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特斯拉- 特斯拉Model 3

【电车知识学堂】纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

摘要:在众多车企因疫情原因损失惨重的2月份里,特斯拉Model 3缺以破万的销量成绩荣登了新能源车销量榜的冠军,而不久之后也将国产的特斯拉Model Y不仅继承了特斯拉Model 3的优点

【电车资源 技术文章】在众多车企因疫情原因损失惨重的2月份里,特斯拉Model 3却以破万的销量成绩荣登了新能源车销量榜的冠军,而不久之后也将国产的特斯拉Model Y不仅继承了特斯拉Model 3的优点,还将拥有更大的车内空间、更好的乘坐舒适性,并且还首次搭载了特斯拉最新的专利技术---热泵空调

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

● 热泵空调能为电动车带来什么?

电动车的续航问题是人们最关注的点之一,各大车厂在设计电动车的时候除了在最基础的“电池加大”方面做文章之外,另外一点最重要的就是在节能方面做功夫,确保车辆效率最大化。而热泵空调也正是电动汽车在节能方面的一个重点步骤,他的作用就像是赛车轻量化中的全车内饰拆除一样。

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

众所周知,因为纯电动车没有发动机,也就没办法想燃油车一样利用发动机的余热作为暖气的热源,所以大部分纯电动车的暖气普遍都是依靠PTC板产生的热量来实现,它的工作原理就跟家里的取暖器类似。虽然其结构简单且制热效果好,但它的能耗非常高,一般在纯电动车上常见的PTC板最大功率可以达到5~6kw,在使用暖气时非常耗电,进而明显影响续航里程。

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

例如早期一些续航里程本身就不长的纯电动车,在需要使用暖气的寒冷地区,其本身的电池活性就不高,再加上使用耗电量大的制暖设备,就会直接让续航里程打“骨”折。

而热泵空调的制热方式则完全不同,与PTC板的最大区别就是效率更高、能耗更低。

● 热泵空调的原理

先要了解热泵空调,我们需要明白它的原理。其实热泵空调的原理并不复杂,它就像是一个抽水机一样,将原本要往低处流动的水抽上高处,热泵将会把热量从温度高的地方“抽”到温度低的地方。压缩机将会派出高压蒸汽,经过转换阀门进入到冷凝器内,蒸汽也将转换为液态,液体将会流入蒸发器中,蒸发器将会进行吸热处理,对车内空间进行降温。打个比方就是夏天车主上车打开空调之后,热泵就会将车内的热“抽”出车内,再将外界的热量通过压缩机转换为冷气输送到车内。

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

而制热工况则正好相反,在天冷的时候车主对车厢进行加热处理,电动压缩机将外部环境的热量进行一个“抽”送动作,空调开始对车内进行制热。而制热的过程也正是与制冷过程相反的将车外热源“抽”进车内对车厢进行升温取暖。总而言之这套系统无论在制冷还是制热的情况下都只能对热量进行一个传送转换作业,并非传统PTC板的制热动作。

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

整个热泵空调系统由四个核心零部件组成,分别是:车外换热器、车内换热器、四通换向阀和电子膨胀阀。以制热工况为例,车外换热器从外部环境吸取热量进入系统,低压空气被压缩升温,再进入车内的换热器将车内空气加热,最后送进车厢内部。

总结为一句话就是:热泵空调的工作过程是一个运输热量的过程,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

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

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。

纯电动车上有了TA 就可以大胆的开暖气了?

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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