电动汽车集成模块化热管理系统设计与性能测试

doi:10.3901/JME.260193

机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (6): 292-301.doi: 10.3901/JME.260193

扫码分享

电动汽车集成模块化热管理系统设计与性能测试

李清明^1,2, 胡官阳^1,2, 徐铮铮³, 周浩楠³, 梅德庆^1,2, 汪延成^1,2

1. 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州 310058;
2. 浙江大学全省高端装备制造及检测技术重点实验室杭州 310058;
3. 浙江银轮机械股份有限公司台州 317200

收稿日期:2025-07-05 修回日期:2025-11-02 出版日期:2026-03-20 发布日期:2026-05-12
作者简介:李清明,男,2002年出生。主要研究方向为无框力矩电机散热。E-mail:22425088@zju.edu.cn
汪延成(通信作者),男,1982年出生,博士,教授,博士生导师。主要研究方向为机器人智能感知、微纳制造技术。E-mail:yanchwang@zju.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52475572)、浙江省自然科学重点基金(Z24E050003)和浙江省重点研发计划(2023C01252)资助项目。

Design and Performance Testing of Integrated Modular Thermal Management System for Electric Vehicles

LI Qingming^1,2, HU Guanyang^1,2, XU Zhengzheng³, ZHOU Haonan³, MEI Deqing^1,2, WANG Yancheng^1,2

1. State Key Laboratory of Fluid Power&Mechatronic Systems, Zhejiang University, Hangzhou 310058;
2. Zhejiang Key Laboratory of Advanced Equipment Manufacturing and Measurement Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310058;
3. Zhejiang Yinlun Machinery Co., Ltd, Taizhou 317200

Received:2025-07-05 Revised:2025-11-02 Online:2026-03-20 Published:2026-05-12

摘要/Abstract

摘要： 集成模块化热管理系统在减少系统体积和降低能耗方面具有显著优势，已成为电动汽车热管理发展的主要方向。传统电动汽车的热管理系统主要采用零部件紧凑布局并辅以短管路连接的方式，热管理系统体积较大，且系统流动阻力大。为此，提出了一种集成模块化的整车热管理系统设计，包括制冷剂模块与冷却液模块结构，并对其热管理的工作原理进行了研究。随后，开展制冷剂与冷却液模块在不同工况下流阻与串热量的仿真分析，结果显示制冷剂模块的最大流阻值为75 kPa，冷却液模块电机回路的最大流阻值为16.6 kPa，电池回路流阻最大值为17.3 kPa，验证了集成模块化热管理系统能有效降低流动阻力。随后，完成了集成模块化热管理系统的样机制造，并搭建了测试平台对其性能进行测试。试验结果表明集成模块化热管理系统在不同工况下的能效比系数均大于2.5，且制冷模式热平衡工况下能效比系数达3.5，验证该系统的低能耗优势和应用潜力。

关键词: 电动汽车, 整车热管理系统, 热管理, 集成模块, 流阻, 串热量

Abstract: The integrated modular thermal management system significantly reduces system volume and energy consumption, becoming a major development focus in electric vehicle (EV) thermal management technologies. Traditional EV systems use compact layouts with short piping, which do not effectively reduce volume and result in high flow resistance. This paper presents an integrated modular thermal management system incorporating a refrigerant and a coolant module, and examines their thermal management principles. Simulation of flow resistance and heat transfer under various operating conditions show that the maximum flow resistance of the refrigerant module is 75 kPa, while for the coolant module the motor circuit has a maximum resistance of 16.6 kPa, and the battery circuit has a maximum resistance of 17.3 kPa, validating the rationality of the system design. Then, a prototype of the integrated modular thermal management system was built, and a testing platform was established to evaluate its performance. Experimental results indicate that the coefficient of performance of the system is above 2.5 under different operating conditions, reaching 3.5 under thermal equilibrium in cooling mode, validating its energy efficiency and promising application potential.

Key words: electric vehicle, vehicle system, thermal management, integrated module, flow resistance, heat transfer

中图分类号:

TK11

李清明, 胡官阳, 徐铮铮, 周浩楠, 梅德庆, 汪延成. 电动汽车集成模块化热管理系统设计与性能测试[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 292-301.

LI Qingming, HU Guanyang, XU Zhengzheng, ZHOU Haonan, MEI Deqing, WANG Yancheng. Design and Performance Testing of Integrated Modular Thermal Management System for Electric Vehicles[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(6): 292-301.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.260193

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2026/V62/I6/292

参考文献

[1] ZHANG X，LI Z，LUO L，et al. A review on thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles[J]. Energy，2022，238：121652.1-12.
[2] LAJUNEN A，YANG Y，EMADI A. Review of cabin thermal management for electrified passenger vehicles[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology，2020，69(6)：6025-6040.
[3] HWANG F S，CONFREY T，REIDY C，et al. Review of battery thermal management systems in electric vehicles[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews，2024，192：114171.
[4] 肖宗鑫，胡明辉，石力王，等. 电动汽车内置式永磁同步电机转子温度在线估计[J]. 机械工程学报，2023，59(24)：209-222. XIAO Zongxin，HU Minghui，SHI Liwang，et al. Rotor temperature online estimation of built-in permanent magnet synchronous motor for electric vehicle[J]. Journal of Mechanical Engineering，2023，59(24)：209-222.
[5] WANG X，LI B，GERADA D，et al. A critical review on thermal management technologies for motors in electric cars[J]. Applied Thermal Engineering，2022，201：117758.
[6] VIKRAM S，VASHISHT S，RAKSHIT D，et al. Recent advancements and performance implications of hybrid battery thermal management systems for Electric Vehicles[J]. Journal of Energy Storage，2024，90：111814.
[7] 陈泽宇，熊瑞，孙逢春. 电动汽车电池安全事故分析与研究现状[J]. 机械工程学报，2019，55(24)：93-104，116. CHEN Zeyu，XIONG Rui，SUN Fengchun. Research status and analysis for battery safety accidents in electric vehicles[J]. Journal of Mechanical Engineering，2019，55(24)：93-104，116.
[8] TAN L，YUAN Y. Computational fluid dynamics simulation and performance optimization of an electrical vehicle Air-conditioning system[J]. Alexandria Engineering Journal，2022，61(1)：315-328.
[9] LIANG K，WANG M，GAO C，et al. Advances and challenges of integrated thermal management technologies for pure electric vehicles[J]. Sustainable Energy Technologies and Assessments，2021，46：101319.
[10] LIU Y，ZHANG J. Electric vehicle battery thermal and cabin climate management based on model predictive control[J]. Journal of Mechanical Design，2020，143：1-8.
[11] LIM T K，GARUD K S，SEO J H，et al. Experimental study on heating performances of integrated battery and HVAC system with serial and parallel circuits for electric vehicle[J]. Symmetry，2021，13(1)：93.
[12] GUO J，JIANG F. A novel electric vehicle thermal management system based on cooling and heating of batteries by refrigerant[J]. Energy Conversion and Management，2021，237：114145.
[13] 邹慧明，唐坐航，杨天阳，等. 电动汽车热管理技术研究进展[J]. 制冷学报，2022，43(3)：15-27. ZOU Huiming，TANG Zuohang，YANG Tianyang，et al. Review of research on thermal management technology for electric vehicles[J]. Journal of Refrigeration，2022，43(3)：15-27.
[14] 胡志林，张天强，杨钫. 特斯拉电动汽车热管理技术发展趋势[J]. 汽车文摘，2021(1)：53-57. HU Zhilin，ZHANG Tianqiang，YANG Fang. Development trend of tesla electric vehicle thermal management technology[J]. Automotive Digest，2021(1)：53-57.
[15] YUAN R，PRICE C，KASURKAR R，et al. Numerical investigation of heat retention and warm-up with thermal encapsulation of powertrain[C]// WCX SAE World Congress Experience：April 21-23，2020，Online.:Society of Automotive Engineers，2020：625-632.
[16] MA J，LIU A，ZHANG P，et al. Collaborative thermal management of power battery and passenger cabin for energy efficiency optimization[J]. Energy Conversion and Management，2023，293：117514.
[17] LI W，WANG Y，YANG W，et al. Design and optimization of an integrated liquid cooling thermal management system with a diamond-type channel[J]. Thermal Science and Engineering Progress，2024，47：102325.
[18] ROLANDO L，MILLO F，VINOGRADOV A，et al. A virtual test rig for performance and efficiency assessment of heat pump thermal management system for battery electric vehicles[J]. Applied Thermal Engineering，2024，247：123055.
[19] ZHANG X，GAO C，GAO Q，et al. Experimental study on an integrated thermal management system for electric vehicle with collaborative control[J]. Applied Thermal Engineering，2024，240：122249.
[20] WANG Z，HAN J，ALAJBEGOVIC A，et al. Long term transient cabin heating simulation with multiple fluid node approach[C].//Vehicle Thermal Management Systems Conference Proceedings (VTMS11)：May 15-172013，Coventry，2013：319-333.
[21] TORREGROSA-JAIME B，BJURLING F，CORBERÁN J M，et al. Transient thermal model of a vehicle’s cabin validated under variable ambient conditions[J]. Applied Thermal Engineering，2015，75：45-53.
[22] FAYAZBAKHSH M A，BAHRAMI M. Comprehensive modeling of vehicle air conditioning loads using heat balance method[C]// SAE 2013 world congress and Exhibition：April 16-18，2013，Detroit，Michigan，USA.:Society of Automotive Engineers，2013:12561-12573.

电动汽车集成模块化热管理系统设计与性能测试

Design and Performance Testing of Integrated Modular Thermal Management System for Electric Vehicles

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	史彪飞, 刘忠韬, 孟宪夫, 魏中康, 张伟东, 魏恒. 单电机前驱电动汽车低速辅助转向控制研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(8): 125-138.
[2]	李浩然, 周海超, 王国林, 张荣芸, 赵春来. 基于PMSM无传感器控制的路面附着系数与轮胎侧偏特性参数估计[J]. 机械工程学报, 2026, 62(8): 196-209.
[3]	熊璐, 韩寅锋, 冷搏, 刘铭, 朴文海, 韩伟. 考虑系统不确定性的分布式驱动电动汽车纵向动力学研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(8): 246-258.
[4]	刘伟, 汪若尘, 丁仁凯, 孙东, 陈轶杰, 郭中阳. 轮毂驱动电动汽车机电耦合模型构建与振动负效应分析[J]. 机械工程学报, 2026, 62(8): 272-284.
[5]	刘帅帅, 张利鹏, 马浩然, 王兴宇, 张俊达, 赵明慧, 甄龙信. 角模块架构电动汽车单轮跨越障碍底盘协同控制[J]. 机械工程学报, 2026, 62(8): 382-397.
[6]	刘辉, 马小康, 韩立金, 项昌乐. 基于深度强化学习和模型预测控制的混合动力电动汽车实时能量管理策略[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 302-313.
[7]	陈政清, 杨文斌, 王辰, 张宏剑, 王文熙, 张弘毅. 高耗能密度高临界速度的电涡流阻尼新技术及其在航天工程中的应用[J]. 机械工程学报, 2026, 62(1): 79-95.
[8]	杜永康, 严浩, 刘旭辉, 王有懿, 吕俊, 李昊峻, 吴嘉宁, 焦小磊. 两级负阻抗电磁分流阻尼器多目标优化方法[J]. 机械工程学报, 2026, 62(1): 250-261.
[9]	张保坤, 邓钧君, 王震坡, 陈德亮, 李蓝天, 李明洋. 电动汽车双向无线电能传输系统研究综述[J]. 机械工程学报, 2025, 61(8): 170-192.
[10]	汤勇, 赵威, 尹树彬, 袁雪鹏, 袁伟, 张仕伟. 基于相变传热的动力电池高效复合热控技术研究综述[J]. 机械工程学报, 2025, 61(4): 176-194.
[11]	尤国贵, 卢剑伟, 张国军, 苏俊收, 蔡泽民. 插电式混合动力汽车能量管理策略研究综述[J]. 机械工程学报, 2025, 61(4): 195-218.
[12]	王法安, 杨全合, 殷国栋, 梁晋豪, 张兆国. 考虑时变状态参数的车辆纵-垂向运动矢量控制[J]. 机械工程学报, 2025, 61(4): 239-248.
[13]	李骏, 李继秋, 孙亚诚, 单丰武, 曾建邦. 基于驾驶行为的纯电动汽车剩余续驶里程预测[J]. 机械工程学报, 2025, 61(4): 262-272.
[14]	熊瑞, 朱宇华, 张骞慧, 张奎, 梅冰昂, 孙逢春. 锂离子电池低温加热技术研究进展及应用综述[J]. 机械工程学报, 2025, 61(22): 109-132.
[15]	熊瑞, 李幸港. 基于简化P2D模型的锂离子电池析锂评估方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(22): 176-188.