“储能热管理研究院”的研究员撰写并发布了这篇《储能热管理研究院》全套文章，这是其中内容之一。

汽车热管理模块拆解

传统内燃机汽车热管理系统架构

内燃机作为传统汽车的“心脏”，也作为主要的高温热源，传统汽车热管理系统 也围绕着发动机冷却进行。发动机工作温度高，需通过水路循环及时散热。传统内 燃机在工作时气缸内最高温度可达 1500℃，若不及时将热量散发出去，发动机工作 产生的热量会使其迅速升温，最终使活塞和缸体粘连导致发动机报废。

发动机热管理系统主要由水泵、发动机水套、节温器、暖风、散热器及管路等 部分组成。通过水泵将散热器中的冷却液泵入到发动机水套内，冷却液与发动机壁 面通过热交换带走发动机燃烧产生的热量，从而降低发动机热负荷，降低其在大负 荷工况下温度过高的风险。冷却液流出发动机后，分两路分别流向节温器和暖风散 热器，暖风水路在发动机任何工况下均处于流通状态，以确保驾驶员根据需求随时 可通过暖风的热交换将发动机热机后的冷却液的热气吹入驾驶室内。

空冷型增压中冷和 EGR 冷却发动机热管理系统

发动机带动机械水泵提供循环动力，节温器控制大小循环切换。发动机温度低 时，冷却液走小循环减少散热，使得水温快速提升到最佳温度，改善排放性能。温度高时，冷却液走大循环通过散热器和风扇增加散热效率。

电子节温器技术与传统热管理方案相似，其主要差异在于将传统的机械式节温 器更换成电子节温器。传统节温器是将感应温度的石蜡结构浸泡在发动机冷却液 中，当冷却液温度升高后，石蜡受热膨胀后将节温器阀门顶开，从而开启冷却系统 大循环。电子节温器是通过 ECU 发送信号加热电阻来实现石蜡加热膨胀，从而开启 冷却大循环。与传动的节温器相比，电子节温器的响应更快、温度调节范围更宽。

电子节温器与传统节温器工作范围对比

传统统热管理方案中大循环驱动水泵为机械水泵，机械水泵通过发动机曲轴驱动 轮系多楔带带动转动，当水泵带轮与曲轴皮带轮速比确定后，水泵的转速完全由发 动机转速决定，因此水泵的泵水能力无法与发动机负荷完全匹配，只能随转速提升 而增大流量。

电动水泵能够从根本上解决了这个问题，电动水泵可以根据发动机不同的工况 通过 ECU 控制实现开关，尤其在发动机冷起动阶段，电动水泵可以停止泵水，从而 使发动机内部冷却液处在小循环，实现快速升温，以达到快速暖机的效果。另一方 面，电动水泵也可以与电子节温器配合使用，以达到更好的冷却控制效果，实现快 速暖机。

发动机热管理零部件发展变化

传统内燃机还有两项专有的重要技术，增压、EGR（废气再循环）。涡轮增压 系统利用发动机排气动能压缩进气，提高充气效率，有益于混合气的形成以及缸内 燃烧；而废气再循环系统通过将部分废气返回到发动机气缸再次燃烧，主要是为了 减少尾气中氮氧化物含量。但这两项技术分别需要对于热管理的需求都很高，所以 传统内燃机架构中必不可少的就是中冷器和 EGR 冷却器。

废气涡轮增压结构剖视图（左）EGR 系统示意图（右）

传统内燃机汽车热管理模块拆分成发动机、空调、进气三个子版块，总计整个 热管理系统的单车价值量在 1960-2910 元之间。而随着电子水泵、电子节温器等零 部件的渗透，单车价值量会继续提升。

传统内燃机汽车热管理单车价值量

新能源汽车热管理系统架构

相比于传统燃油车，新能源汽车的主要区别在于燃油发动机系统被三电部件 （电池、电机、电控）取代，相应的发动机冷却系统变为动力电池热管理和电机电 控冷却系统，原有的汽车空调系统虽然保留，但是失去了原有的能量源发动机，因此其主要部件也有较大变动。

新能源汽车热管理系统包括座舱热管理（制热和制 冷）、电池系统热管理（制热和制冷）以及电机电控冷却系统三部分构成。

新能源汽车与传统燃油车主要零部件对比

客车等商用车中通常采用四通换向阀等进行模式切换, 而乘用车空调目前主要采 用三通阀的三换热器系统, 通过电动二通阀或电动三通阀实现制冷、制热、除湿和蒸 发器除霜模式的切换。

冬季制热运行时, 车外换热器(蒸发器)温度可能低于室外空气的 露点温度, 从而导致结霜现象, 当霜层太厚时需要进入除霜模式, 除霜模式的系统流程 与夏季制冷模式一致. 乘用车除湿工况时,空调风系统先经过车内蒸发器降温, 将空气 中的水蒸气凝结排出, 再经过车内冷凝器加热回温后送回车室内, 达到除湿的目的。

冷却器（Chiller）是热交换器的一种，其融合了蒸发器和换热器的功能，是耦 合电池液冷回路和座舱空调回路的关键部件，也是采用液冷方案下的新能源汽车热 管理系统的增量部件之一。

从工作原理上看，Chiller 的内部主体由一层层的板式换热片堆叠组成，分为冷 媒回路（蒸发器）和冷却液回路（换热器），冷却液和冷媒以对流的形式在其内部 流动。在换热器主体中，冷却液和冷媒隔层间隔开，相互形成三明治结构。对流过 程中热量从冷却液转移到冷媒上，以实现换热。

电池冷却的效率由 Chiller 的功率大小、水泵功率的大小、冷却液流速、冷媒流速等因素决定。

新能源汽车整车热管理结构示意图

Chiller 的工作原理

压缩机是空调系统的“心脏”，其作用是将低温低压的气态冷媒从低压侧吸入压 缩，使其温度和压力升高，再泵入高压侧成为高温高压的气态冷媒，往复循环，是 连接空调回路低压侧和高压侧的关键。

在燃油车车上压缩机一般由发动机皮带驱动，目前电动压缩机的产品技术相对成熟，分为旋转式（旋叶式、涡旋式和转子式）和往复活塞式（斜盘式和曲柄连杆 式）两大类，在传统燃油驱动的乘用车上常用的是斜盘式、涡旋式和旋叶式，其中 斜盘式压缩机是往复式压缩机的主导产品，已经发展多年，工艺比较成熟，主要用 在大排量乘用车，但能耗较高。

压缩机乘用车市场份额占比

新能源汽车由电力驱动，因而只能采用电动压缩机。相比于皮带驱动的压缩 机，电动压缩机需要额外增加一个电机和控制器，因而其价值量相比于传统压缩机 提升显著。从技术和市场趋势上看，考虑到新能源汽车对于能耗和噪声的要求相比于传统 车高，特别是热泵空调系统需要压缩机具备高压缩性能，因而其技术壁垒较高，目 前全球市场格局仍被主流压缩机厂商主导，如电装、日本三电、翰昂（三家占比 80%以上）等。

国内厂家中奥特佳在自主品牌中份额较高，家用空调巨头如格力等 也开始借助强大的电动压缩机技术切入车用热泵空调领域。目前主要的电动压缩机 采用的是具有效率高、噪声小、运转平稳、体积小等优点涡旋式方案，如电装自主 开发的涡旋式压缩机具有气体喷射功能，能提高循环制冷剂的流量速率，从而改善 热泵空调的加热性能。

不同种类压缩机优缺点对比

膨胀阀又称节流阀，是连接空调回路高压侧和低压侧的关键。热力膨胀阀的原 理与结构简单，成本较低，广泛应用于空调系统中，但是随着空调节能需求的提 升，变频空调逐渐成为主流，热力膨胀阀由于具有响应速率慢、调节范围小、精度 低等缺点，正逐渐被电子膨胀阀（EXV）取代。

EXV 在传统 TXV 上加入一个微型电机调节开度，从而控制回路流量，是可以实 现“无极变速”调节功能的膨胀阀。从工作原理上看，EVX 同样需要感知蒸发器出口 的压力和温度，因而需要增加传感器和控制器形成控制回路，因而 EXV 相比于同规 格的 TXV 单价提升可达 2 倍以上。目前电子膨胀阀的市场渗透率不到 30%，仍有较 大的提升空间，且提升趋势相对明确。

相比于传统车，新能源汽车电动化和智能化的特点使得电子膨胀阀的应用更加 广泛，在整车热管理系统中，除了原有的座舱热管理系统中的汽车空调需要将 TXV 升级为 EXV 外，跟据整车耦合方案的不同，电池和电机电控的冷却回路还需要额外 增加 1 到 2 个 EXV；在热泵空调系统中，除了原有制冷回路下的 EXV 外，制热回路 根据技术方案的不同也可能需要再增加 1 个 EXV，因而在新能源汽车上 EXV 的整车 配套量和价值量将翻倍。

传统内燃机汽车热管理单车价值量

新能源车无发动机作为热能来源，同时新增了电池热管理系统，由于电池以及 功率元件性能对温度的敏感性，新能源车热管理方案以及零部件都有较大变化，催 生了对 Chiller 换热器、冷却班、电子膨胀阀、电子水泵、电子水阀、电动压缩机等 零部件的需求，同时新增 PTC 加热器或热泵系统，虽然没有了中冷器、EGR 冷却器 的需求，但总体来看新能源车热管理单车价值量几乎是传统燃油车的两倍，提升至 5300-6400 元左右。

国内乘用车热管理模块市场预测

乘联会数据显示，2022 年 H1 我国新能源汽车渗透率约 22%。我们预计，2025 年国内新能源汽车渗透率或达 50%，年销量达到 1500 万辆。 假设传统乘用车热管理系统单车价值量 2500 元，新能源乘用车热管理系统单车 价值量 6000 元，按该假设的销量规模和单车价值量测算得上述国内乘用车热管理系 统市场规模。

我们预测，2025 年国内乘用车热管理市场规模或超 1275 亿元，2021- 2025 年 CAGR 约 18%；其中新能源约 900 亿元，2021-2025 年 CAGR 约 45%

国内乘用车热管理市场规模预测（ 2021-2025 年/亿元）

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