冬天到了纯电动车主还好吗?PTC与热泵技术分析

2023-02-26 10:06:48 来源:互联网

现在汽车越来越普及,几乎家家户户都有车。那么这么多车,我们在使用的过程中肯定会遇到各种各样的问题。那么这个时候就需要了解一些关于汽车的信息,新闻等等,这样才能解决各种汽车问题。所以今天,边肖将与你分享纯电动汽车车主在冬天是如何度过的。PTC和热泵技术分析新闻。


(资料图片仅供参考)

近日,全国范围内出现了一场史诗般的寒潮,北京、山东等地气温创下近20年来的新低。走在路上分分钟被“冻透”了!不管天气多冷,你都得出去。网上很多燃油车主发起了一波针对电动车主的“群体嘲讽”。在极寒天气下,纯电动汽车的续航能力有所减弱。另外,车内加热效率还不如燃油车,电动车主更冷。尤其是很多开纯电动车的网约车司机,为了多跑几公里,不得不降低开空调的频率。为了保暖,他们只能用军用大衣和毛毯。

事实上,为了解决纯电动车冬季出行体验差的痛点,厂商也做了很多努力。比如目前主流的纯电动车基本都有电池预热的功能,可以在一定程度上提高续航,而座椅加热和方向盘加热已经成为很多车型的标配。然而这只是治标不治本,所谓“牙疼不是病,疼得要命”。如何提高整车的加热效果,降低能耗,将是一个长期的课题。在这里,我们不得不提到纯电动汽车的两个主要特点。

基本方案-PTC

可以利用内燃机的余热加热燃料,而纯电动汽车是没有可用能量的,因为电机在工作中产生的热量小于发动机产生的热量,不足以对车内进行加热,而且电池组中的电芯对温度极其敏感,需要一定的温度环境来保证其安全有效的储存和能量转换, 而且电池产生的热量无法使用,所以纯电动汽车还得靠“第三方”来加热,这就是PTC(热敏电阻)技术。

PTC的原理其实很简单,就是将电阻丝/陶瓷等发热材料通电,产生热量,加热汽车。类似电饭煲和电磁炉,一个不够就再加一个,或者加大功率。比如蔚来ES8有两个PTC单元,一些豪华品牌燃油车也配有PTC,在冬天车水温没上来之前快速给车加热。PTC的特点是成本低,结构简单,放热快,受外界环境影响小,所以从入门级车到高端车都有广泛的应用。

但是PTC有一个致命的问题,因为它“烧电”,直接影响车辆的续航能力。随着外界温度的降低,PTC的电阻值降低,电流通过电阻产生热量。其供热能效比(COP)的最大值不超过1,也就是说1kW的电最多能产生1kW的热。测试表明,冬天开暖风,全程至少要消耗三分之一的电量。功率越大,耗能越大,耗能时间越长。

更好的方案——热泵

为了解决PTC耗电快的问题,热泵技术应运而生。其实热泵并不是一个很新的技术。其工作原理是从外界环境中收集热量,通过蒸发吸热,通过液化放热。需要用电的地方是压缩机、水泵等。比PTC直接“电烧”节能多了。所以热泵逐渐成为更多车型的选择,比如蔚来ES6,荣威Ei5,特斯拉Model Y等等。

有些人可能会困惑。之前北京外零下十几度有没有热量抽进机舱?答案是肯定的,除非达到绝对零度——物理学上的273.15,这当然是不可能的,所以万物都有热。那么热泵到底是怎么工作的呢?第一步:泵吸收外界空气,制冷剂在低压区吸热储能,遇到外界空气后变成蒸汽;第二步:加压进入高压区放热冷凝;第三步:通过减压阀重新进入低压区继续吸热。因为舱内获得的热量=消耗的电能,所以热能效率比COP(吸收的热能消耗的电能)/消耗的电能)必须大于1,这样1kW的电功率才能达到1.5kW甚至2kW的热量。

然而,热泵也有缺点。首先是成本。压缩机、热泵、阀门、管道等。目前热泵系统所需的成本比普通PTC高几倍,而低端型号不会使用热泵。其次,即使理论上无论如何外界都有热量,但在极寒天气下热泵的运行效率较差。另外,当车外温度较低,空气中含有较多水分时,空气中的水分会在车外表面结霜,结霜的换热器不再能有效地吸收外界环境的热量,导致热泵空调无法继续工作,所以一般热泵系统在-10以下无法正常工作。

总结:

考虑到PTC和热泵的特性,不考虑成本,效果最好的当然是PTC和热泵的组合。当环境温度过低,热泵无法工作时,启动PTC作为备用热源。然而,这是一个复杂的系统,需要计算机准确判断PTC和热泵何时同时独立工作。不同的工作模式也需要不同的管材,一系列技术问题亟待解决。

目前还没有一种解决方案可以同时实现低成本、高效率和低能耗。不过各个厂商都在努力。例如,特斯拉Model Y上的超级瓶系统有一个八通阀,它可以让空调不仅携带外界的热量,还可以携带电池和电机的热量,从而产生多达12种工作模式,以满足不同的需求。当然,也有厂商在研发二氧化碳热泵空调系统和低温增焓空调技术,在-30仍能工作,比如北汽新能源,但一直没有量产。

从长远来看,热泵技术有很大的发展潜力。随着特斯拉整体向热泵技术转型,必然带动更多新能源车企转向热泵方向。但究竟是在制冷剂材质上做文章,还是在热循环上做文章,取决于各个公司的技术路线。在未来,当热泵的整体容量大大增加时,其成本必然会降低。在此之前,电动车车主能做的就是等待,冬天多穿点。

关键词: 电动汽车 续航能力 工作模式 技术分析

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