0 引言

研究背景：在全球环保与可持续发展的大趋势下，新能源公交车因其零排放、低噪音等优势，在城市公共交通中得到了广泛应用，成为缓解能源危机和减少环境污染的重要手段^[1]。然而，动力电池作为新能源公交车的核心部件，其性能直接受到温度的影响。过高或过低的温度都会导致电池容量衰减、内阻增加，进而影响车辆的整体性能与续航能力^[2]。因此，电池热管理系统的重要性愈发凸显，它不仅是保障电池安全运行的关键技术，也是提升车辆续航里程的重要环节。

研究目的与意义：本研究旨在通过对新能源公交车电池热管理系统的优化设计，探索提高车辆续航里程的有效途径。具体而言，研究将聚焦于散热结构、温控策略以及材料选择等关键要素，提出针对性的优化方案，并通过实际案例分析验证其可行性与有效性^[4]。此外，本研究还将探讨热管理系统与其他影响续航因素的协同作用，为行业提供理论支持与实践指导，推动新能源公交车技术的进一步发展^[5]。

1 新能源公交车电池热管理系统现状分析

1.1 常见热管理系统类型

新能源公交车电池热管理系统中，风冷、液冷和相变材料冷却是常见的类型。风冷系统通过空气流动带走电池产生的热量，其工作原理简单且成本较低，但散热效率有限^[1]。液冷系统则利用冷却液的循环将热量传递至散热器或其他换热装置，具有更高的散热效率，尤其在高温环境下表现优异^[3]。相变材料冷却技术通过相变过程吸收或释放潜热来实现温度调节，能够在特定温度范围内提供较为稳定的热管理效果，但其应用受限于材料的性能与成本^[6]。

1.2 现有系统优缺点

风冷系统的优点在于结构简单、成本低廉且维护方便，但其散热效率较低，难以满足高功率密度电池的需求^[8]。液冷系统虽然散热性能优越，但复杂的管路设计和较高的制造成本限制了其广泛应用^[1]。此外，液冷系统还存在泄漏风险和重量增加的缺点。相变材料冷却技术具有较高的热容和良好的温度稳定性，但其导热性能较差，且长期使用后可能出现性能衰减的问题^[3]。因此，在选择热管理系统时需要根据实际需求权衡各类技术的优缺点。

1.3 当前系统存在的问题

当前热管理系统在温度控制精度方面仍存在不足，尤其是在极端工况下难以保持电池温度的均匀分布^[5]。此外，部分系统的能耗较高，不仅影响了整车的能量利用效率，还可能导致续航能力下降^[10]。与此同时，热管理系统与车辆其他系统（如能量回收系统和电机控制系统）之间的协同性较差，未能充分发挥整体系统的潜力。这些问题亟需通过技术创新和优化设计加以解决，以提升新能源公交车的整体性能^[6]。

2 电池热管理系统设计要素研究

2.1 散热结构设计

散热结构的设计对电池热管理系统的性能起着至关重要的作用。散热片布局的合理性直接影响热量传递效率，优化散热片间距与排列方式可有效提升散热效果^[3]。此外，流道设计决定了冷却介质的流动路径与速度分布，进而影响散热均匀性与系统能耗。通过仿真模拟与实验验证，发现采用多层次流道设计能够显著提高散热效率，同时降低流体阻力^[4]。为进一步优化散热结构，未来研究应关注新型散热几何形状的开发，以适应不同工况下的散热需求。

2.2 温控策略制定

精准的温控策略是实现电池高效运行的关键。基于温度传感器的实时监测数据，结合智能控制算法，可动态调整冷却或加热系统的运行状态，确保电池始终处于最佳工作温度范围^[7]。例如，比例阀开度的动态调节技术已被证明能够显著提高电池组内电芯温度的一致性^[14]。此外，智能热管理系统通过集成预测性维护功能，可提前识别潜在问题并采取相应措施，从而延长电池使用寿命并提升整体性能^[7]。未来发展方向包括引入机器学习算法，以进一步提高温控策略的自适应性与精准度。

2.3 材料选择

在电池热管理系统中，导热与隔热材料的合理选择对于提升系统性能至关重要。导热材料如铜、铝及其复合材料因其高导热系数被广泛应用于散热部件中，而相变材料则因其潜热特性在蓄热模块中发挥重要作用^[1]。隔热材料的选择需综合考虑其导热系数、机械强度及耐久性等因素，以最大限度地减少热量损失^[13]。此外，新型纳米材料的应用为热管理系统提供了更多可能性，其优异的导热与隔热性能有望进一步提升系统效率^[1]。在实际应用中，应根据具体工况需求合理搭配不同材料，以实现最佳的热管理效果。

3 热管理系统与续航提升的内在联系

3.1 温度控制对电池能耗的影响

合理的温度控制是降低电池能耗的关键因素之一。电池在工作过程中，其内阻会随温度的变化而显著波动。当电池温度过高时，电解液活性增强，导致电池内部化学反应加剧，从而增加内阻并造成能量损耗^[5]。此外，高温还会加速电池自放电现象，进一步降低电能利用效率。通过有效的热管理系统，能够将电池温度维持在适宜范围内，从而减少内阻波动和自放电现象的发生，提高电能利用效率^[11]。研究表明，在优化温控条件下，电池的能量损耗可降低约15%-20%，这对提升新能源公交车的整体续航能力具有重要意义。

3.2 温度控制对电池寿命的影响

适宜的温度范围不仅能够降低电池能耗，还能显著延缓电池老化过程，从而间接提升车辆的续航能力。锂电池在低温环境下性能下降明显，容量衰减加快，而在高温环境下则容易出现热失控风险，导致电池寿命大幅缩短^[3]。通过热管理系统的精准温控，可以确保电池在不同工况下始终处于最佳工作温度区间，避免因极端温度引起的电池老化问题。例如，研究发现，将电池温度控制在20℃-35℃范围内，可使电池循环寿命延长30%以上^[9]。这种延长的电池寿命不仅减少了更换频率，还降低了运营成本，同时为车辆提供了更稳定的续航表现。

3.3 热管理系统与其他影响续航因素的协同

热管理系统与能量回收技术、电机效率优化等因素之间存在密切的相互作用，共同影响新能源公交车的续航能力。首先，热能回收技术通过捕获制动过程中产生的热能，并将其转化为电能存储于电池中，从而提高了整车能源利用效率^[10]。而热管理系统则通过调节电池温度，确保这些回收的能量能够高效地被电池吸收和利用。其次，电机效率优化也是提升续航的重要手段。通过改进电机设计或优化控制策略，可以减少机械能转换过程中的能量损失，但这一过程同样需要热管理系统的支持，以避免因电机过热而导致的效率下降问题^[15]。因此，热管理系统与其他技术协同作用，能够从多个维度提升车辆的续航表现，为新能源公交车的实际应用提供有力保障。

4 续航提升的其他相关因素

4.1 能量回收技术

能量回收技术是提升新能源公交车续航能力的重要手段之一。该技术主要通过捕获和再利用车辆运行过程中的制动能量，将其转化为电能并存储在电池中，从而减少能量浪费并提高整车的能源利用效率^[10]。常见的能量回收技术包括再生制动系统，其工作原理是在车辆制动时，驱动电机反转作为发电机运行，将制动过程中产生的热能转化为电能，并反馈至电池系统进行储存。这种技术在城市公交场景中尤为有效，因为频繁的启停操作使得制动能量回收的机会增多。研究表明，合理应用能量回收技术可显著提升车辆的续航里程，尤其是在复杂路况下，其贡献更为突出^[10]。此外，能量回收技术还可与其他热管理策略相结合，进一步优化系统的整体性能，为新能源公交车的可持续发展提供技术支持。

4.2 电机效率优化

电机作为新能源公交车的核心驱动部件，其效率直接影响了车辆的能耗水平和续航能力。通过优化电机设计、改进控制策略以及选用高性能材料，可以有效提高电机的效率，从而降低能耗并延长续航里程^[12]。在电机设计方面，采用新型拓扑结构和磁路设计能够减少铁损和铜损，提升电机的能量转换效率。同时，先进的控制算法如磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）也被广泛应用于电机系统中，以实现更精确的转矩控制和更高的运行效率^[12]。此外，电机系统的冷却设计也是提升效率的关键因素之一，合理的散热结构可确保电机在高效工作区长时间运行，避免因过热导致的性能下降。因此，电机效率优化不仅是提升续航能力的重要途径，也是推动新能源公交车技术进步的核心内容。

4.3 车辆轻量化设计

减轻车辆自重是降低能耗、提升续航能力的有效方法之一。车辆轻量化设计通过优化结构设计和选用轻质材料，能够在保证车辆安全性和可靠性的前提下，显著降低整车的质量，从而减少行驶过程中的能量消耗^[9]。在结构设计方面，采用高强度钢、铝合金和复合材料等轻质材料替代传统钢材，不仅可以减轻车身重量，还能提高车体的刚性和抗冲击性能。此外，通过拓扑优化和有限元分析等先进设计方法，可以进一步精简车辆结构，去除不必要的冗余部件，从而实现更高效的轻量化设计^[9]。研究表明，车辆每减轻10%的质量，其能耗可降低约6%-8%，这对于提升新能源公交车的续航里程具有重要意义。因此，轻量化设计不仅是技术发展的趋势，也是实现续航提升目标的关键策略之一。

5 实际案例分析

5.1 案例选取与介绍

本研究选取了一辆在广州地区运营的电动客车作为研究对象，该车由广州通达汽车电气股份有限公司设计制造，搭载了一套基于液体冷却方式的热管理系统^[6]。该车型的基本参数包括：电池包总容量为200 kWh，采用磷酸铁锂电池，整车质量为12吨，设计续航里程为250公里。运行环境主要包括城市道路和高速公路，日均行驶里程约150公里，环境温度变化范围为-5℃至40℃。这种典型的应用场景能够充分反映新能源公交车在实际使用中面临的热管理挑战，尤其是在高温天气下如何保持电池性能稳定^[3]。

5.2 热管理系统优化实践

针对上述案例，我们对热管理系统进行了多项优化措施。首先，在散热结构设计方面，通过改进流道设计和增加散热片数量，提高了冷却液的流动效率，从而增强了散热能力^[4]。其次，在温控策略制定上，引入了一种基于实时温度监测的智能控制算法，该算法能够根据电池包进水温度自动选择加热或冷却工作模式，并通过动态调整冷却风扇和水泵的运行状态，确保电池温度始终维持在合理范围内^[3]。此外，在材料选择方面，我们采用了高导热系数的金属材料来优化散热片，同时使用隔热性能优异的相变材料以减少外界环境温度对电池包的影响^[6]。这些优化措施共同构成了一个高效、智能的热管理系统。

5.3 续航提升效果评估

为了评估优化后热管理系统对续航提升的实际效果，我们对比了优化前后车辆在不同工况下的运行数据。实验结果显示，在NEDC工况下，优化后的热管理系统能够使电池组的最高温度降低3℃至5℃，从而有效减少了电池内阻和能量损耗^[5]。与此同时，通过延长电池在适宜温度范围内的工作时间，电池寿命也得到了显著提升。根据实际运行数据统计，优化后车辆的续航里程从原来的220公里提升至260公里，增幅达到18.2%^[15]。这一结果表明，通过对热管理系统的优化设计，不仅可以提高电池性能，还能显著提升新能源公交车的整体续航能力，为行业提供了重要的实践参考。

6 未来发展方向展望

6.1 新技术的应用

随着新能源汽车技术的不断进步，智能热管理系统和新型冷却材料等新技术在电池热管理系统中的应用前景广阔。智能热管理系统通过先进的传感器技术和算法，能够实时监测电池状态、车辆运行情况及外部环境条件，并自动调整冷却与加热策略，从而确保电池在最佳温度范围内工作^[7]。此外，新型冷却材料如高导热复合材料的应用，可显著提升热管理系统的散热效率，同时降低系统的体积与重量。这些技术的结合不仅有助于提高电池性能，还能延长其使用寿命，为新能源公交车的续航能力提升提供重要支持。

6.2 系统集成优化

热管理系统与车辆其他系统的集成优化是未来发展的关键方向之一。例如，热管理系统与能量回收技术的协同作用可以进一步提高整车的能源利用效率^[10]。此外，通过与电机控制系统的深度集成，热管理系统能够根据电机运行状态动态调整温控策略，从而减少能耗并提升整体性能^[12]。未来的研究应致力于开发更加智能化的集成控制算法，以实现热管理系统与车辆其他系统之间的高效协作，从而全面提升新能源公交车的综合性能与续航能力。

6.3 续航提升的综合策略发展

为了进一步提升新能源公交车的续航能力，未来的研究需要从多因素协同的角度出发，制定综合性的优化策略。这包括电池设计、热管理、能量回收、电机效率优化以及车辆轻量化等多个方面的协同创新^[9]。例如，通过优化电池管理系统与热管理系统的协同工作，可以有效降低电池能耗并延长其使用寿命；同时，结合制动能量回收技术与车辆轻量化设计，能够进一步减少整车能耗，从而显著提升续航里程^[15]。这种多因素协同的综合策略将为新能源公交车行业的可持续发展提供重要思路与技术支持。

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作者简介：左季光（1981—），男，汉族，新疆乌苏人，本科，研究方向为交通运输。