[汽車(chē)之家 冷科技]  提起電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航問(wèn)題,，我想無(wú)論車(chē)黑還是車(chē)托們都會(huì)承認(rèn),，這是人們對(duì)電動(dòng)車(chē)最關(guān)注的點(diǎn)之一,。如何提高電動(dòng)車(chē)的續(xù)航是車(chē)企和供應(yīng)商們的重要課題。正因?yàn)檫@些研究,，才有了制動(dòng)能量回收,、才有了各種新式動(dòng)力電池。而在不久前,，新能源市場(chǎng)上的領(lǐng)頭羊特斯拉也宣布了一項(xiàng)新的專(zhuān)利技術(shù),，這就是熱泵空調(diào)，馬斯克甚至專(zhuān)門(mén)在推特上炫耀自家的新技術(shù)。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在特斯拉Model Y上進(jìn)行了搭載，未來(lái)特斯拉將會(huì)在更多車(chē)型上應(yīng)用這個(gè)技術(shù)。為什么一個(gè)空調(diào)技術(shù)會(huì)得到馬斯克專(zhuān)門(mén)的吹捧,，本期《冷科技》我們就來(lái)了解一下背后的故事,。

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電動(dòng)車(chē)開(kāi)空調(diào),，里程直接減半？

特斯拉新專(zhuān)利讓你放心開(kāi)空調(diào)，里程不會(huì)掉,？

好空調(diào),、格力造在汽車(chē)上也將實(shí)現(xiàn)？

『壹』電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航之空調(diào)綜合癥

　　癥狀：電動(dòng)車(chē)無(wú)穩(wěn)定熱源,，采用PTC熱敏電阻,，能耗巨大，極大地縮短了續(xù)航,。

　　汽車(chē)空調(diào)絕對(duì)是汽車(chē)發(fā)明史上最有用的發(fā)明之一,，它能讓我們的乘員艙冬暖夏涼，提高了駕乘的舒適度,。

　　綜合來(lái)看,，雖然空調(diào)在傳統(tǒng)燃油車(chē)上會(huì)消耗一定的動(dòng)力,，但占比很小，對(duì)油耗的影響也有限,，因此對(duì)于傳統(tǒng)燃油車(chē),，我們并不在意空調(diào)的消耗。

　　這些系統(tǒng)在工作時(shí)可以產(chǎn)生一定熱量,，其中動(dòng)力電池產(chǎn)生的熱量最多,，但這些熱量無(wú)法滿(mǎn)足空調(diào)的需求,，因此傳統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)上,，并不會(huì)以這些熱量為空調(diào)暖風(fēng)的“源泉”，因此為了提供熱源，電動(dòng)車(chē)會(huì)額外的加入熱源零部件PTC。

　　PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，這種電阻和溫度是正相關(guān)的關(guān)系,。也就是當(dāng)環(huán)境溫度降低，PTC的電阻也降低,，這樣通電后,，恒定電壓下,，電流增大,，通電的發(fā)熱量就會(huì)變大,。

　　目前PTC加熱有兩種方案,，水暖和風(fēng)暖,。其差別就在于一個(gè)是通過(guò)PTC加熱冷卻液，再和散熱器進(jìn)行熱交換,；而另一個(gè)是開(kāi)啟暖風(fēng)后,，冷空氣直接和PTC進(jìn)行換熱，最終吹出暖風(fēng),。

　　一般情況下,，PTC的功率會(huì)在6kW以?xún)?nèi)。對(duì)應(yīng)不同功能,，系統(tǒng)會(huì)對(duì)PTC的功率進(jìn)行較為精準(zhǔn)的控制,。比方說(shuō)，下雨天或者冬天的前擋風(fēng)玻璃除霜,、除霧功能,，大約需要提供2-3kw的功率，而如果進(jìn)行冷卻液加熱則需要PTC的功率達(dá)到6kW左右,。目前一些價(jià)位較高的電動(dòng)車(chē),，還會(huì)布置雙PTC，因此在能耗方面的消耗是非常明顯的,。

　　早期類(lèi)似北汽新能源的EV 200,、長(zhǎng)安奔奔EV（上圖所示）等車(chē)型，由于本身續(xù)航里程就短,，如果再開(kāi)啟暖風(fēng),，會(huì)對(duì)續(xù)航產(chǎn)生很大影響，這也是很多電動(dòng)車(chē)車(chē)主抱怨的地方,。

『貳』你方唱罷我登場(chǎng)之熱泵空調(diào)

　　由于PTC技術(shù)的種種問(wèn)題,，新的空調(diào)技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，這就是熱泵空調(diào),。熱泵在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用還是比較多的,，從技術(shù)上說(shuō)并不是“新物種”。但在汽車(chē)中還是比較罕見(jiàn),。這種空調(diào)主要以熱泵技術(shù)為核心,，是目前為數(shù)不多的適用于電動(dòng)車(chē)制熱的有效技術(shù)。

　　特斯拉發(fā)布的這項(xiàng)技術(shù)就是一套基于熱泵的空調(diào)系統(tǒng),，想要了解這套系統(tǒng),，你得先了解熱泵空調(diào)的相關(guān)原理。

『汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖』

　　理論上講,，熱泵是一種將低位熱源的熱能強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置,。你可以將其理解為水泵的原理。春天到了,，我們會(huì)把處于低位的河水通過(guò)管道在水泵的作用下抽到田間地頭,。熱泵也是如此,，它是熱量的“搬運(yùn)工”，可以把低溫“物體”（包括氣體,、液體）的熱量吸收出來(lái)傳遞到工質(zhì)內(nèi),，再通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)工質(zhì)的壓縮使其升溫，最終將高溫工質(zhì)通過(guò)冷凝器和車(chē)內(nèi)空氣進(jìn)行換熱,，實(shí)現(xiàn)暖風(fēng)的功能,。（夏天通過(guò)改變熱轉(zhuǎn)換的方向，從乘員艙吸收熱量進(jìn)行制冷,。）整個(gè)過(guò)程中,，電池的電能只應(yīng)用在“搬運(yùn)”熱量上，從而達(dá)到省電的初衷,。

『叁』特斯拉并不是第一個(gè)吃螃蟹的人

　　熱泵空調(diào)有這樣的優(yōu)勢(shì),，傳統(tǒng)車(chē)企們自然不會(huì)視而不見(jiàn)，尤其是外國(guó)品牌,，它們大概已經(jīng)有了5-8年的積累和實(shí)際驗(yàn)證,。

　　比如日產(chǎn)的Leaf、豐田的普銳斯以及寶馬的i系列車(chē)型等,。國(guó)產(chǎn)品牌則是在近幾年開(kāi)始發(fā)力,，上汽集團(tuán)和長(zhǎng)安應(yīng)用的較多，比如上汽的榮威Ei5等車(chē)型都應(yīng)用了熱泵空調(diào),。特斯拉雖然大力宣傳自己的熱泵技術(shù),，但在之前的Model 3或者更早的車(chē)型都是傳統(tǒng)的PTC技術(shù)，這次的Model Y是特斯拉品牌第一款搭載熱泵技術(shù)的車(chē)型,。

　　從這些已經(jīng)搭載熱泵技術(shù)的車(chē)型上,，我們可以更進(jìn)一步看到熱泵技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的樣子,。整個(gè)系統(tǒng)由四個(gè)核心零部件組成,，分別是：電動(dòng)壓縮機(jī)、四通換向閥,、換熱器和電子膨脹閥,。它的工作過(guò)程可以用下面這張圖進(jìn)行說(shuō)明。

　　除了特斯拉之外,，都是應(yīng)用這這種熱泵空調(diào)的方案,。可以看到,，其熱源就是來(lái)自環(huán)境的熱量,，那么可想而知，熱泵空調(diào)是和環(huán)境溫度息息相關(guān)的,。如果外界氣溫過(guò)低（低于0℃）,，可能會(huì)造成進(jìn)氣格柵位置的換熱器被冰霜覆蓋的情況,，因此影響對(duì)外界熱量的吸收，從而導(dǎo)致熱泵空調(diào)換熱銷(xiāo)量變低,。因此目前實(shí)際裝車(chē)時(shí),，還會(huì)加入小部分的PTC，作為輔助加熱器,。

『肆』高度整合的特斯拉熱泵技術(shù)

　　特斯拉的新專(zhuān)利也是屬于熱泵+PTC輔助。特斯拉為Model Y的熱泵系統(tǒng)加入了額外的PTC加熱器,，這個(gè)PTC加熱器采用了和傳統(tǒng)燃油車(chē)相同的12V電壓,，同時(shí)Model Y也單獨(dú)配置了一個(gè)12V的蓄電池。這個(gè)PTC相對(duì)來(lái)說(shuō)功率和成本都很低,，完全處于輔助角色,。

『特斯拉熱泵系統(tǒng)圖』

　　除了PTC輔助，特斯拉熱泵技術(shù)另外一個(gè)也是最大的特點(diǎn)在于熱源的高度整合和強(qiáng)大的軟件性能,。從下面的專(zhuān)利圖可以清楚說(shuō)明,。

　　我們可以看到，特斯拉熱泵系統(tǒng)將兩部分進(jìn)行了融合,，一個(gè)是傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng),，其熱源來(lái)自于外界空氣；第二部分是動(dòng)力電池系統(tǒng),、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)和傳統(tǒng)系統(tǒng)）以及PCS功率電子產(chǎn)生的余熱,，整套系統(tǒng)依靠八通換向閥進(jìn)行復(fù)雜的熱量汲取。以此提高熱泵空調(diào)總體的效率,。

　　一般情況的汽車(chē)熱泵系統(tǒng)采用四通換向閥,，來(lái)滿(mǎn)足環(huán)境熱源和成員艙的熱交換，而特斯拉因?yàn)檎�合了更多的熱��,，所以采用了更為�?fù)雜的八通閥,。

　　小貼士：工質(zhì)，所謂工質(zhì)是指實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的媒介,，常見(jiàn)的有水蒸氣,、制冷劑等，空調(diào)里面的冷媒就傳統(tǒng)的工質(zhì),。

　　這種不同熱源的整合,，為特斯拉空調(diào)系統(tǒng)帶來(lái)了多達(dá)12種多種功能模式。和乘員艙有直接關(guān)系的有四種,，如下表所示：

　　 小結(jié)：特斯拉將傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)和車(chē)輛的電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了打通,，徹底壓榨了不同系統(tǒng)的余熱,，同時(shí)進(jìn)行了融合，產(chǎn)生了多達(dá)12種工作模式,。最重要的是,，這些功能是系統(tǒng)自己操作，根據(jù)天氣情況和車(chē)輛情況自動(dòng)完成所有的功能匹配和操作,。這在算法層面表現(xiàn)出一個(gè)極高的水準(zhǔn),，相信只有特斯拉這種使用了域控制器的車(chē)型才能完成集成度如此高的打通和融合。特斯拉也再次展現(xiàn)了他們的系統(tǒng)控制能力,，這值得中國(guó)品牌去學(xué)習(xí)和借鑒,。

『伍』熱泵如此之優(yōu)秀，難道就沒(méi)有問(wèn)題和挑戰(zhàn)了嗎,？

　　目前關(guān)于熱泵空調(diào),，我們一般有兩個(gè)主要的疑問(wèn)。首先是熱泵比PTC究竟能節(jié)能多少,？第二個(gè)是熱泵空調(diào)的缺點(diǎn)是什么,。

　　關(guān)于熱泵的能耗問(wèn)題，理論和實(shí)際測(cè)試都有支撐,。理論上講,，我們一般用轉(zhuǎn)換熱量和輸入能力的比值也就是COP（能效比）來(lái)衡量空調(diào)性能好壞,，COP越高說(shuō)明空調(diào)轉(zhuǎn)化銷(xiāo)量越高,，也就是越節(jié)能。理論上的數(shù)據(jù)是PTC制熱的COP是1,，而熱泵的COP最低情況也高于1,，在實(shí)際中一般會(huì)在2-4之間。也就是在相同能耗下,，熱泵產(chǎn)生的熱量是PTC的2-4倍,。

　　那么從實(shí)體測(cè)試來(lái)看,，我們?cè)��?jīng)在0℃對(duì)榮威Ei5（熱泵空調(diào)）和吉利帝豪EV（PTC）進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。

　　從暖風(fēng)空調(diào)原地實(shí)測(cè)（當(dāng)時(shí)測(cè)試車(chē)外溫度為0℃）的結(jié)果來(lái)看,，熱泵空調(diào)的制熱效果并沒(méi)有像傳說(shuō)中那樣,，“熱不快、不暖和”,，反而溫度的爬升要略好過(guò)PTC空調(diào),，而且耗電量更低，原地三十分鐘,，熱泵空調(diào)消耗的續(xù)航里程要遠(yuǎn)低于PTC空調(diào),。（數(shù)據(jù)來(lái)源：PTC/熱泵哪家強(qiáng) 《我?guī)湍銣y(cè)》暖風(fēng)空調(diào)）

　　所以，我們可以認(rèn)為熱泵空調(diào)確實(shí)比PTC在實(shí)際使用時(shí)更節(jié)約電量,，不過(guò)從上面的文章里,，細(xì)心的讀者朋友肯定發(fā)現(xiàn)，溫度其實(shí)對(duì)熱泵有著很重要的影響,。特斯拉Model Y給出了這樣的一張圖表,，這也引出了我們第二個(gè)疑問(wèn)，熱泵空調(diào)的缺點(diǎn)是啥,？

　　我們可以肯定的回答,，就是溫度。

　　實(shí)際上,，當(dāng)COP變?yōu)?時(shí),，熱泵系統(tǒng)近乎于不工作狀態(tài)，此時(shí)環(huán)境溫度大概在-20℃左右,；這個(gè)溫度除非東北地區(qū),，一般比較少見(jiàn)；那么在更高一點(diǎn)的-10℃-0℃區(qū)間,，北方的天氣大部分都能達(dá)到這個(gè)氣溫,，特斯拉Model Y熱泵空調(diào)的COP在1-2之間，這個(gè)數(shù)值其實(shí)差強(qiáng)人意,，只是比PTC強(qiáng)一些,。特斯拉的策略是在這個(gè)區(qū)間啟動(dòng)輔助PTC，幫助制熱,。超過(guò)0℃后就是熱泵空調(diào)最佳的區(qū)間了,，10℃便可以超過(guò)2.5，節(jié)能效果十分出色,。

　　綜上所述,，熱泵空調(diào)目前最大問(wèn)題還是氣溫，對(duì)于寒冷地區(qū)，還是不夠方便,，不過(guò)應(yīng)對(duì)一般的北方地區(qū),，對(duì)于續(xù)航的影響必然要小于PTC車(chē)型的影響。

　　那么除了系統(tǒng)本身存在的先天性問(wèn)題,，在產(chǎn)品上熱泵也存在一定制約,。上文提到過(guò)，熱泵系統(tǒng)由四個(gè)核心零部件組成,，分別是：電動(dòng)壓縮機(jī),、四通換向閥、換熱器和電子膨脹閥,，其他零部件和傳統(tǒng)空調(diào)相同,，但價(jià)格方面卻相差不小。

　　而特斯拉使用了八通換向閥,，相比傳統(tǒng)熱泵的四通換向閥價(jià)格更高,，因此對(duì)于特斯拉來(lái)說(shuō)可能還要多一部分八通閥的價(jià)格。

『陸』好空調(diào),、格力造,，熱泵空調(diào)價(jià)格雖高，但前景廣闊

　　熱泵空調(diào)雖然價(jià)格較高,，但好在整體系統(tǒng)方案和零部件供應(yīng)商已經(jīng)成為體系,。無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都已經(jīng)形成較為完善的系統(tǒng)解決方案和零部件產(chǎn)品。

　　國(guó)外以法雷奧,、博世,、電裝、馬勒等企業(yè)為主,。這些國(guó)際品牌占據(jù)了全球55%以上的電動(dòng)車(chē)熱管理市場(chǎng),。其中電裝的經(jīng)驗(yàn)尤為豐富，豐田,、日產(chǎn),、雷諾的熱泵系統(tǒng)皆來(lái)自于這家企業(yè)。從2013年推出熱泵空調(diào)以來(lái),，它積累了大量經(jīng)驗(yàn),，它的最新產(chǎn)品可以將熱泵空調(diào)應(yīng)用在-10℃的環(huán)境，比2013年的初代產(chǎn)品節(jié)能63%,。

　　與國(guó)外供應(yīng)商全套系統(tǒng)方案的提供不同,，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商在零部件方面更有優(yōu)勢(shì)，而且已經(jīng)做到了全覆蓋,。比如奧特佳,、三花智控等，其中奧特佳的電動(dòng)壓縮機(jī)就是特斯拉Model Y熱泵系統(tǒng)的零部件,，還有異軍突起的格力,。格力曾發(fā)布過(guò)整套的車(chē)載熱泵系統(tǒng)，其最低使用溫度可以到-30℃,，里面應(yīng)用了一系列格力的最新空調(diào)技術(shù),，這套技術(shù)有望未來(lái)在中國(guó)品牌上搭載。

　　 編輯總結(jié)：續(xù)航短,、充電難,，一直影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)車(chē)的主要因素之一，而熱泵技術(shù)作為為數(shù)不多且現(xiàn)階段可以提升續(xù)航的手段,，因?yàn)槠漭^為高額的裝車(chē)價(jià)格而被車(chē)企忽略,，但這次特斯拉的強(qiáng)勢(shì)宣傳以及在熱泵上發(fā)力的舉動(dòng)，必然會(huì)引起其他車(chē)企的重視,。最重要的是特斯拉將熱泵技術(shù)深入融合開(kāi)發(fā)的思路以及強(qiáng)大的軟件整合能力一定要充分重視,，新勢(shì)力車(chē)企或許在造車(chē)上還有很多路要走，但在系統(tǒng)整合以及軟件端已經(jīng)走在了前列,。（汽車(chē)之家 圖/文 冷曉陽(yáng)）