特斯拉3月15日開始交付Model Y。這款小型電動SUV，基于Model 3 轎車平臺，性能變化不大。不過，特斯拉Model Y擁有一個此前所有特斯拉車型都沒有的配置：熱泵空調(diào)。在Model Y的車主手冊上，特斯拉告訴車主：Model Y采用熱泵以實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)化；因此，即便在外界氣溫寒冷，汽車在制熱或超充時，你的空調(diào)壓縮機(jī)和外風(fēng)扇都可能會啟動并發(fā)出噪音。![]()
該手冊的高壓部件圖示中，還標(biāo)注除了熱泵的位置，位于左前輪前方。
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為什么特斯拉開始使用熱泵空調(diào)了？還有哪些車企在用？熱泵空調(diào)會不會成為潮流？
此前，特斯拉確實(shí)沒有使用過熱泵空調(diào)，和中國絕大多數(shù)電動汽車一樣，一直采用PTC制熱。PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮寫，意思是正的溫度系數(shù)，泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。簡單說，就是通過給熱敏電阻通電，使得電阻發(fā)熱來提高溫度。我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降碾姞C斗、卷發(fā)燙發(fā)器等，都是這個原理。PTC制熱最主要的問題就是耗電，繼而影響電動汽車?yán)m(xù)航里程。以一個2kW的PTC為例，全功率工作一個小時要消耗掉2kWh電。如果按一輛車行駛百公里耗電15kWh計，2kWh就將損失13公里的續(xù)航里程。很多北方車主抱怨電動汽車?yán)m(xù)航里程縮水太多，部分原因就在于PTC制熱耗電上。再加上冬天寒冷天氣下，動力電池內(nèi)的物質(zhì)活性下降，放電效率不高，續(xù)航里程也會打折。兩廂疊加，像在北京這樣北緯40度的城市，冬天電動汽車?yán)m(xù)航比夏天短30%以上，是普遍現(xiàn)象。![]()
熱泵原理 1：冷凝器（放熱）, 2：節(jié)流閥（減壓）, 3：低溫處（吸熱）, 4：壓縮機(jī)（加壓）
熱泵的基本原理和家用空調(diào)一樣。在上圖的3過程中，低沸點(diǎn)液體（比如空調(diào)里的氟利昂）經(jīng)過節(jié)流閥減壓之后蒸發(fā)，從較低溫處（比如室外）吸熱，然后經(jīng)壓縮機(jī)將蒸汽壓縮，使溫度升高，在經(jīng)過冷凝器時放出吸收的熱量而液化后，再回到節(jié)流閥處。如此循環(huán)工作能不斷地把熱量從溫度較低的地方轉(zhuǎn)移給溫度較高（需要熱量）的地方。PTC可以說是用電能轉(zhuǎn)化為熱能，是制造熱量。在極致情況下，也只能實(shí)現(xiàn)100%的能量轉(zhuǎn)換。耗費(fèi)1焦耳的能量，最多只能提供1焦耳的熱量。而熱泵，是搬運(yùn)熱量，可以使用1焦耳的能量，從更冷地方移動大于1焦耳的能量，因此在耗電量上要大為節(jié)省。不過，傳統(tǒng)熱泵也有缺點(diǎn)。比如氣溫非常低的情況下，熱泵很難再搬走熱量。在室外環(huán)境溫度靠近?18 ℃時，耗費(fèi)1焦耳的能量，也大概只能搬運(yùn)1焦耳的熱量。另外，當(dāng)熱泵從室外低溫的空氣中獲取熱量時，空氣中的水分會凝結(jié)并凍結(jié)在室外交換器上，系統(tǒng)就必須階段性地除去這些冰霜。當(dāng)外面空氣極端寒冷時，熱泵取暖有可能不如PTC的取暖器。比如，有的企業(yè)提供了噴氣增焓技術(shù)，解決了低溫制熱衰減問題，能在零下20-25度有效制熱。![]()
在中國專利審查信息查詢平臺，可以看到多個車企或其他企業(yè)申請了電動汽車熱泵空調(diào)專利。其中，上海威樂汽車空調(diào)器有限公司申請的帶噴氣增焓功能壓縮機(jī)的熱泵空調(diào)，專利說明稱，跟傳統(tǒng)不帶噴氣增焓功能的比，能耗可降低10%-15%；跟PTC加熱比，則可以降低超過50%的能耗，增大電動汽車?yán)m(xù)航里程。電動汽車用熱泵，特斯拉只是跟隨者。一大幫前輩早就用了：日產(chǎn)聆風(fēng)、雷諾ZOE、寶馬i3、豐田普銳斯、捷豹I-PACE、奧迪E-tron，以及大多數(shù)版本的大眾e-Golf。![]()
寶馬熱泵空調(diào)示意
即便在中國，也有上汽、蔚來ES6、長安CS75 PHEV用了熱泵，吉利已經(jīng)儲備了這一技術(shù)，拜騰首款量產(chǎn)車M-byte也將搭載。Youtube播客Andy Slye的分析是，特斯拉總部位于加州，剛開始的主要市場也在于此。加州氣候溫和，哪怕是最冷的北加州地區(qū)，城區(qū)冬天最冷時也高于6攝氏度，一般冬季的天氣，每天最低氣溫總在12度以上。冬夏續(xù)航里程變化不大。但是，如今的特斯拉，遠(yuǎn)銷全球各地，特別是環(huán)保意識高的北歐，天氣寒冷，車主也深感冬夏續(xù)航里程差別之大。美國消費(fèi)者報告在2019年2月測試顯示，在室外-20攝氏度左右天氣中，Model 3實(shí)際跑64英里情況下，續(xù)航折損121英里。也就是說，在這種氣候下，續(xù)航要折損幾乎一半。其中的因素之一，也是空調(diào)制熱。![]()
電動汽車冬天續(xù)航衰減，特斯拉也不例外
特斯拉如果采用熱泵，降低制熱的損耗，也就將降低冬季續(xù)航的折損程度。這也將提升這些地區(qū)的消費(fèi)者滿意度。使用熱泵除了降低車內(nèi)制熱耗能，也能幫助電動汽車的其他部件的熱管理。當(dāng)前，很多電動汽車將駕駛艙的空調(diào)和電池包熱管理、電驅(qū)動系統(tǒng)熱管理結(jié)合到一起。比如，特斯拉就可以將電機(jī)的發(fā)熱轉(zhuǎn)移到駕駛艙的制熱上。如果使用熱泵，特斯拉的電池溫控系統(tǒng)也能提升。有一個小故事可以很好的說明這一問題。特斯拉的Model S P 100D，目前應(yīng)該是速度最快的電動轎車，0-100公里/小時加速僅需2.7秒。但是奧迪卻說，他們0-100公里/小時加速時間為5.5秒的E-tron比特斯拉Model S P 100D更快。理由是，E-tron采用了帶了熱泵的熱管理系統(tǒng)，支持你反復(fù)將加速踏板踩到底來加速。但是，特斯拉Model S P 100D沖刺一次之后，需要好長時間來冷卻。奧迪工程師的意思是，熱泵能幫助E-tron始終保持在25-35℃的良好工作區(qū)間。
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奧迪e-tron帶熱泵的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
熱泵的好處很清楚，為什么大多數(shù)中國的電動汽車都還沒用呢？除了裝配空間等因素，成本是最大問題。國內(nèi)采用熱泵最早的品牌是上汽榮威。據(jù)上汽工程師透露，榮威Ei5的熱泵空調(diào)成本早先達(dá)到一萬多元。不過，根據(jù)國金證券2018年的報告，熱泵空調(diào)單車價格3300元左右，比傳統(tǒng)空調(diào)只高出1000元。可見熱泵并不用那么貴，或者成本已經(jīng)大幅下降。該報告還預(yù)測，2025年熱泵空調(diào)會取得30%滲透率，市場空間將近150億元。該報告還列舉了國內(nèi)三家熱泵空調(diào)供應(yīng)商，包括三花智控、銀輪股份和中鼎股份。3月17日，銀輪股份公告說，子公司上海銀輪熱交換系統(tǒng)有限公司與特斯拉、特斯拉（上海）有限公司簽訂了產(chǎn)品零件或服務(wù)通用條款合同。特斯拉將向公司采購汽車換熱模塊產(chǎn)品。不過，尚不清楚這一模塊是否用于熱泵空調(diào)。但是，1月20日，銀輪股份另一家公司銀芝利獲得了吉利PMA-2平臺（SMART車型）熱泵空調(diào)項(xiàng)目的授權(quán)，該項(xiàng)目產(chǎn)品預(yù)計將于2022年開始批量供，根據(jù)預(yù)測，生命周期內(nèi)銷售額預(yù)計6.95億元。電動汽車冬夏續(xù)航里程接近三四成的差距，顯然不是成熟汽車產(chǎn)品應(yīng)有的表現(xiàn)。認(rèn)真的車企不應(yīng)該對這個問題視而不見。在熱泵空調(diào)成本降低的情況下，車企廣泛采用，應(yīng)該也只是時間問題。而特斯拉的引領(lǐng)效應(yīng)，可能加速熱泵空調(diào)在電動汽車上的應(yīng)用。 
