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热泵空调那么省电为何很多电动车不用?

来源:http://www.dfs-hk.com 责任编辑:人生就是博旧版 2019-03-24 10:04

  严冬时节,纯电动汽车的续航里程会出现不同程度的缩水,而使用空调制热又会消耗大量的电量,所以就出现了很多车主不敢开空调的情况,这是一个很尴尬甚至有些许滑稽的场面。为此,今天我们就来扒一扒纯电动汽车空调那些事。

  这个世界上只有热量,而没有冷量

  开始之前,我们先来了解一个最基本的概念:这个世界上只有热量,而没有冷量。所谓的制冷,不是把冷量搬进室内或者车内,而是把内部热量搬走;制热就是把外部热量搬进来。

  物理课告诉我们,世界上的任何一个物体,包括在极寒地区的物体都是带有热量的,只是热量多少的区别。只有在热力学的最低温度,绝对零度(-273.15℃)才没有热量。

  传统燃油车与纯电动车空调的工作原理

  1、传统燃油车空调的工作原理

  传统燃油车的空调系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、管路等部件组成。

  制冷是通过压缩机对制冷剂(冷媒)进行做功,搬走车内的热量从而降低温度,这就是热泵的原理。由于压缩机工作需要发动机带动,所以制冷过程会增加发动机的功率负担(也就是油耗增加)。

  制热与制冷不同,目前几乎所有燃油车制热都不是通过压缩机,而是利用来自发动机冷却液的热量——正常工作的发动机冷却液温度为90摄氏度左右,足够取暖使用。冷却液流经暖风系统中的热交换器(也称水箱),将鼓风机输送进来的空气与发动机冷却液进行热交换,空气被加热后再送入车内。所以传统内燃机车制热不会额外增加发动机负担,也就是几乎不会增加油耗,此种方式成本低廉且采暖效果好。

  2、纯电动车空调的工作原理

  纯电动汽车因为没有传统的内燃机,也就没有多余的废热(电机工作时产生的热量对于取暖来说杯水车薪,暂且忽略)。因此空调系统无论是制热还是制冷,都要消耗动力电池的电量。

  纯电动车的制冷原理与燃油车的制冷原理相同,都采用热泵技术。唯一区别就是纯电动车的压缩机是电动压缩机,需要电池提供能量。

  纯电动车的空调制热方式可以分为两类,一类是PTC热敏电阻加热(绝大多数车型采用),一类是热泵加热(少量车型采用)。

  纯电动车PTC制热与热泵制热的区别

  百度百科上关于PTC的定义:PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写,意思是正的温度系数,泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。通常我们提到的PTC是指正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻。

  纯电动车通过PTC热敏电阻制热,即通过电阻的热效应生产热量。可以简单类比成家用取暖器“小太阳”,结构简单且制热效果好,但也非常耗电,进而影响到续航里程。PTC制热方式在在售的纯电动车型中使用比例较大,基本上主流车型使用的都是PTC加热。

  纯电动车除了通过PTC制热,还可以通过热泵制热,原理和制冷过程相反,就是将车外的热量搬到车内。

  我们先深挖一下热泵的原理。“泵”这个字,我们经常能听到。例如水泵就是最典型的例子,水泵的作用是把水从一个地方运到另外一个地方,最大的作用是把水从低处运到高处。

  热泵技术同理,就是把热量从一个地方搬到另外一个地方,而热泵制热就是把热量从从低温处搬到高温处,从车外搬到车内。冬季的家用空调制热也是同样的道理,电冰箱制冷是把热量从冰箱内部搬运到外部。

  总结为一句话:热泵的工作过程是一个运输热量的过程,即把热量从一个地方搬运到另外一个地方。无论是制热还是制冷,热泵技术都能实现。

  纯电动车热泵的类型属于空气源热泵,是一种通过吸收空气中热量,再利用少量电量驱动压缩机工作将这些热量搬运到车辆内部的装置。和PTC制热相比,产生同样的热量时热泵制热消耗的电量要小很多。有关数据显示,热泵的效能系数比PTC加热高出2-3倍,可以有效延长20%以上的续航里程。在售车型中,比如蔚来ES6、荣威MARVAL X等少量车型使用的是热泵。

  看到这你可能会有疑问,既然热泵空调那么省电,为何很多电动车不用?

  制约热泵技术广泛使用的原因

  相比较于PTC加热,纯电动汽车使用热泵空调加热确实能节省不少电量,但也存在缺点,这些缺点制约了热泵技术在纯电动车型上的广泛使用。

  1、低温制热效率低:由于家用空调同样使用了热泵技术,在这还拿家用空调举例子,当冬季气温过低时,使用家用空调制热,室内温度会上升的很慢,这个时候热泵低温制热效率低的弊端就凸显出来了。为了弥补这个不足,很多空调都另外增加了电加热辅助,所以最终的耗电量依然很高。车用热泵也一样,当气温非常低时,热泵获取热量的速度就会下降,低温制热效率就会降低。换个角度理解,把同样体积的水从3米深的井和5米深的井中抽出来,所做的功是不一样的。

  2、冷暖两用的热泵空调成本过高,且结构较为复杂。相比于制冷,热泵空调如要实现制热功能,结构上要增加更加复杂的装置(四通换向阀等),技术难度高,最终会使成本增加不少。所以汽车厂家从综合成本的角度考虑,不一定值得。

  3、制热速度慢,热效率低。纯电动车的热泵属于空气源热泵,因空气中的热量是分散能源,分布无规律且不稳定,热泵的效率会受到影响。由于受气温和地域影响较大,空气源热泵更适合在我国中南部地区使用。

  经过上面的介绍,我们可以看到,PTC热敏电阻和热泵都存在各自的优缺点。对于纯电动汽车空调,如果将PTC热敏电阻和热泵集成在一起,当温度较低时,启动PTC热敏电阻来协助提高温度,是不是综合效率会更高、更加节能?又或者将动力电池和驱动电机的自发热量通过热泵引入车内,实现更大限度的能源利用?

  技术一直在进步,相信当成本和实际效果都能让人接受时,冷暖两用的热泵空调在未来才会成为纯电动车空调的主流。

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