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新能源車主都在關(guān)注的公眾號(hào)

上期我們淺談了電動(dòng)汽車空調(diào)的制冷原理（『電動(dòng)「祺」觀』夏季開空調(diào)太耗電？原來電動(dòng)車空調(diào)是這樣制冷的！），得到了一個(gè)結(jié)論：使用空調(diào)會(huì)縮短電動(dòng)汽車的續(xù)航。那么今天我們就來聊聊冬季，因?yàn)檫@才是電動(dòng)汽車的「真·焦慮」。

雖是鬧劇，但卻真實(shí)

2019年春節(jié)期間，某自媒體自發(fā)組織了一場『正名之旅』的活動(dòng)。他們駕駛著某新勢力車企的電動(dòng)汽車長途跋涉到東北，在低溫的環(huán)境中，長測了該車型的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，試圖為該車企創(chuàng)始人『加電比加油更加方便，汽油車能去的地方電動(dòng)汽車都能去』的豪言『正名』。結(jié)果……數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/span>

相信稍懂電動(dòng)汽車的朋友應(yīng)該知道這件事兒，其實(shí)整個(gè)事件就是一群自媒體以『迅雷不及掩耳盜鈴之勢』用實(shí)測黑了一把『不怕吹爆，只怕不敢吹』某車企創(chuàng)始人。

不過，在這場鬧劇的背后，我們必須認(rèn)清一個(gè)事實(shí)：就目前而言，冬季電動(dòng)汽車由于環(huán)境溫度低，續(xù)航里程就會(huì)縮減（此后談電池知識(shí)時(shí)詳解）。雪上加霜的是，開啟空調(diào)后，續(xù)航將繼續(xù)大幅縮水！

缺失的，恰恰是耗電的原因

相比電動(dòng)汽車而言，傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)制暖非常省電，其原因用兩個(gè)字總結(jié)就是『結(jié)構(gòu)』，用三個(gè)字總結(jié)就是『發(fā)動(dòng)機(jī)』。

▲水暖式暖風(fēng)汽車空調(diào)（概述）

傳統(tǒng)汽車常見的「水暖式暖風(fēng)空調(diào)」，其原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)崃?，通過水暖系統(tǒng)，使得「加熱器芯」升溫，最后通過「鼓風(fēng)機(jī)」將「加熱器芯」上的熱量吹入車內(nèi)。

▲「水暖式」暖風(fēng)汽車空調(diào)加熱器原理

對于純電汽車而言沒有「發(fā)動(dòng)機(jī)」，缺少了一個(gè)關(guān)鍵的「熱源」。所以，工程師們就必須尋求一條與傳統(tǒng)汽車空調(diào)不一樣的道路。

▲電動(dòng)汽車空調(diào)分類

以上的分類表給大家一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，接下來詳解此表格中幾個(gè)常見的技術(shù)。

余熱制暖

雖然電動(dòng)汽車缺少了「發(fā)動(dòng)機(jī)」這個(gè)重要熱源，但在電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，電池、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等部件會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量也是可以利用的。

▲理想ONE熱管理系統(tǒng)部分核心零件

在上一期中我們介紹了「余熱制冷」，而「余熱制暖」也是這個(gè)原理。以理想ONE為例，通過將「前段冷卻模塊」、「熱循環(huán)模塊」（「壓縮機(jī)」和「水泵」等部件）以及「制暖系統(tǒng)」（PTC和HAVC）三個(gè)模塊的組合，將電池?zé)峁芾砑夹g(shù)與空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合。光從結(jié)構(gòu)上看，目的清晰：高效利用設(shè)備的余熱。

▲轉(zhuǎn)念一想，理想ONE是有發(fā)動(dòng)機(jī)的啊！這樣對比合理嗎？

電暖風(fēng)芯制暖

相信南方的車主都用過「取暖器」，從兒時(shí)發(fā)著紅光的「石英管制暖」到現(xiàn)在不發(fā)光、來熱快的「PTC取暖器」。其工作原理是將「半導(dǎo)體發(fā)熱元件」通電加熱，最后由「風(fēng)機(jī)」將暖風(fēng)吹出，與傳統(tǒng)汽車空調(diào)的「加熱器芯」原理相近，只是「熱源」的改變。

▲家用的「PTC取暖器」，挺好用，就是耗電（源自網(wǎng)絡(luò)）

而就目前而言，「PTC加熱器」是目前當(dāng)仁不讓頭號(hào)『扛把子』！它自帶了不少優(yōu)秀的特性：

1. 發(fā)熱快：不少燃油豪華轎車（如2019款?yuàn)W迪A6L）為了解決『汽車剛剛發(fā)動(dòng)時(shí)，水溫（冷卻液溫度）沒有達(dá)到供暖要求』 的尷尬，會(huì)加裝「PTC加熱器」，使得車內(nèi)能快速暖和起來，提升用戶『輕奢』體驗(yàn)；

2. 相對安全：PTC是一種半導(dǎo)體發(fā)熱陶瓷，相比「石英管」等材質(zhì)，無光無火，安全隱患更少；

3. 相對耐用：用過「石英管取暖器」的朋友應(yīng)該會(huì)有體會(huì)，使用一段時(shí)間后「石英管」就會(huì)越來越暗淡，制熱效果也開始不穩(wěn)定，但PTC的壽命相對長一些。

▲加熱功率與續(xù)航里程的關(guān)系（數(shù)據(jù)源自weINcar）

然而，由于PTC材質(zhì)的屬性關(guān)系，當(dāng)外界溫度降低，PTC的電阻值隨之減小，在電壓導(dǎo)通下產(chǎn)生電流，電流通過電阻產(chǎn)生熱量，因此「制熱系數(shù)」（COP）最大值不超過1。什么意思？耗電偏高！

▲ES8前排PTC功率為5.5kW，后排3.7kW

比如蔚來ES8配有兩套PTC加熱器，主要是為了增加前后分區(qū)空調(diào)的用戶體驗(yàn)和制熱效果。這也是蔚來ES8冬季使用空調(diào)制暖會(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程明顯降低的主要原因之一，所以建議車主如果不是特別冷，推薦關(guān)閉空調(diào)，打開座椅加熱，因?yàn)檫@樣比較省電，后排乘客，可以抱團(tuán)取暖……

當(dāng)然，我們也不能『以偏概全』地就說「電暖風(fēng)芯制暖」這條『科技樹』沒前途，工程師正朝著兩個(gè)方向進(jìn)行研究：

▲「熱管技術(shù)」原理（源自網(wǎng)絡(luò)）

1. 尋找新的「電暖風(fēng)芯」材料：當(dāng)年『愛迪生改良燈芯』的成功故事告訴我們：世上沒有解決不了的問題，只有不愿意創(chuàng)新的嘗試。比如一種名為「熱管」（Heat Pipe）高導(dǎo)熱新型傳熱元件已經(jīng)進(jìn)入了汽車空調(diào)工程師的『法眼』，接下來就讓我們拭目以待吧；

▲傳統(tǒng)低壓PTC與e-Golf的高壓PTC（圖片源自weINcar）

2. 優(yōu)化現(xiàn)有材料：PTC是目前最主流的「電暖風(fēng)芯」材料，所以，不少OEM和主機(jī)廠也在不停優(yōu)化，比如采用「高壓PTC」來提高制暖效率，降低能耗。

熱電制熱

▲電動(dòng)汽車熱電原理

上期已經(jīng)詳解，優(yōu)點(diǎn)很多，缺點(diǎn)不多，卻很直接：

要使得「熱電空調(diào)」達(dá)到傳統(tǒng)空調(diào)的效果，在體積和材料等方面要解決的問題還很多。據(jù)了解，目前江淮汽車部分純電車型都會(huì)混搭使用「熱電空調(diào)」。

熱泵制熱

無論「電暖風(fēng)芯制暖」還是「熱電空調(diào)」，都是通過材料（半導(dǎo)體）通電發(fā)熱，『用電制暖』的實(shí)質(zhì)無法改變。所以，要解決『空調(diào)電耗高』這個(gè)核心問題的另一個(gè)途徑就是不靠電來制暖，而工程師再次啟用了以『熱交換』為核心的方式——比如「熱泵」！

▲汽車熱泵空調(diào)關(guān)鍵部件

與傳統(tǒng)的汽車空調(diào)相似，「熱泵空調(diào)」利用「四通換向閥」改變制「制冷劑」流向，使得「換熱器」在反向循環(huán)中充當(dāng)「蒸發(fā)器」（制冷時(shí)為「冷凝器」）散熱。整個(gè)過程中，消耗的電能不是用來『產(chǎn)生熱量』而是『運(yùn)輸熱量』，所以整個(gè)系統(tǒng)的就是一個(gè)『泵』，故稱為「熱泵」！簡單的理解就是：通過「熱泵」將車外的熱量帶入車內(nèi)。

由于「熱泵空調(diào)」不是靠電來發(fā)熱，所以電能消耗相比『自發(fā)熱』的「電暖風(fēng)芯制暖」要小許多。據(jù)統(tǒng)計(jì)「熱泵空調(diào)」相比「PTC制暖」的「制熱系數(shù)」高出2~3倍，可以有效延長10%以上的續(xù)航里程。（數(shù)據(jù)源自weINcar）

▲2015e-Golf上的「熱泵空調(diào)」透視圖（源自NetCarShow）

不過目前汽車的「熱泵空調(diào)」仍然存在著一些技術(shù)瓶頸，比如：

1. 「換熱器」表面與環(huán)境溫差過于接近時(shí)，無法工作：「熱泵空調(diào)」依靠「換熱器」來交換熱量，但是當(dāng)溫度達(dá)到平衡時(shí)，熱交換效率下降，也就意味著「熱泵」無效了；（源自weINcar）

2. 「換熱器」結(jié)霜便會(huì)影響工作：當(dāng)車外溫度較低時(shí)，如果空氣中含有較多水分，則空氣中的水分會(huì)在車外「換熱器」表面結(jié)霜，結(jié)霜后的車外「換熱器」也不能再從外界環(huán)境有效地吸收熱量，導(dǎo)致「熱泵空調(diào)」無法繼續(xù)提供制熱功能。所以一般「熱泵空調(diào)」在－10℃以下便無法正常工作。（源自weINcar）。

▲「熱泵技術(shù)」配合上其他技術(shù)，成為純電汽車空調(diào)設(shè)計(jì)主流

所以，「熱泵技術(shù)」配合上「PTC輔熱」或「設(shè)備余熱輔熱」等技術(shù)目前成為了一種『降低電量消耗，實(shí)現(xiàn)高效制熱』的電動(dòng)汽車空調(diào)解決方案，前途寬廣。

其他技術(shù)

除了以上三大主流電動(dòng)汽車制熱技術(shù)之外，也存在一些『妥協(xié)』的技術(shù)，當(dāng)電動(dòng)汽車面對極限低溫時(shí)，需要取暖的不只是車主，要讓車開起來還要先讓電池?zé)崞饋?，于是不少車企采用了「燃油加熱系統(tǒng)」：

▲威馬EX5可選配的「柴油加熱」

「燃油加熱系統(tǒng)」：更確切地說是「柴油加熱」，這套加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在車上加裝一個(gè)柴油加熱器，靠燃燒柴油產(chǎn)生熱量，并將熱量通過管道為電池組加熱，旨在解決電池在極寒環(huán)境下無法激活使用的問題，比如「威馬汽車」的車型就可選裝這套「柴油加熱系統(tǒng)」。

當(dāng)然，除了燃燒柴油來制熱，在化學(xué)反應(yīng)中也能得到熱量，所有便有了「蓄能器加熱系統(tǒng)」，其利用「蓄能器」內(nèi)「制熱劑」的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。需要在車內(nèi)加裝「制熱劑罐」和「溶液罐」，通過調(diào)整反應(yīng)溶液的濃度來控制化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)弱，從而控制產(chǎn)生供暖能量的多少……反正，這技術(shù)讓我心挺慌的……

總結(jié)

最后來總結(jié)一下本期的內(nèi)容：

1. 冬季電動(dòng)汽車使用空調(diào)耗電極大，目前純電汽車?yán)锍趟p約為30%左右（-15℃情況下）；

2. 「PTC暖風(fēng)芯制暖」是目前使用比較多的制暖方法，優(yōu)點(diǎn)包括使用壽命長，安全可靠，技術(shù)成熟等，不過缺點(diǎn)就是太耗電；

3. 電動(dòng)汽車的制暖技術(shù)正朝著『混搭』的方向發(fā)展，而「熱泵」技術(shù)將在不久的將來大展宏圖；

4. 其他新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，我們拭目以待；

5. 最后，『冬季電動(dòng)汽車空調(diào)耗電大』是大家都懂，所以各家主機(jī)廠沒必要遮遮掩掩，更沒必要去強(qiáng)調(diào)『電動(dòng)汽車優(yōu)越論』，有汽車歷史知識(shí)的朋友都知道，電動(dòng)汽車出現(xiàn)的比內(nèi)燃機(jī)汽車還早。近年來的普及，更多的是由于政策、能源和環(huán)境問題！

▲這是……『買空調(diào)送汽車』？！（源自網(wǎng)絡(luò)）

好了，對汽車空調(diào)的基礎(chǔ)原理探知，我們就暫時(shí)告一段落了，再次重申，這些知識(shí)只涉及電動(dòng)汽車空調(diào)的『皮毛』，如果聊開了，光一個(gè)「壓縮機(jī)」便可聊出一片『極樂凈土』。況且，董女士掌握的才是核心技術(shù)……

下一期正式進(jìn)入【電動(dòng)「祺」觀】，詳解電動(dòng)汽車。【電動(dòng)「祺」觀】，帶你簡單看懂電動(dòng)汽車知識(shí)！

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