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助力续航提升 解读特斯拉热泵空调技术

  [爱卡汽车 用车 原创]

  说起新能源汽车,特斯拉是我们谁都绕不开的品牌。作为特斯拉最为走量的Model 3(参数|询价),其将于数月后正式上市新版车型,在众多变化中,除了新增磷酸铁锂电池版本外,还首次搭载了热泵空调。说起热泵空调,想必大家都会比较陌生,那么本期我们就来聊一聊热泵空调是什么?又能给新版Model 3带来怎样的性能提升?

热泵空调助力续航提升

  众所周知,新能源汽车续航里程的头号杀手便是温度,在低温环境下,新能源汽车的续航里程普遍会有不同程度的缩水,这主要是因为在低温下,电池组的电解液黏稠度上升,电池组的充放电性能下降所致。

热泵空调助力续航提升

热泵空调助力续航提升

  对比现如今新能源汽车普遍采用的三元锂电池与磷酸铁锂电池,它们二者的低温衰减都是比较明显的,尤其是磷酸铁锂电池,据研究显示,磷酸铁锂电池如果在-10℃的环境中工作,经过不到100次的循环就会衰减85%左右的容量,与报废没什么区别,而即便是现在的纳米化和碳包裹也无法彻底解决这一问题。除了电池加热,对于车主冬季用车来说,车内加热同样重要。上车打开空调、玻璃除雾除霜等加热功能是非常必要的。

热泵空调助力续航提升

  对于传统燃油车来说,由于自身发动机在正常工作过程中便可以产生大量的热,完全可以满足车内乘员对于热量的需求。而新能源汽车的产热能力远不如燃油车,所以唯一的选择就是将电能转化为热能进行供热。

  ▼目前新能源汽车中较为普遍的供热方式有三种,分别是电加热、燃油加热、热泵加热。

  •电加热

  电加热目前多指PTC加热,也就是指热敏电阻加热。PTC热敏电阻是一种热敏感性半导体电阻,当超过一定温度时,其电阻会随着温度的升高而陡升,此时发热功率便会降低,最终会迫使温度回归到正常范围内。

热泵空调助力续航提升

  采用此种加热方式的优点便是恒温发热、无明火、使用寿命较长、且在任何情况下,不会出现类似于电热管加热器表面“发红”的现象,避免火灾隐患,所以此种加热方式被广泛应用于电池组加热与空调加热系统中。但是为了满足空调系统对于除霜除雾的法规及采暖要求,PTC加热通常需要很大的功率,显然会严重影响新能源汽车的续航里程。

  •燃油加热

  顾名思义,燃油加热系统就是通过燃烧燃油的方式,将加热后的液体送入电池组与暖风芯体内,从而满足电池组与驾驶室对于温度的要求。通常来说,此种加热方式主要用来加热电池组,多余的热量辅助供热乘员舱。

热泵空调助力续航提升

  这种方式的优点也是显而易见的,那就是整个加热过程不会消耗电池组的电量,不会影响新能源汽车的续航里程,同时由于电池组的放电深度更低,间接的延长了电池的使用寿命。

热泵空调助力续航提升

  但此种方案也是有不少弊端的,首先便是增加燃油系统,在增加了结构复杂性的同时还产生了尾气排放,与纯电动汽车不消耗燃油的理念相悖。其次,燃油系统的存在势必会影响车辆电池包等重要电气部件的布置,同时在车辆发生碰撞事故时,燃油系统能否与高压电气系统“和平共处”也是一大问题。

  •热泵加热

  热泵是一种充分利用低品位热量的高效节能装置,其主要是通过电机做功的方式迫使热量从低温物体传递至高温物体,并且此过程仅需消耗少量的逆循环净功,就可以得到较大的供热量。

热泵空调助力续航提升

  在讲求能源利用率的新能源汽车上,任何节能高效的装置都不会逃出工程师的眼睛,热泵当然也不例外。使用热泵加热后,在产生相同热量的前提下,热泵加热的耗电量更少,那么也就意味着续航里程的增加。

  当然热泵也并非处处完美,它的缺点也是比较突出的。

  •低温制热效率较低

热泵空调助力续航提升

  在气温非常低时,热泵获取热量的速度便会下降,低温制热的效率便会降低。理论上讲,在外界环境低于-20℃时,传统热泵系统的制热效果甚至不如简单粗暴的PTC加热。正是因为热泵加热这一弊端,也就导致热泵系统几乎只用在空调系统中,而在电池组加热方面还是采用电阻加热的方式。

  •成本较高

热泵空调助力续航提升

  通常来说,热泵加热系统并不会独立存在,也就是说的大部分车型所配备的热泵都是冷暖两用,而想要实现夏季制冷、冬季制热功能,便需要针对原有空调的结构进行升级,技术难度较大,最终也会导致其成本较高。

热泵空调助力续航提升

  其实在特斯拉之前,大众的e-Golf(参数|询价)、奥都Q7 e-tron(参数|询价)、宝马i3(参数|询价)、捷豹I-PACE(参数|询价)、荣威Ei5、长安CS75(参数|询价) PHEV、蔚来ES6(参数|询价)等国内外品牌的不少车型也同样装配了热泵空调,而要说把这套系统玩的最“6”的,还是特斯拉。

热泵空调助力续航提升

  热泵空调系统最早是被应用在Model Y(参数|询价)车型之上,根据海外已经交付的车辆来看,其空调系统采用了热泵+PTC辅助的方式进行制热。这里的PTC辅助制热系统采用单独12V蓄电池供电,其功率远远小于传统空调PTC加热的功率,在省电的同时还可以有效缓解热泵空调低温制热效果不佳的情况。

热泵空调助力续航提升

  再者,根据特斯拉的专利技术来看,特斯拉在Model Y上所使用的热泵空调系统打通了与电池系统、动力系统的连接。我们可以简单的理解为热量共享,其车辆自身电池系统与动力系统产生的多余热量可以输送到驾驶室内,充分利用了热量,也就变相降低了能耗。

热泵空调助力续航提升

  值得一提的是,在极端低温的情况下,热泵系统无法正常工作,此时系统会控制驱动电机堵转,以此来产热供热,理论上来说这种方式会烧毁电机,但特斯拉通过精密的算法与强大的控制能力可以有效避免电机的损坏。

  编辑点评:对于新能源汽车来说,冬季供热是一件令人非常头疼的事,而加热系统的能耗表现直接影响着续航里程。在传统加热元件面前,热泵加热的能耗优势还是非常突出的,尤其适合对于能源消耗“锱铢必较”的新能源汽车。而特斯拉的这套热泵空调系统的设计之巧妙、热量利用率之高是其他搭载热泵空调的车型所无法匹敌的。我们虽然还不知国产新版Model 3上的这套热泵空调系统是否被“阉割”,但是就技术层面而言,显然是整合软硬件开发的特斯拉更胜一筹。

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