在电动汽车中管理热量绝非易事。然而，随着材料研究和耐热电力电子学的发展，热管理系统正在缓慢地推动电动汽车的采用。

但是，推出新的电动汽车技术面临的主要挑战之一是热管理。电动汽车的热管理系统（TMS）特别是与现代内燃机（ICE）车辆相比面临更严峻的挑战，尤其是在考虑需要热管理的所有各个部分时。

电动汽车需要热管理的不同区域。图片由ATOMS实验室和多伦多大学提供

TMS的问题并没有引起工程师的注意，并且公司正在寻求多种方法来解决与热量相关的设计级挑战。

电动汽车热管理系统的挑战

管理车辆的热量可以优化发动机的性能；提高车辆的整体安全性；并最大化电池的充电速度，寿命和整体使用寿命。

关于这一点，IDTechEx的最新报告对 2020年至2030年EV的热管理进行了测绘，着重强调了电池在寒冷条件下如何面临前所未有的挑战。这一挑战可以在短期内降低容量，而从长远来看会加速细胞降解并降低细胞效率。 

热失控是对电池的真正恐惧。当电池组中的单个电池过热时会发生这种情况，这可能导致相邻的电池在火灾中爆炸，或者在更严重的情况下爆炸。

锂离子电池的热失控。图片由Elmelin提供

尽管汽车制造商当前在电动汽车中实现了许多TMS解决方案，但仍可以探索电池和电力电子开发方面的许多研究领域。  

TMS的当前解决方案：特斯拉，宝马和丰田

IDTechEx指出了许多公司目前采用的热管理解决方案： 

• Tesla：电池组中的圆柱形电池，包括交织的水乙二醇冷却剂回路
• 宝马：带有大板的棱柱形电池，其下方被制冷剂冷却
• 日产和丰田：较旧的空气冷却技术

虽然水乙二醇，空气和油是这些系统中常用的流体，但正在探索新技术和制冷剂。通过流体进行主动冷却的方式必须经过精心设计，以帮助热量在引擎内外均匀，合理地流动。设计不当的液体冷却系统实际上会引起更多的散热问题，例如，产生热点。

未来十年内，液体或制冷剂冷却与空气冷却的普及前景。图片由IDTechEx提供

这些冷却设计挑战激发了许多工程师将注意力集中在组件材料上，以协助进行热管理。

对抗热学的材料研究

除了发动机中的冷却剂外，电力电子设备还可以有效地将热量散布到整个发动机中，从而在管理EV热方面发挥着重要作用。为此，零件必须具有最小热阻的热界面。 

由于与ICE车辆相比，EV引擎要承受更多的冷却液和更高的温度，因此制造商已对TMS的耐热材料进行了大量研究。DSM就是一个例子，该公司使用其 Xytron G4080HR技术来增强一种流行的EV TMS材料聚苯硫醚（PPS）树脂气凝胶。

该图描述了TMS中使用的不同材料的暴露温度与暴露时间的关系。图片由DSM提供

 当使用这种Xytron解决方案时，PPS能够承受EV的恶劣环境，在发动机中提供良好的材料特性并最大程度地提高其热效率。

电动汽车的热管理

另一家研究电源系统热管理解决方案的制造商 是TDK，该公司最近发布了 分别具有32k和64k闪存的HVC 4222F和HVC 4422F Arm M3电机驱动器。

使这些芯片保持凉爽的一些特性包括：

• 额定高温电阻可在约150°C的应用中运行
• 六个半桥驱动器，可以抽出500 mA的电流
• ADC通过与众多传感器配对的GPIO进行内部和外部测量
• DAC能够在2 mA至500 mA之间设置可编程电流限制
• 通过LIN 2.1和LIN 2.2A协议进行通信的能力

TDK预计这些电机驱动器将出现在散热器格栅百叶窗，智能阀/泵和LIN总线连接的执行器中，所有这些都会在EV电源系统中产生热量。 

保持电动汽车凉爽以加快采用速度

电动汽车在热能级方面所面临的挑战比ICE汽车要复杂得多且意义重大。尽管如此，随着设计人员继续评估电池单元的冷却系统，投资于电力电子技术的材料科学研究以及优化EV电机的热管理，尤其是EV的采用可能会以更快的速度加速。