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電車空調那點事：集中熱管理——熱泵空調
燃油車空調制熱VS電動車空調制熱
在了解熱泵空調是如何工作之前，先來看看電動車制熱和燃油車制熱有什么區別？
燃油車冬季空調制熱時，是利用發動機的余熱，對車廂內進行供暖；電動車空調制熱有2種方式：一是通過車輛電池供能，用*PTC加熱器進行制熱。原理和吹風機一樣，電能加熱電阻絲后，鼓風機將熱風吹出。熱能都來自于電池，這種方式相對比較耗電； ? ?
二是通過熱泵進行制熱。即便是在冬天這種低溫環境下，空氣中依然存在熱量。與家用空調工作原理相同，熱泵通過蒸發吸熱-冷凝放熱原理將外部空氣里的熱量“搬運”到車廂內，既能溫暖車廂，又可以節省能耗。 ? ?
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在電動車空調應用領域，特斯拉的熱泵空調方案無疑是較早一批投入量產使用，且也是迄今為止較為有效的設計。
隨著本世紀初特斯拉發出了喚醒世界電動車行業的號角，新能源技術不斷演進，太陽能、燃料電池和特斯拉驅動器等新技術在汽車行業及家居空調行業有了質的飛躍，驅動著整個行業的快速發展與進步，而其中的特斯拉空調制熱技術就是其中最重要的一部分。
特斯拉空調制熱技術，是特斯拉公司專為汽車制造的空調制熱技術，旨在普及更好的汽車制熱系統，以提高舒適性及汽車安全，更好地保護我們的環境，而特斯拉空調制熱技術也因此而受到許多車主們的青睞，受到關注和認可。
首先，特斯拉空調制熱技術能帶來更高的加溫效率，采用高精度溫度控制器，允許空調精準控制溫度，最高可達攝氏55度，只需較少的時間就能讓室內溫度增加幾十攝氏度，較低的著裝讓您在室內感受舒適的室溫，而不用擔心溫度的過高或過低。其次，特斯拉空調制熱技術還可以提高空調整體系統能效，也就是指特斯拉空調制熱技術可以使汽車空調系統在最低的用電量去獲得最高的加溫效果，通過更先進的技術和特斯拉驅動器等設備，實現更好的制熱能效及更低的耗電量，從而實現最節能的制熱體驗。 ? ?
再者，特斯拉空調制熱技術還能提供更好的安全性和舒適性，其使用的控溫系統能更加精確、有效的控溫，更直接地傳遞到用戶身上，實現更加有效的控溫效果，用戶不用擔心讓室內溫度太高或太低。此外， 特斯拉空調制熱技術也可提供舒適度方面的好處。由于使用了高精度溫度傳感器讓特斯拉空調制熱技術可以更好的控制溫度，可以減少室溫波動，防止濕度和溫度太低而感到不舒服，讓您能在室內始終感受到舒適的室內溫度。
最后，特斯拉空調制熱技術還可以有效保護我們的環境，特斯拉空調制熱技術只需較少的用電量就可達到更加高效節能的制熱效果，用電量比一般空調制熱技術更少，從而減少對環境的污染。這也阻止著溫室氣體高速上升，全面保護了環境及家居室內健康。
什么是熱泵空調？
特斯拉的熱管理系統中，有一個叫做“超級歧管”的設計，用來控制車輛在不同駕駛模式下熱量的轉移路徑，以應對不同的熱需求場景，可以把電機發出的熱量搬運進駕駛室，從而提升能量的利用率，進而增加續航里程。
從整體的框架結構來看，特斯拉工程師設計的熱泵空調方案覆蓋面非常廣，從純電動車型的電池、電機和電控系統，到負責為座艙調節溫度且為前擋風除霜的空調系統，可以說這是一套較為完備的熱管理系統。 ? ?
可能很多人對熱泵空調并不是特別了解，那么首先我們來聊聊它的工作原理。熱泵空調主要是利用冷媒介質在氣態和液態來回轉變的過程中，根據其蒸發吸熱和冷凝放熱的原理，以此來實現制冷和加熱的最終目的。
熱泵空調原理很簡單，顧名思義，一般空調是制冷，它是把外界的熱量搬運到車內，包括了環境中的熱量、電機驅動單元工作時散發的熱量，外界溫度高于零攝氏度或更高時，熱泵空調的效果很好，可以節省電能增加續航，還可以提前給車子預熱，提升充電效率，熱泵空調自然成了電動車不可忽略的一個賣點。
在熱泵空調大批量裝車以前，因為不能像燃油車那樣利用發動機的廢熱為乘員供暖，所以在純電動車型上常用的是PTC空調，它的制熱原理是通過給熱敏電阻通電，讓電阻產生熱量為座艙內部的乘員供暖。通俗點說就是為熱敏電阻通多少電，它就能為乘員提供多少熱量，相對而言熱泵空調可以從外界的空氣獲取熱量，在耗電量方面比PTC空調更低些。
PTC（這貨叫“陶瓷發熱片”），基本原理與“電熱絲”是一樣的，通電它就發燙。然后風一吹，出來就是暖氣了。說白了，PTC就是一個“大型的熱吹風機”，效果猛是猛，電表轉的也是快……所以PTC制熱最主要的問題就是耗電，繼而影響電動汽車續航里程。
舉個例子來說，PTC空調更像是在緊鄰河邊的低洼處挖出一道蓄水池，蓄水的時候只需要將堤岸鑿出一道缺口，那么河水就會根據地心引力向下流的原理，不需要借助其它工具就能灌滿整個蓄水池，但在這個過程中要耗費很多人力，去實時監測蓄水量的情況并及時去填堵缺口，同時還要實時觀察堤岸缺口是否會有被沖垮的風險。
熱泵空調，更像是在距離河邊較遠的高地挖出一道蓄水池，想要為其灌滿河水就需要借助水泵、水管等工具，這樣才能讓河水從低處向高處流動，最終灌滿整個蓄水池，整個過程中不需要浪費過多的人力去實時監控，雖然使用的工具相對多了些，但是綜合來看會節省許多人力和精力。
其實從這個舉例也可以看出，熱泵空調因為使用了更多的零部件，其結構設計會更加復雜些，所以直接體現的是在成本方面會更高一些，這也是當下不少純電動車型仍在用PTC空調方案的原因之一。
特斯拉的熱泵空調優勢在哪？
熱泵空調是通過逆卡諾循環把熱量搬運進來，最核心的地方是需要一個四通閥來實現制冷劑的換向操作，這就需要增加很多管路和零部件，在車子有限的空間達成這點是很難的，四通閥的改進成為了技術突破的關鍵。
它起到的作用，就是可以讓“制冷劑”在空調系統里不僅可以“正向流動”還可以“反向流動”，從而實現制冷和采暖！那么“冷暖兩用空調”在行業里的專業學名叫做啥呢？就叫“熱泵”。
在制熱過程中，它只是熱量的“搬運工”，不生產熱量，電池的電能只應用在“搬運”熱量上，從而達到省電的初衷。
在相同的冬季采暖工況下，與傳統電加熱技術相比，采用熱泵技術可降低50％～70％的制熱能耗。
熱泵在暖通行業其實早就見怪不怪了，1852年英國科學家開爾文就提出了熱泵設想；1912年瑞士的蘇黎世成功安裝世界上第一套熱泵系統；20世紀70年代，熱泵工業進入了黃金時期；21 世紀，隨著“能源危機 ”出現，熱泵成為當前最有價值的新能源科技；進入21世紀后，熱泵在中國的應用越來越廣泛.... ? ?
特斯拉工程師研發的熱泵空調，在結構和布局方面要比市場中的競品稍微復雜些。特斯拉工程師為此發明出了不但可以實現制冷制熱無縫切換又不占空間的八通閥：“超級歧管”，實際就是兩個四通閥合并在了一起，這玩意每次旋轉都對應著一條特定制冷劑的線路，其設計之精妙令人嘆為觀止，不但能保證車子制冷，而且可以從電池組、驅動單元和其他散熱部件吸取多余熱量，吸收熱量的多少也可以很好的控制，讓哪個部件工作，哪個部件閑置，它都可以靈活控制。
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以特斯拉Model Y車型為例，它所搭載的熱泵空調就包括有9條冷媒介質循環管路，這9條管路不僅在布局上錯綜復雜，同時在不同用車場景下冷媒介質的流動途徑也不相同。
為了能夠滿足乘員的用車需求，精準的控制冷媒介質流動方向是一個非常重要的問題，所以特斯拉工程師們就把9條管路交匯在一起，在交匯的中心點裝配一個八通閥，使用這項裝置來控制冷媒介質該流向哪個方向。
特斯拉首創的八通閥，讓整車熱量得以“自產自銷”，可以說是電動車熱管理的天花板。升級后的特斯拉熱泵空調技術，能在保證冬季續航的情況下，滿足不同場景的制熱需求。車主們在冬天遠程對座椅、方向盤、空調進行預熱，就是八通閥的功勞。 ? ?
除此之外，特斯拉工程師設計的熱泵空調，同時還由蒸發箱、冷凝器、蒸發箱散熱器、冷凝器換熱器、蓄液器、水泵和散熱水箱等結構組成，在八通閥的控制下根據不同的用車場景，就可以讓空調實現共12種制熱模式和3種制冷模式。
除了能夠實現以比PTC空調更低的消耗電量，借助車外空氣中的熱量做到為電池組保暖、除霜、除霧和為座艙供暖等基礎的加熱功能外，驅動電機等零部件在正常運轉時產生的熱量，也會為以上功能奉獻出自己的一份余熱。 ? ?
不過值得注意的是，特斯拉研發的熱泵空調也會受到車外環境溫度的限制，在溫度低于零下十度的場景因為空氣中的熱量會相應減少，所以熱泵空調從環境中汲取的熱量也會隨之減少，不過零下十度這個門檻也能滿足大部分國內的用車場景了。
在這種極寒的環境中，如果用完車將車輛停放在停車位上，因為開車的路途中打開了空調制熱模式，座艙內部還是有一定熱量存在的，熱泵空調會將座艙內部的熱量進行回收，把熱量儲存起來為電池組保暖保溫。
在車輛充電的時候，因為特斯拉的超充樁功率相對較大，所以車輛的電池組等零部件也會產生一定熱量，而且產生的熱量比普通車輛要稍大些，此時熱泵空調便會開啟超充模式下的散熱行為，將這些熱量及時向外散出。
特斯拉熱管理系統技術概述
特斯拉從 2008年第 1款電動汽車 Tesla Roadster上市，至今已經生產了5款電動汽車。按照時間序列和匹配車型，可把特斯拉電動汽車熱管理系統技術可分為4代。以Tesla Roadster為代表，采用最早一代特斯拉熱管理系統，結構相對簡單，沿用傳統汽車熱管理系統思路，各個熱管理回路相對獨立。以 Tesla Model S/X為代表，采用特斯拉第2代熱管理系統，引入四通換向閥，實現電機回路與電池回路的串并連切換，在行業內屬于首創。以 Tesla Model 3為代表，采用特斯拉第3代熱管理系統，通過引入電機堵轉加熱，取消電池回路高壓正溫度系數熱敏電阻（Positive Temperature Coefficient, PTC）降低成本；乘員艙采暖仍然采用高壓風暖 PTC，但通過從設計結構上進行改進，克服風暖PTC無法實現乘員艙溫度分區控制的短板；同時結構上采用集成式儲液罐，簡化熱管理系統結構布置，降低后期維護成本的目的。以Tesla ModelY為代表，采用特斯拉最新一代熱管理系統技術，在特斯拉產品序列中首次采用熱泵空調系統，與特斯拉提出的電機低效制熱模式技術相結合，可應用于極端環境下乘員艙加熱，同時取消乘員艙高壓風暖PTC配置節約成本；在結構上采用高度集成的八通閥模塊，對系統多個熱管理系統部件進行集成，同時實現不同熱管理系統工作模式的靈活切換。 ? ?
特斯拉對電動汽車熱管理技術進行不斷的創新，從技術上和結構上提出了新的想法，引領行業發展，為電動汽車熱管理系統技術的發展提供了新的思路。
3 特斯拉熱管理系統技術詳解
3.1 特斯拉第1代熱管理系統
特斯拉第 1 代熱管理系統應用于 Tesla Roadster車型，其熱管理系統拓撲結構如圖1所示，包含電機回路、電池回路、空調暖通（Heating Ventilation and Air Conditioning, HVAC）回路和空調回路，各回路功能相對獨立，不同回路之間的耦合度相對較小。 ? ?
電機回路上布置有驅動電機、電子控制單元、電子水泵、膨脹水箱、電機散熱器和冷卻風扇。其主要作用是對電機回路上各電子部件進行散熱，保證各電子部件工作在合理的溫度范圍。
電池回路上布置有動力電池、熱交換器、膨脹水箱、高壓PTC和電子水泵。其主要作用是對動力電池進行溫度調節控制，在低溫環境下，對動力電池進行加熱，改善動力電池的低溫性能；在高溫環境下，通過與空調系統交互的熱交換器，對動力電池進行冷卻，保證動力電池的性能和使用壽命。
HVAC回路上布置有散熱器、高壓PTC、鼓風機、熱交換器和電子水泵。其主要作用是對乘員艙溫度進行調節，在低溫環境下，通過高壓風暖PTC對鼓風機吸入的低溫空氣進行加熱，為乘員艙進行采暖；在高溫環境下，通過與空調系統交互的熱交換器，對HVAC回路進行冷卻，經散熱器對鼓風機吸入的高溫空氣進行冷卻，為成員艙進行制冷。
空調系統采用傳統單蒸發器空調，回路上布置有壓縮機、冷凝器、膨脹閥、熱交換器和干燥瓶。由壓縮機驅動冷媒工質進行制冷循環，通過熱交換器對電池系統回路和HVAC系統回路進行制冷。 ? ?
另外，電機回路和HVAC回路上布置有3個控制閥，可實現電機回路余熱為HVAC回路加熱的目的，在低溫環境下，成員艙有制冷需求，通過HVAC回路的散熱器對鼓風機吸入的低溫空氣進行預加熱，節約高壓PTC消耗的電能。
3.2 特斯拉第2代熱管理系統
Tesla Model S/X車型采用特斯拉第2代熱管理系統，相對于第1代熱管理系統，集成度更高，首次引入四通閥控制結構，可實現電機回路與電池回路的串并聯模式。另外，空調系統采用雙蒸發器結構。其熱管理系統拓撲結構如圖2所示。
空調系統仍然采用傳統空調，相對第1代系統，引入了成員艙內蒸發器和冷媒-水熱交換器（Chiller），分別實現成員艙和電池回路的制冷。當成員艙有制冷需求時，通過空調冷媒在室內蒸發器內的相變吸熱過程對乘員艙進行制冷，這種方式在第1代空調的基礎上，取消了HVAC冷卻回路，實現空調系統對乘員艙的直接制冷過程，制冷效果更好。空調系統與電池回路通過Chiller熱交換器進行換熱，可對空調制冷量進行精確分配，減小電池回路的主動冷卻過程對乘員艙制冷舒適性的影響。當乘員艙有采暖需求時，采用高壓風暖PTC進行乘員艙進氣加熱。 ? ?
電機回路相較于第1代系統，增加了與電池回路相耦合的四通閥結構，另外對冷卻部件有所調整，增加了車載充電機的冷卻。在結構上，仍然采用外置低溫散熱器對回路進行冷卻，但在此基礎上，新增三通閥結構，可實現對外置低溫散熱器的短接，在不需要散熱的情況下，較好地避免了多余熱量的散失，為電機余熱回收利用提供基礎。
由于電池回路和電機回路采用同樣的冷卻工質，通過引入四通閥控制，可實現電池回路和電機回路的靈活交互。在整車冷啟動工況下，當電池系統有加熱需求，可調節四通閥的開啟狀態，實現電機回路和電池回路串聯，使用電機系統的余熱為電池系統進行加熱，減少高壓PTC為電池加熱所消耗的電能。在環境溫度低于一定值，同時電池有冷卻需求，電機回路溫度低于電池回路，可調節四通閥的開啟狀態，實現電機回路和電池回路串聯，通過電機回路的散熱器為電池系統進行冷卻，節約空調系統為電池冷卻所需要的能量消耗。
當整車運行工況、電池系統和電機系統的工作狀態，不滿足兩熱管理回路串聯模式的情況下，則控制四通閥開啟狀態，實現兩回路并聯。對電機回路和電池回路的熱管理需求進行獨立控制。
特別指出，在最終量產車型上，實際熱管理系統布置結構可能根據實際情況會有所調整，比如 TeslaModel S采用雙冷凝器布置結構，而Tesla Model X采用單冷凝器布置結構。但其與圖2所示的熱管理拓撲結構沒有本質的區別，在此不再單獨敘述。
3.3 特斯拉第3代熱管理系統
以Tesla Model 3為代表的車型采用特斯拉第3代熱管理系統。相對于第2代熱管理拓撲結構，沒有本質上的差別，更多的是增加了一些新的技術應用，同時結構設計上更凸顯集成化。在風暖PTC、驅動電機和儲液罐結構設計上均有較大的技術創新，下面將分別進行介紹。 ? ?
3.3.1 風暖PTC新技術
空調系統仍采用傳統空調系統，主要用于乘員艙制冷和動力電池回路的主動冷卻過程。乘員艙采暖仍然采用高壓風暖PTC結構，但相對于第2代熱管理系統，從風暖PTC的結構設計端進行了改進，克服風暖PTC無法實現分區控制的缺點。
特斯拉空調箱系統采用風暖PTC進行乘員艙加熱，PTC采用正溫度因子材料隨長度變化的加熱管。可實現駕駛座與副駕駛座的分區加熱控制，風暖PTC加熱體橫跨駕駛側風道與副駕駛側風道，如圖3所示。
風暖PTC加熱器由多個加熱芯組成，每個加熱芯沿長度方向可分為8個單元，可對每個單元采用的正溫度系數電阻材料用量進行設定，如圖4所示。正溫度系數電阻材料用量不同，在接通電流后，會產生不同的熱量和表面溫度，因而可實現2側氣體流道內的不同吹風溫度。通過選擇性地對1個或多個加熱芯進行IGBT開關控制，最終實現駕駛側和副駕駛側的分區溫度控制。 ? ?
目前風暖PTC大多無法實現分區控制。特斯拉對熱管理部件層面進行研究，在其他廠家普遍采用水暖PTC實現空調分區控制的情況下，特斯拉仍堅持采用風暖PTC技術路線，從部件的設計入手，在保留風暖PTC升溫響應快的優點基礎上，解決風暖PTC的短板，拓寬風暖PTC的使用場景。
3.3.2 驅動電機新技術
驅動電機采用油冷電機，與電機回路通過熱交換器實現熱量傳遞，同時電機新增低效制熱模式，通過電機控制器新的控制方式，可實現電機發熱模式，通過四通閥控制，實現與電池回路的串聯，采用電機低效制熱模式用于電池回路的加熱，相應的取消電池回路的高壓PTC，減少成本。采用電機低效制熱模式對電池回路進行加熱的運行如圖5所示。
在極端冷啟動工況下，電池有快速加熱需求，在電機與電池回路串聯的情況下，電機正常余熱無法滿足電池升溫速率需求，則驅動電機進入低效制熱模式。通過電機控制器調節電機定子線圈旋轉磁場與轉子永磁體的相位角，實現不同的電機效率。驅動電機進入電機低效制熱模式，對電機定子線圈進行驅動生成熱量，同時保證電機轉子旋轉或靜止。 ? ?
結合特別設計的電機潤滑油流道，實現電機低效制熱模式下的驅動電機熱量轉移，通過熱交換器，把電機低效制熱模式下生成的熱量轉移到電池回路，用于電池系統加熱。電機低效制熱模式可實現遠大于電機普通驅動模式下的生熱，因而可取消電池回路的高壓PTC，節省系統成本。電機低效制熱模式下的潤滑油和熱流量流動如圖6所示。
3.3.3 集成式儲液罐技術
傳統熱管理系統包含大量的熱管理部件和管路，同時采用眾多的軟管和接頭進行連接，增加了整個熱管理系統運行過程中的失效風險點。另外，由于各部件安裝位置不同，在整車裝配過程中需要消耗大量的時間和人工成本。
特斯拉采用集成式儲液罐設計，實現膨脹水箱與熱管理系統的加熱與冷卻部件高度集成，如圖 7 所示。該集成模塊可以包含四通閥、電機水泵、電池水泵、Chiller熱交換器、散熱器和執行器等部件，通過結構改進，減少不必要的熱管理系統管路和接頭連接數量，簡化熱管理系統在整車上的裝配工作量，節省整車裝配時間和后期維護成本。 ? ?
3.4 特斯拉第4代熱管理系統
特斯拉第4代熱管理系統應用于特斯拉最新車型Tesla Model Y，其熱管理系統拓撲結構如圖 8 所示。包含空調系統回路、電機系統回路和電池系統回路。
相對于特斯拉以往熱管理系統，在Tesla Model Y車型上，特斯拉首次引入熱泵空調系統。該空調系統主要是負責乘員艙的采暖和制冷功能。在結構上，該空調系統沒有單獨設置外置冷凝器，通過熱交換器和管路連接，與電池回路和電機回路進行耦合，實現整個熱管理系統的熱量交互。 ? ?
在使用驅動電機運行低效制熱模式為電池系統加熱的基礎上，新增空調系統壓縮機和鼓風機電機的低效制熱模式。在極端低溫啟動情況下，控制空調壓縮機和鼓風機的電機進入低效制熱模式，作為電加熱器使用，空調壓縮機的電機可生成8 kW左右的熱量，而鼓風機電機可產生400 W的熱量，在取消乘員艙高壓PTC，替換為2個低壓PTC的情況下，能夠保證熱泵系統在-30 ℃環境下可靠穩定運行。同時改善熱泵工作噪聲，實現良好的NVH性能。
由于該熱泵系統與電池回路通過熱交換器實現耦合，而動力電池又具有質量大熱容高的特點，動力電池也作為該熱泵系統的1個熱量存儲裝置，根據整車實際運行工況，判定是否為動力電池加熱或從動力電池吸熱。
Tesla Model Y 熱泵空調系統采用了功能強大的整車熱管理預調節工作模式，可通過 Tesla MobileApp、車載循環日程App和自適應推斷程序進行控制，后面這一種可識別用戶上班時間，同時推斷出典型的駕車出發時間。
在結構上，特斯拉對Tesla Model Y的熱管理系統進一步集成化，采用了集成歧管模塊 [9] 和集成閥門模塊。集成歧管模塊把復雜的熱管理系統管路進行集成，可有效的與集成閥門模塊實現配合安裝，集成閥門模塊為八通閥結構，可看作是2個四通閥的集成。如圖8中虛線框中所示。
3.5 特斯拉熱管理系統技術發展時序
按照時間順序對特斯拉電動汽車熱管理系統技術進行匯總，如圖9所示。 ? ?
可以看出，隨著上市車型的換代，特斯拉熱管理系統技術也在不斷地更新。伴隨著熱管理系統新技術的應用，在結構集成上，特斯拉也進行了不斷的創新，不僅考慮熱管理系統功能的實現，而且對整車裝配以及后期維護便利性都作了統籌。
特斯拉這種從事物本身需求出發，即第一性原理（First Principle）,開拓思維勇于創新、不斷探索新的問題解決方法，值得我們技術從業者進行學習。
所以：
（1）特斯拉第1代熱管理系統設計相對簡單，各回路相對獨立，乘員艙空調系統采用間接制冷方式，采用閥門控制可實現電機回路余熱對乘員艙加熱。
（2）特斯拉第2代熱管理系統較第1代熱管理系統實現拓撲結構的升級，各熱管理回路之間實現一定程度的交互，尤其新引入四通閥結構，可實現電池回路和電機回路的串并聯，空調系統采用傳統空調，乘員艙采用蒸發器直接制冷。
（3）特斯拉第3代熱管理系統較第2代熱管理系統在拓撲結構上沒有大的變化，但在熱管理系統部件上引入了大量的新技術應用，在熱管理系統功能上，注重熱管理系統能耗的優化，體現了精細化設計思路。 ? ?
（4）特斯拉第4代熱管理系統作為特斯拉最新一代熱管理系統，實現了全新升級。首次引入了熱泵空調系統，同時也對熱管理系統拓撲結構進行了較大的改變，可實現較多的熱管理系統功能，控制較為復雜。考慮到整車裝配和后期維護的便利性，對熱管理系統部件進行了高度集成，實現了結構集成化的目的。
特斯拉第一代熱管理系統
系統架構原理圖
第一代熱管理系統應用在Model S和Model X上，共有三個回路：空調回路，電池回路，電機回路；主要區別主要是Model S乘員艙采暖依靠A-PTC，Model X將A-PTC更換為暖風，依靠電池回路中的W-PTC加熱乘員艙。該方案通過一個四通閥，將電機熱管理回路與電池熱管理回路串聯，并依賴多通閥的特性來切換不同回路的串并聯，將電機熱管理回路中的高溫冷媒導入到低溫電池回路中，對電池包進行加熱。
國內廠商早期熱管理技術普遍將電機、電池、汽車空調3大回路并聯（如蔚來ES8、小鵬G3），直到2018年以后的第一代技術時才通過加入四通閥/三通閥將電機冷卻回路和電池回路串聯起來，實現電機余 熱回收的功能。然而，特斯拉在 2013 年上市的 Model S中已設計出了這一功能。 ? ?
系統模式循環圖
空調回路
通過制冷循環實現乘員艙制冷
通過空氣PTC實現乘員艙制熱
電池回路-制冷循環
通過chiller一側制冷劑循環與電池冷卻液回路耦合吸收電池中的熱量，降低電池溫度
電池回路-采暖循環1 ? ?
通過水PTC加熱實現電池升溫
電池回路-采暖循環2
通過電驅余熱+水PTC加熱實現電池升溫
電驅回路-制冷循環1（小循環）
基于冷卻液較大的比熱值，通過電驅回路自循環維持電驅系統溫度 ? ?
電驅回路-制冷循環2（小循環）
基于冷卻液較大的比熱值，和電池及保溫層吸熱，維持電驅系統溫度，循環與電池采暖循環2一致
電驅回路-制冷循環3（大循環）
通過低溫散熱器向環境中散熱保證電驅系統溫度不會過高
特斯拉第二代熱管理系統
第二代熱管理系統應用在Model 3車型上，相比一第一代系統，第二代系統使用了Supper bottle集成閥體，通過將2個電子水泵、1個 chiller、1個三通閥和1個四通閥組裝在一起，實現了熱管理回路中閥、泵、交換器的初步集成，能夠極大地節省回路中不必要的閥體和泵體數量以節省成本，簡化管路結構以降低整車質量。 ? ?
在Model 3的系統中，特斯拉還可以通過優化管路設計，將ADAS控制器和電池包管理模塊整合入冷卻回路中，并且加入油冷模塊來輔助冷卻，大幅提高熱管理效率。
第二代系統另外一個技術兩點則是使用電機堵轉制熱技術取代W-PTC產生熱量，滿足電池的加熱需求。
相較于Model S 節省了：1個W-PTC、1個電子水泵、1個膨脹水壺、1個三通閥、1個 冷凝器、2個電子風扇，還有部分管路。
系統架構圖
系統模式循環圖
空調回路
通過制冷循環實現乘員艙制冷
通過空氣PTC實現乘員艙制熱 ? ?
電池回路-電池制冷循環
通過chiller一側制冷劑循環與電池冷卻液回路耦合吸收電池中的熱量，降低電池溫度
電池回路-制熱循環
在加熱模式下，電池和功率電子的回路串聯在一起，并旁路主的散熱器，使得熱量集聚。當電池需要加熱的時候，冷卻液被泵送到后方的管理模塊，進入驅動單元中的油冷卻熱交換器以獲取熱量，通過集成閥從散熱器轉移并直接通過冷卻器來加熱電池。特斯拉實際上利用電機堵轉產生大量的熱量來加熱電池，可以省一個水熱加熱器。 ? ?
電驅回路-制冷循環1（小循環）
制冷循環2即電池采暖循環
電驅回路-制冷循環2（大循環） ? ?
特斯拉第三代熱管理系統
Model Y上使用了第三代熱管理系統， 四大亮點技術：
（1）閥體集成技術
（2）電機堵轉技術
（4）多功能熱泵技術
特斯拉工程師研發的熱泵空調，其實就是囊括電池、電機和電控等系統于一體的熱管理系統。不過這套熱管理系統的功能比較全面，不僅能夠利用車外環境的熱量為車輛提供加熱模式，甚至還能在用完車后把座艙內部的余熱回收，這樣的設計思路可謂是有效利用了全車內外的熱量，在盡可能減少使用電池組電量的情況下，去解決純電動車型在寒冷環境續航打折的問題。
據說特斯拉甚至還在計劃針對風扇，采用類似控制電機的PWM（交流電壓）無極調速取代傳統的電阻調速，因為電阻會發熱消耗電量。
總之，特斯拉就是想通過一切數字化硬件手段，建立一個縝密的“熱能產生與回收系統”，基本做到能量自產自銷，不向外界宣泄，這才是智能汽車的進化方向。 ? ?
熱泵空調的缺點：
動力電池熱管理的普遍要求是電芯溫度區間控制在10℃-45℃，不同電芯的溫度差控制在5℃-8℃。
為了達到這個溫度區間目標，有四個措施：
加熱：PTC，液熱，熱泵
散熱：自然冷卻、風冷、液冷、冷媒直冷
保溫：模組保溫、箱體保溫
熱均衡：利用加熱、散熱、保溫，來保障不同電芯的溫度差在一定范圍內
其中，急需解決的實際是加熱問題，這也是目前電動汽車普遍的弱項，也是提高冬季續航的關鍵點。
溫度其實也對熱泵有著很重要的影響。特斯拉Model Y給出了這樣的一張圖表。 ? ?
實際上，當COP變為1時，熱泵系統近乎于不工作狀態，此時環境溫度大概在-20℃左右；這個溫度除非東北地區，一般比較少見；那么在更高一點的-10℃-0℃區間，北方的天氣大部分都能達到這個氣溫，特斯拉Model Y熱泵空調的COP在1-2之間，這個數值其實差強人意，只是比PTC強一些。特斯拉的策略是在這個區間啟動輔助PTC，幫助制熱。超過0℃后就是熱泵空調最佳的區間了，10℃便可以超過2.5，節能效果十分出色。
熱泵空調目前最大問題還是氣溫，對于寒冷地區，還是不夠方便，不過應對一般的北方地區，對于續航的影響必然要小于PTC車型的影響。
除了系統本身存在的先天性問題，在產品上熱泵也存在一定制約。熱泵系統由四個核心零部件組成，分別是：電動壓縮機、四通換向閥、換熱器和電子膨脹閥，其他零部件和傳統空調相同，但價格方面卻相差不小。
特斯拉還使用了八通換向閥，相比傳統熱泵的四通換向閥價格更高，因此對于特斯拉來說可能還要多一部分八通閥的價格。 ? ?
熱泵空調雖然價格較高，但好在整體系統方案和零部件供應商已經成為體系。無論國內還是國外都已經形成較為完善的系統解決方案和零部件產品。
國外以法雷奧、博世、電裝、馬勒等企業為主。這些國際品牌占據了全球55%以上的電動車熱管理市場。其中電裝的經驗尤為豐富，豐田、日產、雷諾的熱泵系統皆來自于這家企業。從2013年推出熱泵空調以來，它積累了大量經驗，它的最新產品可以將熱泵空調應用在-10℃的環境，比2013年的初代產品節能63%。
與國外供應商全套系統方案的提供不同，國內供應商在零部件方面更有優勢，而且已經做到了全覆蓋。比如奧特佳、三花智控等，其中奧特佳的電動壓縮機就是特斯拉Model Y熱泵系統的零部件，還有異軍突起的格力。格力曾發布過整套的車載熱泵系統，其最低使用溫度可以到-30℃，里面應用了一系列格力的最新空調技術。
事實上目前采用集成式熱管理技術的除了特斯拉以外還有凱迪拉克，這點估計很多人還不知道，去年凱迪拉克發布的LYRIQ用的熱管理系統，也不錯，而且從目前的資料來看，LYRIQ采用的是個綜合效果、成本等完善度更高的解決方案。接下來我先說下原因，至于實際表現如何還有等我們以后有機會去驗證一下。
凱迪拉克這套熱管理系統官方稱為「BEV Heat高效綜合熱管理系統」，為方便，后面直接簡稱BEV Heat系統。 ? ?
既然屬于“集成式熱系統”，BEV Heat系統當然有之前說的集成式熱系統的優點：集成度高，能量利用率高，對續航里程影響小。
相比于傳統汽車設計的高壓電加熱和空氣熱泵管理系統，BEV Heat系統將整車的熱量傳遞線路以及整車的熱量散發和回收都進行了統籌規劃，將自身的循環系統做了閉環，把原本被傳統熱管理系統所放棄的能量再次利用起來，最大化的實現能源的使用效率，而且在這個過程中也給電池帶走了多余廢熱、帶來了持續的保溫，相當于讓電池處于一個溫差小的狀態，這樣既提高了安全性，也讓電池的壽命延遲了。
審核編輯：黃飛
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工商網監
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