现行空调方案哪一种对低温续航最有效果?

低温是电池的天敌之一,也就成为制约纯电动车续航的重要因素。当低温遇上空调,原本已经捉襟见肘的续航就更加雪上加霜了。为了减少冬季空调对续航的影响,汽车企业们脑洞大开,纷纷上马热泵空调。

可是,仅依靠热泵空调不能彻底解决问题,为此凯迪拉克LYRIQ进一步推出了「BEV Heat高效综合热管理系统」(下称BEV Heat),提出「双热源」的概念。

纯电动普及初期,消费者将大量重心放在续航、三电安全、衰减等方面,很少关注空调能耗,车企亦是如此。为此,早期纯电动早期搭载均为PTC空调,诸如别克微蓝6、小鹏P7、蔚来ES6。

PTC空调的工作原理是利用电阻丝发热,将电能转化为热能,温暖电池、乘员舱。可以简单为电暖气。这类空调具备结构简单、安全性高、成本较低的优势,但缺点是功率较大、效率不高。

为了确保驾驶舱温度快速升高,车企需要配置较高功率的PTC加热模块,一款中大型纯电SUV前后排加热功率可以达到9.2千瓦。即便温度上升到恒定,PTC空调恒温只需要2千瓦,耗电量依然不容忽视。

海外媒体曾对采用PTC空调的特斯拉Model 3长续航进行过测试,结果显示开启空调和座椅加热比关闭时能耗多出了35%,续航里程少了接近100公里。按照冬季正常功耗,100公里相当于消耗了20千瓦时的电池容量。

低温已经严重影响续航,PTC空调让纯电动汽车更加不堪重负,引起消费者抱怨,形成了纯电动汽车冬季续航短、冬季掉电快等无法过冬的印象。长此以往纯电动汽车自身尚无法独善其身,更遑论和燃油车展开正面竞争了。

由于PTC空调拉胯的表现,车企开始物色新型空调,热泵空调脱颖而出。特斯拉宣布未来将在全系车型搭载热泵空调,而特斯拉CEO埃隆马斯克在社交媒体上也一次次科普热泵空调的优势。

与特斯拉相同的是,凯迪拉克在首款纯电SUV LYRIQ上也搭载了热泵空调;不同的是,凯迪拉克LYRIQ采用了更加通用的设计、更可靠的零件以及更精密的算法,带来了性能、维护两方面的优势。

不过,热泵空调并不是一个新鲜事物,日常生活中随处可见,空调、冰箱就是最典型的例子。热泵空调利用介质在不同形态之下的转变,介质从液态转换为气态吸收热量,将气体从室外引导至室内,利用压缩机将其压缩为液态,释放热量,从而实现热量的搬运。

相比PTC空调,热泵空调的优势是制热效率更高、体感优秀,劣势是成本较高。PTC空调将电能可以完全转化为热能,效率可以达到100%,但热泵空调自身不产生热量,只对热量进行搬运,所以效率可以达到惊人的300%。

尽管采用热泵空调会增加30%-50%的成本,但如果通过增加电池的方式解决PTC的高能耗,成本会增加150-450%。相比之下,热泵空调就非常物美价廉了。

不过,热泵空调并不像PTC空调一样万能,由于工作依赖介质,在非常低温情况下,介质会结冰或者其他状况无法工作。这也是早期热泵空调无法在纯电动车上普及的主要原因之一。

幸运的是,现在的技术已经可以让热泵空调在-20℃的环境下工作,凯迪拉克LYRIQ通过研究做到了-10℃无结霜风险,2分钟内出风口温度达到45℃的性能。

纯电动汽车挑战燃油车冬季表现,非常困难。燃油车携带的能量远大于纯电动车,即便热效率40%的内燃机,也有接近70%的热量被浪费。燃油车只需要将这些浪费的热量利用起来就能满足冬季取暖需求,也不会增加油耗。

相比之下,纯电动汽车没有那么纨绔子弟,但凯迪拉克依然想利用那些可能被浪费的热量,毕竟对纯电动汽车来说,每一点热量都弥足珍贵,少损失就是多获得。于是,凯迪拉克LYRIQ将目标锁定在电池、电机以及电气系统运转产生的热量上。

为此,凯迪拉克LYRIQ利用电池冷却液设计了一套废热收集系统。0℃时采集电机热量,功率可以达到2.5千瓦,采集电气电路热量,功率可以达到1.9千瓦,计算损耗在内,总功率也能达到3.8千瓦,极大缓解了热泵空调的压力,即便在-8℃的严寒中,这样一套系统的功率也能达到3.5千瓦。

通过废热收集系统,将电池、电机、电气系统的热量储存到电池冷却液中,并与空调制冷剂做热交换,温暖乘员舱。这就意味着,凯迪拉克LYRIQ需要在热泵空调「空气热源」的基础上再建立一个新的「水热源」,形成了「双热源」。

数据显示,只采用热泵空调可以节省17%的能量,双热源的设计可以节省高达83%的热量,就算关闭热泵空调,只保留废热收集系统,也能节省49%的能量。

利用储存在电池冷却液中的热量,凯迪拉克LYRIQ推出了Pre-Condition预处理功能,帮助用户缓解冬季空调续航焦虑。

在连接充电桩的情况下,凯迪拉克BEV Heat会最大可能从充电桩取电,提前对驾驶舱进行预热,尽可能减少热泵空调启动时的高耗能阶段,增加电池的续航能力。

如果用户通过APP或者车机设定出发时间,预处理模式也会利用充电桩电量将驾驶舱温度加热至适宜,在电池系统和热回路中储存足够能量,同时将电池预热至25℃最适宜区间,以保持最强性能。

根据凯迪拉克LYRIQ官方数据,这部分热量可以满足日常通勤1-2小时,接近50公里的制暖需求,做到日常驾驶完全不消耗续航里程。

除此之外,低温也会影响电池快充。如果未对电池进行预热,纯电动汽车会在连接充电桩的初始阶段对电池加热,以提高速率。凯迪拉克LYRIQ BEV Heat可以做到用户在地图选择预约充电桩,即对电池进行提前预热,大幅减少充电时间。

利用BEV Heat,用户再也不用担心夜间温度过低对电池造成影响。凯迪拉克LYRIQ的热管理系统结合电芯和模组之间的隔热技术,在-7℃的环境放置12小时,电芯依然能保持5~10℃的温度。

「双热源」的提升大大解决了低温空调制热对续航的影响,缓解焦虑,但在某种程度上更是对能量极致的追求,以不浪费一点能量为目的的追求,尽可能提升整车效率和使用体验。凯迪拉克BEV Heat系统实际上将低温续航的竞争拉到了一个新的层次。

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