很多汽车企业因疫情而遭受巨大损失的2月特斯拉model 3以销售paman的成绩位居新能源汽车销售榜首,不久国产特斯拉model y不仅继承了特斯拉model 3的优点,还首次搭载了更大的车内空间、更好的乘坐便利性以及特斯拉最新的专利技术热泵空调。
热泵空调能给电动汽车带来什么?
电动车的续航问题是人们最关注的一点,各大车厂在设计电动车时,除了在最基础的“增加电池”方面写作外,最重要的是在节能方面努力,最大限度地提高车辆效率。热泵空调也正是电动汽车节能的重点阶段,他的作用就像赛车轻量化中的前车内饰拆除一样。
众所周知,纯电动车没有发动机,所以不能像燃油车一样使用发动机的余热作为取暖的热源。因此,大多数纯电动车的加热一般是由PTC版产生的热量构成的,其工作原理与家里的加热器类似。结构简单,加热效果好,但能耗很高。一般来说,纯电动车中常见的PTC板的最大功率达到5 ~ 6千瓦,使用暖气时耗电量很大,因此对续航里程有很大影响。
例如,初始续航里程本身不长的纯电动车,在需要加热的寒冷地区,如果使用本身电池活性不高、耗电量大的加热设备,续航里程会直接折断“骨头”。
热泵空调的加热方式完全不同。与PTC主板最大的区别是效率高,能耗低。
热泵空调原理
首先,要想理解热泵空调,我们必须理解它的原理。事实上,热泵空调的原理并不复杂。就像水泵一样。把原本流向低处的水泵到高处。热泵将热量从温度高的地方“泵”到温度低的地方。压缩机将发送高压蒸汽,经过转换阀进入冷凝器内,蒸汽也将转化为液体,液体将流入蒸发器,蒸发器将进行吸热处理,冷却车内空间。比如夏天车主上车打开空调,热泵就会把车内的热量“抽”出车外,然后把外面的热量通过压缩机转换成冷气,运到车内。
制热条件正好相反,冷的时候车主加热车厢,电动压缩机做出“抽”外部环境热量的动作,空调开始加热车厢内。制热过程也与冷却过程相反,是将车外热源“抽运”到车内,使车厢变暖的过程。总之,该系统不是传统PTC板的加热行为,只能对制冷和加热时的热量执行一个传输转换操作。
整个热泵空调系统由四个关键组件组成:车外换热器、车内换热器、四通换向阀、电子膨胀阀。以制热条件为例,车外换热器从外部环境吸收热量进入系统,低压空气被压缩加热,进入车内换热器加热车内空气,最后进入车内。
总之,热泵空调的工作过程是
运输热量的过程,即把热量从一个地方搬运到另外一个地方,无论是制热还是制冷,热泵技术都能实现。并且根据相关实验测试显示,热泵的效能系数比PTC板高出2-3倍,在电动车上可以有效延长20%左右的续航里程。
不过热泵空调也是有局限性的,一般来说,在外界温度低于-10℃时,热泵从外界获取热量的效率会明显降低。因为外界的热量本身已经太低了,没有什么热量能够从外部“搬”到车内了,所以此时空调的制热主要还是需要靠PTC板来辅助加热,但总的来说,其综合能耗还是要比纯PTC板制热的方式要低不少。
● 搭载热泵空调的纯电动车并不止特斯拉
其实特斯拉并不是第一个吃螃蟹的人,宝马i3、捷豹I-PACE、奥迪 e-tron、荣威Marvel X、蔚来ES6等都搭载有热泵空调,其结构基本都是上面文章所介绍的形式(热泵空调+PTC板辅助)。而从本次特斯拉公布的新专利可以看出,特斯拉Model Y上搭载的热泵空调又经过了优化设计。
虽然其本质仍然是热泵空调+PTC板辅助制热,但其PTC板采用了和传统燃油车相同的12V电压驱动,同时Model Y也单独配置有一个12V的蓄电池,相对来说这个PTC板的功率和成本都不高。
除此之外,特斯拉还设计了一种更加复杂的八通换向阀,相比其它车型上普遍采用的四通换向阀能够获得更多热量。
举例来说,特斯拉在低温环境下,可能只需要在车辆刚刚启动时采用PTC板制热,等到车辆运行之后基本就不需要PTC板制热了,此时热泵会自动从电机、电控、电池包等主要产热部件摄取热量输送到乘员舱。
这套系统说起来简单,但要实现起来其实非常复杂。这需要电脑极其精确的控制,在不同的外部环境和工况下,判断PTC板与热泵什么时候同时工作、什么时候独立工作、在不同的工作模式下需要通过哪些管道来导热等等。
总而言之,特斯拉就是通过自己强大的技术整合更多原本无法获取的热源,包括驱动系统运行、电池放电时本身产生的一定热量,尽量减少需要使用PTC板来辅助制热的工况。
● 写在最后
作为现阶段为数不多的能够降低能耗、提升续航的手段,相信未来会有更多新的纯电动车会选择搭载热泵空调系统,而有了特斯拉的前车之鉴,越来越多的车企也将会对热泵空调系统的硬件和软件进行不断的优化。希望在不久的将来,纯电动车的用户们不会再为了续航在寒冷的冬天强忍着不开暖气。
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