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汽车热管理科普:为什么它决定了冬季续航与舒适

[ZOL中关村在线原创技术]电动车的热管理,是一套围绕热量流动建立的系统工程。各家的水平千差万别,甚至很多新能源车连热泵空调也没有,在冬天的耗电量极其多,续航达成率打两折。

那么新能源汽车的热管理要解决三类需求:座舱要舒适,电池要处在合适温度区间,电驱等部件要在高负载下维持稳定工作温度。热管理做得好,冬季能耗更低,可用电量更高,动力释放更完整,除雾也更稳定。

在能耗优化上,可以把策略拆成四条主线。热源更高效,电池加热更精准,余热尽量回收,空气与湿度控制更聪明。

1少耗电:双模热泵,从产热方式上先省电

冬季供暖的核心矛盾是制热要用电。要降低电耗,第一步是提高制热效率。

热泵的优势在于能效比COP通常大于1。消耗1份电能,可以获得超过1份热量。额外的热量来自环境空气。相比之下,传统PTC电加热主要依靠电能直接转化为热,整体效率上限更低,电耗更明显。

双模热泵的意义在于覆盖更多工况,并提升热量利用率。

直接式热泵面向座舱供暖。冷媒从空气中吸热,经压缩变为高温气体,随后直接把热量传给座舱。路径更短,损耗更小,适合主要目标是快速、稳定地暖舱。

间接式热泵面向座舱与电池的同时供暖。冷媒从空气中吸热后,通过换热器把热量传递给冷却液。冷却液再向座舱与电池供热,实现一份热量多路使用,提升整体热量利用率。

2热泵原理科普:热泵如何把外界热量搬进车里

热泵的工作方式可以理解为一种热量搬运过程。电能主要用于驱动压缩机,使热量从低温侧转移到高温侧,并把热提升到可用温度区间。

热泵系统通常由四个关键部件构成。

第一是蒸发器。冷媒在蒸发器侧从外界空气吸热,并发生相变,变为气体。只要冷媒温度低于外界空气,就能形成热量传递。

第二是压缩机。它把低温低压的冷媒气体压缩成高温高压气体。这一步决定了制热能力的上限,也是热泵主要的耗电来源。

第三是冷凝器。高温冷媒在冷凝器侧向座舱空气或冷却液放热,并冷凝回液体。热量在这里进入车辆热管理回路。

第四是膨胀阀。它对冷媒节流降压,使冷媒温度降低,再回到蒸发器侧继续吸热,形成闭环循环。

低温环境下热泵仍可工作,关键在于温差驱动的热传递。外界空气即便很冷,仍然具有热能。系统通过膨胀降温让冷媒保持更低温度,从而持续从外界吸热。

但温度越低,热泵可搬运的热量越少,能效会下降。因此在极寒工况,车辆常会结合余热回收或其他辅助热源一起工作,以保证供暖与电池温度控制的稳定性。

车用热泵的复杂度通常高于家用空调,因为车辆还要同时管理电池、电驱与快充散热,并在多个回路之间切换与分配热量。双模热泵就是面向这种多目标场景的系统化方案。

3少耗电加多放电:电池精准加热,让电量更可用

电池的最佳工作温度通常在20℃到35℃。低温会带来内阻上升与功率受限,出现电量在表显里还在,但动力释放不足的情况。为保证效率与性能,冬季需要对电池进行主动加热。

粗放的加热策略容易带来两类问题。电量充足时发生无效加热,造成电耗与热量浪费。电量偏低且温度偏低时,加热不足会导致可用电量无法充分释放。

精准加热策略的核心是按需。它根据电池实时温度与电量SOC,智能匹配加热方案。

在高电量且无需加热也能正常释放电量的情况下,不加热或少加热,减少不必要的电耗。

在低温且低电量的情况下,若温度不够会出现有电但放不出来,此时进行大功率加热,尽量把可用电量释放出来。

同时引入行车加热预测能力。根据过去5分钟的功率需求,预测未来10分钟需求,动态调整电池加热策略,让加热强度更贴合真实用车负载,避免过热或加热不足。

4多省电:电驱余热高效回收,把富余热量变成座舱热源

车辆高速行驶时,电驱系统会产生大量热量。若能把这部分富余热量回收并用于座舱供暖,就能减少制热所需的电耗,从而节省电量。

电驱余热回收系统会根据余热多少,智能选择高效回收路径。

当电驱余热不多时,系统启动压缩机,将部分热量搬运至座舱,同时留存部分热量在电驱系统中,让电驱系统持续积累热量,以便后续更稳定地供热。

当电驱产生大量富余热量时,余热可通过水路直接为座舱供暖,无需压缩机工作,实现更高效的余热循环利用,进一步降低能耗。

这一策略的关键在于减少压缩机的工作时间,并尽可能用低成本的水路换热完成供暖。

5多省电:湿度平衡AI算法,在不起雾前提下尽量锁住热量

冬季要兼顾舒适与安全视野。内循环可以减少热量损失,有利于降低制热需求,但玻璃更容易起雾。外循环能引入外部空气,降低起雾风险,但会带来热量流失,从而增加额外制热电耗。

湿度平衡AI算法的目标是把两者统一起来。

在确保前风挡与前侧窗主要视野区域不起雾的前提下,尽可能多用内循环,减少外循环开启时间。这样可以最大限度锁住座舱热量,降低因热量流失导致的额外制热需求,从而达到省电目的。

6把四条策略合在一起:热源效率加热量调度加算法控制

这套热管理能耗优化策略可以概括为一个闭环。双模热泵提高制热效率,降低单位热量的电耗。电池精准加热减少无效加热,同时提升低温可用电量释放。电驱余热回收把运行过程中的富余热量变成可用热源,减少压缩机负担。湿度平衡AI算法在不起雾约束下减少热量流失,进一步压低制热需求。

最终效果会体现在三个指标上:冬季能耗更低;低温可用电量更高;座舱舒适与除雾稳定性更好。