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经过多年的挣扎和探索，特斯拉终于把热泵系统集成到了整车上，Model Y成为配备这种技术的首款车型。这从Model Y的用户手册可得到了确认： 在Model Y之前，从Roadster到最新的Model 3，特斯拉的加热方案总体上依赖直接使用电池包电能的加热器，如PTC，在走，但发展的趋势却是在逐渐去PTC化，将可以利用的热能利用起来。 热泵在电动汽车上的使用由来已久，像Nissan Leaf、Renault ZOE、VW e-golf、BMW i3、Jaguar I-PACE、Audi e-tron、KIA Soul EV荣威Ei5、荣威Marvel X、蔚来ES6等都有采用热泵技术。相比于这些车型，特斯拉可能在热泵与整车的集成上做得更进一步。特斯拉热泵集成应用的策略可以通过下面这张图来说明，即根据环境温度与电池温度的关系，从COP的划分，来规划热泵系统参与加热的程度，以及启动不同级别的加热模式。 COP称之为制热能效比：是空调将制冷/热循环中产生的制冷/热量与制冷/热所消耗的功率之比。比如PTC，通过电流流经电阻发热产生热量，因此其COP最大不超过1，也就是说1kW电量最多可以产生1kW的热量。 （1）在温度极低，如达到-30℃，此时压缩机作为加热器来使用，单纯地利用电池包的电能来加热，COP=1； （2）在-10℃~10℃之间，会启动混合模式，即有部来自加热器（如乘员舱低压加热器），部分热能来自热泵，COP=1~2； （3） 10℃以上，将完全依靠热泵系统，进行加热，COP的值在1.5与5之间。 特斯拉采用一个8向换向阀来完成各种模式的切换。 因为热泵在低于-10℃之后，能效就很低了，所以，有的车企会配合一个高压加热器来应对这种超低温情况。但特斯拉应该没有采用这个方案，两个原因：（1）这种加热的成本很高，一个高压加热器的成本大约512美元；（2）引入了高压安全的问题，所以，特斯拉倾向于把它去掉。 特斯拉对热泵效能的考虑更多的是基于一般的寒冷环境，如-10℃，对于应对比如-30度的情况，特斯拉会将压缩机compressor作为加热器来使用，这个时候纯电加热的效率值 COP=1，注意，该种情况，必须电池温度、乘员舱温度，和外部温度都达到-30℃。很多时候，外界的温度在-30℃，但电池包内的温度已经达了30℃的被动热管理阀值点，此时，热泵系统已经可以高效运行了。 要想更有效地利用热泵，必须建立精细化的工作模组，对各种使用工况进行综合考虑，比如一种常见的情况是，环境温度-10℃或更高些，电池与乘员舱都需要加热，并且距离车子出发还有1个小时左右，此时热泵系统将采用的模式策略为：首先，热泵通过利用环境空气，经乘员舱蒸发器作用，为电池系统加热（此时COP〉〉1），让PACK的温度处于被动热管理阀值点之上；然后，切换工作模式，利用热泵从PACK中取热，对乘员舱进行加热， 在Model Y配备热泵之前，已经有很多的业内人士在探讨为什么特斯拉不采用热泵技术。必须认识到，每一项技术的应用都是一个成本-功能平衡的结果。特斯拉在此时推出热泵技术，意味着对特斯拉来讲，这个技术方案已经成熟可用了。 1、如果直接采用传统的热泵思路走，那么，空调和热泵大约需要相同的数量冷却管路，连接上会复杂；压缩机的控制也将更复杂；控制阀和控制的电子设备也将更复杂。在Model 3之前，特斯拉还没有精力和时间来解决这些复杂性问题，转而采取当时市面上简单的PTC产品是性价比最高的行动。 2、随着Model 3上更多集成技术的实施，像液冷系统中的superbottle的出现，让之前存在的很多复杂性得以解决，特斯拉能够更简单来集成热泵系统。 3、与Model 3共用大约70%的平台和零部件，为特斯拉攻克一些技术难题和用户痛点赢得了时间，得以更充份地验证热泵集成后的功效。 4、通过这个热泵系统，特斯拉似乎想建立起一个缜密的“热能产生与热能收集系统”，从仅利用电池电能产热（电池包级only on battery level）、到利用电池产热+利用电机电控余热产能（on whole vehicle level，整车级）、再到现在的利用电池产热+利用车内各处可以产热的部件+环境产热（both car and enviroment，延伸到车以外）；这些都需要能够进行软件上的精准控制。比如，对于一般的汽车，风扇连接到12VDC，通过电阻器来控制转度，特斯拉正计划采用交流风扇和交流压缩机，并增加一个（或两个）逆变器（也可能是PWM）来控制它们，就像控制汽车的电机一样。这符合特斯拉进化的方向：用一切手段来数字化硬件，甚至机械件，这是智能汽车的基础。 5、对于其他整车企业来说，这无疑又开辟了应对冬天低温一个崭新方案，尽管这也不是创新的新技术，但却是一种有门槛的技术应用。 6、根据特斯拉对产业的影响上看，PTC要失势，热泵要加速 这个热泵集成的解读实在是烧脑袋，光这个的专利就有57页，我计划在第二版的《进化与变革：特斯拉10年3代动力电池集成技术研究报告》中再详细阐述具体的技术细节，同时也要等到车子拆解和车主的一手信息得到确认后。 |
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