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解讀特斯拉的熱泵空調是如何緩解續航焦慮

2020-05-18 09:25:25


特斯拉從出道到現在,一直被標榜為黑科技的化身,就連車上小小的空調系統,也一直被外界注視。


 
從Model S/X上的PTC模式,到Model 3上PTC+電機余熱的方式,如今進化到熱泵搭配PTC或電機余熱的形式給座艙和電池進行“熱”管理,特斯拉緊跟市場需求。
 
而這一代代的更迭,最根本的動因是電動車續航吃緊和用戶本身舒適性的要求。那么Model Y有沒有真正決用戶對于續航的焦慮和車輛舒適性的需求呢?

在特斯拉Model Y熱泵空調專利技術中我們可以看到,在不選擇任何制冷或者制熱模式下,當客艙/環境溫度增加的負載溫度和電池溫度在10-30℃左右,熱效比(COP,壓縮機的制熱量和軸功率的比值)最高能達到5,相比PTC加熱方式基本為1的熱效比,相同溫度下熱泵空調的效率確實提高了很多。
 
圖片來源:特斯拉熱泵專利
 
但熱泵空調比PTC能耗小是本身屬性決定的,PTC制熱的方式是直接與空氣接觸產生熱量,所以多大功率的PTC只能產生同等的熱量,而熱泵空調消耗的電能是作用于壓縮機的,產生多大的熱量影響因素很多,所以可以人為進行效率優化。

不過特斯拉的熱泵空調究竟有多節能?

目前熱泵空調搭載的車型,在這個溫區兩者耗電量一般比例在2/3:1。以比亞迪E5此前的實驗數據為例,15℃時PTC耗電量為0.66kWh,熱泵系統耗電量僅為0.33kWh,兩者耗電量之比為2,-15℃時兩者耗電量之比為1.56。相同環境溫度下外循環PTC的耗電量比例增加更大。
 
光就數據來看,兩者差距還是挺大的。
 
圖片來源:公開數據
 
鳥槍換炮之后,特斯拉Model Y部件成本一下子也提升了將近2000元,部件更換帶來的續航優勢是其屬性決定的,特斯拉自己為緩解續航焦慮所做的努力在哪兒?

溫區的改變。

大家都知道的是熱泵空調在極寒條件下(一般是-20℃以下),制熱效率并不高,所以很多車都會選擇用PTC替代。特斯拉在數據上給我們展示的是,-30-30℃的空間里面,熱泵空調的制熱效率基本上都在1以上(壓縮機作為加熱器)。這個溫區相對來說是比較廣泛了,畢竟-30℃以下的地方不多。所以這相當于是在溫區上給了熱泵空調更大的工作自由,將作用發揮到極致。
 
并且,還存在一個問題是,外循環溫度下跌的幅度相比內循環會更明顯,所以耗電量肯定會更大。但是特斯拉卻表示,升級為熱泵空調之后,即便外部溫度低,汽車正在加熱或者充電的狀態下,Model Y還是可以支撐空調和壓縮機的正常運行,外部環境和內部環境對于Model Y來說都不是問題。

所以,除了配件改變帶來的優勢,熱泵空調工作溫區的改變也是特斯拉為用戶緩解續航焦慮做的努力,至于技術上怎么實現的目前還不得而知。

另一個緩解續航焦慮的方式,就是通過軟件控制讓熱泵、電機、PTC配合工作達到最高效的平衡。
 
至于怎么在不同條件下實現系統最高效工作,Model Y給出了方案。
 
除了這些硬件設備,特斯拉還在Model Y上配置了軟件,用來監測電池的和環境溫度,以此來探索兩者的關系,試圖通過不同熱量的利用和轉移來實現制熱效率的最大化,對軟件的要求比較高。
 
在極寒的條件下,主要進行熱支持的就是電機了,特斯拉還提供了了一種方式是,通過冷卻液的閥門系統(208)讓電池和電機循環系統串聯,通過電機堵轉加熱的方式供熱,但是這種方式貌似會形成電阻小電流大的情形,長時間使用會燒壞電機。
 
 圖片來源:特斯拉熱泵專利

所以Model Y配備的這個低壓的PTC(下圖232),會在電池溫度在-10-10℃這個區間輔助熱泵空調混合工作。
 
所有這些模式的切換,都是車輛根據環境的變化進行的,所以對軟件的要求比較高。
 
總體而言,就現有數據和公開資料,Model Y理論上確實是可以有助于緩解續航焦慮和提升車輛舒適性,而且就控制方面的軟件來看,也確實是特斯拉獨有的專利技術。隨著Model Y即將國產,特斯拉會給中國的空調市場引起什么波瀾呢?

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