华为智能汽车热管理系统TMS深度解析
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文：阿迪
本文你将收获：
华为热管理系统TMS的亮点及技术要点；
传统热管理系统、PTC热管理系统、热泵热管理系统的原理、区别、优缺点；
各热管理系统的成本推算。
不是所有内容都对你有帮助，但我相信一定有值得你吸收的内容，因为都是经过深思及筛选出来的有价值的内容，最重要是一字一段码出来的。记得最后点关注，并√星标，以便及时获取我的推送。
华为TMS热管理系统发布至今，有半年之久，我一直关注这个高精尖系统的发展及应用情况，不过可惜，查了好久，只见有发布信息，未见整车应用，包括现在已上市的北汽极狐、赛力斯智选两款车型，有信息表明TMS系统要在2022年量产。当然有朋友知道更多的内容的可以文后留言，互相学习。
因为本文较长，先阐述下华为TMS热管理系统的技术亮点，我们带着阐述对象去解读各技术及其深层次的内容。
一体化设计
传统热系统方案中，电驱、电池、乘员舱独立管理，协同性差，导致整体功耗偏高、体验差。华为TMS通过一体化极简架构设计，打通电驱、电池、乘员舱等领域，并降低热泵低压侧不可逆损失，实现整体能耗最优、体验最佳。
两个集成
部件集成：华为TMS将传统热管理系统中12个部件集成为一体，采用基板替代原有的互通管路，实现热管理系统管路数量降低40%，易于安装和维护。
控制集成：压缩机、水泵等关键部件的控制系统全部集成至EDU（Electric Drive Unit ），大幅降低部件电控故障率，同时便于系统智能化及全生命周期诊断维护。
三大提升
能效提升：通过极简的水源架构以及高度集成，降低系统流阻和控制复杂度，将热泵系统最低工作温度由业界的-10℃降低至-18℃，相比传统非热泵方案能效比提升至2倍。
标定效率提升：业界首创智能自标定算法，通过自动评价、自动参数优化代替人工标定，将标定周期从传统的4个月降低至1.5个月，标定周期缩短60%。
体验提升：通过车辆数据上报、大数据分析，实现智能热舒适性控制、智能空气管理、智能预测性维护，大幅提升用户体验。
实际上这些概念并不是最新，早在华为涉足汽车领域之前，我们在实际开发过程中，都想过这些问题，也调研过，但主机厂与零部件公司在执行力方面还是有欠缺，导致只停留在想法层面。
Anyhow，华为现在是干出来，也算是行业的标杆了。下面我们围绕这些技术亮点深层次的展开。
热管理系统作为整车子系统中一个重要组成部分，从传统车到现在的新能源车，重要程度被不断放大，其主要原因在于国家对能耗要求的越来越高及客户对续航里程的焦虑，导致主机厂1km必争的局面，于是大家千方百计利用新技术、新零件去提高热效率。而热管理作为整车能耗较高的模块之一（冬天开空调的情况下，整车续航将降低30%的续航），也必然成为主机厂、零部件公司关注的重点。
说到传统车与新能源车，我们看下其热管理的不同。通常我们说空调和热管理是两个概念，但是这二者又密不可分，所以有时统称为热管理。
传统车中热管理负责的“管理”零件较少，主要包括发动机及其附件、传动系及乘客舱内的热舒适性。而新能源车，增加了电池、电机、电控这三大电机电子电器相关零部件。当然现在随着智能驾驶的发展，更多的硬件参与其中，也给热管理增加了很多负担。
概括来说，传统车热管理系统=动力系统热管理（发动机、变速箱）+驾驶舱空调系统；新能源车热管理=电池热管理+汽车空调系统+电驱动及电子功率件冷却系统。
（1）电池热管理：电池温度是影响其安全及性能的关键因素（最佳工况温度在 20-35℃），过高或过低（低于 0℃）对电池的寿命存在负面影响。在电池充放电过程中，温度过低可能造成电池容量和功率的急剧衰减以及电池短路；温度过高则可能造成电池分解、腐蚀、起火、甚至爆炸。动力电池系统需配合复杂的电池热管理，为完全新增部分。
（2）汽车空调：对于制冷，新能源车与传统车原理相近，差异在两点，一是传统车压缩机可由发动机驱动，而电动车由于动力源变为电池需使用电动压缩机；二是联结方案上，传统车动力系统与空调制冷过程较独立，而电动车电池与空调冷却系统通常联结。对于制热，传统车空调系统加热借助发动机的余热，电动车需借助 PTC 加热（冬季使用续航受较大影响），未来制热效率更高的热泵系统是趋势。
（3）电驱动及电子功率件热管理：在新能源车高电压电流运作环境、智能驾驶技术日益复杂背景下，电机电控及电子功率件等耐受温度低的部件对散热要求高，需额外添设冷却装置。
在新能源车出现之前，传统燃油车发展几十年，热管理的发展，停留在冷媒选型、余热再利用、压缩机选型（变排量、定排量、涡旋等）等技术领域，直到电动车的出现，出现了向热泵系统、高压PTC等新技术，才推动热管理技术有了大的突破。
当然有人会问，即便新能源车出来，传统的热管理系统难道就不能继续用了？
当然可以，至于为什么会有这些新技术，就回归到了新能源车出现的本质问题，节能减排，国家能源战略。使用电动代替然后之后，就没有发动机，自然就会想到用电来产生热，于是有了PTC，PTC 系统的原理是利用电阻热效应将电能转换为热能，但存在加热效率低、功耗大的缺点，在低温环境下严重影响汽车续航，而热泵系统制热效率、功耗均优于PTC，其基本原理是将热量从低位热源向高位热源转移的加热方案，根据华为数据，热泵系统的续航能力比PTC 系统高10%，700km续航的电动车，可以优化提升70km，大概10度电了，热相对于传统热管理系统，可以提高30%，即30度电，是不是很牛呀。
PTC与热泵系统的对比
所以热泵系统是新能源车时代的必然选择。
热泵系统怎么会带来这么大收益呢？
前已简单述及，基本原理是将热量从低位热源向高位热源转移的加热方案。相对于PTC利用电能转换为热来说，“搬运”要远比这种转换来的“省劲”。
详细理解下，热泵热管理系统是由多个泵Pumps和阀Valves控制，但并没有一种部件称为热泵Heat Pump。其被称之为热泵，因为热泵系统具有类似水泵将水从低处搬运到高处的特性，整个热泵系统可以把热量从温度低的地方搬用到温度高的地方。例如在夏季，热泵系统并不是把车外的低温送进来，相反的是把车内的热量搬向车外。从而达到制冷效果。这也是通常我们所说的制冷空调系统，实在不理解的可以再去补充下空调制冷原理。
相应的，在冬季制热时，热泵系统把车外的热量送到车内。那可能大家又要问了，车外零下几十度的话也有热量可以输送进来吗？热力学中讲的，即使是零下几十度的温度下还是存在热量的。有热量就可以被搬运。
那么热泵系统到底要怎样才能被应用到汽车空调系统中呢？如下图所示，热泵系统就是通过电动压缩机1将外部环境温度中的热量2吸取并输送到车厢内3进行制热的过程。
具体的过程如下图所示，1.热量从环境中被吸取进热泵系统，2.热量被压缩并被加热，3.热量被用来加热车厢内的冷空气并使其升温，4.加热后的空气被送入车厢内，5.减压后的热量被转化成低温热量排出车外。热泵系统需要兼顾制热和制冷两种工况。制冷模式下的车内蒸发器在制热模式下用作冷凝器，相应的制冷模式下的车外冷凝器在制热模式下用作蒸发器。
费很大劲，我们把热泵原理讲清楚了。但落实到实际应用中，这么多阀和零部件怎么去组合在一起工作呢？这就涉及到工程设计中的管路和众多的接头。
以宝马i3纯电动车热泵系统为例，其原理如下。
而这一系统对应的管路系统如下，当然这还只是空调制冷和制热部分，涉及到电驱动、电器件的冷却，需要更长的管路对接。因此集成化的设计，大大减少管路数与布置空间，同时也降低了设计工作量及出错的概率。
由上述及，热泵系统是未来新能源发展的必然趋势，同时有比传统热管理系统复杂，环境适用性差等问题，可以总结，华为TMS热管理系统是为了解决传统热管理的3大痛点，系统复杂、管路众多，环境适应性差（在-10℃以下无法使用），智能化程度低（标定等工作依靠人工）。
其硬件布局，（摘自网络）：
一体化设计
TMS 采用一体化设计协同管理三大场域。整车热管理主要涉及能量场、温度场、流场三大场域，TMS 采用一体化的设计理念，分配和传导乘员舱、电池、电驱等区域的热能，提升整车热量的综合利用率；精细化控制乘员舱温度分布，提升用户舒适度；运用CFD 仿真技术，智能优化车内外流场，实现乘用舱精准送风。TMS 通过对三大场域的协同管理，能够在全工作场景下实现能量效率、整体性能和用户体验的最优化。
两大集成
在部件域，TMS 将压缩机、储液罐、水阀、电子阀等12 个主要零部件集成为一体，以基板取代传统的互通管路，实现管路数量降低40%，部件数量降低10%，装配工作量降低60%。在控制单元域，传统的热管理系统各部件由电子控制单元（ECU）单独控制，TMS 将所有部件的控制单元集成于一个电子驱动单元（EDU），能够有效降低系统故障率，便于维护、诊断各系统部件的生命周期，大幅提升热管理系统可靠性。
三大提升
能效方面，TMS 通过极简架构设计及多通阀、新型翅片结构等高性能部件，减少热量损失及系统复杂度，将热泵系统的最低工作温度从-10℃改进至-18℃，能效比提升至传统PTC 系统的两倍。
标定效率方面，传统人工标定方式涉及至少700 个部件参数和50 个外部输入参数，标定工作复杂度高，耗费大量时间、人力、金钱；华为在TMS 上开创智能化自标定方法，通过专家经验库预置参数+自动化标定评价体系+自动参数优化及验证体系代替传统人工标定体系，能够大幅提高标定工作的效率和准确度，将标定周期从120 天缩短至45 天。
用户体验方面，TMS 通过对用户习惯、区域气候、行驶情况等数据的收集、分析、建模、训练，实现对乘员舱温度、风量、空气质量、过冷度等智能调节，并具备对整车冷媒、滤芯等关键部件的预测性维护功能，从而减少用户操作量，提升驾驶和乘坐体验。
真心讲，这一二三也是归纳归出来的顺口语，工程化的语言比较多。说的直白一点，就是，系统化考虑能量场、温度场、流场三大场域，把能集成到一起的阀和部件集成到一起了，减少管路布置与设计，提高容错率，同时有效利用部件之间的热量，提高智能化控制范围，从而提升各方面性能及降低工程师的工作负荷，梳理一下，如下图。
费这么大工夫做出这个高度集成化、智能化热管理系统，那么在成本上又有多大收益呢？据相关机构公布的价格数据，梳理如下，其中*为可优化空间：
据此推算，电池热管理系统单车价值量约为1900 元，电机电控系统单车价值量约为800 元，PTC空调系统单车价值量约为3500 元；热泵空调系统单车价值量相比PTC 更高，约为4050 元左右。而华为热管理系统TMS价格在5100-8000之间，也有网友给出6000元左右，具体多少，可能要等量产甚至上整车时才能明确了。
总结：