和人類一樣，電池也喜歡在室溫環境下工作。熱管理系統不僅能保證這一點，還能最大限度提升效率。

　　通用汽車在首次公開2025款凱迪拉克Escalade IQ——搭載200 kWh以上的24模塊Ultium電池包、預計續航里程為450英里（724公里）、最大輸出功率為750hp的SUV——時列舉了該車的一系列特色技術，如基于高通驍龍平臺的55英寸LED顯示屏，以及可將轉彎半徑減少6.5英尺以上（至39英尺4英寸）的四驅系統等。

　　但其中有一項技術對于這輛預計售價高達13萬美元的奢華電動汽車而言似乎平平無奇，那就是熱泵。

　　Escalade IQ搭載了通用的Ultium能量回收系統，其功能是允許“熱量在電池/動力電子系統和車廂之間轉移?！遍_發Ultium能量回收系統的初衷是為了“最大限度利用每瓦功率，優化續航里程，并盡可能減少用于五種地區氣候控制的高壓電池的能耗?！?/p>

　　換言之：杜絕浪費Escalade IQ的驅動能量，并同時確保車廂的最大舒適度。Ultium能量回收項目經理Lawrence Ziehr解釋了必須將Ultium電池包的工作溫度維持在最佳區間內的原因：“冷卻的最大挑戰在于使整個電池包均衡冷卻。我們通過將電芯與一個常規熱交換器連接，使熱流均衡地流經電池包模塊。我們將整個電池包的冷卻和加熱視為優先任務，只有實現這一點才能最大限度利用功率，同時保證汽車的性能和續航。”

　　為此，Ziehr補充道：“我們在系統與制冷器及熱泵的連接處進行了大量冷卻工作，成功使電池降至環境溫度以下。”搭載Ultium系統的所有通用車型都采用了該方案。

　　汽車的核心

　　美國Vitesco技術公司北美電驅系統業務部主任Jason McClymont指出，“熱管理現已成為汽車的核心。沒有熱管理，電動汽車的其他部件便難以在理想狀態下工作?！?/p>

　　其同事Gerhard Eser是公司的熱管理首席專家，他進一步指出：“在電動車中，我們用于加熱和冷卻的唯一能量基本都來自于電池?！?/p>

　　車主最關心的當然是如何實現最大續航。但這牽涉到其他許多問題，比如車廂溫度不宜太冷或太熱，還有電池溫度必須控制在最佳工作范圍內。正如博世馬薩諸塞省Waltham工廠工程主管Andreas Douglas所說的，“和人類一樣，電池也喜歡在室溫環境下工作。所以我們希望電池處于舒適的狀態，否則它的效率就會大打折扣?！?/p>

　　這意味著被Douglas稱為“一切功能的基礎”的熱管理在電動汽車中扮演著多個重要角色——從維持車廂舒適到滿足電池及相關車載電子系統的熱需求。

　　智能技術

　　在此背景下，工程師必須開發出Douglas所稱的“智能技術”。對于傳統油車，內燃機產生的廢熱可以用于冬季的車廂供暖。但夏季的情況則截然不同。“空調永遠需要依賴發動機，”博格華納首席技術官Harry Husted表示。“當汽車處于空轉狀態下，如果空調壓縮機突然啟動，那么發動機就必須泵入額外燃料，以產生旋轉空調壓縮機的扭矩?！?/p>

　　通常這部分燃料不會被視為巨大的損耗。但對于電動車，正如Husted指出的，車主通常希望車輛在充滿電后能達到廠商宣稱的最大續航里程。但實際上，對電池的需求不僅僅只有產生推進扭矩所需的能耗。

　　這意味著必須開發出可將推進之外的電池能耗降至最低、并將任何廢熱加以高效利用的技術?！胺纸o其他功能的電量越高，用于推進的電量就越低，” Vitesco的Eser表示。“這就是為什么我們必須將系統中的所有廢棄能量，即來自于電機、電池和電子系統的廢棄能量連接并匯總起來。而電動車和內燃機的最大區別在于，我們必須更加謹慎地對待寶貴的能量?！?/p>

　　博世的Douglas表示，雖然內燃機“各部件的熱管理都是分別考慮的”，但博世對電動車“采用了全局性的思考方式：我們研究各個子系統的需求，從而開發出讓能量在其間高效轉移的產品和技術?！睋Q言之，他們開發的系統可以確定哪個子系統存在熱能需求或余熱，并相應地將熱能轉移過去或提取出來。

　　不僅如此，博世還研究了如何充分利用環境溫度。博格華納的Husted舉了個例子：“當你想冷卻電池包時，如果電池包的溫度高于周圍溫度，那么你就可以通過周圍空氣將冷卻液冷卻。”

　　Douglas表示博世甚至還在考慮將太陽能用作輔助能源。

　　“封裝”帶來的挑戰

　　然而，這些電動車的熱管理系統都面臨著一個制約因素：封裝。

　　Douglas表示電動車的封裝是一個關鍵的性能指標?！跋胂肭爸眯欣钕洹！北M管由于移除了巨大的發動機，電動車前蓋下方的空間比燃油車寬裕不少，但那里依然有動力電子系統、逆變器、電機等設備。因此熱管理系統依然需要相對緊湊。

　　回到之前提到的用空氣冷卻電池的可能性，Husted指出，“這種想法看上去很簡潔，因為這樣無需使用冷卻劑和管道，還可以減少這部分的重量。但問題在于空冷的熱傳遞效率非常低。因此氣道必須做得非常大，還必須配備風扇。但由于汽車有緊湊性的需求，而且推進功率高達100 kW級，這種功率級別遠遠高于家庭用電，更接近社區用電。因此相比空冷，液冷是更優的選擇。”

　　博格華納同樣認可液體熱交換的效率，并開發了一系列可同時加熱電池包和車廂的緊湊型高壓冷卻液加熱器。Husted指出電池加熱非常重要。“電池包在溫暖的時候可以更高效地輸電和充電。而當鋰電池的溫度太低時，就不能過于猛烈地充電，或者最好不充電——因為這時候陽極的鋰鍍層電勢非常低?？傊?，溫暖的電池有助于充電和能量輸出。”

　　Vitesco開發了一個冷卻液熱管理模塊，McClymont稱之為“集成了多個泵和閥門的單元。我們將整個熱管理系統的架構簡化至一個模塊，因此安裝和封裝都變得非常容易，因為只有一個中央單元?！?/p>

　　Eser介紹該模塊有多個進出口，而且安裝位置應該位于管道總距離最短處（以減少冷卻液的用量和重量），而且可能需要位于車輛底側，“因為人們都認為電動車就應該有前備箱?！?/p>

　　Our Next Energy正在開發一系列LFP電池。該公司創始人兼首席執行官Mujeeb Ijaz表示，“我們相信要讓電池變薄。你最終會在兩側都有一個鋁制散熱器?！彪姵赝鈿さ撞坑幸粔K冷板。這些電池與冷板結合，形成Ijaz所說的“高效傳熱” （ONE）

　　無獨有偶，博世也開發了數款將加熱和冷卻系統納入緊湊封裝的靈活熱管理單元。Douglas將其形容為“以聰明的方式使用冷卻液、潤滑油等任何轉移熱能的媒介。而且你不希望在此過程中浪費能量?！痹趦热紮C時代，長距離的布線相對而言不是一個問題，但對于電動車，任何損耗都非同小可。

　　以上所有問題都匯總為Douglas所稱的復雜工程挑戰，即在確保推進系統的所有部件（電池、動力電子、電機）都處于最佳工作溫度的同時，使車廂內部也具有舒適的環境。

　　Douglas舉了個形象的例子：“假設一輛位于亞利桑那州的電動車需要在載人的情況下進行快充，什么樣的技術可以實現該情景？”

　　如何看待電池的浸沒式冷卻技術？

　　讓電池在各種條件下都處于合適的溫度區間（即負載時冷卻，環境溫度低時加熱）通常是通過電池包底部的液冷盤以及電芯之間的液冷通道實現的。

　　但將所有電芯浸入介電液體的想法又如何？理論上，這不僅能提升整個電池包的熱一致性，還能免去冷卻盤、熱界面材料等部件。

　　但IDTechEx.com的首席技術分析師James Edmondson指出，浸沒式冷卻存在大量技術挑戰，因此盡管它的確具有諸多益處，但可能只會用于高性能、高成本的電動車上。

　　“該技術的行業經驗非常少，因此尚未針對量產進行優化。除了這點造成的高成本外，電池模塊的防泄漏封裝也是耗費成本的技術難題。因此，目前只有高端低產量電動車會采用這種技術。”他補充道，“此外，浸沒式冷卻通常需要在電芯之間留出空隙好讓冷卻液通過，但液體自身是有重量的，因此這樣做等于降低了電池包的能量密度。這意味著對于一個在既定的體積內裝入盡可能多的電池容量的應用，浸沒式冷卻可能不是一個理想的解決方案。但浸沒式冷卻更適合在既定體積內裝入盡可能多的功率的應用，也就是賽車和高性能車型等。”

　　2021年，總部位于德國斯圖加特的馬勒集團曾表示正在研發浸沒式電池冷卻，并強調了該設計可減少直流快充的時間，還有可能降低電池尺寸和成本。1級供應商法雷奧在2023 IAA車展上表示已和法國的道達爾能源集團建立合作伙伴關系，將共同研發利用電解液的浸沒式冷卻系統，該系統“還將用于未來法雷奧所有動力電子產品的冷卻?！?/p>

　　Edmondson指出，IDTechEx的調研結果顯示，2023年上半年共有96%的電動車使用冷卻盤冷卻。但在2026-2033年間，浸沒式冷卻將以每年高達9%的速度增長，但它依然將是“汽車熱管理市場中一個相對較小的領域。”

　　審核編輯：黃飛