电阻的极化热、反应产生的水蒸气冷凝相变潜热放热、化学反应热和电化学反应熵变，且燃料电池运行过程产生的热量中只有3%～5%的废热能通过电池的排气散热带走，大约有95%的废热余热需要通过热管理系统中的冷却系统或余热回收系统进行散热或余热利用。温度对燃料电池的稳态和动态性能具有明显影响，温度过高或过低都将直接导致电池性能恶化。因此，燃料电池能否持续稳定、高效、安全地工作很大程度上依赖于其热系统是否精确高效，燃料电池温度控制的关键指标是高温下温度控制精度和温度场分布的均匀性。

新能源汽车的电机与电控器件在运行过程中线圈电阻发热、机械摩擦、电路功耗器件会产生大量的热量，温度过高时会导致电机内部短路、磁体不可逆退磁、电控器件故障率增加等问题，影响其工作效果和使用寿命。产生的热量一部分与空气对流换热，另一部分需通过热系统将剩余的热量带走，从而保障电机和电控器件的正常工作。