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特斯拉的热泵空调是如何缓解续航焦虑的?

2020-05-18 09:22:49


特斯拉从出道到现在,一直被标榜为黑科技的化身,就连车上小小的空调系统,也一直被外界注视。

 
从Model S/X上的PTC模式,到Model 3上PTC+电机余热的方式,如今进化到热泵搭配PTC或电机余热的形式给座舱和电池进行“热”管理,特斯拉紧跟市场需求。
 
而这一代代的更迭,最根本的动因是电动车续航吃紧和用户本身舒适性的要求。那么Model Y有没有真正决用户对于续航的焦虑和车辆舒适性的需求呢?

在特斯拉Model Y热泵空调专利技术中我们可以看到,在不选择任何制冷或者制热模式下,当客舱/环境温度增加的负载温度和电池温度在10-30℃左右,热效比(COP,压缩机的制热量和轴功率的比值)最高能达到5,相比PTC加热方式基本为1的热效比,相同温度下热泵空调的效率确实提高了很多。
 
图片来源:特斯拉热泵专利
 
但热泵空调比PTC能耗小是本身属性决定的,PTC制热的方式是直接与空气接触产生热量,所以多大功率的PTC只能产生同等的热量,而热泵空调消耗的电能是作用于压缩机的,产生多大的热量影响因素很多,所以可以人为进行效率优化。

不过特斯拉的热泵空调究竟有多节能?

目前热泵空调搭载的车型,在这个温区两者耗电量一般比例在2/3:1。以比亚迪E5此前的实验数据为例,15℃时PTC耗电量为0.66kWh,热泵系统耗电量仅为0.33kWh,两者耗电量之比为2,-15℃时两者耗电量之比为1.56。相同环境温度下外循环PTC的耗电量比例增加更大。
 
光就数据来看,两者差距还是挺大的。
 
图片来源:公开数据
 
鸟枪换炮之后,特斯拉Model Y部件成本一下子也提升了将近2000元,部件更换带来的续航优势是其属性决定的,特斯拉自己为缓解续航焦虑所做的努力在哪儿?

温区的改变。

大家都知道的是热泵空调在极寒条件下(一般是-20℃以下),制热效率并不高,所以很多车都会选择用PTC替代。特斯拉在数据上给我们展示的是,-30-30℃的空间里面,热泵空调的制热效率基本上都在1以上(压缩机作为加热器)。这个温区相对来说是比较广泛了,毕竟-30℃以下的地方不多。所以这相当于是在温区上给了热泵空调更大的工作自由,将作用发挥到极致。
 
并且,还存在一个问题是,外循环温度下跌的幅度相比内循环会更明显,所以耗电量肯定会更大。但是特斯拉却表示,升级为热泵空调之后,即便外部温度低,汽车正在加热或者充电的状态下,Model Y还是可以支撑空调和压缩机的正常运行,外部环境和内部环境对于Model Y来说都不是问题。

所以,除了配件改变带来的优势,热泵空调工作温区的改变也是特斯拉为用户缓解续航焦虑做的努力,至于技术上怎么实现的目前还不得而知。

另一个缓解续航焦虑的方式,就是通过软件控制让热泵、电机、PTC配合工作达到最高效的平衡。
 
至于怎么在不同条件下实现系统最高效工作,Model Y给出了方案。
 
除了这些硬件设备,特斯拉还在Model Y上配置了软件,用来监测电池的和环境温度,以此来探索两者的关系,试图通过不同热量的利用和转移来实现制热效率的最大化,对软件的要求比较高。
 
在极寒的条件下,主要进行热支持的就是电机了,特斯拉还提供了了一种方式是,通过冷却液的阀门系统(208)让电池和电机循环系统串联,通过电机堵转加热的方式供热,但是这种方式貌似会形成电阻小电流大的情形,长时间使用会烧坏电机。
 
 图片来源:特斯拉热泵专利

所以Model Y配备的这个低压的PTC(下图232),会在电池温度在-10-10℃这个区间辅助热泵空调混合工作。
 
所有这些模式的切换,都是车辆根据环境的变化进行的,所以对软件的要求比较高。
 
总体而言,就现有数据和公开资料,Model Y理论上确实是可以有助于缓解续航焦虑和提升车辆舒适性,而且就控制方面的软件来看,也确实是特斯拉独有的专利技术。随着Model Y即将国产,特斯拉会给中国的空调市场引起什么波澜呢?

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