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新能源汽車熱管理技術(shù)發(fā)展趨勢分析

2021-10-06 11:36:14·  來源：汽車熱管理之家  作者：朱培培 臧金環(huán)  
　
作者：朱培培 臧金環(huán)中汽研（天津）汽車信息咨詢有限公司【摘要】隨著新能源汽車熱管理行業(yè)的迅猛發(fā)展，整體競爭格局形成了兩大陣營。一類是以綜合性熱管理方案
作者：朱培培 臧金環(huán)
中汽研（天津）汽車信息咨詢有限公司
【摘要】隨著新能源汽車熱管理行業(yè)的迅猛發(fā)展，整體競爭格局形成了兩大陣營。一類是以綜合性熱管理方案為主的國際巨頭，另一類是以專一性熱管理產(chǎn)品為代表的國內(nèi)主流熱管理零部件企業(yè)。并且隨著電氣化升級，熱管理領(lǐng)域新生零部件迎來了增量市場，在新能源汽車新增的電池冷卻、熱泵系統(tǒng)以及其他電氣化升級帶動下，熱管理方案中運用的部分零部件種類隨之發(fā)生變化。本文主要通過對新能源熱管理領(lǐng)域競爭格局以及核心部件的技術(shù)發(fā)展分析，對電池熱管理、整車空調(diào)系統(tǒng)、電驅(qū)動及電子元器件等關(guān)鍵技術(shù)部件進行了詳細綜述與分析，并對新能源汽車熱管理行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢進行了綜合預判。
1 前言
 
目前，熱管理系統(tǒng)設(shè)計主要掌握在主機廠手中，零部件領(lǐng)域以閥體和換熱設(shè)備的外資替代率最高。我國部分以傳統(tǒng)汽車熱管理業(yè)務(wù)為主的零部件公司，如三花智控、銀輪股份、奧特佳等，也在加大布局。新能源汽車熱管理行業(yè)正處于發(fā)展初期，國際巨頭具備豐厚的技術(shù)儲備，本土企業(yè)兼具貼近市場和低成本兩大優(yōu)勢，兩類企業(yè)各有機會。
前瞻產(chǎn)業(yè)研究院在新能源汽車熱管理行業(yè)分析中指出新能源汽車熱管理是一個隨著新能源整車增長而增長的增量市場，隨著新能源汽車的滲透率提升和產(chǎn)品性能升級，熱管理系統(tǒng)行業(yè)未來市場空間和價值巨大。新能源汽車發(fā)展對安全性、續(xù)駛里程和節(jié)能性等性能提出了更高要求。K.Bennion 等的研究證明，將電池熱管理系統(tǒng)和高效暖通空調(diào)系統(tǒng)等進行集成，應(yīng)用車輛熱管理技術(shù)可以有效改善上述性能。
2 新能源汽車熱管理領(lǐng)域競爭格局分析
 
目前涉及新能源汽車熱管理領(lǐng)域的廠商可主要分為兩大陣營：一類是國際巨頭，主要是傳統(tǒng)車熱管理業(yè)務(wù)的延伸，如電裝、法雷奧等；另一類是零部件供應(yīng)商的業(yè)務(wù)升級，隨著電動化進程加快，抓住新生零部件機會，如三花智控、銀輪股份等。
從國際巨頭的產(chǎn)品線來看，均為系統(tǒng)集成化產(chǎn)品，其優(yōu)點是能夠了提高新能源車的能量利用效率和續(xù)駛能力，國內(nèi)企業(yè)則集中于單一布局（表1）。
表1 國內(nèi)外新能源汽車熱管理供應(yīng)商及產(chǎn)品配套
 
對于國際巨頭來講，主要集中于系統(tǒng)化的產(chǎn)品供應(yīng)，占據(jù)中高端市場，而且布局產(chǎn)品較豐富，基本涉及熱管理全線產(chǎn)品，在技術(shù)積累方面具備優(yōu)勢。熱管理領(lǐng)域巨頭在傳統(tǒng)汽車熱管理方面的技術(shù)及產(chǎn)品已相對成熟，并且進入新能源汽車熱管理領(lǐng)域的時間較早。
目前，熱管理主流布局方向是綁定熱管理供應(yīng)商定制化方案，因此傳統(tǒng)熱管理供應(yīng)商巨頭憑借技術(shù)積累和客戶優(yōu)勢，切入電動車車熱管理領(lǐng)域。
電裝主要業(yè)務(wù)涉及動力系統(tǒng)、汽車電子及電氣化系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)（主要為空調(diào)系統(tǒng)及壓縮機等）等，2019年業(yè)務(wù)總營收466 億美元，其中熱管理系統(tǒng)營收占比為26.2%，占據(jù)全球熱管理市場份額的26.5%。
法雷奧業(yè)務(wù)涉及舒適及駕駛輔助、動力總成、熱管理系統(tǒng)、能見度系統(tǒng)等，2019年新能源汽車熱管理系統(tǒng)實現(xiàn)營收51 億美元（同比增長0.3%），占公司總營收23.7%。占全球熱管理市場份額的10.3%。
翰昂主要涉足汽車暖風空調(diào)系統(tǒng)、動力傳動系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)、電池熱管理系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、壓縮機、管路、泵、閥門及換熱管等熱管理全線產(chǎn)品，2019年實現(xiàn)營收61億美元，占全球熱管理市場份額的10.2%。
馬勒布局發(fā)動機活塞、濾清器、汽車空調(diào)系統(tǒng)三大主線，2018年熱管理系統(tǒng)實現(xiàn)營收55億美元，占比41.9%（同比上升6.9%），占全球熱管理市場份額的11.9%。
而對于目前國內(nèi)供應(yīng)商來說，由于起步較晚，相對應(yīng)的技術(shù)儲備不夠完善，系統(tǒng)化集成產(chǎn)品與國際巨頭差別較大。然而，自主企業(yè)對于單一零部件產(chǎn)品技術(shù)已達較高水平，在中低端市場中占據(jù)優(yōu)勢，并且各有專攻。銀輪股份、三花智控、奧特佳、松芝空調(diào)、騰龍股份分別主打換熱器、電子膨脹閥、壓縮機、空調(diào)總成、空調(diào)管路產(chǎn)品。
目前國內(nèi)進駐熱管理領(lǐng)域的企業(yè)大致可以分為兩類，一類是本土汽車熱管理龍頭企業(yè)，正如前面提及的銀輪股份、三花智控、奧特佳、松芝股份等，另一類是國內(nèi)新興熱管理類零部件企業(yè)，如浙江清優(yōu)、祥博傳熱等。
一方面，對于本土汽車熱管理龍頭企業(yè)來看，全球熱管理市場份額分別為：銀輪股份4.2%，奧特佳3.5%，三花智控1.78%，由此可見相較海外巨頭依然存在差距。但是本土汽車熱管理龍頭的優(yōu)勢也較為明顯：
（1）國內(nèi)市場大，多綁定國內(nèi)整車廠，國內(nèi)市場占據(jù)優(yōu)勢；
（2）產(chǎn)品具備價格優(yōu)勢，同類產(chǎn)品較外資價格更便宜；
（3）成本管控力強，產(chǎn)品毛利率普遍高于外資。但是，在產(chǎn)品種類以及技術(shù)等方面仍有較大升級空間。
另一方面，國內(nèi)一類新興熱管理類零部件企業(yè)正在同步發(fā)展，代表企業(yè)有浙江清優(yōu)和祥博傳熱。這類企業(yè)優(yōu)勢也較為明顯：成立時間短，沒有歷史包袱，可以更加專注于新能源汽車熱管理的技術(shù)研發(fā)（無需兼顧傳統(tǒng)汽車熱管理），另外公司體制及管理方式也更加靈活，響應(yīng)速度更快。劣勢主要在于此類企業(yè)規(guī)模較小，產(chǎn)量有限，另外品牌的知名度仍然需要進一步打造。
3 新能源汽車熱管理領(lǐng)域核心部件發(fā)展分析
 
目前傳統(tǒng)車熱管理方案已經(jīng)較為成熟，傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車可以利用發(fā)動機的余熱進行采暖，但是純電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)工作所需能量均來自動力電池，歐陽東等的研究中也指出了空調(diào)系統(tǒng)的能效水平直接影響電動車整車經(jīng)濟性和續(xù)駛里程。新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)較發(fā)動機熱管理系統(tǒng)多出制熱需求，新能源空調(diào)系統(tǒng)以電動壓縮機替代普通壓縮機制冷（圖1），以諸如PTC加熱器或熱泵等電熱器替代發(fā)動機余熱制熱，F(xiàn)arrington指出電動車運行空調(diào)加熱和冷卻裝置后，其最大續(xù)駛里程下降約40%，這對于相應(yīng)技術(shù)提出了更高要求，技術(shù)升級需求加速。
 
圖1 傳統(tǒng)車VS純電動車熱管理
隨著汽車電氣化升級，熱管理領(lǐng)域新生零部件迎來增量市場，在新能源汽車新增的電池冷卻、熱泵系統(tǒng)以及其他電氣化升級帶動下，熱管理方案中運用的部分零部件種類隨之發(fā)生變化。隨著新能源汽車的滲透率提升以及產(chǎn)品性能升級，熱管理系統(tǒng)行業(yè)未來市場空間和價值巨大。
在熱管理方案中，主要應(yīng)用的零部件分為閥類、換熱器類、泵類、壓縮機類、傳感器類、管路和其他運用較多的部件類。隨著汽車電動化的加速，一些新生零部件隨之發(fā)展。與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車熱管理系統(tǒng)新增了電動壓縮機、電子膨脹閥、電池冷卻器、PTC加熱器部件，系統(tǒng)集成度及復雜度更高，合計單車配套價值量有望達到7000 元。
3.1 主要核心零部件技術(shù)發(fā)展分析
 
K.Bennion 等的研究表明，車內(nèi)取暖和空調(diào)需要消耗的能量最多，因此需要使用效率更高的電動空調(diào)系統(tǒng)進一步提高電動汽車系統(tǒng)的能源效率，優(yōu)化車輛的熱狀態(tài)管理策略?？照{(diào)系統(tǒng)的采暖模式對冬季電動汽車的續(xù)駛里程具有至關(guān)重要的影響，目前，電動車因為缺乏零成本的發(fā)動機熱源，主要采用構(gòu)造簡單、成本低廉的PTC加熱器作為補充。根據(jù)換熱對象的不同，PTC加熱器可以分為風暖（加熱空氣）和水暖（加熱防凍液），其中水暖方案逐步成為主流趨勢，一方面水暖方案沒有融化風道的隱患，另一方面水暖方案可以很好的融入到整車的液冷方案中。但是，目前來看PTC 加熱方案同時存在諸多弊端，采暖能耗高、對于續(xù)駛里程的影響較大，由此便加速了熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。熱泵系統(tǒng)可以有效解決采暖導致的續(xù)駛里程焦慮問題，張皓等的研究表明，熱泵的節(jié)能效果更佳明顯，其采暖模式熱效率是PTC 加熱模式的2 倍。當然，目前熱泵系統(tǒng)同樣存在一定的弊端，當環(huán)境溫度低于-5 ℃時，熱泵空調(diào)系統(tǒng)會失效，而PTC 加熱系統(tǒng)仍可以正常工作。當前，熱泵系統(tǒng)還處發(fā)展初期，一系列技術(shù)問題依然有待解決，如低溫啟動難、換熱器結(jié)霜降低冷換熱效率、制冷劑性選取未達一致的問題。
艾志華的研究中也提到了純電動車的熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由電動壓縮機、車外換熱器、車內(nèi)換熱器、四通換向閥、電子膨脹閥等構(gòu)件組成，當然為了提高熱泵系統(tǒng)的性能，可能還需要添加儲液干燥器、換熱器風扇等輔助部件。電動壓縮機是熱泵空調(diào)循環(huán)制冷劑介質(zhì)流動的動力來源，其性能好壞直接影響熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能耗及制冷或制熱的效能。從目前空調(diào)壓縮機的發(fā)展趨勢來看，結(jié)構(gòu)緊湊、高效節(jié)能以及微振、低噪等特點是空調(diào)壓縮機制造技術(shù)不斷發(fā)展的方向。隨車汽車舒適度的不斷提高、新式空調(diào)系統(tǒng)的不斷出現(xiàn),促使空調(diào)壓縮機制造技術(shù)不斷進步。從分類上來看，汽車空調(diào)壓縮機多為油潤滑式容積式結(jié)構(gòu)，主要列于表2。
表2 汽車空調(diào)壓縮機分類情況
 
斜盤式壓縮機是一種軸向往復活塞式壓縮機，由于其低成本、高效率的優(yōu)勢主要在傳統(tǒng)車領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，如奧迪、捷達以及富康等轎車均采用斜盤式壓縮機作為汽車空調(diào)的制冷壓縮機。
旋葉式壓縮機同往復式一樣主要依靠汽缸容積的變化來進行制冷，但它的工作容積變化除了周期性擴大和縮小外，其空間位置也隨主軸的轉(zhuǎn)動不斷發(fā)生變化。趙寶平等的研究中也指出，旋葉式壓縮機的工作過程一般只包括進氣、壓縮、排氣3個過程，基本上沒有余隙容積，所以它的容積效率可以達到80%～95%。
渦旋式壓縮機是一種新型壓縮機，主要適用于汽車空調(diào)，具有效率高、噪音低、振動小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，是一種先進的壓縮機。趙寶平等也提出，鑒于高效率和能與電驅(qū)動高度配合的優(yōu)勢，渦旋式壓縮機已經(jīng)成為電動壓縮機的最佳選擇。
電子膨脹閥控制器是整個空調(diào)制冷系統(tǒng)的一部分，李俊研究中提到，目前國內(nèi)一些電動汽車廠商在電子膨脹閥控制器的研究上加大了投入，另外，一些獨立機構(gòu)和專門廠商也加大了研發(fā)力度。電子膨脹閥作為節(jié)流裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)制冷劑溫度及壓力的控制，保證空調(diào)控制在一定的過冷度或過熱度范圍內(nèi)，為循環(huán)介質(zhì)發(fā)生相變創(chuàng)造條件。另外，儲液干燥器及換熱器風扇等輔助部件，可以有效除去管路加入循環(huán)介質(zhì)中的雜質(zhì)和水分、提高換熱器的換熱傳熱能力，進而提高熱泵空調(diào)系統(tǒng)的性能。
前面也提到，鑒于新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的本質(zhì)區(qū)別，增加了驅(qū)動動力總成、動力電池、電動部件等，采用驅(qū)動電機代替內(nèi)燃機。進而導致了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機附件—水泵的工作方式產(chǎn)生了較大變化，新能源汽車的水泵多采用電動水泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式水泵。婁鋒等研究指出電動水泵，現(xiàn)在主要應(yīng)用于驅(qū)動電機、電動部件、動力電池等的循環(huán)冷卻作用，在冬季工作工況條件下，可以起到循環(huán)加熱循環(huán)水路的作用。盧夢瑤等也提到了如何在新能源汽車運行過程中控制其電池的使用溫度，特別是電池冷卻問題是非常重要的，合適的冷卻技術(shù)不僅能夠提高動力電池的效率，還可以降低電池老化速度，延長電池的使用壽命，具體涉及的冷卻技術(shù)后續(xù)4.3 章節(jié)部分有詳細介紹。
3.2 主要核心零部件市場分析
 
在電氣化升級帶動下，汽車熱管理技術(shù)相關(guān)主要核心零部件發(fā)生變化，包括電動壓縮機、PTC 加熱器、電子膨脹閥、電池冷卻器、電子水泵等在內(nèi)的新能源汽車新生零部件迎來增量市場（表3）。
表3 主要核心零部件單車價值量 元
 
基于中汽協(xié)和Marklines 數(shù)據(jù)，預計各零部件由于規(guī)模化量產(chǎn)（圖2）及廠商技術(shù)升級，價格均會有所下降，但市場規(guī)模會逐步提升。
 
圖2 新能源汽車核心零部件2020/2021/2025年國內(nèi)、全球市場規(guī)模
測算主要基于如下假設(shè)：
（1）在動力系統(tǒng)（EV 或PHEV）、級別（A00/A0/A/B/C級）、電池體系（三元電池或磷酸鐵鋰電池）和價格不同的車型上，各零部件單車價值量具一定差距。為便于計算采用平均單車價值量。
（2）基于中汽協(xié)及Marklines 數(shù)據(jù)假設(shè)（圖3），為便于計算不區(qū)分商用車及乘用車。
 
圖3 新能源汽車預測銷量
（3）預計各零部件由于規(guī)?；慨a(chǎn)及廠商技術(shù)升級，每年價格有4%的降幅。
通過預測，新生零部件市場規(guī)模如（表4）。
表4 新生零部件市場規(guī)模億元
 
4 新能源汽車熱管理技術(shù)升級方向
4.1 電池熱管理
 
電池工作過程中，溫度對其性能影響較大，溫度過低可能會導致電池容量和功率的急劇衰減，甚至出現(xiàn)電池短路。溫度過高可能導致電池出現(xiàn)分解、腐蝕、起火甚至爆炸，因此電池熱管理的重要性日益凸顯。動力電池的工作溫度是決定性能、安全及電池壽命的關(guān)鍵因素。
從性能角度來看，溫度過低會導致電池活性下降，從而導致充放電性能降低，進而出現(xiàn)電池容量的急劇衰減。對比發(fā)現(xiàn)，當溫度下降至10 ℃時，電池放電容量為常溫下的93%；然而當溫度降至-20 ℃時，電池放電容量僅為常溫下的43%（圖4）。
 
圖4 對比20 ℃常溫電池放電容量衰減情況
李軍求等研究中提到，從安全角度考慮，如果溫度過高，會加快電池副反應(yīng)的進行，當溫度接近60 ℃時電池內(nèi)部材料/活性物質(zhì)就會分解，進而出現(xiàn)“熱失控”，致使溫度驟升，甚至可達400～1000 ℃，進而導致起火爆炸。如果溫度過低，電池充電倍率需維持在較低充電倍率，否則將導致電池析鋰而造成內(nèi)短路起火。
從電池壽命角度來看，溫度對電池壽命的影響也是不可忽視的。低溫充電易發(fā)的電池析鋰將導致電池循環(huán)壽命急速衰減至幾十次，高溫則很大程度上影響電池的日歷壽命和循環(huán)壽命。研究發(fā)現(xiàn)，溫度在23 ℃時，80%剩余容量的電池日歷壽命大約在6238天，然而當溫度升高至35 ℃時，此日歷壽命大約為1790天，當溫度至55 ℃時，此日歷壽命僅為272天。
目前受成本及技術(shù)制約，電池熱管理在傳導介質(zhì)運用上并未統(tǒng)一，可分為風冷（主動式和被動式）、液冷和相變材料（PCM）3 大技術(shù)路徑。風冷相對簡單、無泄露風險，具有經(jīng)濟性，適用于初期發(fā)展的LFP 電池和小型車領(lǐng)域。液冷效果優(yōu)于風冷，成本提升，相較于空氣，液體冷卻介質(zhì)具有比熱容大、換熱系數(shù)的高的特點，有效的彌補了空氣冷卻效率低的技術(shù)不足，是目前乘用車優(yōu)化的主要方案。張福斌研究中指出液冷的優(yōu)點是散熱快，可以保證電池組溫度的均勻，適用于產(chǎn)熱量大的電池組；缺點是成本較高、封裝要求嚴格、有液體泄露的風險和結(jié)構(gòu)復雜。相變材料兼具換熱效率及成本優(yōu)勢，且維護成本低，目前技術(shù)尚在試驗室階段。相變材料熱管理技術(shù)未完全成熟，是未來最有潛力的電池熱管理發(fā)展方向。
總體來看，液冷是目前主流技術(shù)路線，主要原因在于：
（1）一方面目前主流的高鎳三元電池比磷酸鐵鋰電池熱穩(wěn)定性更差，熱失控溫度更低（分解溫度，磷酸鐵鋰750 ℃，三元鋰電池300 ℃）、產(chǎn)熱更大，另一方面比亞迪的刀片電池、寧德時代CTP 等磷酸鐵鋰新型應(yīng)用技術(shù)省去了模組，提升了空間利用率及能量密度等，均進一步拉動了電池熱管理由風冷技術(shù)向液冷技術(shù)傾斜。
（2）受補貼退坡指引、消費者續(xù)駛里程焦慮影響下，電動車續(xù)駛里程持續(xù)提升，電池能量密度要求越來越高。換熱效率更高的液冷技術(shù)需求度提高。
（3）車型向中高端化方向發(fā)展，成本預算足、追求舒適度、零部件容錯率低以及性能高，液冷方案更符合要求。
4.2 整車空調(diào)系統(tǒng)
 
無論是傳統(tǒng)車還是新能源汽車，消費者對于舒適性的需求越來越高，駕駛艙熱管理技術(shù)也變得尤為重要。
制冷方式上，以電動壓縮機替代普通壓縮機制冷，電池與空調(diào)冷卻系統(tǒng)通常聯(lián)結(jié)。傳統(tǒng)車主要采用斜盤式，新能源車主要采用渦旋式，此方式效率高、質(zhì)量輕、噪聲小、與電驅(qū)動能高度配合，另外結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、容積效率高出斜盤式60%左右。
制熱方式上，需借助PTC 加熱，電動車因缺乏零成本熱源（如內(nèi)燃機冷卻液），現(xiàn)階段基本使用構(gòu)造簡單、成本低廉的PTC 加熱器作為補充。田鎮(zhèn)研究中指出，熱泵系統(tǒng)能有效緩釋電動車采暖帶來的續(xù)駛里程問題，未來制熱效率更高的熱泵系統(tǒng)是趨勢。
此外，根據(jù)國金證券研究報告顯示：預計到2025年熱泵空調(diào)市場國內(nèi)可達70.6 億元，全球可提升至147.1億元。電動車用熱泵對于汽車零部件企業(yè)是一個全新的增量市場。
4.3 電驅(qū)動及電子元器件
 
在新能源車高電壓電流運行環(huán)境、智能駕駛技術(shù)日益復雜背景下，電機電控及電子功率件等耐受溫度低的部件對散熱要求高，需額外添設(shè)冷卻裝置。
對溫度耐受較低的驅(qū)動系統(tǒng)及電子元件需額外冷卻回路保護。驅(qū)動系統(tǒng)：溫度過高會引發(fā)電機故障，出現(xiàn)安全隱患。電磁負荷及電機單機容量的持續(xù)提升，使得其冷卻方案由低成本、低冷卻效果的風冷向液冷過渡。半導體元器件：溫度過高會影響其疲勞老化壽命，工作溫度每上升10 ℃，加速疲勞老化壽命減少50%，通常需鋪設(shè)冷卻管路并入電動車整車熱平衡體系。
隨全速自適應(yīng)巡航、全自動泊車等ADAS 功能日益豐富，其域控制器集成度提升，自動駕駛芯片功耗增大，熱管理需求將從目前的自然散熱方案進化，出現(xiàn)散熱風扇和液冷散熱。
驅(qū)動電機的迅速發(fā)展對散熱提出更高要求，目前驅(qū)動電機技術(shù)向高轉(zhuǎn)矩密度和高功率密度方向發(fā)展，高效的散熱能力可以提高電機的持續(xù)功率和持續(xù)轉(zhuǎn)矩。伴隨著電驅(qū)動系統(tǒng)二合一、三合一、多合一的集成化發(fā)展，對系統(tǒng)的散熱能力提出了更高要求。并且，高效的散熱能力可以提高電機的爬坡能力、加速能力，降低電機的質(zhì)量，實現(xiàn)鐵心的輕量化，或者在電機有效質(zhì)量不增加的情況下增加額定功率和峰值功率；降低動力總成的空間體積及質(zhì)量，有效提高驅(qū)動電機的功率密度，從而降低整車質(zhì)量，提高整車性能以及效率。工信部和發(fā)改委提出規(guī)劃，到2025年乘用車電機的功率密度要大于4 kW/kg，電機的技術(shù)發(fā)展趨勢必然要求提高冷卻效率。
郭少杰等的研究中指出，除傳統(tǒng)自然冷卻外，目前驅(qū)動電機散熱技術(shù)方案可分為3 類：風冷、水冷和油冷。
（1）風冷技術(shù)。自帶同軸風扇來形成內(nèi)風路循環(huán)或外風路循環(huán)，通過風扇產(chǎn)生足夠的風量，以帶走電動機所產(chǎn)生的熱量。介質(zhì)為電機周圍的空氣，空氣直接送入電機內(nèi)，吸收熱量后向周圍環(huán)境擴散。風冷技術(shù)優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，不用設(shè)計獨立的冷卻零件，維護方便及成本低。缺點在于散熱效果和效率都不高，工作可靠性差，對天氣和環(huán)境的要求較高。
為保證足夠的散熱量需求，驅(qū)動電機需要增大與氣流的接觸面積，導致電機體積大和成本增加；驅(qū)動電機在車輛上使用時對應(yīng)的工況較為復雜，風冷無法在各工況下保持所需的散熱量，故僅在熱負荷小的小型車驅(qū)動電機或輔助電機中采用風冷。
（2）水冷技術(shù)。相比風冷，液體具有更高的比熱，且可以根據(jù)需要主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，故而液冷具有更好的穩(wěn)定性，可以迅速帶走熱量，實現(xiàn)溫度的快速降低，提高電機的效率和壽命。水是較好的液冷介質(zhì)，水具有很大的比熱和導熱系數(shù)，價廉、無毒、不助燃、無爆炸危險；可提高材料利用率。缺點在于對水道的密封性和耐蝕性要求非常嚴格；在冬天必須添加防凍液。
國內(nèi)新能源汽車技術(shù)路線主要采用水冷的方式，技術(shù)難度較低，已經(jīng)實現(xiàn)了大面積的產(chǎn)業(yè)化，通過布置在電動機殼體內(nèi)的水道，冷卻液將電動機工作時產(chǎn)生的熱量帶走，確保電動機在高效率區(qū)間運行，同時保證電機的潤滑和絕緣，主要應(yīng)用于BEV驅(qū)動電機。
（3）油冷技術(shù)。油冷一般采用機油（潤滑油），因為局部不導磁、不易燃、不導電、導熱好的特性，對電機磁路無影響，因此散熱效率更高的油冷技術(shù)成為研究熱點，國內(nèi)外一些研究機構(gòu)及企業(yè)大力發(fā)展噴油冷卻方式，對電機繞組端部實現(xiàn)噴油冷卻。優(yōu)點是絕緣性能良好，機油沸點比水高，凝點比水低。機油在低溫下不易結(jié)冰，高溫下不易沸騰；對端部裸露面積更大的扁線繞組電機的冷卻效果更明顯，能夠主動冷卻到內(nèi)部轉(zhuǎn)子部件；有利于電機與變速箱的集成，提高軸承的潤滑冷卻效果、環(huán)境溫度較低時加熱變速箱油提高潤滑攪拌效率。
按照機油與定子軛部的接觸形式分類如圖5 所示，在HEV/PHEV 上多采用與發(fā)動機、變速箱更方便集成的油冷電機。
 
圖5 油冷電機不同形式
5 總結(jié)與分析
 
新能源汽車熱管理市場競爭格局未定，國內(nèi)企業(yè)有望憑借市場響應(yīng)快及成本優(yōu)勢實現(xiàn)彎道超車。
目前技術(shù)及市場發(fā)展仍處于起步階段，競爭格局尚未固化，快速發(fā)展和變化中的市場為國內(nèi)優(yōu)秀熱管理企業(yè)帶來新機遇。
未來熱管理系統(tǒng)將向標準化、模塊化方向發(fā)展。新能源汽車三電技術(shù)及電子構(gòu)架尚未形成統(tǒng)一體系，有關(guān)單一車型的熱管理仍處定制化階段，各整車廠對整車熱管理設(shè)計思路仍有較大差別，因此新能源汽車熱管理方案標準化是發(fā)展需求，也是未來趨勢。在A0、A 級或緊湊SUV 等車型中，整車運行工況對電機的持續(xù)性能要求相對沒那么敏感，因此無論是常規(guī)的水冷冷卻還是理論上冷卻效果更好的油冷冷卻對整個電機系統(tǒng)的成本、性能影響相對不大。對于B級或更高性能車，最高車速越來越高，峰值功率與持續(xù)功率要求高、對應(yīng)持續(xù)時間長、運行工況惡劣，電機的持續(xù)性能與溫升表現(xiàn)相對關(guān)鍵，此時油冷電機的優(yōu)勢更易體現(xiàn)出來。
 
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