電動車冬季不敢開空調?PTC是罪魁禍首,而熱泵將改變這一現狀

2021-01-15 汽湃

近來,疫情的逐漸退去也使得被壓抑的許久車市開始慢慢恢復了活力,在已經公布的銷量數據中,以5月為例,國內狹義乘用車市場銷量達160.9萬輛,同比增長1.8%,環比增長12.6%。

其中,新能源狹義乘用車銷量6.8萬輛,同比下降25.4%,環比增長22.2%;1-5月累計銷量23.0萬輛,同比下降45.6%。

不過值得說明的是,新能源車的銷量數據雖同比出現大幅下降,但是背景卻是今年整體市場更加健康的大浪淘沙,曾經佔據銷量大頭的「騙補神器」與「左右手自我消化式銷售」的比例已經大幅減少,尤其是前者幾乎已經快要絕跡,也就是說,如今的新能源車銷量,其中的「含水量」已經很低,更具參考意義。

在這樣的參考意義之下,我們能看見5月的新能源車型環比銷量增長了22.2%,其中高品質的優質電動車型們更是廣受消費者歡迎,特斯拉Model 3再度月銷破萬臺,廣汽新能源Aion S也賣出了3892臺,同比增長276%,此外,像是蔚來ES6、理想ONE等30萬+區間的車型,也紛紛取得了超2000臺的銷量佳績,從這些優質車型的表現來看,已經具備了一定程度在銷量上PK同等級燃油車的意義。

不過,還有一個問題,目前是夏季,突飛猛進的新能源銷量增速也意味著有大量的第一次購買使用純電動車型的消費者入局其中,很多人對於電動車的了解程度還不夠;而一旦再過幾個月轉入冬季之後,環境溫度的大幅下降必然會導致車主們紛紛開啟空調製熱,問題就會出現。

在目前市面在售電動車基本以PTC加熱為主,極少部分車型使用PTC+熱泵的情況下,開啟空調製熱、大功率PTC瘋狂消耗電能也就等於是續航裡程的大幅度降低。

換言之,如今NEDC超500-600公裡的具有替代燃油車意義的這些純電動車們,到了今年冬季之後必然又會陷入「天冷實際續航減半的怪圈」之中,且這一次車主數量更多,輿論壓力將更大。

破局之道,其實還是需要解決電動車空調製熱的功耗過大的問題,而解決方案,其實就是採用熱泵代替目前最廣泛的PTC,或者在目前既有熱泵基礎上再次提升。

何為熱泵?為何它才是電動車空調製熱的終極出路?

說熱泵之前,我們需要知道汽車空調是如何制熱的。在有內燃機的車裡面,雖然引擎僅有30%-40%的熱能轉化為了可用機械能,但同時也產生了大量的「廢熱」,其中很大一部分廢熱進入冷卻系統之後,通過冷卻系統的再散熱,讓空調製熱時有了現成的熱源。

不過,純電動車就沒有這個現成的熱源了,電動機無論是永磁同步還是三相異步,其能量轉化效率都是非常高的,產生的額外熱能較內燃機車少太多,也就使得電動車空調想利用「驅動產生的廢熱」來制熱變得不可能。

這時候,PTC就來了,這也是目前電動車裝車最多的制熱元器件,通過陶瓷發熱元件與鋁管組成。優點是熱阻小、換熱效率高且能夠自動恆溫,在任何應用情況下均不會產生如電熱管類加熱器那種表面「發紅」現象,從而不會引起燙傷,火災等安全隱患。

只是問題在於雖然PTC制熱速度非常快,效率高也安全,但是實在架不住其功耗太大尤其是對於新能源車而言,本身電池容量就有限,開啟PTC制熱後,其一個小時消耗的電能少說能讓續航裡程換算幾十公裡,部分大空間車型甚至會消耗掉超過百公裡續航的電能。這直接導致了目前電動車在冬季「不敢開空調」的使用現狀,不僅用戶體驗差,也制約了電動車的進一步發展。

而熱泵的原理不同,自然就沒有PTC過分影響續航的問題了。在原理上,不同於PTC轉化電能為熱能的做法,熱泵是以逆循環的方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體,它僅消耗少量的逆循環淨功,就可以得到較大的供熱量,可以有效地把難以應用的低品位熱能利用起來達到節能目的。

換句話說,熱泵僅僅只是一個熱能的搬運工,車外環境再冷,只要不是絕對零度的-273.15攝氏度,那麼環境中就一定有熱量,而只要有熱量,那消耗一點點電能把熱量搬進車廂內,自然就達到了制熱的目的。

看起來熱泵很好,那為何目前應用熱泵技術的電動車還非常少呢?甚至部分還是PTC+熱泵的組合搭配呢?

兩個問題是主要的阻礙,一是制熱的時間更長,二是熱泵的成本更高。

第一個問題,比起PTC開啟後極速制熱、車內很快就有熱風升溫,與傳統燃油車幾乎沒差異的情況;熱泵在升溫速度方面就沒有這麼快了,相對會慢一點,並且,隨著外界溫度的變化,熱泵制熱的速度也會變化,外界溫度越低,因為環境熱量更少,其車內升溫速度也就越慢,這直接導致了即使是部分高端車型,也會為了升溫速度,而不敢全部採用熱泵的原因。

而第二個問題,目前電動車PTC空調一整套下來的成本已經顯著高於傳統燃油車空調成本了,而熱泵空調成本還更高,按目前報價,更是數倍於傳統燃油車空調系統,這也導致了很多中低端車型根本不敢採用。

車載熱泵技術的再次變革,將引發汽車行業的變革

不過,熱泵空調雖然現在應用的還比較少,但不代表未來不會成為主流,尤其是如果純電動車是未來最大趨勢的邏輯成立的話,熱泵的需求量將會迎來爆炸式的增長。

從目前資本市場給出的反饋來看,諸如上圖的銀輪股份、三花智控等具有車載熱泵空調及相關零部件的企業股票,目前都已經一路飛漲,堪稱零部件供應商層面的「特斯拉」。

而事實上,熱泵技術本身也是在快速的進步,在先天已經具有低功耗的基礎之上,目前熱泵的制熱速度也在逐步進步之中,比如國內去年上市的某款車型就裝備雙熱泵空調,此前汽車之家曾做過的電動車冬季制熱速度橫評測試中,該車型在零下15度的環境溫度下,其制熱速度已經非常接近於PTC競品車型的表現了,同時還有著對續航裡程影響小的優點。

同時,作為目前純電動車領域的領頭羊標杆級車企特斯拉,更是明確了將以熱泵空調作為未來最大的發展方向,甚至作為技術流的進步存在,特斯拉此前還申請了新車Model Y車型的全新熱泵空調專利技術。

在曝光的專利信息中,特斯拉將搭載在Model Y身上的熱泵技術完全推向了全新的高度,通過8向換向閥+多達12種熱源自動管理的工作模式,外加整車硬體熱管理的整合設計,不僅其熱泵的制熱速度得到了巨幅提升,也讓電動車的整車能源利用效率繼續大幅提高。

在專利中,不僅熱泵繼續保留從環境中搬運熱量的能力,液冷的電池溫控系統中的熱能、電機溫控系統中的熱能、各種控制器工作產生的熱能都可以被熱泵所用,真正做到不浪費任何一點多餘的能量,甚至目前可以猜測剎車產生的熱能或許也能被加以利用。

當然,伴隨著特斯拉全面擁抱熱泵技術,必然會帶動更多新能源車企轉向熱泵方向,未來當熱泵總體產能大幅增加時,其成本必然也會因為更大的規模效應下降,循環反饋就帶來更多的車型使用熱泵。

而當所有電動車的痛點——冬季開空調續航問題得到解決之後,新的時代真的會到來。

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