冷科技 特斯拉吹爆的热泵有何奥秘？

冷科技 提起电动车续航问题，我想无论车黑还是车托们都会承认，这是人们对电动车最关注的点之一。如何提高电动车的续航是车企和供应商们的重要课题。正因为这些研究，才有了制动能量回收、才有了各种新式动力电池。而在不久前，新能源市场上的领头羊特斯拉也宣布了一项新的专利技术，这就是热泵空调，马斯克甚至专门在推特上炫耀自家的新技术。目前这项技术已经在特斯拉Model Y(参数|询价)上进行了搭载，未来特斯拉将会在更多车型上应用这个技术。为什么一个空调技术会得到马斯克专门的吹捧，本期《冷科技》我们就来了解一下背后的故事。

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电动车开空调，里程直接减半？

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『壹』电动车续航之空调综合症

症状：电动车无稳定热源，采用PTC热敏电阻，能耗巨大，极大地缩短了续航。

汽车空调绝对是汽车发明史上最有用的发明之一，它能让我们的乘员舱冬暖夏凉，提高了驾乘的舒适度。

综合来看，虽然空调在传统燃油车上会消耗一定的动力，但占比很小，对油耗的影响也有限，因此对于传统燃油车，我们并不在意空调的消耗。

这些系统在工作时可以产生一定热量，其中动力电池产生的热量最多，但这些热量无法满足空调的需求，因此传统的电动车上，并不会以这些热量为空调暖风的“源泉”，因此为了提供热源，电动车会额外的加入热源零部件PTC。

PTC是指正温度系数热敏电阻，这种电阻和温度是正相关的关系。也就是当环境温度降低，PTC的电阻也降低，这样通电后，恒定电压下，电流增大，通电的发热量就会变大。

目前PTC加热有两种方案，水暖和风暖。其差别就在于一个是通过PTC加热冷却液，再和散热器进行热交换；而另一个是开启暖风后，冷空气直接和PTC进行换热，最终吹出暖风。

一般情况下，PTC的功率会在6kW以内。对应不同功能，系统会对PTC的功率进行较为精准的控制。比方说，下雨天或者冬天的前挡风玻璃除霜、除雾功能，大约需要提供2-3kw的功率，而如果进行冷却液加热则需要PTC的功率达到6kW左右。目前一些价位较高的电动车，还会布置双PTC，因此在能耗方面的消耗是非常明显的。

早期类似北汽新能源的EV 200、长安奔奔EV（上图所示）等车型，由于本身续航里程就短，如果再开启暖风，会对续航产生很大影响，这也是很多电动车车主抱怨的地方。

『贰』你方唱罢我登场之热泵空调

由于PTC技术的种种问题，新的空调技术开始出现，这就是热泵空调。热泵在工业领域的应用还是比较多的，从技术上说并不是“新物种”。但在汽车中还是比较罕见。这种空调主要以热泵技术为核心，是目前为数不多的适用于电动车制热的有效技术。

特斯拉发布的这项技术就是一套基于热泵的空调系统，想要了解这套系统，你得先了解热泵空调的相关原理。

『汽车热泵空调系统结构图』

理论上讲，热泵是一种将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置。你可以将其理解为水泵的原理。春天到了，我们会把处于低位的河水通过管道在水泵的作用下抽到田间地头。热泵也是如此，它是热量的“搬运工”，可以把低温“物体”（包括气体、液体）的热量吸收出来传递到工质内，再通过系统内对工质的压缩使其升温，最终将高温工质通过冷凝器和车内空气进行换热，实现暖风的功能。（夏天通过改变热转换的方向，从乘员舱吸收热量进行制冷。）整个过程中，电池的电能只应用在“搬运”热量上，从而达到省电的初衷。

『叁』特斯拉并不是第一个吃螃蟹的人

热泵空调有这样的优势，传统车企们自然不会视而不见，尤其是外国品牌，它们大概已经有了5-8年的积累和实际验证。

比如日产的Leaf、丰田的普锐斯以及宝马的i系列车型等。国产品牌则是在近几年开始发力，上汽集团和长安应用的较多，比如上汽的荣威Ei5等车型都应用了热泵空调。特斯拉虽然大力宣传自己的热泵技术，但在之前的Model 3或者更早的车型都是传统的PTC技术，这次的Model Y是特斯拉品牌第一款搭载热泵技术的车型。

从这些已经搭载热泵技术的车型上，我们可以更进一步看到热泵技术实际应用的样子。整个系统由四个核心零部件组成，分别是：电动压缩机、四通换向阀、换热器和电子膨胀阀。它的工作过程可以用下面这张图进行说明。

除了特斯拉之外，都是应用这这种热泵空调的方案。可以看到，其热源就是来自环境的热量，那么可想而知，热泵空调是和环境温度息息相关的。如果外界气温过低（低于0℃），可能会造成进气格栅位置的换热器被冰霜覆盖的情况，因此影响对外界热量的吸收，从而导致热泵空调换热销量变低。因此目前实际装车时，还会加入小部分的PTC，作为辅助加热器。