電動汽車爲什麼不用冷氣機制熱,而是用電加熱? – 62728207香港彩雲邨通渠公司

彩雲邨通渠公司 首先並不是沒有,已知的採用熱泵技術(或可選配)的純電動汽車有:日產Leaf,寶馬i3,奧迪e-tron,大衆e-Golf,捷豹I-PACE等,國內有榮威Ei5,榮威MARVEL X,蔚來ES6。其中日產Leaf早在2013年就配備了熱泵制熱。一輛車的空間看似狹小,冬季維持車廂和電池適宜溫度所需的能耗可不小,冷氣機頂無聲墊如何清洗冷氣機?冷氣機冬季保養注意事項有得哪些?冷氣機清洗是純電動車普及需要解決的一個大問題。

其次,電動汽車熱泵技術目前並不完美,有不少挑戰和問題需要解決,這也是爲什麼目前還有很多純電動車沒有配備熱泵而是僅使用電熱元件加熱的原因。感興趣可以移到下面看更多細節。

儘管如此,相信以後也會有越來越多的純電動車配備熱泵系統,這是趨勢。不過普遍認爲還是會有電熱元件加熱作爲輔助。

3/16/2020 更新:

現在終於能正式往上面的公司名單里加入特斯拉了:

Model Y裝了熱泵啦!!!!!!!!!!!!!

我司的熱泵,很「特」別。

香港冷氣機清洗已經有朋友認真研究起專利來了:

和燃油車不同,由於沒有了來自發動機的熱量,純電動汽車冬季需要額外的加熱系統來維持車廂內以及電池的適宜溫度。冬季續航衰減問題,是很多人目前階段不願選擇純電動車的一個重要原因。最簡單的電熱元件(PTC heater)雖然便宜可靠(不計熱量損失的話,1kW的電能制1kW的熱),但造成的冬季純電動車續航減少可達50%,影響相當之大。有些純電動車車企選擇了爲寒冷地區用戶提供加裝小型燃料燃燒取暖系統的選項,雖然務實,冷氣機清洗但是違背了純電動車(作爲一個子系統)零排放的一貫口號,說出去著實不好聽。相比而言,熱泵技術在不增加汽車這個子系統排放的同時,對目前的汽車冷氣機系統做有限的改動,可以提供比電熱元件更高效的制熱(從空氣中吸熱),對純電動汽車來說有巨大的吸引力。

熱泵制熱本質上和冷氣機製冷是同樣的原理。不同在於冷氣機是通過製冷劑在蒸發器蒸發從室/艙內環境吸熱,再把吸走的熱量以及壓縮機做的功一起通過製冷劑在冷凝器的冷凝向室/艙外環境排出;而熱泵則反之,從室/艙外環境吸熱,向室/艙內放出吸取的熱量以及壓縮機做的功。正常情況下,熱泵制熱量一定大於壓縮機用電量,因此比電熱元件更節能。冷氣機清洗由於吸熱放熱位置的顛倒,在普通汽車冷氣機系統的基礎上,熱泵的實現需要額外的改動。

在家用冷氣機熱泵中,通過四通閥可以決定壓縮機排氣口和進氣口是通向室外換熱器還是室內換熱器,實現循環製冷劑流向的逆轉和製冷制熱的切換:

然而,適用於家用冷氣機的四通閥到了汽車充滿振動的環境中,可靠性很難得到保證;膨脹閥通常只能在單一方向使用,而且製冷制熱模式需要的膨脹閥開度也會不同;由於製冷劑的逆轉製冷制熱的切換,換熱器的設計也需要進一步優化來達到更高的效率。針對以上問題,日本電裝的設計如下:

這套設計應用在了日產Leaf上面。

目前熱泵在純電動車上的應用目前面臨的主要待解決問題有:

有很多工作可以做,需要做,包括新的系統設計,部件設計,新的製冷劑使用(比如二氧化碳)等等。熱泵和電熱元件很可能最後是並存相輔相成的。沒有說上述哪個問題是完全無解的,需要的是一個好的方案能夠以可以接受的成本達到儘可能高的性能。

首先題主這個問題描述其實並不準確,應該是電動車制熱爲什麼不能用普通汽車冷氣機而普遍使用電加熱器。其次許多市場上的主流電動車型,如:大衆e-Golf,寶馬i3, 日產Leaf,榮威Ei5,榮威Marvel X等都使用特殊汽車冷氣機-熱泵冷氣機來主要制熱,電加熱器作爲輔助制熱。試驗表明,熱泵冷氣機的確是解決電動車冬季續航里程的有效方案!冬季使用熱泵冷氣機制熱與使用PTC制熱相比最大可降低60%能耗,最大帶來25%左右的冬季續航里程增加!

熱泵冷氣機到底是何方神聖有這麼大的本事?Cao sir從三個方面爲知友扒開熱泵冷氣機神祕內衣,不!神祕外衣,深度解讀這種對電動車發展具有里程碑意義的熱泵冷氣機到底是怎麼回事。

一、何爲熱泵冷氣機?熱泵冷氣機與傳統燃油車冷氣機有什麼區別?

傳統燃油車汽車冷氣機的製冷基本原理是利用壓縮機將低壓氣態製冷劑轉化成高壓氣態製冷劑,經過冷凝器釋放熱量後變成高壓液態製冷劑,並通過膨脹閥以後變成低壓液態製冷劑,在蒸發器中吸熱變成低壓氣態製冷劑回到壓縮機中,而蒸發器吸熱造成的局部低溫通過鼓風機將冷風吹入乘客艙內。簡單總結就是一句話,利用蒸吸熱原理造成局部低溫區域,吹入乘客艙中。

而制熱基本原理則更加簡單粗暴,引入發動機冷卻液進入冷氣機暖風芯體,再通過鼓風機將熱風吹入乘客艙內。所以cao sir在這裡告訴大家一個小訣竅,冬季開車,不打開A/C按鍵也可以吹熱風,而且對油耗無影響。

熱泵顧名思義就是把外界的低溫熱量泵到相對高溫的乘客艙里。咦,聽起來似乎違反熱力學第二定律?其實並沒有!在上面冷氣機製冷原理裡面,高壓氣體在冷凝器里液化成高壓液體過程中釋放出大量熱量。如何利用這部分熱量?工程師們很聰明地利用換向閥改變製冷劑流向,使得蒸發器在反向循環中充當冷凝器放熱,在此過程中,相當於通過消耗小部分電能將外界大量熱量泵進乘客艙內,所以稱之爲熱泵。

其實熱泵冷氣機並不是新鮮玩意,其在家居市場有著很成熟的應用,典型代表是熱水器中的貴族-空氣能熱水器,由於用少量的電可以從空氣中獲得大量熱量,所以宣傳標語總是醒目寫著的「節能環保」四個大字。

讀到這裡,愛思考的你肯定會問,室外零下幾十度的話也有熱量泵進艙內嗎?是的,即使是零下幾十度的溫度下還是存在熱量的,有熱量就可以被搬運。

二、熱泵冷氣機比電加熱器優勢在哪裡?

冷氣機中將製冷(熱)循環中產生的製冷(熱)量與製冷(熱)所耗電功率之比稱之爲制熱能效比(COP)。電加熱器(PTC)是一種半導體發熱陶瓷,當外界溫度降低,PTC的電阻值隨之減小,在電壓導通下產生電流,電流通過電阻產生熱量,因此其COP最大值不超過1,也就是說1KW電量最多可產生1KW熱量。根據統計,當冬季行駛打開基於電加熱器的冷氣機制熱功能時,至少三分之一甚至接近一半的電量都用於制熱,因此電動車冬季續航里程大大受到影響。

而熱泵冷氣機則利用了蒸發吸熱,液化放熱的熱力學原理,利用低沸點的製冷劑將環境中的熱量帶入到乘客艙中,乘客艙得到的熱量爲消耗的電能與吸收的低位熱能之和,因此其制熱係數COP((吸收的低位熱能+消耗電能)/消耗電能)一定大於1。據統計熱泵效能係數比PTC加熱高出2-3倍,可以有效延長10%以上的續航里程。以最近新浪汽車發起的冬季真實續航大PK比賽爲例,挑選市場上比較具有代表性的四款電動車型參加:榮威Ei5、比亞迪秦PRO、北汽EU5、吉利帝豪GSE,它們電池容量十分接近,均在53度電左右,其中前三款車的官方續航里程也幾乎完全相同,模擬正常冬季用車環境,最終搭載熱泵技術的榮威Ei5以高出對手13%左右續航里程的成績拿下PK賽冠軍。

既然熱泵對電動車續航里程來說優勢這麼明顯,那麼問題來了,爲啥大多數廠家不用熱泵而是使用電加熱器呢。成本!成本!成本!重要的事情說三遍。以寶馬i3爲例,其熱泵系統包含了熱泵控制器、製冷劑溫度傳感器和壓力-溫度傳感器、製冷劑截止閥、電控膨脹閥(EXV)、儲液乾燥器、熱泵換熱器等組成。整體下來熱泵冷氣機要比傳統汽車冷氣機增加近1000元左右的成本。在大部分以賺國家補貼爲目的的廠家面前有幾家車企願意上這麼貴重的玩意呢?

三、電加熱器電動車才有的新鮮玩意麼?

答案爲否,在許多傳統燃油豪華車上,早就使用低壓PTC(額定工作電壓12V)作爲車輛冬季剛啓動時,發動機水溫沒上來之前,冷氣機快速制熱的電輔助設備。以cao sir最近試駕了2019款奧迪A6L,對其低溫啓動時冷氣機快速暖風功能印象深刻,真乃北方車主的冬季福音,居家旅行必備之良藥!

需要指出的是,由於熱泵系統在制熱模式時,車外換熱器作爲蒸發器使用,需要吸收外界環境的熱量,當車外溫度較低時,或者車外換熱器溫度與外界環境溫度接近時,車外換熱器則不能有效地從外界環境吸收熱量,導致系統無法繼續運行。另外,當車外溫度較低時,如果空氣中含有較多水分,則空氣中的水分會在車外換熱器表面結霜,結霜後的車外換熱器也不能再從外界環境有效地吸收熱量,導致熱泵冷氣機無法繼續提供制熱功能。所以一般熱泵系統在-10℃以下便無法正常工作。因此車企們的主流技術方案仍然是熱泵與PTC加熱共同使用,在環境溫度過低熱泵無法工作時,啓動PTC作爲備用熱源,但是隨著低溫熱泵技術的不斷突破,PTC加熱器漸漸地被熱泵冷氣機所取代是必然趨勢!

如果您覺得cao sir的回答有一點幫助,請不吝給個贊!謝謝~

你看到的電動車都是比較便宜的,簡配產品。

電阻絲製熱很簡單,在北方地區也能達到效果。缺點就是高電能消耗。

真正中高檔電動車,會使用高級熱泵制熱。比如採用谷輪噴氣增焓型的壓縮機。而且會引入電池電機的廢熱作爲輔助。這需要預算成本上升,和設計能力支持。

或許,消費者可以用電動車的冷氣機是什麼設備的,來判斷這種車是不是值得購買。因爲電阻絲實在是太費電了,考慮到電池的價格,僅靠電阻絲供熱,這種設計是一種巨大的浪費。彩雲邨通渠公司