[汽車之家 冷科技]  提起電動車續(xù)航問題，我想無論車黑還是車托們都會承認，這是人們對電動車最關注的點之一。如何提高電動車的續(xù)航是車企和供應商們的重要課題。正因為這些研究，才有了制動能量回收、才有了各種新式動力電池。而在不久前，新能源市場上的領頭羊特斯拉也宣布了一項新的專利技術，這就是熱泵空調(diào)，馬斯克甚至專門在推特上炫耀自家的新技術。目前這項技術已經(jīng)在特斯拉Model Y上進行了搭載，未來特斯拉將會在更多車型上應用這個技術。為什么一個空調(diào)技術會得到馬斯克專門的吹捧，本期《冷科技》我們就來了解一下背后的故事。

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電動車開空調(diào)，里程直接減半？

特斯拉新專利讓你放心開空調(diào)，里程不會掉？

好空調(diào)、格力造在汽車上也將實現(xiàn)？

『壹』電動車續(xù)航之空調(diào)綜合癥

　　癥狀：電動車無穩(wěn)定熱源，采用PTC熱敏電阻，能耗巨大，極大地縮短了續(xù)航。

　　汽車空調(diào)絕對是汽車發(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。

　　綜合來看，雖然空調(diào)在傳統(tǒng)燃油車上會消耗一定的動力，但占比很小，對油耗的影響也有限，因此對于傳統(tǒng)燃油車，我們并不在意空調(diào)的消耗。

　　這些系統(tǒng)在工作時可以產(chǎn)生一定熱量，其中動力電池產(chǎn)生的熱量最多，但這些熱量無法滿足空調(diào)的需求，因此傳統(tǒng)的電動車上，并不會以這些熱量為空調(diào)暖風的“源泉”，因此為了提供熱源，電動車會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的關系。也就是當環(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)熱量就會變大。

　　目前PTC加熱有兩種方案，水暖和風暖。其差別就在于一個是通過PTC加熱冷卻液，再和散熱器進行熱交換；而另一個是開啟暖風后，冷空氣直接和PTC進行換熱，最終吹出暖風。

　　一般情況下，PTC的功率會在6kW以內(nèi)。對應不同功能，系統(tǒng)會對PTC的功率進行較為精準的控制。比方說，下雨天或者冬天的前擋風玻璃除霜、除霧功能，大約需要提供2-3kw的功率，而如果進行冷卻液加熱則需要PTC的功率達到6kW左右。目前一些價位較高的電動車，還會布置雙PTC，因此在能耗方面的消耗是非常明顯的。

　　早期類似北汽新能源的EV 200、長安奔奔EV（上圖所示）等車型，由于本身續(xù)航里程就短，如果再開啟暖風，會對續(xù)航產(chǎn)生很大影響，這也是很多電動車車主抱怨的地方。

『貳』你方唱罷我登場之熱泵空調(diào)

　　由于PTC技術的種種問題，新的空調(diào)技術開始出現(xiàn)，這就是熱泵空調(diào)。熱泵在工業(yè)領域的應用還是比較多的，從技術上說并不是“新物種”。但在汽車中還是比較罕見。這種空調(diào)主要以熱泵技術為核心，是目前為數(shù)不多的適用于電動車制熱的有效技術。

　　特斯拉發(fā)布的這項技術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)的相關原理。

『汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)結構圖』

　　理論上講，熱泵是一種將低位熱源的熱能強制轉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，我們會把處于低位的河水通過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“搬運工”，可以把低溫“物體”（包括氣體、液體）的熱量吸收出來傳遞到工質內(nèi)，再通過系統(tǒng)內(nèi)對工質的壓縮使其升溫，最終將高溫工質通過冷凝器和車內(nèi)空氣進行換熱，實現(xiàn)暖風的功能。（夏天通過改變熱轉換的方向，從乘員艙吸收熱量進行制冷。）整個過程中，電池的電能只應用在“搬運”熱量上，從而達到省電的初衷。

『叁』特斯拉并不是第一個吃螃蟹的人

　　熱泵空調(diào)有這樣的優(yōu)勢，傳統(tǒng)車企們自然不會視而不見，尤其是外國品牌，它們大概已經(jīng)有了5-8年的積累和實際驗證。

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

　　從這些已經(jīng)搭載熱泵技術的車型上，我們可以更進一步看到熱泵技術實際應用的樣子。整個系統(tǒng)由四個核心零部件組成，分別是：電動壓縮機、四通換向閥、換熱器和電子膨脹閥。它的工作過程可以用下面這張圖進行說明。

　　除了特斯拉之外，都是應用這這種熱泵空調(diào)的方案�？梢钥吹�，其熱源就是來自環(huán)境的熱量，那么可想而知，熱泵空調(diào)是和環(huán)境溫度息息相關的。如果外界氣溫過低（低于0℃），可能會造成進氣格柵位置的換熱器被冰霜覆蓋的情況，因此影響對外界熱量的吸收，從而導致熱泵空調(diào)換熱銷量變低。因此目前實際裝車時，還會加入小部分的PTC，作為輔助加熱器。

『肆』高度整合的特斯拉熱泵技術

　　特斯拉的新專利也是屬于熱泵+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PTC加熱器采用了和傳統(tǒng)燃油車相同的12V電壓，同時Model Y也單獨配置了一個12V的蓄電池。這個PTC相對來說功率和成本都很低，完全處于輔助角色。

『特斯拉熱泵系統(tǒng)圖』

　　除了PTC輔助，特斯拉熱泵技術另外一個也是最大的特點在于熱源的高度整合和強大的軟件性能。從下面的專利圖可以清楚說明。

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

　　一般情況的汽車熱泵系統(tǒng)采用四通換向閥，來滿足環(huán)境熱源和成員艙的熱交換，而特斯拉因為整合了更多的熱源，所以采用了更為復雜的八通閥。

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

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

　　 小結：特斯拉將傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)和車輛的電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)進行了打通，徹底壓榨了不同系統(tǒng)的余熱，同時進行了融合，產(chǎn)生了多達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)天氣情況和車輛情況自動完成所有的功能匹配和操作。這在算法層面表現(xiàn)出一個極高的水準，相信只有特斯拉這種使用了域控制器的車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，這值得中國品牌去學習和借鑒。

『伍』熱泵如此之優(yōu)秀，難道就沒有問題和挑戰(zhàn)了嗎？

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

　　關于熱泵的能耗問題，理論和實際測試都有支撐。理論上講，我們一般用轉換熱量和輸入能力的比值也就是COP（能效比）來衡量空調(diào)性能好壞，COP越高說明空調(diào)轉化銷量越高，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，在實際中一般會在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。

　　那么從實體測試來看，我們曾經(jīng)在0℃對榮威Ei5（熱泵空調(diào)）和吉利帝豪EV（PTC）進行了實際測試。

　　從暖風空調(diào)原地實測（當時測試車外溫度為0℃）的結果來看，熱泵空調(diào)的制熱效果并沒有像傳說中那樣，“熱不快、不暖和”，反而溫度的爬升要略好過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)航里程要遠低于PTC空調(diào)。（數(shù)據(jù)來源：PTC/熱泵哪家強 《我?guī)湍銣y》暖風空調(diào)）

　　所以，我們可以認為熱泵空調(diào)確實比PTC在實際使用時更節(jié)約電量，不過從上面的文章里，細心的讀者朋友肯定發(fā)現(xiàn)，溫度其實對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疑問，熱泵空調(diào)的缺點是啥？

　　我們可以肯定的回答，就是溫度。

　　實際上，當COP變?yōu)?時，熱泵系統(tǒng)近乎于不工作狀態(tài)，此時環(huán)境溫度大概在-20℃左右；這個溫度除非東北地區(qū)，一般比較少見；那么在更高一點的-10℃-0℃區(qū)間，北方的天氣大部分都能達到這個氣溫，特斯拉Model Y熱泵空調(diào)的COP在1-2之間，這個數(shù)值其實差強人意，只是比PTC強一些。特斯拉的策略是在這個區(qū)間啟動輔助PTC，幫助制熱。超過0℃后就是熱泵空調(diào)最佳的區(qū)間了，10℃便可以超過2.5，節(jié)能效果十分出色。

　　綜上所述，熱泵空調(diào)目前最大問題還是氣溫，對于寒冷地區(qū)，還是不夠方便，不過應對一般的北方地區(qū)，對于續(xù)航的影響必然要小于PTC車型的影響。

　　那么除了系統(tǒng)本身存在的先天性問題，在產(chǎn)品上熱泵也存在一定制約。上文提到過，熱泵系統(tǒng)由四個核心零部件組成，分別是：電動壓縮機、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格更高，因此對于特斯拉來說可能還要多一部分八通閥的價格。

『陸』好空調(diào)、格力造，熱泵空調(diào)價格雖高，但前景廣闊

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

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

　　與國外供應商全套系統(tǒng)方案的提供不同，國內(nèi)供應商在零部件方面更有優(yōu)勢，而且已經(jīng)做到了全覆蓋。比如奧特佳、三花智控等，其中奧特佳的電動壓縮機就是特斯拉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)布過整套的車載熱泵系統(tǒng)，其最低使用溫度可以到-30℃，里面應用了一系列格力的最新空調(diào)技術，這套技術有望未來在中國品牌上搭載。

　　 編輯總結：續(xù)航短、充電難，一直影響消費者購買電動車的主要因素之一，而熱泵技術作為為數(shù)不多且現(xiàn)階段可以提升續(xù)航的手段，因為其較為高額的裝車價格而被車企忽略，但這次特斯拉的強勢宣傳以及在熱泵上發(fā)力的舉動，必然會引起其他車企的重視。最重要的是特斯拉將熱泵技術深入融合開發(fā)的思路以及強大的軟件整合能力一定要充分重視，新勢力車企或許在造車上還有很多路要走，但在系統(tǒng)整合以及軟件端已經(jīng)走在了前列。（汽車之家 圖/文 冷曉陽）