01 熱泵系統(tǒng)的限制

目前所有的新能源車空調(diào)系統(tǒng)中主要包含制冷功能和加熱功能，制冷基本都采用電動壓縮制冷方式，制熱方案主要包括 PTC（液體 / 空氣）和熱泵系統(tǒng)。熱泵是一種將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，把蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向。熱泵系統(tǒng)的類型主要有直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)、間接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)和補氣增焓直接式熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。低溫的使用限制一個是室外換熱器結(jié)霜，另外是 COP 制熱能效比是和環(huán)境溫度強相關(guān)的（空調(diào)將制冷 / 熱循環(huán)中產(chǎn)生的制冷 / 熱量與制冷 / 熱所消耗的功率之比）。行業(yè)內(nèi)的方向是制冷劑的改變和輔助的措施，如下圖所示。

圖 1 現(xiàn)有電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的熱泵+PTC 的組合

02 特斯拉的做法

特斯拉在 Model Y 的設(shè)計中，取消了高壓的 PTC（水熱的在 Model3 上取消），在 Model Y 上配置了一個低壓的 PTC 集成在空調(diào)系統(tǒng)鼓風(fēng)機里面。而車輛熱泵系統(tǒng)包括壓縮機，機艙冷凝器，機艙蒸發(fā)器，機艙鼓風(fēng)機和冷卻器，并且把電池系統(tǒng)、功率電子 PCS+驅(qū)動系統(tǒng)和整車的系統(tǒng)回路整合在一起。整個物理結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖 2 特斯拉 Model Y 的做法

如下圖所示，特斯拉把 12V PTC 也作為熱泵系統(tǒng)補充的一個拼圖，從成本和產(chǎn)熱的功率角度，把 PTC 完全作為了綠葉。

圖 3 Model Y 的熱泵系統(tǒng)

在這套系統(tǒng)里面，很驚訝于特斯拉設(shè)置的工作模式，這是根據(jù)外部的參數(shù)進行設(shè)定的，整體是比較復(fù)雜的，如下圖所示，特斯拉劃分了 12 種工作模式：

表 1 整車熱管理系統(tǒng)的工作模式

不過核心的劃分依據(jù)是環(huán)境溫度和電池的溫度，如下圖所示：

COP=1：熱泵系統(tǒng)不工作的，主要是在環(huán)境溫度很低的時候（-20℃），這里的做法就采用特殊的做法，按照之前處理辦法，把驅(qū)動系統(tǒng)的做法堵轉(zhuǎn)方式，把壓縮機的控制算法改了，把一個電機作為加熱器來使用（The control electronics may control the compressor to operate in a lossy mode in which the compressor generates heat）

COP=1~2：溫度范圍在 -10℃~10℃之間，會啟動混合模式，這時候熱量有自 12VPTC，然后一部分自熱泵

COP>>1：這是熱泵高效區(qū)，這時候熱泵系統(tǒng)是最主要的加熱方式

圖 4 熱泵 COP 的劃分，還有不同的模式設(shè)置

實際上這 12 種模式，是車輛進行自己操作的，主要的輸入?yún)?shù)包括車主所需要行駛的目的地和路線、環(huán)境（溫度）、天氣（濕度）、車輛的內(nèi)部參數(shù)（包含電池 SOC、Soh、熱管理的運行參數(shù)）等等，這里面是一個很精致的過程，可能在實驗驗證環(huán)境會有不同工作模式和需求的界定和劃分。實際做出來可能不止這么多，或者進行一定程度的簡化，這個弄法也只有在上層控制器里面用高算力算完，然后把命令逐個分發(fā)下去。

圖 5 熱泵的工作模式 1

圖 6 熱泵的工作模式 2

而之前電機余熱發(fā)熱的模式，在以上的具體模式中其實也是存在的，就是把壓縮機的用法也同樣做了遷移，進入了高損耗模式。我覺得，特斯拉這樣打透部件的用法，真的是把零部件上逼到了角落里面，你只要有硬件設(shè)計和制造的 know how 就可以了，具體怎么用，你別管，我來。按照基本的質(zhì)保和壽命條款來走，后續(xù)處理根據(jù)軟件的做法來調(diào)節(jié)。

圖 7 在幾種模式下，壓縮機變身為加熱器