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凛冬已至,纯电车主还好吗?|PTC、热泵技术解析

2021-01-15 浏览次数:1,852 次 盖世汽车

最近,全国大范围迎来史诗级寒潮,北京、山东等地的气温更是创下了近20年来新低,走在路上那是分分钟被“冻透”!可再冷也要出门啊,网络上不少燃油车主便对电动车主发起了一波“群嘲”,极寒天气下纯电车的续航本就有所削弱,加上车内制暖效能不及燃油车,电动车主身冷心更冷,尤其是众多开纯电车的网约车司机,为了能多跑几公里,不得不减少开空调的频率,保暖也只能军大衣、毛毯齐上阵了。

电动汽车,纯电车、冬季、空调

其实为了解决纯电车冬季出行体验不佳的痛点,厂商们也做了很多努力,比如目前主流的纯电车基本都有电池预加热功能,能一定程度提升续航,而座椅加热、方向盘加热也成为很多车型的标配,不过这也只是治标不治本,正所谓“牙疼不是病,疼起来真要命”,如何提升整车的制热效果同时减低能耗将是一个长远的话题,这里就不得不提目前纯电车主要的两大空调系统,PTC和热泵。

基本方案-PTC

燃油车可以利用内燃机的废热来制暖,但纯电车并没有可以利用的能量,因为电机在工作中产生的热量较发动机少之又少,不足以车内供暖,而电池包中电芯对温度又极为敏感,同时还需要一定的温度环境来保证其安全有效储存并转化能量,电池产生的热量也不可利用,因此纯电车就要通过“第三方”来造热,这就是PTC(热敏电阻)技术。

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PTC的原理其实很简单,就是给电阻丝/陶瓷等热材料通电后产生热量,给车内供暖,和电饭煲、电磁炉类似,假如一个不够,那再加一个,或者再加大功率,比如蔚来ES8就有两个PTC单元,有些豪华品牌燃油车同样配备PTC,在冬季着车水温没上来之前迅速给车内升温。PTC的特点就是成本低、结构简单、出热快、受外界环境影响小,因此从入门车到高端车都普遍在使用。

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但PTC有一个致命问题,因为它“烧电”,所以直接影响车辆续航,随着外界温度降低,PTC的电阻值随之减小,电流通过电阻产生热量,其制热能效比(COP)最大值不超过1,也就是说1kW电量最多可产生1kW热量,试验表明,当冬季行驶时打开暖风,全程至少消耗三分之一电量,功率越大耗能越大,时间越久耗能越大,冬季续航里程会受到极大的影响。

更优方案-热泵

为了解决PTC用电快的问题,热泵技术就出现了,其实热泵也不是什么很新鲜的技术,工作原理就是把外界环境中的热量收集起来,蒸发吸热,液化放热,需要用电的地方就是压缩机、泵体等,比PTC那种直接“烧电”要节能很多,因此热泵也逐渐成为更多车型的选择,比如蔚来ES6、荣威Ei5、特斯拉Model Y等等都使用的热泵空调,节省了30%-50%的空调功耗。

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可能有人就疑惑了,像之前北京室外零下十几度也有热量泵进舱内吗?答案是肯定的,除非达到物理学中的绝对零度-273.15℃,当然这是不可能的,所以万物都有热量。那么热泵具体是怎么工作的呢?第一步:泵体吸收外界空气,冷媒遇外界空气后在低压区吸热储能变成蒸汽;第二步:加压进入高压区放热冷凝;第三步:重新通过减压阀进入低压区继续吸热。因为客舱获得的热量=消耗的电能+外界吸进来的热能,那么热能效比COP(吸收的热能+消耗电能)/消耗电能)一定大于1,让1kW电功率能够达到1.5kW甚至2kW的热量。

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不过热泵也是有劣势的,第一就是成本,当前一套热泵系统,所需要的压缩机、热泵、阀、管路等,比普通PTC的成本高出数倍,低端车型是不会用热泵的。第二,即使理论上外界无论如何都存在热量,热泵在极寒天气下的运行效率也是较差的,另外,当车外温度较低同时空气中含有较多水分,则空气中的水分会在车外表面结霜,结霜后的换热装置也不能再从外界环境有效地吸收热量,导致热泵空调无法继续工作,所以一般热泵系统在-10℃以下便无法正常工作。

总结:

综合PTC和热泵的特点,不考虑成本,效果最好的当然是两者结合,在环境温度过低热泵无法工作时,启动PTC作为备用热源,但这是一个比较复杂的系统,需要电脑精确判断PTC与热泵什么时候同时工作,什么时候独立工作,不同的工作模式还需要不同的管道,一系列的技术问题亟待解决。

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目前看来,还没有一种能同时实现低成本、高效率、低能耗解决方案,不过各个厂家也在努力中,像特斯拉Model Y上的Super bottle系统就拥有一个八通阀,让空调不仅能搬运外面的热量,还能搬运电池和电机的热量,产生了多达12种工作模式,来应付不同需求;当然个别厂家也在研发二氧化碳热泵空调系统,以及低温增焓空调技术,-30℃依然可以工作,比如北汽新能源,不过还未实现量产化。

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长远来看,热泵技术有较大的发展潜力,随着特斯拉全面向热泵技术转变,必然会带动更多新能源车企转向热泵方向,不过是在冷媒材质还是在热循环上做文章就要看各家的技术路线了,未来当热泵总体产能大幅增加时,其成本必然也会下降,在这之前,电动车主能做的也只有等待了,冬天就多穿点吧。

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