在電動(dòng)汽車銷量直線上漲的同時(shí)，電動(dòng)汽車車主冬天不敢開熱風(fēng)，夏天不敢開冷氣讓不少車主將電動(dòng)汽車稱為電動(dòng)爹?？照{(diào)自由似乎是電動(dòng)汽車邁不過去的一道檻。熱泵的出現(xiàn)讓熱量不再單純依靠電池加熱，可以大幅度提高加熱效率，同時(shí)在新一代熱管理系統(tǒng)加持下，空調(diào)自由是可以實(shí)現(xiàn)的。問題是誰有這樣完美的解決方案。

文丨智駕網(wǎng) 碩奇

熱泵能不能讓電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)空調(diào)自由？

理論上可以。但實(shí)現(xiàn)過程很難。

回答這個(gè)問題之前，我們先來了解一下為什么冬季低溫會(huì)讓電動(dòng)車的續(xù)航出現(xiàn)大幅度衰減。

這其中電池在低溫條件的衰減是根本原因，鋰離子動(dòng)力電池的低溫性能表現(xiàn)為隨著溫度的降低，動(dòng)力電池的阻抗增大，放電電壓平臺(tái)降低，且電池的端電壓下降較快，導(dǎo)致其可用容量和功率大大衰減。

從技術(shù)原理上來講，低溫環(huán)境下，正負(fù)極材料中的帶電離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)能力變差，穿越電極與電解液的鈍化膜變得更加困難，傳遞速度也因此降低。

即使鋰離子到達(dá)負(fù)極以后，在材料內(nèi)部的擴(kuò)散也變得不順暢，甚至可能在負(fù)極形成鋰凝結(jié)，短期反映為電池容量急劇減少，長期反映為電池壽命縮短。

但冬季電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航下降并不止以上這一個(gè)原因，電動(dòng)汽車通過空調(diào)制熱，空調(diào)把電池的電量轉(zhuǎn)換為熱量，能耗非常之高，大量消耗了動(dòng)力電池的電量。

以上兩方面原因共同導(dǎo)致了目前純電動(dòng)車在冬季的續(xù)航相比宣傳續(xù)航大幅下降。

當(dāng)前為了解決這一困擾，研發(fā)人員主要從電池的低溫性能和熱管理兩方面進(jìn)行提升。

首先是低溫電池的研發(fā)，目前提高電池性能，主要依靠材料的進(jìn)步，但材料的進(jìn)步需要時(shí)間的積累，目前提高鋰電池的低溫性能仍然是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前主流廠商將目光放在了車輛的熱管理上，通過提高效率的方式將電池加熱，讓空調(diào)加熱，達(dá)到提高電動(dòng)車冬季續(xù)航的效果。

與燃油車不同，電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，所以整車熱管理系統(tǒng)只能依靠空調(diào)系統(tǒng)，電池和電機(jī)的散熱通過空調(diào)壓縮機(jī)，加熱則通過空調(diào)熱泵和PTC控制。

在極低的環(huán)境溫度下，如何在保證車內(nèi)維持適宜的溫度同時(shí)，做到能夠快速除霜，電池快速加熱，空調(diào)調(diào)溫保持線性度，自動(dòng)空調(diào)能夠保持在較高的舒適度，都屬于整車熱管理標(biāo)定的內(nèi)容，更進(jìn)一步的追求則是用最少的電量來實(shí)現(xiàn)以上內(nèi)容，盡量減少因?yàn)殚_空調(diào)導(dǎo)致車輛的續(xù)航里程降低程度。

因此熱管理并不是簡單的加熱和制冷，它通過一套復(fù)雜的系統(tǒng)讓車內(nèi)每個(gè)零部件保持在最優(yōu)溫度下，簡單的說，熱管理類似于讓車內(nèi)各部件像人們發(fā)燒之后使用退燒貼；而當(dāng)寒冷難耐時(shí)，可以使用暖寶寶。但無論采用哪種方式都希望在各個(gè)零部件之間的熱管理減少熱量損耗、提高效率。

在量產(chǎn)車中，各個(gè)品牌會(huì)根據(jù)自身產(chǎn)品的定位和使用特性進(jìn)行取舍，拿出性價(jià)比最高的方案，再結(jié)合軟件算法進(jìn)行優(yōu)化，這也就使得市場上的電動(dòng)汽車在熱管理方案上表現(xiàn)得千差萬別。

可以說，在當(dāng)前各家品牌動(dòng)力電池性能接近的情況下，熱管理成為電動(dòng)汽車車冬季續(xù)航得以保障的最重要系統(tǒng)，也是各個(gè)廠家技術(shù)硬實(shí)力的體現(xiàn)。

——01——

電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)變革的原理

與傳統(tǒng)燃油車不同，新能源汽車的發(fā)展，對(duì)于汽車熱管理系統(tǒng)是一場大的變革。傳統(tǒng)燃油車的熱管理架構(gòu)主要包括了空調(diào)系統(tǒng)以及動(dòng)力總成熱管理系統(tǒng)。

新能源汽車由于動(dòng)力源發(fā)生了變化，新增了三電系統(tǒng)，因此要對(duì)電池、電機(jī)、電控等進(jìn)行熱管理的重新構(gòu)建。此外，新能源汽車的空調(diào)系統(tǒng)因?yàn)閯?dòng)力方式的轉(zhuǎn)變也產(chǎn)生較大的變革，從壓縮機(jī)部件到制暖系統(tǒng)都需要進(jìn)行技術(shù)的升級(jí)以及產(chǎn)品的替換。

總體而言，從傳統(tǒng)燃油車到新能源汽車，汽車熱管理系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，對(duì)于整車的重要性愈加提升。

我們以最早大規(guī)模量產(chǎn)電動(dòng)汽車的特斯拉舉例，其新老車型的熱管理技術(shù)迭代，如同熱管理技術(shù)的發(fā)展簡史一般。

通以上表格我們可以看到，新車型的熱管理逐漸從全車PTC轉(zhuǎn)化到熱泵與熱量回收的方式，以提高效率。

這里我們需要明確兩個(gè)名詞，PTC與熱泵。

PTC在汽車上就是汽車加熱器, 全稱是“Positive Temperature Coefficient”，在純電動(dòng)汽車上，PTC的原理與電加熱電器類似，像電飯鍋、電磁爐、空調(diào)等等，PTC技術(shù)即是通過給電阻絲/陶瓷等熱材料通電后產(chǎn)生大量熱量，以提供車輛所需的熱量。

如果一個(gè)不夠，那么再增加一個(gè)，或者加大功率。

其所產(chǎn)生的熱量Q=I2R*T，當(dāng)電流穩(wěn)定，電阻值越大，則功率越大，它意味著單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量也越大；當(dāng)電流穩(wěn)定，電阻值也穩(wěn)定，那么時(shí)間越久，則耗能也越多。

但由于電池的能量密度相較于汽油來說，實(shí)在是小的可憐，目前最新量產(chǎn)的鋰電池能量密度為260千瓦時(shí)/立方米，而汽油是8600千瓦時(shí)/立方米，柴油則是9600千瓦時(shí)/立方米。

就算電能全部100%轉(zhuǎn)換為熱能，車內(nèi)總體的熱量相比燃油車的效率要小的多。

此時(shí)工程師就引入了熱泵。

這一技術(shù)的引入，曾被馬斯克稱為“最好的工程設(shè)計(jì)之一”。

在理論上，只要周邊空氣高于絕對(duì)零度即可通過熱泵技術(shù)收集其熱量，也就是說熱泵技術(shù)可以讓電動(dòng)汽車在地球上任何極寒之地正常行駛，并讓車內(nèi)保持人所需要的正常溫度。

不過熱泵并不是新發(fā)明，其原理可以簡單理解為“把冷熱空氣搬出搬進(jìn)”，也即是冷熱空氣“搬運(yùn)工”，使得車內(nèi)溫度達(dá)到理想溫度，在電耗上也能節(jié)約更多電能。

在目前的高端家用電器中這樣的原理也很常見，我們常說的“空氣能”熱水器和“空氣能”空調(diào)就是應(yīng)用了這一原理。

根據(jù)測算，目前主流的熱泵效率在常見溫度下均能突破100%。

在熱泵中，由于熱泵制冷劑汽化溫度低于-20℃,它可以在任何高于-5 ℃的其他條件下蒸發(fā)汽化，高于-5 ℃的其他條件下不另需要輔助加熱，通過壓縮制冷劑的蒸汽，同理熱泵在加熱循環(huán)過程中可以產(chǎn)生400%的熱效率，而低于-5 ℃只需要少量電加熱就可完成高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，在-18℃的情況下，最優(yōu)秀的熱管理系統(tǒng)依然能實(shí)現(xiàn)超過200%的熱效率。

因此在目前的先進(jìn)純電動(dòng)汽車上，熱泵幾乎成為標(biāo)配。

目前應(yīng)用熱泵技術(shù)的車型主要有BMW i3、Jaguar I-Pace、Audi e-tron等，國內(nèi)有蔚來ES6、榮威Marvel X、哪吒 S等。

但不同品牌，各家熱泵的效率有巨大差異，這里面的因素更多的是取決于廠家對(duì)于每一份熱量的細(xì)節(jié)把控。

——02——

好的熱管理系統(tǒng)可以將你呼吸的熱量回收

在上周，即將在二季度預(yù)售的哪吒S，搭載了國內(nèi)首個(gè)整車系統(tǒng)級(jí)智能熱管理策略，這款車在黑龍江黑河-30℃極寒環(huán)境下，剛剛完成了冬季極寒測試。

我們以這款新車為例，看看國產(chǎn)新勢力到底在細(xì)節(jié)上下了什么功夫。

哪吒S系統(tǒng)級(jí)別的熱管理，被稱為打通了整車熱量管理，它意味著從乘員艙、電池、電驅(qū)到電子部件熱管理全部打通，實(shí)現(xiàn)了所有部件物理部分集中和部件控制部分集中，一方面實(shí)現(xiàn)管路數(shù)量降低40%，可靠性提升50%。同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)廣泛采用彈性算法進(jìn)行智能控制，可以保證座艙和電池供熱的前提下實(shí)現(xiàn)能耗最小化。

這種高集成化的設(shè)計(jì)也應(yīng)用在了熱泵的設(shè)計(jì)中，使用九通閥替代傳統(tǒng)熱泵方案中的2個(gè)三通閥、1個(gè)四通閥。

九通閥可精確地按比例開閉，通過VCU實(shí)現(xiàn)功率無級(jí)調(diào)節(jié)。

小到流量控制閥、水泵，大到空調(diào)壓縮機(jī)，前端冷卻模塊上的散熱風(fēng)扇，都能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制，保障電池、空調(diào)、電驅(qū)工作在最適宜的溫度。

而這種精細(xì)化的程度實(shí)現(xiàn)電池余熱回收、電機(jī)余熱回收、電池自然冷卻、熱泵電池加熱、熱泵乘員艙加熱等各種節(jié)能工作模式，讓熱量最大可能不被浪費(fèi)，細(xì)節(jié)的把控程度和數(shù)量上甚至勝過特斯拉引以為傲的“8爪魚”8通閥。

傳統(tǒng)熱泵在-10度以下環(huán)境無法啟動(dòng)，天氣越冷熱泵空調(diào)的工作效率越低，制熱效果也越差，而低溫下PTC制熱能耗較高，對(duì)續(xù)航能力影響極大；哪吒S通過各部件的精細(xì)化管理加持高效的軟件系統(tǒng)，其熱泵通過電驅(qū)余熱回收等實(shí)現(xiàn)熱管理各部件智能化協(xié)同控制，整體能效最優(yōu)。

在室外環(huán)境溫度-18℃時(shí)打開外循環(huán)工況下，出風(fēng)溫度可以達(dá)到48℃，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的COP可達(dá)到2.05以上，單熱泵即可滿足乘客艙內(nèi)的采暖需求。

哪吒S的熱管理系統(tǒng)利用熱泵+精細(xì)化+高集成+智能調(diào)節(jié)+能量回收等方式，通過自適應(yīng)智能熱管理控制策略，單次充電節(jié)能約2%；電池包自保暖；采用電池恒溫液冷系統(tǒng)，15℃~45℃恒溫占比95%；-20℃低溫浸泡6小時(shí)，電芯溫度≥0℃；放電過程中電池自加熱，主要通過智能行車加熱，冬季續(xù)航提升約4%。

可以說無論是硬件設(shè)計(jì)，還是軟件優(yōu)化，我國造車新勢力最新產(chǎn)品的熱管理技術(shù)已不弱于國外競品。

此外，無論是電池、電芯、智能駕駛、智能網(wǎng)聯(lián)等核心技術(shù)，中國也在快速進(jìn)步，這其中每個(gè)部件的迭代進(jìn)步都會(huì)帶來整車?yán)m(xù)航、安全性能和體驗(yàn)的提升。

——03——

市場主導(dǎo)的電動(dòng)汽車市場開啟技術(shù)為王的時(shí)代

2月20日，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部等12部門，提出在2022年繼續(xù)實(shí)施新能源汽車購置補(bǔ)貼、充電設(shè)施獎(jiǎng)補(bǔ)、車船稅減免優(yōu)惠政策，但是補(bǔ)貼幅度較2021年退坡30%。同時(shí)，相關(guān)部門確認(rèn)，新能源汽車購置補(bǔ)貼政策在2022年內(nèi)正式終止，今年12月31日后上牌的車輛將不再給予補(bǔ)貼。

新能源汽車補(bǔ)貼在2022年后正式取消，說明我國的新能源汽車行業(yè)將徹底完成從政策驅(qū)動(dòng)變?yōu)槭袌鲵?qū)動(dòng)。在國內(nèi)新能源企業(yè)頭部玩家也已經(jīng)建成了較為完備的產(chǎn)業(yè)布局和供應(yīng)鏈體系。

這讓中國的電動(dòng)汽車品牌的競爭更聚焦于核心技術(shù)。

即將上市哪吒S的出現(xiàn)可以說反應(yīng)了我國造車新勢力的信心，它正從拼量產(chǎn)、活下去、多車型、拼銷量的階段，進(jìn)化到拼技術(shù)、拼品質(zhì)的階段，而其在產(chǎn)品中敢于表達(dá)的個(gè)性化特質(zhì)，這是源自于技術(shù)和設(shè)計(jì)的足夠自信。

“3.9秒的加速度、量產(chǎn)更高效的熱管理、激進(jìn)有風(fēng)格的設(shè)計(jì)。”這些特性正在吸引越來越多的年輕人。

本文來自微信公眾號(hào) “AutoR智駕”（ID：zhinengqiche），作者：碩奇，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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