01 熱泵系統的限制

目前所有的新能源車空調系統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。熱泵是一種將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置，把蒸發器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉移方向。熱泵系統的類型主要有直接式熱泵空調系統、間接式熱泵空調系統和補氣增焓直接式熱泵空調系統等。低溫的使用限制一個是室外換熱器結霜，另外是 COP 制熱能效比是和環境溫度強相關的（空調將制冷 / 熱循環中產生的制冷 / 熱量與制冷 / 熱所消耗的功率之比）。行業內的方向是制冷劑的改變和輔助的措施，如下圖所示。

圖 1 現有電動汽車空調系統的熱泵+PTC 的組合

02 特斯拉的做法

特斯拉在 Model Y 的設計中，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 集成在空調系統鼓風機里面。而車輛熱泵系統包括壓縮機，機艙冷凝器，機艙蒸發器，機艙鼓風機和冷卻器，并且把電池系統、功率電子 PCS+驅動系統和整車的系統回路整合在一起。整個物理結構如下圖所示：

圖 2 特斯拉 Model Y 的做法

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

圖 3 Model Y 的熱泵系統

在這套系統里面，很驚訝于特斯拉設置的工作模式，這是根據外部的參數進行設定的，整體是比較復雜的，如下圖所示，特斯拉劃分了 12 種工作模式：

表 1 整車熱管理系統的工作模式

不過核心的劃分依據是環境溫度和電池的溫度，如下圖所示：

COP=1：熱泵系統不工作的，主要是在環境溫度很低的時候（-20℃），這里的做法就采用特殊的做法，按照之前處理辦法，把驅動系統的做法堵轉方式，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，這時候熱泵系統是最主要的加熱方式

圖 4 熱泵 COP 的劃分，還有不同的模式設置

實際上這 12 種模式，是車輛進行自己操作的，主要的輸入參數包括車主所需要行駛的目的地和路線、環境（溫度）、天氣（濕度）、車輛的內部參數（包含電池 SOC、Soh、熱管理的運行參數）等等，這里面是一個很精致的過程，可能在實驗驗證環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。按照基本的質保和壽命條款來走，后續處理根據軟件的做法來調節。

圖 7 在幾種模式下，壓縮機變身為加熱器