汽车电动空调(一文详解凯迪拉克热泵空调的原理和优势)

Posted 2023-05-31

篇首语：别总是羡慕别人光芒万丈，却忘了自己也会发光。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了汽车电动空调(一文详解凯迪拉克热泵空调的原理和优势)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

汽车电动空调(一文详解凯迪拉克热泵空调的原理和优势)

2022年是热泵空调受到空前关注的一年，原因有很多，媒体开始关注冬季续航中空调的影响；特斯拉在Model Y上使用热泵空调且宣布未来全系配备；埃隆·马斯克的科普把热泵空调从幕后推到了台前。

事实上，伴随热泵空调而来的是纯电动汽车低温续航竞争的开始。至于说凯迪拉克LYRIQ不一样的地方，概括起来就是采用了更进一步不太受低温影响的方案。

空调冬季到底会影响纯电动多少续航？

Model Y是特斯拉第一次配备热泵空调，此前的Model S、X、3都采用了传统PTC空调（通俗理解为烤面包机或者电暖气），结果非常拉胯，拉胯程度大大影响用户体验。

海外媒体《Car&Driver》针对特斯拉Model 3长续航版在密歇根克莱斯克试车场进行了一场测试---3.3℃的环境下，以110km/h的速度稳定行驶，测试完全关闭空调、22℃以及空调和座椅加热火力全开三种状态下，特斯拉Model 3长续航版的续航能力。结果如下：

完全关闭空调，特斯拉Model 3的电耗为34.4KWh/100英里（百公里21.5度），续航里程234英里（376公里）；

自动空调设置为22℃，电耗为40.2 KWh/100英里（百公里25度），比关闭空调时能耗上升17%，续航里程只有200英里（322公里）；

空调和座椅加热火力全开，电耗攀升至46.6 KWh/100英里（百公里29度），续航里程只有176英里（278公里）；

黑色为电耗，灰色为续航

也就说PTC空调火力全开比关闭时能耗多出了35%，续航里程减少了接近100公里。这还是在电池受到低温影响的基础上计算得来的，排除这个因素，比例可能会达到夸张的40%，后果非常严重。

额外提一嘴，温度、速度以及空调是纯电动汽车冬季续航的死对头。尽管3.3℃没有特别低，但依然具有参考意义，毕竟我国秦岭淮河以南冬季很少低于0℃，加上110km/h的时速，《Car&Driver》的这个条件一点也不EZ。

热泵空调为什么没有普及？

PTC空调灾难式的体验之后，特斯拉决定采用热泵空调。热泵空调事实上非但不是一项全新的技术，而且应用非常广泛。

我们不生产热量，我们只是大自然的搬运工

热泵的主要工作是把热量从热源搬运到需要的地方。简单的理解就是一个逆运作的空调、冰箱。利用介质在气态和液态之间的变化，液态吸收热量成为气态，利用压缩机转换为液态并释放热量，实现了将热量的搬运。

既然这么普及，为什么热泵空调在纯电动汽车上没有普及？原因是热泵空调的介质在非常低温下会结冰（无法工作）。不过，随着技术发展，未来热泵空调有望在-20℃下工作，凯迪拉克LYRIQ目前做到了-10℃正常工作。

理论上的300%

与PTC空调相比，热泵空调不产生热量而是搬运热量，所以PTC空调100%的效率，热泵空调能做到300%，也就是原来损失100公里续航，现在只需要30公里，包括电池加热所需要的能量都可以大幅减少，继续优化还可以更小，彻底解决纯电动车夏天不能开空调、冬天不能开暖气的问题。

不过，追求集成化的特斯拉在热泵空调上选择了一条不寻常的路。为了照顾整车空间布置，特斯拉的热泵空调零部件几乎都是不太通用的定制件。虽然实现了预期效果，但这有利有弊。

优点是，集成化要求高，可以压缩体积，保证热泵空调的效率以及比PTC空调更舒适的感受（电暖器和空调在制热上的感受有很大不同）。

缺点就是定制零部件的成本非常高，而且又追求集成化，导致可靠性降低。一旦发生故障，维修对钱包会是非常痛苦的折磨。当然，这也是特斯拉一贯的做法。

那么，凯迪拉克LYRIQ有啥不一样的？

就投入和产出而言，采用热泵空调相比PTC空调会带来额外30%-50%的成本，但如果通过增加电池解决PTC续航不足的问题，成本会增加150%-450%，所以热泵空调「物美价廉」，会是主流。

问题是特斯拉和凯迪拉克虽然都是热泵空调，但方向不同、方案不同，具体效果也千差万别。凯迪拉克LYRIQ会更在意可靠性和稳定性，而且在密歇根的美国人本身就生活在冰天雪地里，所以GM会更在意低温下的空调表现。

凯迪拉克LYRIQ「与众不同」的地方是采用了双热源的概念。为了区分市面上其他热泵空调，凯迪拉克将这套系统命名为「BEV Heat高效综合热管理系统」（下称BEV Heat）。

要理解这个双热源非常容易。燃油车有60%的能量损失以及触手可得的废热，纯电动汽车携带的能量和产生的热量都非常少，所以哪怕一点点的热量都弥足珍贵。于是乎，人们就关注到了纯电动车的电气设备、电动机以及电池组工作时产生的热量。

凯迪拉克LYRIQ双热源的出发点就是这儿。除了热泵空调重点的外界热量交换之外，将这部分热量也利用起来，创造另一个热源。

事实上，2017年行业就曾经针对这部分热量设计过一个简单的废热循环收集管路，对这部分管路进行预热，所储存的热量可以满足车辆50公里乘员舱需求。

凯迪拉克LYRIQ将这部分变成了BEV Heat系统的一部分，推出了Pre-Condition功能。简而言之，凯迪拉克LYRIQ低温充电时会将热量提前储存在电池冷却液里，这部分热量基本可以满足日常通勤1-2小时的制暖需求，也就是说日常驾驶开空调不会额外消耗续航里程。

随着车辆运转，电机、电池一旦产生多余热量就会被电池冷却液吸收，用以加热乘员舱，减少对电池能量的依赖。

可能有人会问，这部分能产生多少能量，有多少帮助？

虽然没有官方数据，根据此前进行过的测试总结，凯迪拉克LYRIQ布置的这套热采集系统，0℃时采集电机热量并计算损耗，功率可以达到2.2千瓦。采集电气电路热量同时考虑损耗能达到1.6千瓦，这样就意味着这套系统的热功率可以达到3.8千瓦。即便是在-8℃的严寒中，这套系统的功率也能达到3.5千瓦。

Hanon Systems早期针对类似系统做过的试验。如果只有热泵空调，没有这套系统，热泵空调只能节省17%的能量，加上这套采集系统，数据可以跃升至83%。就算关闭热泵空调，只利用凯迪拉克LYRIQ Pre-Condition这样的预处理功能，也能节省49%能量，换算成数字就是增加至少30-45公里续航。这个数据非常有「冲击力」。

凯迪拉克LYRIQ BEV Heat最与众不同的地方就在这。整个BEV Heat系统无法只用一个「热泵空调」概括。事实上在热泵空调背后，还隐藏着一个更大的BOSS，这个热收集系统不但在空气热源之外增加了电机、电控等剩余热源组成了双热源，而且实际效果和体验远超空气热源，这一点从比例上也看的出来。

所以，相比PTC空调，热泵空调理论上效率可以提升三倍，另外通过对电机、电池、电气管路热量捕捉，这一效率几乎又可以翻倍，尽可能避免了冬季空调能量消耗过多的情形。

凯迪拉克LYRIQ把热泵空调的竞争拉到了一个新的层次。

最后的最后，我认为北方用户，尤其是秦岭淮河以北的用户在购车时应该要特别注意热泵空调，个别车型在入门版上是不提供的。