汽车作为复杂的工业产品，由众多零部件与总成构成，各部件的工作温度及材料耐受能力各不相同，唯有确保其在适宜的温度范围内运行，才能保障整车的安全、高效与稳定。
2025年4月2日，国家发展改革委等部门印发《推动热泵行业高质量发展行动方案》，提出推动将热泵技术用于电动汽车智能热管理，提高动力电池能量利用效率，提升汽车续航能力。
可以说，热管理不仅远比想象中重要，也复杂得多，尤其是在电子控制与芯片层面。随着汽车EEA架构不断向集中化发展，热管理更重要了。今天，EEWorld就来盘点一下汽车热管理芯片的技术发展趋势以及厂商的布局情况。
看懂汽车热管理
汽车热管理是从系统集成和整车层面，统筹整车与环境热量，通过综合手段优化热量传递，让各部件保持最佳工作温度，核心依靠散热、加热、保温等方式实现。
传统汽车热管理主要围绕发动机、变速箱与乘用舱空调展开，包含冷却、润滑、进排气等系统。与传统汽车相比，新能源汽车热管理发生了根本性变化。传统车辆可利用发动机废热为乘员舱供暖，动力系统以散热为主；新能源汽车无内燃机热源，需额外加装制热装置，且动力电池对温度高度敏感，必须同时兼顾冷却与加热，系统复杂度和精细化程度显著提升。
从燃油车到电动车，热管理的成本也在大幅增长。传统燃油车热管理通常使用机械结构的风机、水泵等，成本在2000~3000元左右。而新能源车、增程式汽车则多采用电子控制的风机和水泵，系统的成本也随之大幅上涨，成为整车中仅次于三电系统的关键支出。
当下，电动汽车主要围绕三大热管理进行工作：电机电控、电池、空调。
温度对动力电池性能与车辆能耗影响尤为显著，动力电池适宜工作温度在0℃～55℃，高效区间为20℃～35℃，低温下电池活性大幅下降，充放电能力衰减明显，随着温度降低，放电容量会急剧缩水。而电动汽车没有发动机废热可利用，空调制热需依靠额外加热装置，高能耗会直接拉低冬季续航，这也是不少纯电车主冬季不敢开启空调的重要原因。
电机电控以散热为主，通过电动水泵、散热器等组件构成循环回路，由热管理控制器根据温度调节运行状态，避免因高温导致内阻增大、磁体退磁、效率下降。
电池热管理需实现冷却与加热双重功能，冷却方式有风冷、液冷、冷媒直冷，其中液冷效果均衡稳定，是中高端车型主流选择。加热则分为外部PTC加热与电芯自加热，目前主流方案为主动液冷加热。
空调系统在制冷环节与传统车相近，均采用压缩机实现制冷，区别在于新能源车使用电动压缩机；制热则主要依靠PTC电加热与热泵空调两种方式。PTC加热器成本低、结构简单、响应快，分为风暖与水暖两种，水暖式安全性与稳定性更优，是当前行业主流方案，但PTC
能耗较高，会明显消耗电量影响续航。热泵空调通过从外界环境吸热实现制热，能效更高、能耗更低，不过在低温环境下效率受限，目前仅搭载于部分高端车型。
不同汽车设计大有不同
纯电动汽车的热管理系统构成较为复杂，以某款常见构型的纯电动汽车热管理原理为例：在制冷模式下，暖风回路不工作，空调冷媒回路中的电子截止阀ELV1断开，冷媒经膨胀阀进入蒸发芯体，空调模块实现乘员舱制冷；同时，低温冷媒进入Chiller，通过热交换对动力电池回路进行冷却。在制热模式下，暖风回路开启，水加热PTC作为主热源对回路加热，满足乘员舱采暖需求；同时通过三通阀2的控制，让高温冷却液流入Chiller，为动力电池回路加热，满足电池加热需求。空调冷媒回路中，电子膨胀阀断开、电子节流阀开启，空调压缩机排出的高温冷媒进入WCDC，与暖风回路充分热交换，起到辅助热源的作用。在余热回收模式下，电子四通阀的进出水口由原来的1-3、2-4切换为1-2、4-3，使电驱动冷却回路与动力电池回路串联成一条回路，利用电驱动的余热为动力电池保温，从而显著提升整车热管理效率。
另一款纯电动车型的热管理取消了独立的暖风回路，而是通过高温冷媒进入室内冷凝器散热，并配合风暖PTC的作用来实现乘员舱的采暖。同时，动力电池回路中的流动介质由冷却液改为冷媒，利用不同流向的高温和低温冷媒，分别满足电池的冷却与加热需求。这一设计大幅简化了整车热管理系统的构成，取消了暖风水泵、电池水泵、电子水阀、水冷冷凝器（WCDC）以及大量冷却液管路，从而显著降低了车型的物料成本。
特斯拉在Model Y续航好，和热管理就有很大的关系。从它的方案来看，其热管理系统中开创性使用了一个八通阀，将整车热管理集成化，通过车载计算机精确的控制各元器件的运转情况，保障各系统安全有序、高效的运转，极大得提升了Model Y的整车性能和可靠性。
理想ONE的热管理系统主要包含增程器的冷却、电池系统热管理、乘员舱温度调节、电驱动系统温度调节四大块，它们之间密切协同，共同维持系统的高效运转，VCU（整车控制器）可以控制多向流量控制阀、水泵、空调压缩机散热风扇等实现功率无级调节，保障电池、增程器、电动机工作在最适宜的温度，未来将采用集成式超级水壶热管理模式。
不同汽车热管理的差异根本上源于不同车型开发定位的区别。由于各车型在热管理性能与整车成本之间的平衡点不同，因此纯电动汽车的热管理系统构成与原理大多存在差异。
热管理，走向集成化
回顾过往，第一阶段的热管理系统各个回路基本独立，随着电机功率和充电功率的提升，开始在风扇强制散热的基础上引入液冷和PTC制热技术；第二阶段实现电机电控和电池热管理回路的串并联，从而充分利用电机电控的余热对电池系统加热，而对驾驶舱和电池的加热仍需通过PTC实现；第三代引入余热回收一体化热泵技术，冷媒侧和水媒侧实现集成化，并采用集成歧管模块和集成阀门模块，整体结构更复杂，集成度和效率显著提升，还减少了对PTC元件的依赖。
当前，电动汽车热管理已进入“系统化竞争”阶段，全集成式热管理方案正被广泛应用于新能源汽车中。这些方案中，阀体、控制器与驱动电路被整合于紧凑空间内，控制器贴近阀体布局，所有执行器驱动集成于单块PCB。这不仅便于在软件定义汽车（SDV）架构下进行统一软件升级，也提升了整车热管理策略的执行效率。
从分布式到集中式，必然会带来诸多挑战，纳芯微电子技术专家方舟向EEWorld指出，主要体现在以下三方面：
一是供应链结构重塑。过去分布式系统中，主机厂、总成厂、控制器厂、执行器厂分工明确，核心在于执行器的算法开发部分。而在集中式趋势下，总成厂及热管理系统厂商需直接对接执行器业务，甚至现在部分主机厂开始自主研发，收回原属于执行器厂商的设计权限。
二是开发能力要求提升。供应链重构后，就要求相关厂商重新学习执行器算法和响应的相应的软硬件开发能力，深入了解芯片功能与不同负载的驱动方式，而这些知识以往多由专业控制器厂商掌握。
三是催生大量控制芯片需求。这对上游芯片设计在可靠性、性能与成本控制等方面提出了更高要求。此外，需针对多通阀、步进式电子膨胀阀、水阀、水泵等不同负载，开发对应的驱动芯片架构。例如，在步进电机驱动芯片中增加细分功能，使电机运行更平滑；在有刷多通阀驱动芯片中集成电流采样，实现堵转检测、开路检测等诊断功能。
芯片方案也在走向集成化
无论是电机还是PTC，都离不开芯片的作用，其中最重要的莫过于控制和驱动。随着热管理系统持续向集中化方向发展，尺寸越做越小，对应的芯片方案也必然需要更高的集成度，“MCU+驱动一体化”的需求逐渐成为了市场的核心诉求。
分布式涉及较多独立控制器节点，供应链较长，各控制器难以实现软件层面的固件归一化，整车升级时，针对多个控制器节点的升级速率和兼容性都不如集中式方案。因此，整车厂在推动系统升级时，更倾向于采用统一管理的集中式方案，以提升维护效率和系统的整体一致性。
这种转变会对芯片架构提出新的要求。分布式方案是一个MCU匹配一个电机，集中式方案的架构则是一个MCU搭配多个负载或电机，在芯片层面进行功能整合，并在通道匹配上具备明显的成本优势。
不过，分布式和集成式方案会长期共存，虽然有部分市场份额会向集成式切换，但分布式方案存量市场仍然很大。一方面，集成式控制器需靠近执行机构，而特别大的功率负载往往安装位置较远，长距离布线会使集成方案成本升高，因此这类负载更适合采用分布式控制；另一方面，部分客户倾向于在执行机构底层实现算法或能力归一化，再通过上层进行整车任务管理系统的调配，分布式架构因其结构相对简单、无需针对通道数量做定制，在控制逻辑和方案实现上更为简洁。
全行业正共同推动电子电气架构（EEA）从分布式向集中式演进。短期来看，集中式热管理方案在客户端仍处于推广初期，许多客户正处于第一代产品落地及第二代产品开发阶段，未来纳芯微仍将持续推进这一进程。
国际厂商，领先市场
当前，热管理芯片市场，以国际厂商主导。
英飞凌
英飞凌提供了如下主要产品：
基于 Arm® Cortex®-M 的 MOTIX™ MCU 在单芯片上集成了 32 位微控制器、非易失性闪存、模拟和混合信号外设、通信接口以及继电器、半桥或全桥直流和 BLDC 电机应用所需的驱动级；
TRAVEO™ T2G MCU 基于 Arm® Cortex®-M4/M7 内核，具有增强的人机界面和先进的网络协议；
Automotive PSoC™ 4 是一款可重新配置的嵌入式 MCU，采用 Arm® Cortex®-M0+ CPU、可编程模拟和数字模块以及灵活的自动路由；
XENSIV™ magnetic sensors 带有I2C的磁传感器具有三维磁性测量功能，可适应各种平台；
OptiMOS™ power MOSFETs 提供优秀的RDS(on)性能。
以控制目标为基础，可以将复杂的热管理系统进行抽象化，化繁为简，可以得到下图的结构简图。一般而言，水泵由三相BLDC驱动，冷却液多通阀由BDC电机驱动，膨胀阀由步进电机或者BLDC电机驱动，通过ADC采集温度传感器和液位传感器的信号。这些执行器和传感器的数量取决于汽车的系统设计。因为系统执行器比较多，需要的通信带宽比较高，所以一般采用CAN通信。
针对这些执行器和传感器，基于英飞凌丰富的MOTIX™和MCU家族，提出了两种解决方案：一种是TRAVEO™
T2G + SBC + Driver + Bridge，另外一种为TRAVEO™ T2G + Embedded Power +
Bridge。方案一采用一颗中央MCU管理和控制其他driver和bridge，在后期软件升级和控制的实时性上有很好的优势，但是后期扩展会稍微麻烦。第二种热管理系统低压执行器驱动方案，其中每个BLDC水泵由一个TLE987x控制，控制软件直接运行在TLE987x芯片中，且软件可以复用，所以如果后期需要增加水泵数量只需要复用一份TLE987x驱动硬件即可。
方案一与方案二对比
德州仪器
由于混合动力汽车/电动汽车中较高的电压而引入的全新
HVAC 控制模块带来了新的挑战，例如电源隔离、EMI 和微步进期间的失速。通过将典型的电路拓扑与隔离式 FlyBuck-Boost
转换器、栅极驱动器和步进电机驱动器等产品结合使用，可以顺利地从 ICE HVAC 系统转向混合动力汽车/电动汽车 HVAC 系统。
电源管理
对于混合动力汽车/电动汽车，有高耗电加热和冷却子系统，例如
BLDC 电机或 PTC 加热器。但是模块中的其余子系统通常都是低功耗的，例如
MCU、栅极驱动器、温度传感器和其余电路。典型的方法是直接通过可用的较高电压（800V、400V 或 48V）为需要高耗电负载供电，通过 12V
电压轨为板上的电路供电。
可以将隔离栅放置在系统的输入端或输出端。上图显示了位于系统输入端的隔离栅，其中大多数系统元件都位于高压侧。在这种情况下，12V
电源和通信接口需要隔离元件。相反，如果要将隔离栅放置在系统的输出端，则大多数电路元件应位于低压侧。在这种情况下，该模块将使用隔离式栅极驱动器来驱动晶体管。
栅极驱动器
可以使用三相桥驱动器集成电路
(IC) 来驱动逆变器级的晶体管。不过，由于驱动强度较低（<
500mA），因此三相桥式驱动器解决方案通常需要额外的缓冲器来充当电流提升器。这意味着：需要额外的元件，这将转化为额外的成本；印刷电路板
(PCB) 的尺寸会增大；由于非理想 PCB 布局产生的寄生效应，会导致整个系统面临 EMI 风险并具有更大的传播延迟，从而导致性能下降。
为了帮助尽可能地减小晶体管的开关损耗并降低 EMI 以提高系统效率，请考虑使用半桥栅极驱动器（如 UCC27712-Q1）。
从栅极驱动器的角度而言，EMI
通常与栅极的过冲有关。 图 10 所示的半桥栅极驱动器方法有助于去除多余的元件并降低 PCB
布局的复杂性，因为您可以将驱动器放置在非常靠近晶体管的位置，同时还将开关节点限制在最小范围内。这些操作将减少 EMI
挑战。此外，半桥栅极驱动器不需要使用外部增压级来放大栅极驱动电流，因为该 IC
可以实现大拉电流和灌电流。半桥驱动器通常可实现互锁和死区时间功能，防止两个输出端同时导通并提供足够的裕度来有效驱动晶体管，从而防止半桥击穿。
步进电机驱动器
如果步进电机驱动器驱动热泵系统中的阀，则步进电机驱动器应具有的一项重要功能是失速检测，也就是驱动器电子设备检测到电机已停止运转（因为它撞到了机械块，尤其是在电机微步进时）的功能。微步进可以实现非常精确的阀位置控制。
由于电机线圈由脉宽调制 (PWM) 信号驱动，因此 EMI 确实会成为一个问题。步进电机驱动器必须还能够驱动负载扭矩。
DRV8889-Q1 等器件集成了电机电流感应和高级电路，可帮助在微步进期间检测失速。DRV8889-Q1 还包含可编程压摆率控制和扩频技术，以帮助降低 EMI。
Allegro
热管理系统的普遍需求与发展趋势，给电源芯片和传感器供应商带来了诸多挑战，包括功率密度、效率与精度、大带宽、高功率管理、集成化及小型化等方面。针对这些挑战，Allegro
为客户提供全面的解决方案，使电动汽车的热管理系统更加灵活、可扩展，兼具低噪音与精确控制能力，从而提升整体能源效率。
在效率方面，无需编程的无传感器电机驱动器简化了设计，免去了对微控制器和软件开发的需求；电流传感器具备低电阻与电气隔离特性；用于电子压缩机的高压栅极驱动器则改善了温度控制与设计灵活性。在灵活性与可扩展性方面，完全可编程的SoC
无传感器电机驱动器可优化风扇与水泵的功能，而隔离式栅极驱动器有助于减少占用空间、PCB
面积及总体成本。在低噪音与精确控制方面，QuietMotion
电机驱动器能在启动时将噪音降至最低，简化电机控制过程；高精度位置反馈则确保了高效的热交换与精确的温度控制。
值得一提的是，2025年4月Allegro 扩展其电机控制和热管理解决方案，满足日益增长的电动汽车市场，包括ACS37035和ACS37630电流传感器，以及A89347汽车级风扇驱动器芯片，为多元应用场景注入先进功能。
国内厂商，不断突破
当前热管理系统芯片国产化率都比较低，市场份额约在5%~10%之间，仍有广阔成长空间。纳芯微看到了这样的机会，正在不断加大对于汽车热管理的投入。方舟向EEWorld表示，“无论是分布式还是集中式，国产芯片都有机会，所以我们都会布局，但相对更加聚焦于集中式方案。分布式方案以纳芯微NSUC系列产品为代表，集成式方案则以NSD系列为代表。”
从市场演进来看，集中式方案目前处于逐步起量阶段，市场份额不断上升。2020年以前热管理基本以分布式为主，普遍采用纳芯微NSUC系列芯片；但在2021~2022年，集中式热管理进入早期阶段，相关产品多采用国际品牌的芯片；2022~2023年，受特斯拉集中式热管理方案影响，部分客户开始转向集成式方案；自2024年起，以纳芯微为代表的国产芯片开始进入该集中式热管理市场并迅速获得客户认可。
首先，在风门控制部分，纳芯微主推NSD83xx-Q1系列产品。该系列包含6/8/10/12通道产品，能够帮助客户控制更多种类的负载，内部集成PWM生成器，支持SPI通信控制，同时集成故障检测功能，主要用于控制风道流向，比如控制风从主驾出风口或后排出风口流出。
其次，电子膨胀阀控制方面，纳芯微主推NSD8381-Q1、NSD8389-Q1两代步进电机驱动产品。其中，NSD8389-Q1实现了最高256细分模式和8种decay模式，更高的细分模式意味着客户使用该芯片能够实现更精准的电机控制，电机运行噪音更小、转动更丝滑无抖动。此外，产品针对电子膨胀阀提供无感堵转检测、负载开路检测和每通道的过流检测等功能。值得一提的是，电子膨胀阀要求对冷却剂流量实现高精度控制，因此必须采用双极性步进电机驱动，目前纳芯微是国内少数具备该类专用车规驱动量产能力的企业之一。
最后，在分布式方案中，纳芯微主推NSUC1610，主要应用于执行器与电机集成的模块中，该产品支持FOC、单电阻采样等关键技术。
目前纳芯微也在布局MCU业务，虽然起步较晚，但同样是纳芯微技术体系的重要组成部分，并与模拟产品线形成互补关系。对此，方舟强调，纳芯微保持开放合作模式，产品通过标准SPI接口即可配置控制，不限定客户MCU选型；在系统方案中，聚焦模拟驱动环节，与合作伙伴协同完成方案落地；同时公司内部设有系统团队，负责MCU与模拟芯片的整体联调与优化，确保芯片与系统稳定协同。
此外，纳芯微有各种传感器及采样、驱动、功率器件、电源管理、接口以及电路保护、电压基准等等产品系列。
纳芯微对热管理市场有很强的信心。据方舟预估，一套典型集中式热管理系统包含2个水泵、3个电子膨胀阀、3~4路风门、1~2个多通阀，其中芯片价值约20~25元。按国内年销乘用车约2200万辆、自主品牌占比60%~70%、集中式热管理在新能源车中渗透率约20%估算，当前覆盖车辆约300万~400万辆，对应芯片市场规模约8000~9000万元。
总 结
总体来说，无论是汽车的哪个部分，行业都在聚焦制冷和制热这两大块。从分立到集成，行业已进入“系统化竞争”阶段。全集成式方案将阀体、控制器与驱动电路整合于紧凑空间内，所有执行器驱动集成于单块PCB，便于软件统一升级与策略优化。这一趋势对芯片提出了更高要求，包括供应链重塑、开发能力提升，以及对多类负载（多通阀、膨胀阀、水泵等）驱动芯片的定制需求，“MCU+驱动一体化”成为市场核心诉求。
在市场格局方面，国际厂商如英飞凌、德州仪器、Allegro仍占据主导，提供从MCU、栅极驱动器到电流传感器的完整解决方案，强调高集成、低EMI、高精度与失速检测等关键能力。与此同时，国内厂商正加速突破。随着当下进一步向电动化发展，市场正在逐渐爆发。
喜欢我们的文章吗？欢迎在wx关注我们的订阅号：汽车开发圈（ID：AutoDevelopers），浏览更多汽车电子相关内容。
全部评论 （0）