在低溫條件下，電動車需要面臨乘客艙需要加熱，電池需要加熱的問題。從電池的性能上來講，電池怕冷不怕熱。在低溫條件下，電池下續(xù)航會大大降低，功率也會大大折扣.

1.特斯拉在售幾款車型的加熱方式

從上表可以看出來，特斯拉的熱管理技術(shù)是在不斷優(yōu)化的。Model S/X是第一代熱管理技術(shù)，采用直接PTC加熱，Model 3開始收集功率電子的余熱來為電池加熱，這是第二代管理系統(tǒng)，Model Y在熱管理系統(tǒng)上引入了一個非常重要的熱管理方式-熱泵，馬一龍在推特上對這個熱泵大吹特吹了一番，其實特斯拉也并不是最先使用熱泵的主機(jī)廠。

對有發(fā)動機(jī)的汽油車或者混合動力車，駕駛艙和電池的加熱從來都是一個問題。發(fā)動機(jī)的熱效率到40%已經(jīng)是極其困難了，也就是說絕大部分熱被沒有用來做有用功，被浪費(fèi)掉了，這部分廢熱用來加熱駕駛艙和電池包綽綽有余，同時還提高了整車能耗。對燃料電池純電動汽車來說，與內(nèi)燃機(jī)相似，燃料電池的發(fā)電效率在50-60%左右，余熱也能充分利用。但是對鋰離子純電動車而言，能夠利用的廢熱只有電機(jī)和逆變器的冷卻廢熱，但是電機(jī)的效率輕輕松松到80-90%，這點(diǎn)廢熱和發(fā)動機(jī)的廢熱比起來就是毛毛雨了。

PTC加熱是直接加熱冷卻液或著薄膜來加熱電池，能量的最大效率也就是100%，也就是說1kJ的電池能量最多只能轉(zhuǎn)換成1kJ的熱量，而熱泵的效率可以達(dá)到200-400%，因此熱泵的加入能大幅提高電池的能量利用效率。一個直接數(shù)據(jù)就是，改款后加入熱泵的Model3，續(xù)航多出了31mile的續(xù)航，提升了9.6%。

2.熱泵的工作原理

熱泵空調(diào)的工作原理基于“逆卡諾循環(huán)”，如下圖所示，制熱模式下

所以從上面的5個步驟可以發(fā)現(xiàn)，整個系統(tǒng)的效率為(冷媒從空氣中吸收的熱量+空壓機(jī)對冷媒做的功)/空壓機(jī)的功耗，很容易超過100%，外界溫度過低的話，冷媒蒸發(fā)溫度與環(huán)境溫差過小，吸收的熱量比較少，因此低溫環(huán)境下，熱泵效率要小很多，這是很多控制策略中，環(huán)境溫度低于-10°，就不采用熱泵，直接高壓PTC加熱。

一般可以用所轉(zhuǎn)換熱量與輸入能量之間的比值COP(能效比)來衡量空調(diào)器性能的好壞，COP越高說明空調(diào)的轉(zhuǎn)化效率越高、越節(jié)能。PTC制熱的COP僅為1，而熱泵制熱時的最低理論COP也高于1，在實際中一般可以達(dá)到2-4，即相同能耗下產(chǎn)生的熱量是PTC的2-4倍。

仍以續(xù)航300km帶電35kw的典型電動車為例，使用熱泵空調(diào)將加熱功率下降至1kw，則續(xù)航里程減少為233km，遠(yuǎn)高于PTC制冷的192km?？梢娫趧恿﹄姵貨]有突破性進(jìn)展的情況下要保證低能耗制熱，熱泵空調(diào)是為數(shù)不多的有效技術(shù)。

熱泵技術(shù)在電動汽車上的使用由來已久，像NissanLeaf、RenaultZOE、VWe-golf、BMWi3、JaguarI-PACE、Audie-tron、KIASoulEV榮威Ei5、榮威MARVEL X、蔚來ES6等都有采用熱泵技術(shù)。

3.ModelY的熱泵技術(shù)

油管上面Munro對modelY進(jìn)行了詳細(xì)的拆解介紹，按照Munro的意思熱管理部分是他覺得整車?yán)锩孀钣幸馑嫉牟糠?，建議所有的OEM進(jìn)行對標(biāo)學(xué)習(xí)。他將整個熱管理系統(tǒng)叫總成，因為集成度非常高，緊湊，整個熱管理核心部分不到一個手提箱大小，如下圖所示。

整個系統(tǒng)位于車頭儲物艙打開的后面，高壓空壓機(jī)，蓄能器，冷卻液膨脹水箱，冷凝器，

冷媒模塊主要包含氣液分離器，水冷冷凝器，蒸發(fā)器及冷媒支架。Munro在視頻中特別提到氣液分離器采用攪拌摩擦焊。

該款溫控組件需要調(diào)整車輛不同部件的溫度，該系統(tǒng)自身的溫度變化幅度較大。隨著時間的推移，熱、冷溫度將開始弱化汽車部件。在制造階段，若該類部件暴露在過高的溫度下，這類問題就更明顯了，這就是特斯拉采用部分SpaceX級方案的原因了。

特斯拉選擇對制冷部件的鋁制部分采用攪拌摩擦焊技術(shù)。Munro表示：“該方案可將兩個部件的鋁制部分及部分其他材料焊在一起，但對鋁制材料而言，該技術(shù)最適用。事實上，焊槍的旋轉(zhuǎn)非?？?，攪拌摩擦焊可輕松將兩塊金屬材料焊接在一起。然后再處理下外部邊緣處即可。通常，該技術(shù)在鋁材處于塑性狀態(tài)(plasticstate)或觸變狀態(tài)時將其緊緊地粘合在一起。”

冷媒支架可以說是冷媒系統(tǒng)中最核心的部件，冷媒支架直通冷媒不通冷卻液，通過不同的膨脹閥及電磁閥來控制冷媒經(jīng)過不同熱交換器。在不同的狀態(tài)下面溫度不一樣，經(jīng)過空壓機(jī)后的冷媒，高溫，經(jīng)過膨脹閥的冷媒，低溫。冷媒支架在這樣的循環(huán)高溫低溫下很容易熱脹冷縮而且引起支架損壞。特斯拉的工程師考慮到這個問題，在支架上設(shè)計加工了很多細(xì)縫來避免因為熱脹冷縮而造成的問題。

冷卻液塑料支架嵌入在冷媒支架下方，只同冷卻液。馬一龍在微博上說這是借鑒PCB的設(shè)計思想(一般電路板是分層設(shè)計的，比如第一層信號線路，第二層供電線路，第三層地線，等等)，上層走冷媒，下層走冷卻液，如果采用用常規(guī)的冷卻水管集成度是做不到這樣的集成度的

重要的東西放在最后說，冷卻液支架背面銜接一個八通道閥，特斯拉工程師將其比喻成八爪魚，這個八通閥叫octovale，通過控制步進(jìn)電機(jī)的動作，是閥門處于不同的位置，從而始冷卻液在不同的系統(tǒng)中流動，加熱或者冷卻系統(tǒng)。

對于很多傳統(tǒng)OEM來說，駕駛艙熱管理，電池?zé)峁芾?，很多都是很開的，并不是說傳統(tǒng)主機(jī)廠沒有這個能力做出一套像特斯拉這么緊湊，與創(chuàng)意的熱管理系統(tǒng)，很多時候協(xié)調(diào)部門之間的資源并不是一件很容易的事情，需要有強(qiáng)有力的猛人來推動整個事情。

改款Model 3或?qū)Q裝熱泵空調(diào)，具備8通閥！未來實力大增

?

近日，有海外媒體曝光了特斯拉Model 3的最新信息動向，相比目前在售的車型，可能作為改款車型的新車在多個方向均作出了提升，且是純硬件層面的升級，而非FOTA升級帶來的固件與軟件算法新功能。

?

后備箱挺桿

具體來說，目前根據(jù)海外曝光的改款新車圖片來看，一是改款Model 3的前大燈相比老款發(fā)生了變化，在原來外側(cè)近光燈的位置加入了透鏡設(shè)計，可能是能夠提升一定程度的照明效果；其次，從曝光的圖片來看，后備廂支撐桿的體積明顯變粗，據(jù)此推測改款后的車型將具備電動尾門設(shè)計，這是老車主們已經(jīng)吐槽了無數(shù)次的點(diǎn)，算是順應(yīng)消費(fèi)者意見的改進(jìn)。

?

改款后前備箱容積減少

而除了上述兩點(diǎn)的升級改進(jìn)之外，其實最重磅的變化則是出現(xiàn)在前備箱上，根據(jù)曝光圖片顯示，改款Model 3的前備箱形狀較老款有一定變化且內(nèi)部容積減小，而原因大概率是在于新的改款model 3采用了和Model Y一致的特斯拉全新專利的熱泵+輔助PTC的空調(diào)系統(tǒng)，這一套系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的水暖/風(fēng)暖PTC，其在寒冷環(huán)境下制熱時的功耗能大幅降低，直接的好處就是提升了電動車在寒冷環(huán)境中的實際續(xù)航能力。

那么，可能就有朋友會問了，為何熱泵+輔助PTC就能將能耗做到大幅低于液冷PTC或者風(fēng)冷PTC呢？這個PTC和熱泵的區(qū)別何在？

一個是轉(zhuǎn)化熱，一個是搬運(yùn)熱

?

要解讀這兩套不同技術(shù)路徑的區(qū)別，我們就先要知道其核心差異點(diǎn)在哪里，我們先說目前電動車空調(diào)裝車量最大的PTC，其學(xué)名叫正溫度系數(shù)熱敏電阻，它是消耗電能來換取自身的發(fā)熱，進(jìn)而通過與車內(nèi)空氣交換（風(fēng)暖）或者與車內(nèi)冷卻液交換（水暖）來完成最終的空調(diào)制熱目的。

?

換句話說，PTC就是轉(zhuǎn)化熱的技術(shù)路徑，是將電動車的儲備電能轉(zhuǎn)化為熱能。

而熱泵的工作原理就與PTC大相徑庭了，相比起PTC發(fā)熱的笨辦法，熱泵走的是搬運(yùn)熱的技術(shù)路線，它是以逆循環(huán)的方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體，僅消耗少量的逆循環(huán)凈功，就可以得到較大的供熱量。畢竟我們知道，只要溫度是高于絕對零度的-273.15℃，那么環(huán)境中就一定是有熱能存在的，因此，將外界環(huán)境中的熱能搬運(yùn)到車內(nèi)來，其實一樣可以升溫。

?

知道兩個技術(shù)路徑的區(qū)別之后，其核心的能耗差異就出來了，PTC是消耗電能轉(zhuǎn)化熱能，而熱泵是消耗電能搬運(yùn)熱能。理論上來說，一般是用轉(zhuǎn)換熱量和輸入能量的比值也就是COP（能效比）來衡量轉(zhuǎn)化效率的好壞，COP越高說明空調(diào)轉(zhuǎn)化效率越高，也就是越節(jié)能。

理論上的數(shù)據(jù)，PTC制熱的COP一般僅僅為1，而熱泵的COP最低情況也遠(yuǎn)高于1，在實際中一般會在2-4之間。也就是在相同能耗下，熱泵產(chǎn)生的熱量是PTC的2-4倍。

把這個差異換算到冬季的實際開空調(diào)行駛里程差異上，在其它條件相同的基礎(chǔ)上，熱泵車型能比PTC車型節(jié)約至少大幾十公里續(xù)航里程出來。

技術(shù)流的特斯拉，用域控制實現(xiàn)了超強(qiáng)整車熱管理

看起來熱泵很好，但為何如今大多數(shù)電動車還是采用PTC呢？甚至我們就說這篇文章的主角車型Model 3，在這一次的升級改款之前，依然也是以PTC為主呢？

這里，不得不提熱泵空調(diào)的兩個弱點(diǎn)，一是極低溫時的效率問題，二是成本；尤其是前者。

當(dāng)外界環(huán)境溫度過低時，比如當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到-20℃，因為熱量不足，熱泵空調(diào)此時的COP僅為1，考慮結(jié)構(gòu)問題，此時的熱泵系統(tǒng)約等于不工作狀態(tài)；而在北方更常見的-10℃-0℃區(qū)間，熱泵空調(diào)此時的COP在1-2之間，只是比PTC加熱略強(qiáng)一些，整體節(jié)能效果還是差強(qiáng)人意；真正的高效區(qū)間，則是超過0℃之后，甚至在10℃后COP更是可以超過2.5，節(jié)能效果十分出色。

很明顯的，熱泵最大的問題就是極低溫時的效果不佳。而改款Model 3如無意外，將搭載與Model Y一致的熱泵系統(tǒng)，根據(jù)特斯拉此前申請的專利，這套熱泵系統(tǒng)具備非常復(fù)雜的8通閥，相比傳統(tǒng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其獲取熱量的來源更多更復(fù)雜，且有12V小電瓶支撐的PTC輔助發(fā)熱，以應(yīng)對極端低溫情況。

在這套系統(tǒng)中，特斯拉將傳統(tǒng)的熱泵空調(diào)和車輛的電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)通過8通閥進(jìn)行了打通，徹底壓榨了不同系統(tǒng)的余熱，同時進(jìn)行了融合，產(chǎn)生了多達(dá)12種工作模式。最重要的是，這些功能完全是系統(tǒng)自己去操作，根據(jù)天氣情況和車輛情況自動完成所有的功能匹配與操作。這是特斯拉在算法層面和電子架構(gòu)層面表現(xiàn)出的極高的水準(zhǔn)，相信短期內(nèi)可能也只有特斯拉Model 3/Y這種使用了域控制器的車型才能完成集成度如此高的整車熱源打通和融合管理。

當(dāng)然，上文提及熱泵系統(tǒng)還有另外一個問題，那就是成本，傳統(tǒng)汽車空調(diào)的成本單價在2000元左右，而普通熱泵空調(diào)的成本單價則是3300元左右，光成本價就相差超過1000元，而特斯拉改款Model 3和Model Y身上的這套系統(tǒng)還有著相比傳統(tǒng)熱泵空調(diào)四通閥更復(fù)雜的八通閥，再考慮管道等問題，其綜合成本必然是更高的，所以不排除未來可能會因為這一部分導(dǎo)致整車成本上漲進(jìn)而影響最終銷售價格。

?

寫在最后

目前改款Model 3僅僅是海外曝光，國內(nèi)筆者大膽猜測可能會伴隨后繼采用寧德時代電池與磷酸鐵鋰電池版本車型一同改進(jìn)上市，考慮到電池成本會大幅降低且整車零部件國產(chǎn)化率愈發(fā)提高的背景，未來的新車，價格必然還會進(jìn)一步降低，實際續(xù)航也因為熱泵的存在而更長。

審核編輯：黃飛

?