电动汽车如何“抛弃”PTC？特斯拉做得最绝

前两天有时间仔细查了一下Model Y的信息，目前看下来100米的线束肯定是做不到了，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。

第一部分?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

第二部分?特斯拉的做法

特斯拉在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，我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℃)，这里就采用特殊的方式，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，这时候热量自12V PTC，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及划分。实际做出来可能不止这么多，或者进行一定程度的简化，这个做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，真的是把零部件商逼到了角落里面，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，而这种新的组织方式是短期内传统车企很难跟上的。

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。

图|朱玉龙 网络及相关截图

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

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