２０１８年新能源汽车热管理系统分析报告
投资聚焦 研究背景 汽车电动化浪潮下，新能源汽车热管理系统的需求高增长；与传统汽车热管理系统相比，新能源汽车热管理系统的单车价值量更高。我们在本篇报告中深度研究了汽车电动化浪潮下热管理行业的变化，并结合分析推导出投资策略。 创新之处 （1）在本报告中，我们从空调系统、电池热管理系统及整体解决方案三个方面，对电动车和传统燃油车热管理系统的异同进行了定性和定量分析，进而对电动车热管理系统的市场需求进行了测算。 （2）本报告投资策略的标的选择范围更广，我们在A股和新三板两个市场中选择优质标的。 投资观点 汽车电动化趋势下，热管理行业迎来变革期。微观角度来看，与传统燃油汽车相比，电动车热管理系统的变化包括：（1）热管理模块新增电池热管理系统、电机电控热管理系统等；（2）空调系统动力源由发动机变为电能，系统复杂程度明显提升；（3）热管理整体解决方案需更加重视功能实现和能耗管理的平衡。以上变化反应在行业层面为：（1）热管理系统的单车价值量明显提升，行业空间也相应增加；（2）行业格局或将出现变化。 根据我们的测算，2020年全球电动车热管理系统需求约300亿元，CAGR约50%，其中，中国市场需求约125亿元（CAGR44%），海外市场需求约175亿元（CAGR59%）。 我们认为在汽车电动化浪潮中，既有的汽车热管理竞争格局已有松动迹象，国内企业存在弯道超车的可能性。我们首次给予汽车热管理行业“买入”评级，建议关注： 1、A股：三花智控（002050.SZ，全球空调阀门龙头）、奥特佳（002239.SZ，汽车空调压缩机龙头）、松芝股份（002454.SZ，客车空调龙头）、银轮股份（002126.SZ，汽车热交换器龙头）、中鼎股份（000887.SZ，密封件龙头）等； 2、新三板：昊方机电（831710.OC）、瑞阳科技（834825.OC）等。风险因素 （1）新能源汽车政策变化影响行业发展的风险：新能源汽车行业仍在早期发展阶段，政策会对行业发展产生较大影响，若监管部门发布相关政策，可能会冲击行业发展。 （2）技术路线更替风险：技术进步是新能源汽车行业发展的驱动力之一，新产品的产业化可能会对上一代产品产生冲击，进而替代原有的技术路线。 （3）市场竞争加剧风险：新能源汽车行业拥有很大发展空间，有大量企业参与竞争，行业产能可能在短期内超过需求，从而出现产能过剩的风险。
纯电动汽车热管理系统 本实用新型涉及电动汽车技术领域，公开了一种纯电动汽车热管理系统，包括压缩机、四位换向阀、室外换热器、第一膨胀阀和室内换热器，四位换向阀包括四个工作口，压缩机的排气口连接至四位换向阀的一口，压缩机的吸气口连接至四位换向阀的二口，换向阀的三口依次连接室外换热器、第一膨胀阀、室内换热器至四口，压缩机由纯电动汽车提供电能，第一膨胀阀通过四个单向阀桥接设置在管路中。本实用新型通过新的热管理系统，减少电能转化为热能的比例，提高能源的利用效率，满足复杂情况下系统热管理的需求。 专利类型：实用新型 申请（专利）号：CN201320417522.2 申请日期：2013年7月15日 公开(公告)日：2014年3月5日 公开(公告)号：CN203460658U 主分类号：B60H1/00,B,B60,B60H,B60H1 分类号： B60H1/00,B60K11/02,B60K11/00,H01M10/625,H01M10/00,H01M10/663,H01M10/00,B,H,B60,H01,B60H,B60K,H01M,B60H1,B60K11,H01M10,B60H1/00,B60K11/02,B60 K11/00,H01M10/625,H01M10/00,H01M10/663,H01M10/00 申请（专利权）人：上海加冷松芝汽车空调股份有限公司,上海交通大学 发明（设计）人：吕家明,黄国强,陈江平,严瑞东 主申请人地址：201108 上海市闵行区莘庄工业区华宁路4999号 专利代理机构：上海翼胜专利商标事务所(普通合伙) 31218 代理人：翟羽,黄燕石
国别省市代码：上海;31 主权项：一种纯电动汽车热管理系统，其特征在于：包括压缩机、四位换向阀、室外换热器、第一膨胀阀和室内换热器，所述四位换向阀包括四个工作口，分别为一口、二口、三口和四口，所述压缩机的排气口连接至所述四位换向阀的一口，所述压缩机的吸气口连接至所述四位换向阀的二口，所述换向阀的三口依次连接所述室外换热器、第一膨胀阀、室内换热器至四口，所述四位换向阀的一口与三口联通、二口与四口联通后所述系统形成室内换热器制冷回路，所述四位换向阀的一口与四口联通、二口与三口联通后所述系统形成室内换热器制热回路，所述压缩机由纯电动汽车提供电能，所述第一膨胀阀通过四个单向阀桥接设置在管路中。 法律状态：授权，授权
第22卷 第3期 2005年3月 公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and T ransportation Research and Development V ol 122 N o 13 Mar 12005 文章编号:1002Ο0268(2005)03Ο0119Ο05 收稿日期:2004Ο03Ο16 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重大专题项目(2003AA501100) 作者简介:付正阳(1978-),男,北京人,清华大学汽车工程系硕士研究生,主要从事电动汽车方面的研究1 电动汽车电池组热管理系统的关键技术 付正阳,林成涛,陈全世 (清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) 摘要:电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。关键词:电动汽车;电池组;热管理系统 中图分类号:T M911141 文献标识码:A K ey Technologie s of Thermal Management System for EV Battery Packs FU Zheng Οyang ,LIN Cheng Οtao ,CHEN Quan Οshi (S tate K ey Laboratory of Autom otive Safety and Energy ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China ) Abstract :Research and development of battery thermal management system (BT MS )is very im portant for the operation safety and relia 2bility of electric vehicle (E V )1In this paper ,by analyzing the in fluence of tem perature on the per formance and service life of batteries ,the desired function of a BT MS was outlined ,a procedure for designing BT MS was introduced 1Several key technologies during designing a BT MS were introduced and analyzed ,including optimum operating tem perature range of a battery ,heat generation mechanism ,ac 2quisition of the therm odynamic parameters ,calculation of tem perature distribution ,selection of heat trans fer medium ,design of cooling structure and s o on 1 K ey words :E lectric vehicle ;Battery pack ;Thermal management system 0 引言 能源与环境的压力使传统内燃机汽车的发展面临前所未有的挑战,各国政府、汽车公司、科研机构纷纷投入人力物力开发内燃机汽车的替代能源和动力,这大大促进了电动汽车的发展。 电池作为电动汽车中的主要储能元件,是电动汽车的关键部件[1,2],直接影响到电动汽车的性能。电池组热管理系统的研究与开发对于现代电动汽车是必需的,原因在于:(1)电动汽车电池组会长时间工作 在比较恶劣的热环境中,这将缩短电池使用寿命、降 低电池性能;(2)电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体性能的不均衡;(3)电池组的热监控和热管理对整车运行安全意义重大。 清华大学从承担国家“八五”电动汽车攻关项目以来,在电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车关键技术的研究中,积极开展了电池组热管理系统的研究,并在样车上进行了道路试验,目前电池组热管理系统的优化设计与改进工作正在进行中。本文是对前阶段研究工作的总结和今后工作的展望。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710538323.X (22)申请日 2017.06.29 (71)申请人 知豆电动汽车有限公司 地址 315600 浙江省宁波市宁海县力洋镇 储家山路1号 (72)发明人 尹湘林 鲍文光 王红梅 闫优胜 樊晓浒 何志刚 (74)专利代理机构 杭州杭诚专利事务所有限公 司 33109 代理人 尉伟敏 (51)Int.Cl. B60H 1/00(2006.01) B60H 1/32(2006.01) B60H 1/22(2006.01) B60L 11/18(2006.01) (54)发明名称 电动汽车热管理系统 (57)摘要 本发明公开了一种电动汽车热管理系统，包 括乘员舱热管理模块和动力系统热管理模块，乘 员舱热管理模块包括电动压缩机、冷凝器、冷凝 风扇、膨胀阀、HVAC系统、第一水泵、水PTC加热器 和连接管路，动力系统热管理模块包括动力电池 包、水壶、第二水泵、散热器、散热器风扇、第三水 泵、控制器、逆变器、电机、热电板式换热器和连 接管路。动力系统热管理模块采用热电板式换热 器来实现。热电板式换热器根据珀耳帖效应，具 有加热和制冷功能。本发明具有结构简单，可靠 性好，控温精确，热利用率高，能有效提高电动汽 车电池使用效率和延长电动汽车行驶里程的特 点。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 107310344 A 2017.11.03 C N 107310344 A
1.一种电动汽车热管理系统，其特征是，包括乘员舱热管理模块和动力系统热管理模块，乘员舱热管理模块包括制冷循环密闭系统和采暖循环密闭系统，制冷循环密闭系统包括电动压缩机（1）、冷凝器（2）、冷凝风扇（3）、膨胀阀（4）、HVAC系统（5）和连接管路，采暖循环密闭系统包括第一水泵（6）、水PTC加热器（7）和连接管路，动力系统热管理模块包括第一流体循环密闭系统和第二流体循环密闭系统，第一流体循环密闭系统包括动力电池包（8）、水壶（9）、第二水泵（10）、热电板式换热器（17）和连接管路，第二流体循环密闭系统包括散热器（11）、散热器风扇（12）、第三水泵（13）、控制器（14）、逆变器（15）、电机（16）、热电板式换热器（17）和连接管路。 2.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，动力系统热管理模块中的热电板式换热器包括第一流体进口（21）、第一流体出口（22）、第二流体进口（23）和第二流体出口（24），第一流体进口通过连接管路与第二水泵出口连接，第一流体出口通过连接管路与动力电池包进口连接，第二流体进口通过连接管路与第三水泵出口连接，第二流体出口通过连接管路与控制器进口连接。 3.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，热电板式换热器和散热器对动力系统热管理模块进行热管理。 4.根据权利要求2所述的电动汽车热管理系统，其特征是，第一流体和第二流体同时经过热电板式换热器进行加热或制冷，第一流体从热电板式换热器流出时的温度与第二流体从热电板式换热器流出时的温度差可以通过热电板式换热器工作电流大小进行调节，温度差调节在5℃-10℃比较合适。 5.根据权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征是，当动力电池包不需要制冷或加热时，热电板式换热器停止工作，仅作流通通道，控制器、逆变器和电机依靠散热器和散热风扇进行降温。 6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的电动汽车热管理系统，其特征是，HVAC系统包括蒸发器（18）、鼓风机（19）、暖风芯体（20）和连接管路，蒸发器进口通过连接管路与膨胀阀出口连接，蒸发器出口通过连接管路与电动压缩机进口连接，暖风芯体进口通过连接管路与水PTC加热器出口连接，暖风芯体出口通过连接管路与第一水泵进口连接。 权 利 要 求 书1/1页CN 107310344 A
电动汽车整车电池热管理研究 发表时间：2018-11-17T18:52:14.633Z 来源：《建筑模拟》2018年第24期作者：汪勇[导读] 笔者先分析电动汽车整车电池热管理的意义，再进一步提出电动汽车整车电池热管理的措施。汪勇 身份证号码：3408811992****0113 安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥 230000摘要：笔者先分析电动汽车整车电池热管理的意义，再进一步提出电动汽车整车电池热管理的措施。关键词：电动汽车；整车电池；热管理前言： 确保电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，发生意外的情况的时候要及时响应处理，并按照环境温度、电池状态和车辆需求等决定电池的充放电功率等这就是电池管理系统的主要任务。监测电池参数、估计电池状态、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。是BMS的主要功能。 1 电动汽车整车电池热管理的意义整个电动汽车的使用性能和寿命和安全性等内容直接受到电动汽车的电池热管理问题的影响，因此需要我们着重注意，在电动汽车中，蓄电池往往是重要的动力供应部分，所以如何提高电动汽车整车的性能以及安全性需要从蓄电池入手，蓄电池的温度特性关系着整个电动车的耐久性和使用寿命，常见的锂电池具有多方面的优点，比如循环寿命较长、允许工作温度范围较大、比能大、自放电率低等。所以目前的电动汽车常选用锂电池作为动力电源，在锂离子电池的热管理工作中需要根据锂离子的具体发热方式进行管理，通过对电池包结构的设计来进行热管理的方式和策略的设定，从而实现整个电池组中单体电池之间的串联和合理温度的保障，整个电池组中任何一个电池出现问题都会造成电池组整体的性能下降，所以要分别注重，例如在相同充电的条件下，不同的温差将会出现不同的电池组荷电状态，而电池热管理正是针对电池的热相关问题来进行的技术内容，通过热管理的方式来保障电池的正常动力供应，通常的热管理系统主要是在电池温度较低的情况下做好预热情况，保障低温充电、放电的高效和安全，其次是电池长时间工作之后温度升高，热管理进行有效的散热，避免因为温度过高造成的事故，另外在电池组之间的温度上也要进行均衡，避免产生过大的温度差异，造成局部过热，影响电池组的寿命和安全[1]。 2 电动汽车整车电池热管理的措施 2.1 以锂电池为例现阶段，锂电池是电动汽车运用的电源供应主要方式，所以以锂电池为例，在电动汽车的整车电池管理工作中，锂电池的电池温度对于整个车辆的使用和功率性能有直接的影响，所以需要进行热管理的控制，当温度较低时将造成电池容量的迅速衰减，在电动汽车的运行中不能提供足够的能源，例如在0度以下电池的可用容量大大减少，温度过低的情况还有可能出现瞬间的电压过充问题，出现电池内部锂的析出，有可能引起短路的问题，另外，在锂电池的热相关问题上，电池安全性的问题也与电池热问题相关，在生产和制造的过程中不当操作容易造成电池的局部过热，出现放热反应，严重的甚至造成爆炸、起火等严重事故，出现人员的安全隐患。除了以上问题，在锂电池的存放和工作过程中的环境温度也将影响到电池的寿命，通常而言，在电池的存放和工作过程中最佳温度为 10-30度之间，温度的过高或过低都会造成电池的寿命和安全问题，电力的需求使得动力电池的大型化成为一种趋势，这就更容易造成内部温度的不均匀和局部温度过高的现象，造成电池寿命的问题，电池加速衰减，从而影响到电动汽车的使用，在具体的运行过程中，动力系统必须要及时降低锂离子电池的问题，保障电池的安全性和足够的动力[2]。 2.2 空气强制对流在电池的热管理工作中，散热是一个重要的内容，空气的强制对流是散热的重要方式，将空气作为主要的传热介质，通过空气在模块的穿过来消散热量，从而达到散热的目的，但是空气本身的冷却效果是很小的，这就需要强制的空气冷却方式，运动产生的流动空气带走电池的热量，从而尽可能的降低电池温度，在强制对流的实现中，需要注意的是电池间的散热槽、距离等方面的设计工作，只有做好了科学的散热面积以及电池封装工作才能有效的进行散热工作，通常常见的电池组采用串联和并联式的通道，在仿真结果下对电池的散热性进行研究可以得出热辐射在整个散热过程中占有非常大的比例，所以强化传热是降低温度的有效措施，通过风冷的方式能够有效的进行电池的散热工作，并且结构简单，成本较低，但是同时冷却和加热的速度较慢[3]。 2.3 液体冷却通常在普通的要求下采用空气的流通方式就可以满足基本的散热要求，但是在较复杂的工况和要求下空气对流的方式就不能满足热管理的要求，所以在这种情况下我们通常采用液体冷却的方式，通过液体的方式进行电池组的热交换，常见的采用模块间布置管线或者模块布置夹套的方式，通过液体的沉浸来进行热交换，常见的传热介质包括油、制冷剂、水、乙二醇等，由于液体的导电问题，所以必须采取有效的绝缘措施，避免出现短路的现象，造成严重事故。传热介质的传热速率主要是根据液体的热导率、流动速率、密度、粘度等确定，在相同的流速和条件下，液体的传热速度大大高于空气的传热速度，这是由于液体本身的特点高于空气的导热率，液冷的方式能够热传递效率高、速度快，但是同时也有重量较大、部件较为复杂、保养过程复杂等缺点。通过试验结果可以证明液体的热传递效果大大高于空气介质的传热效果，但是同时系统较为复杂，并联型的混合动力车中只采用空气的冷却方式即可保证散热要求，纯电动汽车由于要求较高则需要液体冷却的方式，通过流道设计的研究可以得出并联流道整体温度要低于串联流道，在具体的设计和应用角度来看，串联流道结构更适用于产品的使用，综合而言整体散热较好，随着电池模块容量的增大，恶劣环境下运行对电池性能的要求越来越苛刻，高效的电池热管理系统极其重要[4]。结语 在电动汽车管理中，要重视整车电池的热管理，在设计不一样的汽车时，要根据不一样的汽车特点选择合适的热管理方式，从而确保电池的动力供应与热管理效果，使电动汽车的寿命与运行质量能得到保证。参考文献：
汽车热管理现状发展综述 自从汽车产生以来，排放以及燃油经济性有关先进科学技术陆续应用到了内燃机上，汽车性能得到了明显的改善。在内燃机燃烧系统、气体热交换系统以及发动机控制系统的发展与改进方面，我们都花费了大量的精力。为了提高发动机的性能，但是，在之后的35年，我们都在发动机及其动力总成上花费了很大的精力，收获却越来越小，成本越来越高。幸运的是，现代工业已经发现并探索出了“最后的领地”—汽车热管理。 何为汽车热管理系统？汽车热管理系统是从系统集成和整体角度出发，统筹热量与发动机及整车之间的关系，采用综合手段控制和优化热量传递的系统。先进的热管理系统设计必须同时考虑发动机冷却系统与润滑系统、暖通空调系统（HV AC）以及发动机舱内外的相互影响，采用系统化、模块化设计方法将这些系统进行设计集成、制造集成，集成为一个有效的热管理系统。其必须能根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保持相应的部件在最佳的温度范围内工作，改善汽车各方面的性能，例如燃油经济型、驾驶舒适性等。因此，开发高效可靠的汽车热管理系统已经成为发动机进一步提高功率、改善经济性所必须突破的关键技术问题。因此采用先进的热管理系统设计理念，应用汽车现代设计方法和手段，对汽车热管理系统进行深入研究具有十分重要的意义。 1.国内汽车热管理系统的研究现状 发动机冷却系统作为发动机正常稳定运行的重要辅助系统，国内学者和企业对其研究一直在不断地深入和扩展。在燃烧放热，活塞、缸套、气缸盖温度场与热负荷，缸内气体流动与传热，散热器设计，风扇设计优化，排气系统传热等方面做了大量的研究工作。 目前，国内对汽车整车或者整机的热管理研究并不成熟，还处于初级阶段。国内对整车或者整机的研究主要集中在某几个高校，如同济大学、浙江大学、西安交通大学、清华大学等；而只有几所高校研究发动机的整机热管理，并且还处于起步阶段；而对于整车的热管理研究，国内几乎没有可以承担的。国内大部分企业主要针对某些零部件做单一的研究，并没有把部件统一起来作为整体来考虑。 对于小型轿车来说，冷却系统趋于向高性能方向发展，电控应用技术越来越多；但是对于重型车辆来说，改变并不是很大。重型汽车热管理系统基本结构在过去的40—50年里变化不大，有些部件(冷却液泵和节温器)的设计基本上没改变过。传统的节温器通常采用的是注蜡式节温器，它只能在一定的冷却液温度(80一85℃)内进行单点控制(节温器在85℃时开启，80℃时关闭)，不能满足未来的冷却系统对冷却液流量精确控制的要求。研究表明。在25℃大气温度时，路上运行的负载车辆，其节温器打开(大循环)时间仅占总时间的10％。另外，
２０１８年汽车热管理系统行业深度分析报告
投资要点： ?技术路线：从传统到新能源，热管理系统复杂性提升汽车热管理系 统广泛意义上包括对所有车载热源系统进行综合管理与优化，热管理系统主要是用于冷却和温度控制，例如对发动机、润滑油、增压空气、燃料、电子装置以及EGR的冷却，对发动机舱及驾驶室的温度控制。热管理系统工作性能的优劣，直接影响汽车的整体性能，对于整车的重要性不言而喻。新能源汽车的发展，对于汽车热管理系统是一场大的变革。传统燃油车的热管理架构主要包括了空调系统以及动力总成热管理系统。新能源汽车由于动力源发生了变化，新增了三电系统，因此要对电池、电机、电控等进行热管理的重新构建。此外，新能源汽车的空调系统因为动力方式的转变也产生较大的变革，从压缩机部件到制暖系统都需要进行技术的升级以及产品的替换。总体而言，从传统燃油车到新能源汽车，汽车热管理系统变得更加复杂，对于整车的重要性愈加提升。 ?产品空间：传统叠加新能源，热管理市场扩容1）节能减排带来传 统燃油车热管理部件新需求。节能推动涡轮增压器市场渗透率持续提升。针对2020年我国乘用车产品平均燃料消耗量达到5L/100km 的目标，涡轮增压（小排量化）成为提升发动机能量转化效率的重要技术，预计到2020年汽油机涡轮增压的比例会上升到40%。节能减排推动尾气处理（EGR）渗透率持续提升。到2020年，我们预测柴油车EGR装机率将逐步达到60%，汽油车EGR装机率达20%。涡轮增压器和尾气处理（EGR）市场渗透率的提升，将直接带动中冷器、电子水泵、EGR冷却器等热管理零部件需求量提升。 2）电动化趋势下，催生新能源汽车热管理新增量市场。目前电动化已经成为汽车行业最主要的趋势之一，各国政府出台相关政策推动，而各家车企也都不同程度的投入到新能源汽车的研发生产中。在政策与产业的联合助力下，新能源汽车发展迅速。单车价值方面，由于新能源汽车热管理系统相对于传统燃油车增加了电机电控冷却系统和电池热管理系统，形成新的产品需求如电子膨胀阀、电池冷却器、电池水冷板、电子水泵等，因此单车价值从传统车的2200元左右提升至4600元左右。3）预计到2020年，传统燃油车热管理系统全球市场规模超2200亿元，新能源汽车热管理系统全球市场规模超200亿元。 ?竞争格局：传统市场行业集中度较高，新能源市场中外厂商共谋未
1. 新能源汽车电池热管理 1.1 市场情况 汽车热管理主要作用是为驾驶舱提供舒适温度环境，使汽车各部件在适合的温度范围工作。而新能源汽车的热管理包括空调系统、电池热管理、电子设备热管理和电机热管理，整体价值将达到整车的8%-10%左右。由于温度对电池安全、寿命、性能乃至整车续航里程都产生直接影响，因此电池热管理是新能源汽车热管理的核心。 相比传统汽车，新能源汽车电池热管理系统为新增加的系统，为从0到1的增量市场。以乘用车为例，液冷模式下单车价值在1500元左右。液冷模式的电池热管理系统包括电子膨胀阀、冷却板、电池冷却器、电子水泵等价值量较大的部件，系统整体单车价值约为1500元。该情况下，新能源汽车热管理系统价值量有望由传统汽车2000元左右提升至6000元，预估2020年国内市场规模有望达到70亿。 表1 电池热管理系统（液冷）单车价值量拆分 冷却板150 4~6 600~900 电池冷却器200 1 200 电子水泵250~300 1 250~300 电子膨胀阀150 1 150 其他200 合计1400~1700 （来源：长江证券研究所）1.2 电池热管理技术 电池热管理主要分为三个内容： 1）在电池温度较高时进行冷却，防止电池热失控； 2）在电池温度较低时进行加热，确保电池低温下的充电性能和安全性； 3）对电池系统进行保温，提高电池热管理效率，减少热管理能耗。 电池热管理系统的重点在于冷却，且根据冷却介质的不同，可分为风冷、液冷、相变材料冷却三种方式。目前已实现商用的是风冷和液冷，而相变材料冷却方案由于技术尚不成熟，尚未在汽车领域使用，短期内商业化可能性不大。 表1 不同电池冷却方案优劣势对比
1. Tesla目前推出了两款电动汽车，Roadster和Model S，目前我收集到的Roadster的资料较多，因此本回答重点分析的是Roadster的电池管理系统。 2. 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。我的主要研究方向是电池的热管理系统，因此本回答分析的是电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 1. 热管理系统的重要性 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。首先，锂离子电池的温度水平直接影响其使用中的能量与功率性能。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0°C）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C 之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 电池热管理系统是应对电池的热相关问题，保证动力电池使用性能、安全性和寿命的关键技术之一。热管理系统的主要功能包括：1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故；2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性；3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。 2. Tesla Roadster的电池热管理系统 Tesla Motors公司的Roadster纯电动汽车采用了液冷式电池热管理系统。车载电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组（brick），再将9组串联为一层（sheet），最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物。 图 1.(a)是一层（sheet）内部的热管理系统。冷却管道曲折布置在电池间，冷却液在管道内部流动，带走电池产生的热量。图 1.(b)是冷却管道的结构示意图。冷却管道内部被分成四个孔道，如图 1.(c)所示。为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高，使末端散热能力不佳，热管理系统采用了双向流动的流场设计，冷却管道的两个端部既是进液口，也是出液口，如图 1(d)所示。电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料（如Stycast 2850/ct），作用是：1)将电池与散热管道间的接触形式从线接触转变为面接触；2)有利于提高单体电池间的温度均一度；3)有利于提高电池包的整体热容，从而降低整体平均温度。
车辆热管理系统的建模与仿真 作者：世冠工程公司 车辆热管理系统广泛意义上包括对所有车载热源系统进行综合管理与优化，现阶段主要研究对象通常以冷却系统为核心，综合考虑润滑系统油冷器、空调系统冷凝器及中冷器等与冷却系统之间的相互影响，而发动机冷启动特性研究和发动机舱流动传热分析为车辆热管理研究的首要问题。 典型的车辆冷却系统（见图1），包括：冷却水泵、发动机、油冷器、节温器、散热器、暖风与膨胀水箱等部件。 图1 典型车辆冷却系统结构 通过对系统进行建模仿真计算，必须考虑以下物理现象： 1.系统各支路流量、压力与温度分布； 2.节温器的工作特征； 3.系统动态过程温度波动； 4.系统各处的换热情况。 车辆冷却系统 AMESim针对车辆冷却系统提供了热库、热流体库及冷却系统库等专业库，涵盖了冷却系统建模所需要的全部部件，通过鼠标拖放操作就可以快速建立起冷却系统的仿真模型。
图2 AMESim车辆冷却系统模型 图2为应用AMESim建立起的车辆冷却系统模型，该模型需要输入的参数如下： 1.实际系统的管网结构； 2.采用冷却液的种类； 3.各段冷却水管的几何尺寸； 4.水泵特性曲线； 5.系统各部件的流阻特性（散热器、油冷器和水套等）； 6.散热器性能MAP图。 通过设定系统外部边界条件（大气压力、大气温度等）及系统初始条件，给定仿真周期，AMESim能够自动选择最优的积分算法与步长，快速完成系统瞬态计算。AMESim车辆冷却系统典型仿真结果见图3。
图3 AMESim车辆冷却系统仿真结果 由图3可见，通过AMESim建模仿真可以计算系统各支路流量与流动阻力，对系统整体性能进行评估，选择关键部件的尺寸并设计控制策略等。基于AMESim冷却系统解决方案，工程师可以研究新的部件、新型结构对系统效率和性能的影响，包括： 1.分析采用新型电子水泵和电子节温器的影响； 2.分析系统最高工作温度； 3.分析新的部件、新的布置结构以及管路尺寸的影响； 4.分析更高的水箱压力对汽蚀的影响。 发动机热模型 采用上述冷却系统模型并不能精确计算发动机的冷启过程，因为上述模型并没有考虑机体内存储的能量与机体内部的换热过程，因此，需要建立更加详细的发动机机体热模型，充分考虑机体内的换热过程。首先，考虑一个典型的发动机机体结构，为了建立发动机机体离散热模型，必须考虑热流体属性（润滑油、冷却液、空气和燃烧废气）、固体热容（铝、铸铁）以及这些热容间的传热（传导、对流和辐射）。发动机机体（见图4）被离散为以下热容结构（最少热容点离散方式，可以进一步细化）：油底壳、曲轴箱、曲轴、连杆、活塞、缸体外壁、气缸、气缸盖和凸轮轴。 图4 机体热模型基本结构 对发动机机体进行离散后，必须正确考虑离散后各部分之间的传热现象，包括： 1.各离散质量点之间的热传导（缸体、缸盖及活塞等）；
2019年新能源汽车热管理系统行业分析报告 2019年9月
目录 一、热管理需求催生热管理系统 (4) 1、热管理对整车安全和用能经济性重要性强 (5) 2、热管理影响乘员舱温度和乘员舒适程度 (9) 二、热管理系统，各司其职 (10) 1、发动机热管理、三电热管理、空调系统按需配置 (10) 2、发动机及附属系统的热管理 (12) 3、三电系统的热管理 (14) 4、空调系统 (17) 5、全局热管理：统筹控温，精巧高效 (20) 三、新能源汽车提供价值增量，热管理待一飞冲天 (22) 1、新能源汽车销量增速总体迅猛，纯电动乘用车主体地位确立 (22) 2、补贴逐步退坡“双积分”征求意见，新能源汽车长期规模有保证 (24) 3、纯电动乘用车长续航、高能量密度化进行时 (28) 4、热管理重要性提升，真增量市场待逐步开启 (29) 四、相关上市公司：面对国际巨头，自主待突破 (33) 1、国际巨头寡头垄断 (33) 2、自主企业待逐步突破 (34)
整车热管理需求催生热管理系统。 热管理的作用是通过不同形式的热交换对整车的不同部分进行温域控制、形成合理温度场，以主导/协助满足整车安全性、经济性和乘员舒适性等需求。 对燃油汽车而言，发动机处于工作状态时是核心产热部件，其不同工况下的温度场分布直接影响整车热效率和工作寿命；发动机附属系统、减排系统等也都有合理温度范围需求。 对新能源汽车而言，在较高的实际温度下使用或存放直接影响动力电池的使用寿命甚至安全性；在较低温度下使用也影响动力电池的输出能力、充电能力和安全性。 乘员舱的物理尺寸和温度分布严重影响驾驶、乘坐体验。通常情况下，不同季节时人对体感温度的可接受区间有合适范围。行车环境下增减衣物调节空间有限，通过空调等手段进行乘员舱热管理重要性进一步增加。 发动机及附属系统、三电系统、空调系统热管理各司其职。 热管理系统所采用的零部件包括各类泵、阀、工质容器、热交换器、压缩机、管路、散热器等，分别按需应用于发动机及附属系统、以动力电池为首的三电系统、空调系统。 发动机热管理子系统主要包括由散热器、冷却风扇、节温器、水泵、膨胀水箱、冷却液管路、等；三电热管理子系统主要包括电池冷却器、电子膨胀阀、电子水泵等；汽车空调子系统主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、贮液干燥器、管路、空调箱及控制系统等。
锂电池热管理综述 摘要：动力电池作为EV/HEV上的动力元件，它对电动车的行驶里程和经济性以及加速性能都至关重要,因此任何影响电池组的参数都需要进行优化。而电池组内部温度及温度均匀性是保证电池组性能及其使用寿命的最重要前提。该文献研究了锂电池的产热机理以及它在高、低温下的充放电性能并在此基础上研究了现有的电池热管理方式。现有的冷却方式有空气对流，液体冷却，相变材料冷却，热管冷却，空调制冷，冷板冷却等，或者两种及其以上方式相互耦合的方式。目前工程技术上常采用空气冷却和液体冷却两种方式，该文献提出了循环风冷式的热管理方案。但是多种热管理方式耦合的形式是未来适用于各种工况下工作的大功率锂电池热管理的主要研究方向。 关键词：电动汽车；锂电池；发热机理；热管理；
引言 温度是制约电动汽车性能提升的关键因素，高温对动力电池有双重影响。一方面，随着温度上升，电解液活性提高，离子扩散速度加快，电池内阻减小，改善电池性能。另一方面，较高的温度会导致电极降解以及电解液分解等有害反应的发生，影响电池的使用寿命，甚至对电池内部结构造成永久性损坏。研究表明化学反应速率和温度成极数关系，温度每增加10℃，化学反应速率加倍。在45℃的环境温度下工作时，镍氢电池循环次数大约减小60％。在高倍率充电时，温度升高5℃，电池寿命减半。相反在低温环境下，由于电解液活性低，离子扩散速度较慢，电池内阻大大增加，放电容量会显著降低，充电期间内压上升较快，影响电池的使用安全。综上所述，适宜的工作温度为电池良好性能发挥的前提。因此，开发一种行之有效的电池热管理系统，设计一种稳定、高效的电池箱体、电池包的散热结构形式对于提高电池包整体性能具有重要意义。
２０１８年汽车热管理系统专题研究报告
投资要点 ?热管理系统将迎变革，行业重要性提升 新能源热管理与传统车热管理相比，空调系统与热管理系统的关系变得更为紧密相连，并且新增了电池、电机、电子设备冷却的热管理系统，代替了传统对发动机、变速箱的却冷。其中，电池不仅需要传统的冷却功能，还需要具有制热的功能，新能源车电池的重要性使得热管理系统的重要性显著上升。另外，电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题，热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。 ?单车价值显著提升，电动车渗透率提升空间大 新能源汽车的车载空调及热管理系统相比传统汽车更为复杂，部分零部件数量及种类均有增加，新增零部件包括电子膨胀阀、带电磁阀的膨胀阀和电池冷却器、冷却板、电子水泵和电子水阀。在补贴逐步退坡的情况下，双积分制有望接过补贴政策，从供给端推动国内新能源汽车行业的快速发展，明确汽车行业电动化的发展方向，新能源汽车的热管理系统市场空间有望快速提升。我们初步测算，新能源汽车的热管理系统价值相比传统汽车提高超过4000元，且国内新能源汽车市场上升空间仍然巨大，我们认为热管理系统的各项驱动因素的环比情况仍然能够进一步提升。 ?与国际主流一级供应商站在同一起跑线 目前，电装公司、法雷奥、汉拿、马勒贝洱四家国际公司四家合计占据超过50%的全球市场份额。国内的热管理系统制造企业在传统车上落后于国际主流企业，但是在新能源汽车的热管理系统的技术上国内企业与国际主流一级供应商站都仍在起步阶段。受益于国内新能源汽车政策面的大力推动，国内新能源汽车销量增速领先全球，利好国内零部件企业，有望在热管理的细分行业弯道超车。 ?投资建议 受益于国内汽车市场近十五年的快速发展，部分优秀零部件企业已经拥有自己的核心产品，不仅进入国内自主品牌的供应链体系，也进入国际主流主机厂商的供应链配套。我们建议持续关注拥有核心技术，成本优势明显，客户资源丰富以及积极布局新能源汽车热管理系统的优质企业。重点推荐：三花智控（阀类产品进入壁垒高，积极布局热管理系统，拥有特斯拉等国际客户背书，未来有望加速切入自主品牌供应链体系），银轮股份（由商转乘成功，进入大众供应链体系，与国际龙头企业站在同一竞争平台）。 ?风险提示 宏观经济波动， 汽车销量增速不及预期， 新能源汽车销量不及预期， 新能源汽车热管理系统技术突破不及预期。
动力电池热管理先进设计 随着社会的发展，人类对能源的需求总量在不断地提升，而传统化石能源因为储量有限，以及在应用过程中带来的温室效应等潜在隐患，让世界各国都认识到调整能源结构对确保可持续性发展的重要性。因此，自20世纪70年代以来，世界各主要国家都加大了在风电、太阳能、氢能等可再生能源方面的技术研发及应用推广。其中，电动汽车的发展得到了全球统一的认可。 截至2015年,美国在全球电动汽车保有量中的占比一直都是最高的。到2016年,中国成为全球电动汽车保有量占比最高的国家,全球占比约三分之一。中国拥有超过2亿辆两轮电 动车、300万到400万辆低速电动汽车(LSEV)和超过30万辆电动公交车。在其他交通方式的电气化方面,中国也是迄今为止的全球领导者。 电动汽车行业的火爆带动了动力电池产业的迅猛发展，据中国市场情报中心（CMIC） 报道，到2020年，新能源电动汽车带动的全球车载动力储能电池市场需求将超过2000亿元，市场发展潜力十分可观。动力电池系统是新能源电动汽车的心脏，与电机、电控并称为新能源电动汽车三大核心部件，其性能影响整车的安全性、经济型和动力性，直接关系到新能源汽车产业的发展前景与市场规模，是推动新能源电动汽车商业化、市场化应用的关键。在众多类型动力储能电池中锂离子动力电池由于其具有高单体工作电压、高质量比能量、高体积比能量、长循环寿命、无记忆效应、低自放电率、宽工作温度范围、清洁无污染等优点，应用越来越广泛。但动力电池制备技术尚不完善，生产品质不宜掌握，纵然是同批次同型号动力电池单体电芯在性能方面也存在着差异。且由于动力电池组在使用过程中受环境因素、电池老化等原因，单体电芯之间的不一致性激增，极易发生过充或过放等极端异常情况，甚至导致动力电池起火爆炸等安全隐患。因此设计安全可靠的动力电池管理系统，实时监测动力电池关键数据，估计电池工作状态，控制电池组充放电过程，对于延长电池的使用寿命，保证电池使用过程中安全，提高电池的能量利用率至关重要。 电池管理系统（Battery Management System, BMS）的主要任务是保证电池组工作在安 全区间内，提供车辆控制所需的必需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池 状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均衡、热管理等。本文将重点分析电池热管理系统 (Battery Thermal Management System, BTMS). 电池的热相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。 温度高低对于里离子动力电池的整体性能，包括电池的容量、功率、充放电效率、安全性和寿命等都有着非常显著的影响。温度较低时，电池的可用容量将迅速发生衰减，在过低温度下（如低于0℃）对电池进行充电，则可能引发瞬间的电压过充现象，造成内部析锂并进而引发短路。其次，锂离子电池的热相关问题直接影响电池的安全性。生产制造环节的缺陷或使用过程中的不当操作等可能造成电池局部过热，并进而引起连锁放热反应，最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件，威胁到车辆驾乘人员的生命安全。另外，锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间，过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。动力电池的大型化使得其表面积与体积之比相对减小，电池内部热量不易散出，更可能出现内部温度不均、局部温升过高等问题，从而进一步加速电池衰减，缩短电池寿命，增加用户的总拥有成本。 热管理系统的功能主要包括： ◆电池温度的准确测量和监控； ◆电池模组温度超过限值时，能有效散热和降温； ◆低温条件下的快速加热，使得电池系统处于能正常运行的温度范围；