特斯拉都开始用热泵空调了,它会成为主流吗-电动汽车观察家

特斯拉都开始用热泵空调了,它会成为主流吗

特斯拉3月15日开始交付Model Y。这款小型电动SUV,基于Model 3 轿车平台,性能变化不大。不过,特斯拉Model Y拥有一个此前所有特斯拉车型都没有的配置:热泵空调。

在Model Y的车主手册上,特斯拉告诉车主:Model Y采用热泵以实现效率最优化;因此,即便在外界气温寒冷,汽车在制热或超充时,你的空调压缩机和外风扇都可能会启动并发出噪音。

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资料来源:Model Y车主手册

该手册的高压部件图示中,还标注除了热泵的位置,位于左前轮前方。

热泵位置

资料来源:Model Y车主手册

为什么特斯拉开始使用热泵空调了?还有哪些车企在用?热泵空调会不会成为潮流?

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制造热VS 搬运热

此前,特斯拉确实没有使用过热泵空调,和中国绝大多数电动汽车一样,一直采用PTC制热。

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。简单说,就是通过给热敏电阻通电,使得电阻发热来提高温度。我们日常生活中用到的电烫斗、卷发烫发器等,都是这个原理。

PTC制热最主要的问题就是耗电,继而影响电动汽车续航里程。

以一个2kW的PTC为例,全功率工作一个小时要消耗掉2kWh电。如果按一辆车行驶百公里耗电15kWh计,2kWh就将损失13公里的续航里程。

很多北方车主抱怨电动汽车续航里程缩水太多,部分原因就在于PTC制热耗电上。再加上冬天寒冷天气下,动力电池内的物质活性下降,放电效率不高,续航里程也会打折。

两厢叠加,像在北京这样北纬40度的城市,冬天电动汽车续航比夏天短30%以上,是普遍现象。

热泵技术,可能是解决之道。

热泵原理 1:冷凝器(放热), 2:节流阀(减压), 3:低温处(吸热), 4:压缩机(加压)

热泵原理 1:冷凝器(放热), 2:节流阀(减压), 3:低温处(吸热), 4:压缩机(加压)

热泵的基本原理和家用空调一样。在上图的3过程中,低沸点液体(比如空调里的氟利昂)经过节流阀减压之后蒸发,从较低温处(比如室外)吸热,然后经压缩机将蒸汽压缩,使温度升高,在经过冷凝器时放出吸收的热量而液化后,再回到节流阀处。如此循环工作能不断地把热量从温度较低的地方转移给温度较高(需要热量)的地方。

PTC可以说是用电能转化为热能,是制造热量。在极致情况下,也只能实现100%的能量转换。耗费1焦耳的能量,最多只能提供1焦耳的热量。

而热泵,是搬运热量,可以使用1焦耳的能量,从更冷地方移动大于1焦耳的能量,因此在耗电量上要大为节省。

不过,传统热泵也有缺点。比如气温非常低的情况下,热泵很难再搬走热量。在室外环境温度靠近−18 ℃时,耗费1焦耳的能量,也大概只能搬运1焦耳的热量。

另外,当热泵从室外低温的空气中获取热量时,空气中的水分会凝结并冻结在室外交换器上,系统就必须阶段性地除去这些冰霜。当外面空气极端寒冷时,热泵取暖有可能不如PTC的取暖器。

不过,也有新的办法。

比如,有的企业提供了喷气增焓技术,解决了低温制热衰减问题,能在零下20-25度有效制热。

热泵空调专利

中国部分电动汽车热泵空调专利

在中国专利审查信息查询平台,可以看到多个车企或其他企业申请了电动汽车热泵空调专利。其中,上海威乐汽车空调器有限公司申请的带喷气增焓功能压缩机的热泵空调,专利说明称,跟传统不带喷气增焓功能的比,能耗可降低10%-15%;跟PTC加热比,则可以降低超过50%的能耗,增大电动汽车续航里程。

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特斯拉为什么要用热泵? 

电动汽车用热泵,特斯拉只是跟随者。一大帮前辈早就用了:日产聆风、雷诺ZOE、宝马i3、丰田普锐斯、捷豹I-PACE、奥迪E-tron,以及大多数版本的大众e-Golf。

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宝马热泵空调示意

即便在中国,也有上汽、蔚来ES6、长安CS75 PHEV用了热泵,吉利已经储备了这一技术,拜腾首款量产车M-byte也将搭载。

特斯拉为什么这个时候才用?

Youtube播客Andy Slye的分析是,特斯拉总部位于加州,刚开始的主要市场也在于此。加州气候温和,哪怕是最冷的北加州地区,城区冬天最冷时也高于6摄氏度,一般冬季的天气,每天最低气温总在12度以上。冬夏续航里程变化不大。

但是,如今的特斯拉,远销全球各地,特别是环保意识高的北欧,天气寒冷,车主也深感冬夏续航里程差别之大。美国消费者报告在2019年2月测试显示,在室外-20摄氏度左右天气中,Model 3实际跑64英里情况下,续航折损121英里。也就是说,在这种气候下,续航要折损几乎一半。其中的因素之一,也是空调制热。

冬天充电

电动汽车冬天续航衰减,特斯拉也不例外

特斯拉如果采用热泵,降低制热的损耗,也就将降低冬季续航的折损程度。这也将提升这些地区的消费者满意度。

使用热泵除了降低车内制热耗能,也能帮助电动汽车的其他部件的热管理。当前,很多电动汽车将驾驶舱的空调和电池包热管理、电驱动系统热管理结合到一起。比如,特斯拉就可以将电机的发热转移到驾驶舱的制热上。

如果使用热泵,特斯拉的电池温控系统也能提升。有一个小故事可以很好的说明这一问题。特斯拉的Model S P 100D,目前应该是速度最快的电动轿车,0-100公里/小时加速仅需2.7秒。

但是奥迪却说,他们0-100公里/小时加速时间为5.5秒的E-tron比特斯拉Model S P 100D更快。理由是,E-tron采用了带了热泵的热管理系统,支持你反复将加速踏板踩到底来加速。但是,特斯拉Model S P 100D冲刺一次之后,需要好长时间来冷却。

奥迪工程师的意思是,热泵能帮助E-tron始终保持在25-35℃的良好工作区间。

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奥迪e-tron带热泵的电池热管理系统

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热泵能否成为主流?

热泵的好处很清楚,为什么大多数中国的电动汽车都还没用呢?

除了装配空间等因素,成本是最大问题。国内采用热泵最早的品牌是上汽荣威。据上汽工程师透露,荣威Ei5的热泵空调成本早先达到一万多元。

不过,根据国金证券2018年的报告,热泵空调单车价格3300元左右,比传统空调只高出1000元。可见热泵并不用那么贵,或者成本已经大幅下降。

该报告还预测,2025年热泵空调会取得30%渗透率,市场空间将近150亿元。

该报告还列举了国内三家热泵空调供应商,包括三花智控、银轮股份和中鼎股份。

3月17日,银轮股份公告说,子公司上海银轮热交换系统有限公司与特斯拉、特斯拉(上海)有限公司签订了产品零件或服务通用条款合同。特斯拉将向公司采购汽车换热模块产品。不过,尚不清楚这一模块是否用于热泵空调。但是,1月20日,银轮股份另一家公司银芝利获得了吉利PMA-2平台(SMART车型)热泵空调项目的授权,该项目产品预计将于2022年开始批量供,根据预测,生命周期内销售额预计6.95亿元。

电动汽车冬夏续航里程接近三四成的差距,显然不是成熟汽车产品应有的表现。认真的车企不应该对这个问题视而不见。在热泵空调成本降低的情况下,车企广泛采用,应该也只是时间问题。而特斯拉的引领效应,可能加速热泵空调在电动汽车上的应用。

另外,本文作者并没有购入上述三支股票^_^(完)

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