为何热泵对于特斯拉至关重要？

当前的电动汽车市场正逐年繁荣，新老车企不断推出新的电动汽车。而且乍一看，每辆电动汽车的纸面参数似乎都是相似的，所能实现的“智能”功能也大不相同。最终，消费者可以根据品牌、外观和空间等因素进行感知并做出决策。当然，纸张参数均匀化是一件好事，各种制造商已经跨海展示了他们的独特能力。至少在消费者关心的“产品力”方面，他们可以给我们公平的份额；这表明电动汽车行业日趋成熟，消费者的选择空间也越来越大。然而，看过经典武侠小说的人都知道，里面的绝世高手往往显得平凡无奇，但凭借多年的内功，总能在关键时刻惊艳四大高手。这实际上意味着一种哲学思维，即通过现象来看到本质；也就是说，不要被外表所，因为真正决定高度的是那些一眼望不透的东西。所以，如果你把这些车看作是武侠小说中的人物，那么即将到来的冬天将是一场“看真章”的武术比赛。如果你有什么真正的技能，你可以试试看。谁激活了电动汽车的“续航里程”？尽管从发展速度来看，电动汽车的接受度越来越高，但毫无疑问，阻碍人们全面拥抱电动汽车的最大元凶仍然是对续航能力的老生常谈。尤其是在寒冷的冬天，这个问题尤为突出。老实说，冬季汽车能耗的增加并不是电动汽车独有的。同样，燃料动力汽车在冬季的油耗可能会增加，但电动汽车对低温更“敏感”。燃料动力汽车冬季油耗的增加是由于冷却水和机油的温度较低，导致发动机不能在最佳工作温度范围内工作，导致燃料利用不完全和浪费。对于电动汽车来说，冬季能耗的增加是由于电机和电池没有在最佳工作温度范围内工作，导致电机效率下降，电池性能受限；另一方面，电动汽车需要消耗电能来加热电机、电池和乘客舱。不同之处在于，燃料动力汽车为动力系统和乘客舱提供热量，几乎没有额外的负担，而电动汽车消耗更多的能量。原因是燃料动力汽车消耗的能源有60%-70%以热量的形式浪费，而电动汽车消耗的能量只有10%左右转化为热量。也就是说，燃料动力汽车加热冷却液、机油和乘客舱，这是“废物利用”，而电动汽车则使用原本用于驾驶的能量来提供热量。

此外，更重要的是，无论一辆电动汽车配备多少kW·h的电池组，都无法与一箱油的能量大小相匹配。一升汽油所含的能量相当于8.9kW·h的电能。根据燃料动力汽车的50升油箱，换算成电能约为445kW·h。目前，市场上纯电动汽车携带的电池组通常在50kW·h到100kW·h之间。相比之下，燃料动力汽车携带的能量大约是纯电动汽车的4-9倍。也就是说，燃料动力汽车已经是能源丰富的汽车，而浪费的能源在冬季被回收，因此不会对续航里程产生重大影响；

电动汽车所携带的能量已经很有限，当其中一部分需要在冬季分配来提供热量时，这将对续航里程产生重大影响。然而，这也意味着，你花在加油上的400元，近300元，助长了温室效应，剩下的100元实现了电动汽车只需几十元就能行驶的里程。冬季续航里程减少的另一个更重要的原因是电池。虽然每辆电动汽车使用的电池略有不同，但基本上可以分为两类：三元锂电池和磷酸铁锂电池。目前，同类电池在单体电池水平上的低温性能没有显著差异。例如，由于材料本身的性质，锂电池中大量的锂离子就像一群孩子。天气太冷，导致每个人参加活动的意愿下降，甚至集体取暖的意愿下降。即使老师强迫他们外出活动，速度也会降低，导致教室门口拥堵，单位时间内外出的孩子数量也会减少。但从正极材料的分子结构来看，三元锂电池的“教室门”更宽敞，磷酸铁锂电池的窄度更小，因此磷酸铁锂的性能在低温下会下降得更严重。

正是这种结构决定了三元锂电池的能量密度和充放电性能，三元锂比磷酸铁锂电池好得多，而磷酸铁锂则稳定安全得多；然而，通过碳涂层技术和纳米材料工艺，磷酸铁锂电池的充放电性能得到了极大的提高，能量密度也得到了极大提高。总的来说，三元锂电池单体在低温下的性能要好于磷酸铁锂电池，但在低温下两种单体的性能都会受到很大限制。低温对电池的暂时影响是由内阻增加、锂离子涂层现象等引起的，从而导致可用容量和放电速率下降；如果长时间在低温下使用，也会对电池造成永久性损坏。因此，在低温下，有必要对电池进行加热，以获得更好的性能、循环寿命和安全性。尤其是在冬季，如果在使用电动汽车之前对车辆进行预热，不仅可以在上车后提供良好的驾驶体验，而且在预热期间和随后的行驶距离内消耗的能量要少得多，这比直接用冷车行驶相同的距离要少得多。

这是因为车辆通过预热使用较少的电力将电池和电机加热到最佳温度，大大提高了驾驶阶段的效率，从而实现了与夏季几乎相同的综合续航里程。换言之，对于车企来说，如果他们想提高电动汽车在冬季的续航性能，就需要从系统层面来考虑，而这正是每家公司真正展示“内功”的时候。武术秘密“热泵”？事实上，综上所述，电动汽车在冬季的续航问题可以概括为一个问题：提供热量，效率越高，效果越明显。目前，纯电动汽车的加热系统大多为PTC加热，能效比为1。考虑到3000W的功率，如果将热空气开足功率一小时，将消耗3kWh的电力。对于每100公里消耗10-20千瓦时的纯电动汽车来说，这无疑是一种“奢侈消费”。作为行业基准，特斯拉提出了一种通过使用热泵来显著提高效率的解决方案。热泵，简单理解就是利用压缩机将气体强制转化为液体，从而释放热能，实现能源“输送”；

换句话说，家用空调的使用是相反的。它最大的特点是可以达到“四两拨千斤”的效果，即从低温中吸收热能，然后输送到所需位置，大大提高了加热效率。在合适的环境下，其能效比可以达到3。

然而，特斯拉并不是第一辆使用热泵的家用电动汽车，也不是什么新鲜事。长期以来，它一直被应用于家用电器和工业领域。但不同的是，特斯拉不仅优化了热泵本身的设计，还创新了整个热管理系统的软硬件方面。

首先，传统的热泵空调在极端寒冷的天气下具有加热效率低、成本高的缺点。基于传统热泵的工作原理，特斯拉热泵系统经过巧妙设计，充分利用外部自然能以及电机和电池的余热进行加热。这不仅提高了效率，而且降低了成本。其次，特斯拉的热泵系统使用八通控制阀，该阀由8个冷却液通道和一个电机组成。它使用水阀取代了所有传统的多分支水回路定向元件的功能，可以实现空调、电池和电机热管理系统的并联独立运行和串联运行模式。这不仅减少了对内部空间的占用，还显著降低了故障率，提高了可靠性，并更好地利用了电池。电动机，甚至电路板等在过热的情况下运行，以提高加热效率。

最后，复杂的集成系统需要智能控制来实现精确和优化的结果。特斯拉自主开发的软件可以基于感应外部和内部系统温度智能调整热泵的工作模式，包括COP_高能效模式、COP_混合混合模式和COP_低能效模式，模式切换可以显著提高系统效率，最终降低能耗，提高冬季续航能力，以及最大限度地提高能源利用效率。因此，即使电动汽车使用热泵，实际效果也可能显著不同，这取决于整体热管理系统，以及BMS电池管理系统等各种提高效率的方法。得益于基于传统热泵的自主创新，特斯拉汽车的冬季驾驶体验得到了极大提升。老司机不难看出，即使在寒冷的天气里，特斯拉的用电量也保持在合理范围内，充电速度也与往常相似。即使掌握了一些技巧，经验也可以将其提升到一个新的水平。例如，提前激活手机上的“准时发车”功能来预热电池和加热车厢，不仅可以在上车后让你暖和起来，而且有助于提高效率和降低能耗，而且没有燃油汽车这样的“热车”过程。充电前，使用“路线规划”功能导航到超级充电站，并提前预热电池，以提高充电速度。冬天快到了。但真正具备抵御寒冷“内功”的汽车公司已经做好了准备。

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