引言:今天继续休假在家,送完烟烟上班,有时间仔细查了一下 Model Y 的信息,目前看下来 100 米的线束肯定是到不了了,但是在热泵和 PTC 上的使用上,还是非常有特点的。目前看下来,特斯拉在热管理系统上面,出现了之前驱动系统、充电系统方面相似的协调性,通过调度整车的客舱加热 / 散热需求、电池的加热 / 散热需求和驱动系统的散热需求,充分利用了空调压缩机和电机 / 逆变器的特性,达到了省掉水热式 PTC 和高压电热式 PTC 的效果。

 

01 热泵系统的限制

 

目前所有的新能源车空调系统中主要包含制冷功能和加热功能,制冷基本都采用电动压缩制冷方式,制热方案主要包括 PTC(液体 / 空气)和热泵系统。热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置,把蒸发器和冷凝器功能互相对换,改变热量转移方向。热泵系统的类型主要有直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统等。低温的使用限制一个是室外换热器结霜,另外是 COP 制热能效比是和环境温度强相关的(空调将制冷 / 热循环中产生的制冷 / 热量与制冷 / 热所消耗的功率之比)。行业内的方向是制冷剂的改变和辅助的措施,如下图所示。 

 

图 1 现有电动汽车空调系统的热泵+PTC 的组合 

 

02 特斯拉的做法

                  

特斯拉在 Model Y 的设计中,取消了高压的 PTC(水热的在 Model3 上取消),在 Model Y 上配置了一个低压的 PTC 集成在空调系统鼓风机里面。而车辆热泵系统包括压缩机,机舱冷凝器,机舱蒸发器,机舱鼓风机和冷却器,并且把电池系统、功率电子 PCS+驱动系统和整车的系统回路整合在一起。整个物理结构如下图所示: 

 

图 2 特斯拉 Model Y 的做法 

 

如下图所示,特斯拉把 12V PTC 也作为热泵系统补充的一个拼图,从成本和产热的功率角度,把 PTC 完全作为了绿叶。

 

 

图 3 Model Y 的热泵系统 

 

在这套系统里面,很惊讶于特斯拉设置的工作模式,这是根据外部的参数进行设定的,整体是比较复杂的,如下图所示,特斯拉划分了 12 种工作模式: 

 

表 1 整车热管理系统的工作模式 

 

不过核心的划分依据是环境温度和电池的温度,如下图所示:

 

COP=1:热泵系统不工作的,主要是在环境温度很低的时候(-20℃),这里的做法就采用特殊的做法,按照之前处理办法,把驱动系统的做法堵转方式,把压缩机的控制算法改了,把一个电机作为加热器来使用(The control electronics may control the compressor to operate in a lossy mode in which the compressor generates heat) 

 

COP=1~2:温度范围在 -10℃~10℃之间,会启动混合模式,这时候热量有自 12VPTC,然后一部分自热泵

 

COP>>1:这是热泵高效区,这时候热泵系统是最主要的加热方式

 

图 4 热泵 COP 的划分,还有不同的模式设置 

 

实际上这 12 种模式,是车辆进行自己操作的,主要的输入参数包括车主所需要行驶的目的地和路线、环境(温度)、天气(湿度)、车辆的内部参数(包含电池 SOC、Soh、热管理的运行参数)等等,这里面是一个很精致的过程,可能在实验验证环境会有不同工作模式和需求的界定和划分。实际做出来可能不止这么多,或者进行一定程度的简化,这个弄法也只有在上层控制器里面用高算力算完,然后把命令逐个分发下去。 

 

图 5 热泵的工作模式 1 

 

图 6 热泵的工作模式 2 

 

而之前电机余热发热的模式,在以上的具体模式中其实也是存在的,就是把压缩机的用法也同样做了迁移,进入了高损耗模式。我觉得,特斯拉这样打透部件的用法,真的是把零部件上逼到了角落里面,你只要有硬件设计和制造的 know how 就可以了,具体怎么用,你别管,我来。按照基本的质保和寿命条款来走,后续处理根据软件的做法来调节。 

 

图 7 在几种模式下,压缩机变身为加热器 

 

小结:我觉得从好几个方面,特斯拉改变了软件和硬件的关系,改变了车企和供应商的关系,改变了车企内部不同的系统设计的协同的概念,这种新的组织方式还是短期内传统车企很难跟上的。