纯电动汽车的综合能效高、环境污染相对较小，是我国优先发展的新能源汽车形式，随着纯电动汽车相关技术不断发展，产业规模逐渐扩大。受制于动力电池的能量密度与材料性质，纯电动汽车的续航里程成为制约其发展的关键问题，而整车热管理系统的需求与能耗逐步引起了行业的广泛关注。行驶的机动性使汽车面临的环境气候条件复杂多变，对于纯电动汽车而言，没有了传统燃油汽车的发动机热系统，汽车热系统在满足车室环境控制的同时，还需要满足电池/电机/电控温度控制、换热器除霜、车窗玻璃除雾等需求，热管理技术是汽车驾乘安全与舒适的重要保证，已成为电动汽车发展的核心关键技术。

　　乘员舱是汽车行驶过程驾驶人员所处的环境空间，为保证驾驶人员舒适的驾驶环境，乘员舱热管理需要控制车室内环境的温度、湿度、送风温度等。乘员舱在不同情况下的热管理需求如表 1 所示。

　　动力电池温控是保障电动汽车高效安全运行的重要前提，在温度过高时将引发漏液、自燃等现象，影响驾驶安全; 温度过低时，电池充放电能力均会有一定的衰减。由于能量密度高、轻量化，锂电池成为电动汽车应用最广泛的动力电池。锂电池温控需求以及根据文献所估算出的不同状况下电池热负荷如表 2 所示。随着动力电池能量密度的逐步提升、工作环境温区范围的拓展以及快充速度的攀高，动力电池温控在热管理系统中的重要性也更加突出，不仅需要满足不同路况、不同充放电模式等车辆使用工况下的温控负荷变化，电池组间温度场均匀性与热失控防控，还需要满足严寒、高热高湿地区、夏热冬冷地区等不同环境工况下的所有温控需求。

　　电机与电控是电动汽车关键的能量输出环节，电机工作过程中由于线圈电阻发热、机械摩擦生热等原因会产生大量热量，温度过高导致电机内部短路、磁体的不可逆退磁等问题。根据当前电动汽车市场不同车型电机配置情况，乘用车电机与电控温控需求以及考虑电机效率和电机功率情况下的电机发热功率如表 3 所示。随着电动汽车的普及以及应用场景的增多，汽车动力需求不断提升，电动汽车电机需要更高的功率、扭矩以及转速，同时也意味着更高的发热量，因此电机系统的热管理需求逐渐提高。

　　整车热管理是电动汽车发展的核心技术之一，涉及乘员舱温湿环境调控、动力系统温控、玻璃防雾除雾等多目标管理。根据热管理系统架构与集成化程度，将电动汽车热管理的发展归纳为三个阶段，如图 1 所示。从单冷配合电加热到热泵配合电辅热再到宽温区热泵与整车热管理逐步耦合，电动汽车整车热管理技术逐渐朝着高度集成化、智能化的方向发展，并且在宽温区、极端条件下的环境适应性能力逐渐提升。

　　在电动汽车产业化起步阶段，基本是以电池、电机等动力系统的替代为核心技术发展起来的，车室空调、车窗除雾、动力部件温控等辅助系统是在传统燃油汽车热管理技术基础上逐步改进而来的。纯电动汽车空调与燃油汽车空调都是通过蒸气压缩循环来实现制冷功能，两者的区别是燃油汽车空调压缩机由发动机通过皮带间接驱动，而纯电动车则直接使用电驱动压缩机来驱动制冷循环。燃油汽车冬季制热时直接利用发动机余热对乘员舱进行供热，不需要额外的热源，而纯电动车的电机余热无法满足冬季制热的需求，因此冬季制热是纯电动汽车需要解决的问题。正温度系数加热器( positivetemperature coefficient，PTC) 由 PTC 陶瓷发热元件与铝管组成，具有热阻小、传热效率高的优点，并且在燃油汽车的车身基础上改动较小，因此早期的电动汽车采用蒸气压缩制冷循环制冷加 PTC 制热的方式来实现乘员舱的热管理，例如图 2 所示的早期三菱公司的 i-MIEV 电动汽车。与燃油汽车由燃料提供能量不同，电动汽车由动力电池提供能量。电动汽车正常运行时，动力电池放电产热，温度升高，需要对电池进行降温。电池冷却的方法主要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却、热管冷却，由于空气冷却结构简单、成本低、便于维护，在早期的电动车上得到广泛应用。这一阶段的热管理主要形式是各个独立的子系统分别满足热管理的需求。

　　在实际使用过程中电动汽车冬季供热能耗需求较高，从热力学角度来说 PTC 制热的 COP 始终小于 1，使得 PTC 供热耗电量较高，能源利用率低，严重制约了电动汽车的行驶里程。而热泵技术利用蒸气压缩循环将环境中的低品位热量进行利用，制热时的理论 COP 大于 1，因此使用热泵系统代替 PTC 可以增加电动汽车制热工况下的续航里程。图 3 所示为宝马 i3 车型采用热泵系统来实现冬季制热。此外，一汽奔腾与红旗、上汽荣威等也在部分车型上采用了热泵系统。然而在低温环境下，传统热泵系统制热量衰减严重，无法满足电动汽车低温环境制热需求，需要额外的加热器辅助加热，因此热泵加 PTC 图 3 宝马 i3 电动汽车热泵系统 Fig．3 Heat pump of BMW-i3 辅热的制热方式成为电动汽车冬季低温环境下乘员舱制热的主要方式。随着动力电池容量与功率的进一步提升，动力电池运行过程的热负荷也逐渐增大，传统的空冷结构无法满足动力电池的温控需求，因此液冷成为当前电池温控的主要方式。并且，由于所需的舒适温度和动力电池正常工作所处的温度相近，可以通过在乘员舱热泵系统中并联换热器的方式来分别满足乘员舱与动力电池制冷的需求。通过换热器以及二次冷却间接带走动力电池的热量，电动汽车整车热管理系统集成化程度有所提高。虽然集成化程度有所提升，但这一阶段的热管理系统只对电池制冷与乘员舱制冷进行了简单整合，电池、电机余热未得到有效利用。

　　传统热泵空调在高寒环境下制热效率低、制热量不足，制约了电动汽车的应用场景。因此，一系列提升热泵空调低温工况下性能的方法得以开发应用。通过合理增加二次换热回路，在对动力电池与电机系统进行冷却的同时，对其余热进行回收利用，以提高电动汽车在低温工况下的制热量。实验结果表明，余热回收式热泵空调与传统热泵空调相比，制热量显著提升。各热管理子系统耦合程度更深的余热回收式热泵以及集成化程度更高的整车热管理系统在特斯拉Model Y、大众 ID4．CＲOZZ 等车型上已得以应用( 图 4) 。但当环境温度更低， 且余热回收量更少时，仅通过余热回收依然无法满足低温环境下的制热量需求，仍需使用 PTC 加热器来弥补上述情况下制热量的不足。但随着电车整车热管理集成程度的逐渐提升，可以通过合理的增大电机发热量的方式来增加余热的回收量，从而提高热泵系统的制热量与 COP，避免了 PTC 加热器的使用，在进一步降低热管理系统空间占用率的同时满足电动汽车在低温环境下的制热需求。除电池、电机系统余热回收利用外，回风利用也是降低低温工况下热管理系统能耗的方式。研究结果表明，低温环境下，合理的回风利用措施能够在避免车窗起雾、结霜的同时使电动汽车所需制热量下降 46% ～ 62%，最大能够降低约 40%的制热能耗。日本电装也开发了相应的双层回风 /新风结构，能够在防起雾的同时降低 30%由通风引起的热损失。这一阶段电动汽车热管理在极端条件下的环境适应能力逐渐提升，并朝着集成化、绿色化的方向发展。

　　为进一步提高电池高功率情况下的热管理效率， 降低热管理复杂程度，将制冷剂直接送入电池组内部进行换热的直冷直热式电池温控方式也是目前的一个技术方案，一种电池包与制冷剂直接换热的热管理构型如图 5 所示。直冷技术能够提高换热效率与换热量，使电池内部获得更均匀的温度分布，减少二次回路的同时增大系统余热回收量，进而提高电池温控性能。但由于电池与制冷剂直接换热技术需要通过热泵系统的工作提高冷热量，一方面电池温控受限于热泵空调系统的启停，并对制冷剂环路的性能有一定影响，另一方面也限制了过渡季节的自然冷源利用，因此该技术仍需通进一步的研究改进与应用评估。

　　电动汽车热管理系统由多个部件组成，主要包括电动压缩机、电子阀、换热器、各种管路以及储液器等主要部件。其中，压缩机、电子阀和换热器是热泵系统最核心的部件。随着电动汽车轻量化的需求不断提升，系统集成化程度不断深入，电动汽车热管理部件也在向轻量化、集成化、模块化的方向不断发展。为提高电动汽车在极端条件下的适用性，能够在极端条件下正常工作并满足汽车热管理性能需求的部件也在相应的开发应用。

　　压缩机是空调系统的心脏，与燃油车不同，电动汽车空调系统由独立的电动压缩机直接驱动，为满足应用场景的需要，电动汽车压缩机还必须满足轻量化、高效化和可靠性高的需求。涡旋式压缩机体积小、重量轻、效率高，因此成为目前车用电动压缩机的主要形式。在低温环境下，压缩机吸气压力较低，使吸气密度与质量流量较低，同时还使压缩机运行压力比增大，等熵效率降低，造成冬季制热效率低、制热量不足的问题。此外，压比过大还会造成压缩机排气温度过高，导致润滑油碳化失效，严重影响压缩机运行的安全。因此需要增强压缩机在低温环境下的制热能力，同时降低压缩机排温。涡旋压缩机补气结构与系统原理如图 6 所示，中间补气能够引入额外的中间压力的低温制冷剂进入压缩机，降低压缩机的排气温度和比功。因此适用于电动汽车的中间补气式压缩机成为提升电动压缩机低温工况下性能的重要技术方案。补气式压缩机设计的研究内容主要集中在补气口开口位置、数量、几何结构等方向上，相关研究内容如表 4 所示。Han Xinxin 等研制了一种适用于电动客车的喷射补气式热泵系统， 测试结果表明，在－20 ℃ /20 ℃ 测试工况下，喷射补气式热泵系统的 COP 为 1. 60，比无喷射补气热泵系统的 COP 提高 14. 5%。除研究工作外，纯电动客车大温差高能效热泵空调已在实车上得以验证，上海松芝、湖南华强等电动客车空调企业均推出了喷射补气准二级压缩的低环温热泵空调系统。

　　油循环率对电动压缩机性能的影响也十分显著，系统的油循环率是通过压缩机内置的油分离 器来控制实现的。油循环率在约 5%时，系统能够达到最佳性能，不同进油口结构对油分离效率影响较。