本文導讀

汽車熱管理系統就是對汽車進行溫控和冷卻，用來保證汽車各零部件以及駕駛艙內處于適宜的溫度范圍。在新能源汽車上主要表現在電池系統、電驅系統和空調系統的溫度控制上，而各回路系統的水泵作為能量流動的重要角色，因此，做到對三個水泵的靈活控制顯得尤為重要。

隨著低碳經濟的提出和節能減排的號召，“新能源”已經成為當今社會的熱點話題，在新能源汽車上更是對車內能源利用率提出了更高的要求，主要體現在實現各回路熱量與冷量需求的內部匹配。新能源電動汽車熱管理已成為保障車輛寬溫域環境適應能力、電池熱安全和乘員艙熱舒適性等方面的關鍵技術，同時也對電動汽車的能耗，特別是高低溫環境下的整車能耗有著顯著影響。隨著車輛電氣化和智能化的快速發展，與傳統汽車相比，電動汽車熱管理技術和發展路線在動力系統、空調系統等子熱力系統和整車層面都呈現出了明顯的差異和巨大的進步。

新能源汽車熱管理系統

汽車在行駛工作時，其內部會產生大量的熱量，而熱管理系統便是負責汽車內部熱量的產生和傳輸等問題，將車內熱量控制在合適的范圍內，防止高溫引起汽車故障。

圖1汽車熱管理構成

傳統燃油汽車的熱管理系統,基本圍繞其動力系統展開,主要包括發動機冷卻系統以及主要利用發動機余熱和動力進行制熱/制冷的空調系統?

對于新能源的熱管理系統，需要具備更復雜的系統，更高的成本，比如相較傳統燃油車，多了電池、電驅電器件，就要多一套的電池冷卻系統，以及增加電動電器件的冷卻系統。新能源汽車熱管理系統包括電池熱管理、電機電控熱管理和空調熱管理。

電池熱管理

動力電池能完全發揮性能的溫度范圍通常為 0℃~40℃?溫度過低,電池充放電功率性能下降,整車表現出動力不足?續航縮減;溫度過高會產生電池熱失控風險,威脅整車安全。電池的散熱方式主要有風冷式、液冷式和直冷式。隨電池的能量密度提升，直冷已經滿足不了散熱需求了，而液體的比熱容比空氣高，液冷式比風冷式散熱效果更佳，使得液冷成為主流趨勢。

電機電控熱管理

電機和電控是新能源汽車一大發熱源。溫度控制帶來最佳性能體驗，電機電控零部件產生高溫影響性能，需通過冷卻循環及時散熱，電機電控零部件工作時產生的熱量若不及時散去會使其性能和壽命下降。

空調熱管理

電動汽車空調系統主要負責汽車乘員艙的熱管理，從而為司乘人員提供舒適的駕駛乘坐環境，進而保障駕駛員的安全駕駛。
當前電動汽車主要采用的空調系統為壓縮式單冷空調和電加熱器的組合，這種空調系統技術成熟，與燃油車差別不大。目前主要使用的是PTC空調和熱泵空調。

集成式熱管理系統成為發展趨勢

目前傳統車熱管理方案已經較為成熟，傳統內燃機汽車可以利用發動機的余熱進行采暖。在電動汽車發展的初期，各系統的熱管理功能獨立，純電動汽車的空調系統工作所需能量均來自動力電池，無法利用內燃機余熱進行乘員艙的加熱，主要依靠高壓 PTC 進行供暖，在冬季環境中，會大量消耗電池電量，縮短續駛里程。這樣的分散式熱管理系統部件眾多，體積及質量大，缺乏對整車熱量的統一管理，熱管理效率較低，系統成本高，但結構簡單，系統控制簡單。

在電動汽車續駛和整車能耗的壓力下，隨著電動汽車開發技術的進化，具備更低熱管理能耗、更寬工作溫域、更低系統成本和更緊湊的系統結構的一體化集成熱管理系統成為電動汽車的大勢所趨。該設計對三大系統產生的熱量進行統一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，采用更高效的熱泵空調代替PTC作為主要熱源，并采用電機余熱回收或電機發熱等作為補充熱源來拓展工作溫域。將各系統的加熱功能、冷卻功能集成化，而非分散式熱源。將冷卻管路、控制閥、水泵、膨脹壺等輔助系統部件集成使結構更緊湊。與零散的系統相比可以顯著降低熱管理系統整體所占用的空間和重量。

集成式管理系統可大幅度降低能量損耗，直接提升續航里程，國外廠商已經有6年的驗證搭載周期，目前裝載率僅10%，產業升級趨勢明確。

助力集成式熱管理系統

新能源汽車熱管理系統核心零部件：換熱器 Chiller、電池冷卻板、電子膨脹閥、電子水泵、水暖 PTC、電動壓縮機、冷凝器、風扇、電子膨脹閥、蒸發器等。其中水泵是整套系統的心臟，驅動液體在三個系統中流動、交換能量。

圖2新能源車熱管理構成

在這套系統中，水泵幾乎是一直在工作的，因其工作特性，需要工作壽命長且兼顧效率高、噪音低、振動小、質量小等特點。使用FOC算法控制無刷電機，能滿足市場需求。在這套系統中，為確保各個系統的液體流通，需要三個水泵，分別負責每一路液體傳輸的動力來源。對于水泵的驅動和控制，早期方案是單個MCU驅動一個水泵，各個水泵控制是獨立分開的，機車控制中心需要對三個MCU進行數據交互，才能完成對水泵的有效控制，導致對整個熱管理系統數據管理是十分復雜的，并且其后期OTA也是復雜的。

現在推出S32K3多電機控制方案，單個S32K3 MCU就可控制3個水泵，更方便對其進行管理，后期OTA也更加簡單，同時S32K3在安全方面的性能比S32K1更加可靠。

立功科技S32K3多電機控制方案

有效系統控制框圖如圖3所示。

圖3 系統控制框圖

功能特性：

支持三個PMSM的無感FOC控制

單板設計，優化的電流采樣、方便調試

支持3個PMSM的單、雙電阻FOC

PMSM的功率可達350W

FreeMASTER調試工具已適配三電機方案

支持多路閥門控制

支持多路步進電機控制

支持多路有刷電機控制

只要用戶對新能源汽車還有電池續航、舒適度、電池快充等需求，集成式熱管理的重要性進一步強化，是未來新能源汽車熱管理的關鍵趨勢。立功科技可提供多電機控制方案，助力集成式熱管理系統開發。

來源：立功科技

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審核編輯 黃宇