數(shù)九寒冬，你的純電動車體驗(yàn)如何？
續(xù)航打折可能還不是最糟心的事。近期就有十幾名加拿大的特斯拉車主反饋，冬季連空調(diào)都使用不了，不僅僅車凍得續(xù)航打折，人凍得也是一把鼻涕一把淚。
并且，這些冬季無法制熱的基本都是熱泵空調(diào)。
這就非常奇怪了，熱泵空調(diào)的高效省電優(yōu)勢沒能發(fā)揮出來，反而無法制熱了，引來加拿大部分車主的質(zhì)疑，也引起了特斯拉研發(fā)團(tuán)隊的重視。馬斯克都說，這是特斯拉高度優(yōu)先要解決的問題。
但更奇怪的是，馬斯克說熱泵空調(diào)的故障竟然是一個軟件問題，通過固件更新就能完成?；蛟S很多人從來還沒聽說過，空調(diào)還需要 OTA。不過，了解完特斯拉熱泵空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理之后，就能發(fā)現(xiàn)這一套硬件竟然能實(shí)現(xiàn) 12 種不同的功能，并且所有功能的實(shí)現(xiàn)都依靠軟件控制。
所以說，特斯拉熱泵空調(diào)的問題可能真的就是個軟件問題。
那么，特斯拉的熱泵空調(diào)究竟有多神奇？為什么會出現(xiàn)極寒條件下無法制冷的情況，業(yè)內(nèi)能不能解決這個問題呢？在看過特斯拉熱泵空調(diào)專利，并且和美的威靈工程師進(jìn)行了一次對話后，車東西找到了問題的答案。
01.加拿大車主熱泵失靈 竟能通過固件更新解決
本月，位于北半球的各國迎來了冬季以來最冷的時間，電動汽車也進(jìn)入了一年里最不好用的階段。
近期，就有加拿大特斯拉車主反映，他們在極寒環(huán)境下開車，熱泵空調(diào)竟然不能用了。
推特用戶 @TSelvig 說道，當(dāng)天出行時，氣溫已經(jīng)降至-40℃。在這種極寒天氣下，他駕駛特斯拉 Model Y 時，熱泵空調(diào)卻無法使用。在嘗試重啟車輛、給特斯拉客服打電話后，仍無法解決這個問題，并且車主距離最近的服務(wù)中心也有幾小時的車程，沒有空調(diào)根本無法開車。
▲ 用戶在-40℃環(huán)境下熱泵空調(diào)無法工作
最終，一家人改用燃油車出行。
另一位 Model Y 車主 @paateach 的經(jīng)歷則更加豐富，他的 Model Y 已經(jīng)連續(xù)兩個冬天沒有暖風(fēng)了。
▲ 有用戶更換了空調(diào)零部件仍然失效
他在推文中說，自己住在加拿大南部的薩斯喀徹溫省，去年 2 月就遇到了熱泵空調(diào)無法使用的情況，整整一個月都沒有暖風(fēng)。后來，特斯拉為他更換了一組超岐管，當(dāng)時熱泵空調(diào)就能使用了。但是，到今年冬天，氣溫下降到-30℃時，他再次遇到了熱泵空調(diào)無法使用的情況。
當(dāng)時，他拍下了車機(jī)屏幕上的提示：座艙氣候調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要維修，制熱、制冷系統(tǒng)將被限制或無法使用。
▲ 熱泵空調(diào)失靈時車機(jī)上的顯示
兩位車主對特斯拉發(fā)出了質(zhì)疑：為什么特斯拉的熱泵空調(diào)會在極寒天氣下失靈？特斯拉已經(jīng)維修幾次，為什么維修方案還是無效？
甚至有車主說，經(jīng)歷過這個冬天之后，希望賣掉自己的特斯拉換回燃油車，至少不會出現(xiàn)空調(diào)制熱故障。
特斯拉車主社群 Tesla Owner’s Club 在加拿大阿爾伯塔省的主席 Angie Dean 表示：“在加拿大阿爾伯塔省和薩斯喀徹溫省，已經(jīng)有十余名特斯拉車主出現(xiàn)了熱泵空調(diào)無法使用的問題?！?/p>
▲ 馬斯克稱已經(jīng)更新固件修復(fù)問題
就在上周，車主社群 Drive Tesla Canada 在推特上 @馬斯克，要求他對熱泵問題發(fā)表評論，馬斯克 5 分鐘內(nèi)就回復(fù)了推文，并稱維修熱泵空調(diào)具有非常高的優(yōu)先級。40 分鐘后，馬斯克稱熱泵空調(diào)的新固件已經(jīng)向用戶推出。
令人相當(dāng)好奇的是，熱泵空調(diào)出現(xiàn)故障為什么能通過固件更新修復(fù)？另外，當(dāng)固件更新完成后，仍有車主反饋無法制熱，固件更新到底有沒有用？
02.極寒出行需提前預(yù)熱電池 熱泵可能還有硬件缺陷
在一份特斯拉 2019 年公開的專利文件中，就展示了熱泵空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作方式。2020 年初，伴隨著 Model Y 車型的量產(chǎn)，這項(xiàng)專利也轉(zhuǎn)化為了特斯拉的量產(chǎn)應(yīng)用。
如果打開特斯拉的前備箱，就能看到熱泵空調(diào)和多條管道、線束，實(shí)際上這只是熱泵系統(tǒng)的“冰山一角”。從專利圖上看，特斯拉的熱泵空調(diào)擁有 11 個主要組件，并且負(fù)責(zé)整車的熱循環(huán)，能夠通向座艙、電池包、電機(jī)等車輛不同的部位。
▲ 箭頭所指位置為特斯拉熱泵空調(diào)
這些主要部件有壓縮機(jī)、座艙冷凝器、座艙蒸發(fā)器、電池系統(tǒng)冷卻裝置、座艙鼓風(fēng)機(jī)、電機(jī)液冷冷凝器、蓄電池、三向壓縮機(jī)出氣口、低壓電動座艙加熱器（PTC）、再循環(huán)空調(diào)、暖氣。
在這 11 個主要部件中，特斯拉并沒有直接取消傳統(tǒng) PTC 加熱，而仍然配備了一個低壓 PTC 加熱。但是，由于功率不足，這個 PTC 加熱裝置并不能直接向座艙內(nèi)供暖，而是當(dāng)熱泵系統(tǒng)制熱不足時，提供輔助加熱。
▲ 特斯拉熱泵空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
比較令人驚訝的是，特斯拉的這套硬件能夠?qū)崿F(xiàn) 12 種不同的工作模式，通過不同的軟件調(diào)度完成。
這 12 種工作模式中，熱泵參與的模式并不多，只有三種。熱泵參與加熱可以分為純熱泵模式和混合加熱模式。當(dāng)熱泵效率較高的時候，就啟用純熱泵模式，當(dāng)效率較低時，就啟用混合加熱模式，熱泵可以和 PTC 加熱混合，還能加入蒸發(fā)器共同加熱。
▲ 特斯拉熱泵空調(diào)的 12 種工作模式和功能
另外，單純使用壓縮機(jī)、蒸發(fā)器也能加熱座艙、電池系統(tǒng)。并且車內(nèi)熱循環(huán)系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)座艙除霧、除霜、除濕等功能。
這里就能得出一個結(jié)論：熱泵空調(diào)的問題通過固件更新修復(fù)，確實(shí)是可行的。
當(dāng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)硬件沒有問題時，調(diào)整不同環(huán)境下的軟件調(diào)度，就能實(shí)現(xiàn)對熱泵空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)整。
單就熱泵系統(tǒng)而言，加熱座艙的效率和熱泵的效率有很強(qiáng)的聯(lián)系。因?yàn)闊岜每照{(diào)的工作原理就是交換車內(nèi)外的熱能。
通過蒸發(fā)器，冷媒能夠從外界環(huán)境中吸熱，到車內(nèi)冷媒液化后釋放出熱量，就可以向座艙內(nèi)供暖。
不過，如果外界環(huán)境溫度越低，冷媒從外界環(huán)境中獲取熱量也就越難，這就導(dǎo)致熱泵空調(diào)在極寒環(huán)境下制熱效率不高。
特斯拉也知曉這一顯而易見的問題，因此在熱泵空調(diào)之外還加入了輔助加熱器件。
特斯拉在專利中繪制了一張圖表，可以解釋熱泵空調(diào)在不同溫度條件下的效率。熱泵空調(diào)的效率系數(shù)用 COP（Coefficient of Performance）表示，當(dāng) COP=1 時，表示消耗電能和產(chǎn)生的熱能相等；當(dāng) COP>1 時，熱泵空調(diào)處于高效區(qū)，代表消耗較少的電能能夠得到更多的熱能。
▲ 車內(nèi)環(huán)境溫度和電池溫度對熱泵空調(diào)效率的影響
從特斯拉的圖表中可以看到，當(dāng)環(huán)境溫度和電池溫度同時低于-20℃時，熱泵空調(diào)的效率將非常低下，這一溫度也被特斯拉認(rèn)為是極寒溫度，在這個溫度以下已經(jīng)沒有解決方案了。但此時，只需要為電池加熱，COP 值就會隨之升高，制熱系統(tǒng)也就能夠正常使用了。
當(dāng) COP=1 時，熱泵空調(diào)不工作，依靠蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)加熱，當(dāng) COP≥1 時，熱泵空調(diào)才會參與制熱，而此時溫度則需要在-10℃以上。
這里能得出第二個結(jié)論：如果外界天氣極度寒冷，即便更新了熱泵空調(diào)固件，制熱效果仍會較差。解決方法是加熱電池，或者說出行之前為電池預(yù)熱。
不過，在馬斯克回復(fù)已經(jīng)更新固件的推文下，還有不少用戶反饋車輛仍無法制熱。
那么，這很有可能出現(xiàn)了硬件問題。
特斯拉車主 @paateach 在推特上說，他的特斯拉 Model Y 已經(jīng)更換了兩次超岐管，其中包括熱泵空調(diào)的傳感器、膨脹閥和冷媒管線。制熱系統(tǒng)暫時能用，但自己非常擔(dān)心可能再次損壞。
▲ 車主更換兩次零部件后仍擔(dān)心再次損壞
推特用戶特斯拉車主在線透露了熱泵空調(diào)的研發(fā)故事。近期，特斯拉在美國加利福尼亞洲和阿拉斯加州的工程師都在測試熱泵空調(diào)，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)低于-30℃時，特斯拉的熱泵空調(diào)能夠正常工作，其原因是熱泵空調(diào)擁有兩個冷媒的循環(huán)。
▲ 車主俱樂部稱特斯拉已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硬件問題
同時，工程師也發(fā)現(xiàn)了問題：在極寒天氣下，前進(jìn)氣口蓋板會被凍壞，導(dǎo)致行駛過程中吸入冷風(fēng)。由于冷風(fēng)溫度過低，傳感器感知后會向系統(tǒng)報錯，此時壓縮機(jī)會停止工作，制熱也就停止了。
為了快速解決這一問題，特斯拉可能通過軟件強(qiáng)制啟動壓縮機(jī)，暫時避免了極寒天氣下制熱失靈。但要徹底解決這個問題，后期特斯拉可能還需更新部分硬件。
03.混合加熱可應(yīng)對低溫 部分公司還在探索新冷媒
對于汽車行業(yè)來說，熱泵空調(diào)還是個新鮮事物，2020 年初特斯拉 Model Y 才量產(chǎn)搭載。在此之前，純電動車普遍采用 PTC 方式為車內(nèi)制熱。但即便在理想條件下，PTC 的 COP 也就是 1。效率不高導(dǎo)致 PTC 加熱用電量非常大，進(jìn)而成為影響電動車冬季續(xù)航的一大因素。
熱泵空調(diào)的高效表現(xiàn)吸引了電動車企的目光，2021 年新上市的純電動車，基本都從此前的 PTC 加熱升級為熱泵空調(diào)。但是，由于冷媒的限制，通常情況下氣溫低于-10℃時，熱泵的效率就會大幅降低，此時還得依靠 PTC 加熱為車輛供暖。
例如，小鵬 P5 搭載了熱泵空調(diào)，實(shí)現(xiàn)高效制熱，但同時也搭載了 PTC，在溫度低于-10℃時，車輛就會啟用 PTC 加熱，為車內(nèi)供暖。
可以說，小鵬 P5 在一定程度上解決了熱泵空調(diào)的短板，但是還沒有徹底解決。
而另一家新晉汽車零部件廠商威靈則解決了極寒天氣下的制熱問題。說到威靈，可能很多汽車圈內(nèi)的朋友并不陌生，威靈就是國內(nèi)家電頭部企業(yè)美的集團(tuán)的子公司。
去年，威靈宣布投產(chǎn)的幾款汽車零部件中，就包括車用熱泵空調(diào)。
目前，熱泵空調(diào)通常采用的冷媒有 R134a（CH2FCF3，四氟乙烷），但是在外界溫度較低時，制熱量衰減十分明顯。因此，業(yè)內(nèi)有混合冷媒的探索，但也無法明顯的性能提升。
▲ 美的威靈電動壓縮機(jī)
威靈零部件的工程師另辟蹊徑，采用二氧化碳作為冷媒，在極寒溫度下制熱效率有了明顯提升。
威靈的轉(zhuǎn)子式 CO2 電動壓縮機(jī)能夠在-30℃條件下，實(shí)現(xiàn) COP=2 的制熱效率。同時，其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中噪音低、整體設(shè)計更加輕量化。
威靈工程師介紹，在極寒天氣下，用戶不需要“蓋著被子”開車，同時相比傳統(tǒng)熱泵空調(diào)，二氧化碳作為冷媒的熱泵，最多能夠讓車輛的續(xù)航里程提升 20%。
僅僅是 CO2 電動壓縮機(jī)，就擁有 220 項(xiàng)國內(nèi)發(fā)明專利，和 14 項(xiàng)國際發(fā)明專利，并且擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)。同時，CO2 作為常見的溫室氣體，收集用作冷媒，也為“碳中和”貢獻(xiàn)了一份力量。
去年，美的集團(tuán)威靈零部件的熱泵空調(diào)產(chǎn)品已經(jīng)在小鵬、蔚來等純電品牌車型上搭載，成為國內(nèi)零部件企業(yè)快速向電動化轉(zhuǎn)型的一個縮影。
04.結(jié)語：電動汽車還有巨大創(chuàng)新空間
2020 年，特斯拉將熱泵空調(diào)裝進(jìn)純電動車，帶動了電動汽車行業(yè)向著高效方向再進(jìn)了一步。僅僅一年的時間，到 2021 年，熱泵空調(diào)已經(jīng)成為高端電動汽車的標(biāo)配。
顯然，燃油車時代不會使用的技術(shù)，在電動汽車時代可能就是巨大的創(chuàng)新。在全球電動汽車競爭愈加激烈的今天，電動汽車領(lǐng)域仍有巨大的創(chuàng)新空間。
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