对「电动汽车」而言，空调这玩意儿实在是一个又爱又恨的东西，我身边不少买了「电动汽车」的朋友，一旦要开长途就开始纠结到底要不要开空调。今天我们就来聊聊这「电动汽空调」。

本文目录及简介

1. 开空调到底有多耗电：通过两组（夏冬两季）实测数据来直观了解；

2. 汽车空调的基本原理：通过几张简单的图片简单了解「热交换」；

3. 电动汽车空调制冷原理：介绍主流的3大制冷方式；

4. 电动汽车空调制热原理：介绍主流的4大制暖方式；

5. 总结：4句话概述全文，一张图调侃收尾。

开空调到底有多耗电？

对于传统汽车而言，汽车空调在制冷时的功率相当于家用空调的2~3倍，在3000~5000瓦；对小排量（2.0L以下）的汽车而言占发动机总功率的10%~15%；一般来说百公里油耗在0.7~1.5L左右。而「定频空调」与「变频空调」的最高油耗差可以达到40%。

夏季「电动汽车空调开/关对比测试」（数据源自『皆电』）

在夏季「电动汽车空调开/关对比测试」的实测中，根据『皆电』的实验得到结果是：

每30km的实际里程，开空调会比不开空调多消耗6~8km的续航，大概就是多消耗20~26%的里程……换言之，原本300公里续航的电动车，顿时就成了230公里左右了。

某自媒体在冬季对某新势力「电动汽车」进行的续航测试

在冬季实测方面，2019年春节期间，某自媒体自发组织了一场『正名之旅』的活动。他们驾驶着某新势力车企的电动汽车长途跋涉到东北，在低温的环境中，长测了该车型的各项数据，试图为该车企创始人『加电比加油更加方便，汽油车能去的地方电动汽车都能去』的豪言『正名』。

我们撇去这些实测背后的利益关系，因为我们谈的不是「电动汽车」的续航能力，而是对比开关空调与能耗的关系，从两个实测中我们不难得出一个简单的结论：对「电动汽车」而言，开空调就会大量耗电，特别是在使用最频繁的夏冬两季。

汽车空调的基本原理

在详谈「电动汽车」的空调前，我们先要简单地谈谈「汽车空调」的基本原理。以「空调制冷」为例。不少人会觉得觉得空调依靠制造冷风来降温，其实错了！「空调制冷」的实质是将热量从一端传递到另一端！也就是『热交换』！

当空调制冷时，我们希望金属管中的状态

一段在车厢外部（室外），一段在车厢内部（室内），也就是我们所说的「冷凝器」（室外）和「蒸发器」（室内），有时两者被统称为「换热器」。

汽车使用的「制冷剂」就是热交换的介质

但是光有金属管并不能产生「热交换」，我们必须在金属管中加入实现「热交换」的重要元素——「制冷剂」（又称「冷媒」或「雪种」）。「制冷剂」 在『蒸发吸热，液化放热』的热力学作用下工作：制冷时，将车内热量吸走，并在车外释放。制热的过程则是将车外的热量转移到车内（「热泵制热」原理）。

有了「制冷剂」，就有了热传递和交换的基础

『绕成回路的连接在一起的管子』与管子里流淌的「制冷剂」组成了「热交换」最基本的部件。

「压缩机」是空调中不可少的部件

不过要实现「热交换」，有「换热器」和「制冷剂」是不够的，「热交换」是一个动态的过程，所以，要让「制冷剂」在「换热器」中流动和变化，此时我们就需要一个产生动力的部件——「压缩机」！

被压缩并流动起来的「制冷剂」使得热交换开始运行

有了「压缩机」后，「制冷剂」便有了流动性，接下来我们就要让「制冷剂」发挥作用了，通过增减管内的压强，改变「制冷剂」的沸点，令其汽化或液化，使得「换热器」能在车内吸热/放热，改变区域温度。

汽车空调部件及工作原理的『雏形』

传统汽车空调系统制冷基本原理

传统汽车空调主要部件及其作用

在整个传统汽车的空调系统中，「压缩机」无疑是一个能耗巨兽，此前我们提到：「定频空调」与「变频空调」的最高油耗差可以达到40%。其中的道理，大家可以自行科普，这里就不赘述了。

电动汽车空调制冷原理

电动汽车的「制冷系统」与传统汽车在大思路上没有质的区别，只是在实现制冷的方式上产生了不同，准确地说，电动汽车的制冷手段更加丰富，我列举3个目前比较主流的电动汽车制冷方式——「电动压缩机制冷」、「余热制冷」和「热电制冷」。

• 电动压缩制冷

无论是传统燃油车还是电动车，均可以采用「电动压缩机制冷」系统，所以「压缩机制冷」也是最为常见的电动汽车空调系统。不过在结构上有一点不同，即「压缩机」驱动动力源由发动机变为「驱动电机」。

传统汽车空调（左）与电动汽车空调（右）对比（电动压缩制冷式）

电池组的直流电经「逆变器」为空调「压缩机」驱动电机供电，从而形成「制冷循环」，产生制冷效果。其详细的工作原理在上一段中已经详解，这里我就不展开了。

只是需要提示的是，传统汽车的空调「压缩机」分摊的是发动机的功率。而电动汽车空调的「驱动电机」消耗的就是电池电量，所以耗电总是难免的！

• 余热制冷

「余热制冷」的基本原理是利用设备的余热来降温，要点有2点：

1. 「余热」从哪里来：对电动汽车而言，大功率器件 （功率变换、驱动马达、马达控制器等）在工作时会产生热量；

2. 「余热」怎么降温：还是通过不同物质或同一物质『气液不平衡』的性质来实现制冷循环，这是我们反复提到的空调制冷的最基本的降温逻辑之一。

电动汽车吸附式制冷原理（源自网络）

「余热制冷」主要被分为吸收式制冷、氢化物制冷和固体吸附式制冷。我们分别来看一下：

「余热制冷」分类及详解

从表格中『缺点』一栏中，我们大致了解到「余热制冷」系统的一些短板，所以我们要给「余热制冷」系统一点优化的时间，将其优点发挥出来。

• 热电制冷

「热电技术」的基本构成是「N型半导体」和「P型半导体」，原理是通过金属导流片连接，当电流由N通过P时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，它们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，在另一端放热，产生温差，如下图所示：

电动汽车热电原理

「热电制冷」目前在电动汽车行业运用的还是比较广泛，与传统空调相比有其自身的特点：

电动汽车热电制冷效率和原理（图片源自网络）

· 电流方向的改变就可以有制热/制冷的逆效果；

· 工作电流为直流电源；

· 热电元件热惯性小，若「热端」有良好的散热，只需要较短的制冷时间；

· 通过调节电流就可以调节制冷的温度和速度，并且控制温度的精度高，可连续调节能量；

· 最高制冷的效率能够达到90%，「制热系数」（COP=（吸收的低位热能+消耗电能）/消耗电能）大于1；

· 重量轻、体积小、紧凑的结构，可以减小电动汽车质量；

· 不需要传动部件、无摩擦、无振动、抗冲击、寿命长、可靠性高。

但是现阶段「热电制冷」的总体效率只有传统「机械式」效率的一半左右，在没有得到提升的前提下，「热电制冷」主要应用在对小体积和轻量化需求比较大的设备上。

要使得「热电空调」达到传统空调的效果，「碲」存量也是一个问题

此外，制造「热电元件」所需的『碲、铋、硒、锑』四种元素，其中『硒、铋、锑』的储存量较大，而「碲」存量有限（主要通过从炼铜的废料中提取），这使得「碲」的产量限制了「热电设备」在电动汽车上（特别是大型电动车）的广泛运用。

电动汽车空调制热原理

相比电动汽车而言，传统燃油汽车空调制暖非常省电，其原因用两个字总结就是『结构』，用三个字总结就是『发动机』。

水暖式暖风汽车空调（概述）

传统汽车常见的「水暖式暖风空调」，其原理是利用发动机产生的高温热量，通过水暖系统，使得「加热器芯」升温，最后通过「鼓风机」将 「加热器芯」上的热量吹入车内。

「水暖式」暖风汽车空调加热器原理

对于纯电汽车而言没有「发动机」，缺少了一个关键的「热源」。所以，工程师们就必须寻求一条与传统汽车空调不一样的道路。

电动汽车空调分类

以上的分类表给大家一个全面的认识，接下来详解此表格中几个常见的技术。

余热制暖

虽然电动汽车缺少了「发动机」这个重要热源，但在电动汽车运行过程中，电池、驱动马达等部件会产生热量，这些热量也是可以利用的。

理想ONE热管理系统部分核心零件

前文中我们介绍了「余热制冷」，而「余热制暖」也是这个原理。以理想ONE为例，通过将「前段冷却模块」、「热循环模块」（「压缩机」和「水泵」等部件）以及「制暖系统」（PTC和HAVC）三个模块的组合，将电池热管理技术与空调系统结合。光从结构上看，目的清晰：高效利用设备的余热。

转念一想，理想ONE是有发动机的啊！这样对比合理吗？

电暖风芯制暖

相信南方的车主都用过「取暖器」，从儿时发着红光的「石英管制暖」到现在不发光、来热快的「PTC取暖器」。其工作原理是将「半导体发热元件」通电加热，最后由「风机」将暖风吹出，与传统汽车空调的「加热器芯」原理相近，只是「热源」的改变。

家用的「PTC取暖器」，挺好用，就是耗电（源自网络）

而就目前而言，「PTC加热器」是目前当仁不让头号『扛把子』！它自带了不少优秀的特性：

1. 发热快：不少燃油豪华轿车（如2019款奥迪A6L）为了解决『汽车刚刚发动时，水温（冷却液温度）没有达到供暖要求』 的尴尬，会加装「PTC加热器」，使得车内能快速暖和起来，提升用户『轻奢』体验；

2. 相对安全：PTC是一种半导体发热陶瓷，相比「石英管」等材质，无光无火，安全隐患更少；

3. 相对耐用：用过「石英管取暖器」的朋友应该会有体会，使用一段时间后「石英管」就会越来越暗淡，制热效果也开始不稳定，但PTC的寿命相对长一些。

加热功率与续航里程的关系（数据源自weINcar）

然而，由于PTC材质的属性关系，当外界温度降低，PTC的电阻值随之减小，在电压导通下产生电流，电流通过电阻产生热量，因此「制热系数」（COP）最大值不超过1。什么意思？耗电偏高！

ES8前排PTC功率为5.5kW，后排3.7kW

比如蔚来ES8配有两套PTC加热器，主要是为了增加前后分区空调的用户体验和制热效果。这也是蔚来ES8冬季使用空调制暖会导致续航里程明显降低的主要原因之一，所以建议车主如果不是特别冷，推荐关闭空调，打开座椅加热，因为这样比较省电，后排乘客，可以抱团取暖……

当然，我们也不能『以偏概全』地就说「电暖风芯制暖」这条『科技树』没前途，工程师正朝着两个方向进行研究：

「热管技术」原理（源自网络）

1. 寻找新的「电暖风芯」材料：当年『爱迪生改良灯芯』的成功故事告诉我们：世上没有解决不了的问题，只有不愿意创新的尝试。比如一种名为「热管」（Heat Pipe）高导热新型传热元件已经进入了汽车空调工程师的『法眼』，接下来就让我们拭目以待吧；

传统低压PTC与e-Golf的高压PTC（图片源自weINcar）

2. 优化现有材料：PTC是目前最主流的「电暖风芯」材料，所以，不少OEM和主机厂也在不停优化，比如采用「高压PTC」来提高制暖效率，降低能耗。

热电制热

电动汽车热电原理

在制冷原理中已经详解，优点很多，缺点不多，却很直接：

要使得「热电空调」达到传统空调的效果，在体积和材料等方面要解决的问题还很多。据了解，目前江淮汽车部分纯电车型都会混搭使用「热电空调」。

热泵制热

无论「电暖风芯制暖」还是「热电空调」，都是通过材料（半导体）通电发热，『用电制暖』的实质无法改变。所以，要解决『空调电耗高』这个核心问题的另一个途径就是不靠电来制暖，而工程师再次启用了以『热交换』为核心的方式——比如「热泵」！

汽车热泵空调关键部件

与传统的汽车空调相似，「热泵空调」利用「四通换向阀」改变制「制冷剂」流向，使得「换热器」在反向循环中充当「蒸发器」（制冷时为「冷凝器」）散热。整个过程中，消耗的电能不是用来『产生热量』而是『运输热量』，所以整个系统的就是一个『泵』，故称为「热泵」！简单的理解就是：通过「热泵」将车外的热量带入车内。

由于「热泵空调」不是靠电来发热，所以电能消耗相比『自发热』的「电暖风芯制暖」要小许多。据统计「热泵空调」相比「PTC制暖」的「制热系数」高出2~3倍，可以有效延长10%以上的续航里程。（数据源自weINcar）

2015 e-Golf上的「热泵空调」透视图（源自NetCarShow）

不过目前汽车的「热泵空调」仍然存在着一些技术瓶颈，比如：

1. 「换热器」表面与环境温差过于接近时，无法工作：「热泵空调」依靠「换热器」来交换热量，但是当温度达到平衡时，热交换效率下降，也就意味着「热泵」无效了；（源自weINcar）

2. 「换热器」结霜便会影响工作：当车外温度较低时，如果空气中含有较多水分，则空气中的水分会在车外「换热器」表面结霜，结霜后的车外「换热器」也不能再从外界环境有效地吸收热量，导致「热泵空调」无法继续提供制热功能。所以一般「热泵空调」在－10℃以下便无法正常工作。（源自weINcar）

「热泵技术」配合上其他技术，成为纯电汽车空调设计主流

所以，「热泵技术」配合上「PTC辅热」或「设备余热辅热」等技术目前成为了一种『降低电量消耗，实现高效制热』的电动汽车空调解决方案，前途宽广。

总结

最后总结一下本文的关键点：

1. 对「电动汽车」而言，开空调就会大量耗电，特别是在使用最频繁的夏冬两季；

2. 主流的「电动车空调」与传统燃油车结构相似，「压缩机」（驱动电动机）是主要的耗电源；

3. 「PTC暖风芯制暖」是目前使用比较多的制暖方法，优点包括使用寿命长，安全可靠，技术成熟等，不过缺点就是太耗电；

4. 电动汽车的制暖技术正朝着『混搭』的方向发展，而「热泵」技术将在不久的将来大展宏图，同时新技术也不断涌现，我们拭目以待。

这是……『买空调送汽车』？！（源自网络）

好了，对汽车空调的基础原理探知，我们就暂时告一段落了，再次重申，这些知识只涉及电动汽车空调的『皮毛』，如果聊开了，光一个「压缩机」便可聊出一片『极乐净土』。况且，董女士掌握的才是核心技术……