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电车在冬夏季开空调有多费电?这个缺陷,正在成为电动车最大痛点

时间:2022-11-18 11:38:26  来源:搜狐号  作者:知识TNT

“到冬天了!这车又开始充电慢,放电快了,电动车冬天就不能开!”

冬天一到,新能源电动车上就会出现类似的声音。冬天的低温,特别是北方早早进入的0摄氏度,成为了新能源汽车的克星,低温让电池的充电和放电性能大幅度下降,而必须开启的暖风也大大耗电,每少一度电,就是续航里程的缩短。

事实上,消费者们所反映的情况,正是电动车的痛点问题。很多人都知道新能源的核心是三电系统,即电池、电机、电控,这是多数消费者们最关心的地方,也是很多新能源汽车宣传的重点,但事实上,在整个电动汽车的系统中,空调系统才是最忙碌的,也是最容易出现故障的地方。

为什么小小空调会成为电动车的“痛点”?

冬天的电动车让人不爽,一方面,冬天的低温让电池中的锂离子活跃度降低,为了保护电池电动车会限制充电的电流,车辆的充电速度明显变慢,也会导致我们驾驶汽车的时候发现加速性能降低;

另一方面,低温导致电池性能变差,再加上长途驾驶需要开空调,导致车辆的续航里程大幅度缩短,比如说刚出发的时候续航里程显示的是300公里,才开了5公里,就发现续航里程已经下降到230公里了。

这种情况到了夏天,又会再次出现,总之就是,电动车在冬夏特别是开空调的情况下,耗电速度会非常快,这和电动车空调的工作原理有关。

2021年,我国乘用车市场累计批发销量为2109.8万辆,同比增长6.7%。其中,新能源乘用车批发量为331.2万辆,同比大涨181%,占比超过15%。燃油汽车在国内市场的占比依旧超过八成。

一方面,我们可以看到国内电动车市场的前景广阔,充满无限可能,但是另一方面,我们也应当思考,电动车环保且方便,但电动汽车的空调难题却让很多消费者望而却步,而这个难题当前是否有解决办法呢?

传统燃油汽车空调原理

电动车空调的工作原理和传统的燃油汽车在思路上没有本质的区别,只是实现制冷与制热的方式不同。在此之前,我们可以先了解下燃油汽车的空调工作原理。

比如空调使用制冷功能时,大家在车里感受到的是冷风吹拂,凉快舒适,事实上,我们感受的不是冷风,而是热量传递形成的“热交换”。

所谓的“热交换”,以水为例,在水达到沸点的临界时,水蒸气会冷却变成液体同时吸收周围大量的热量;而变成液态的水会由于达到沸点的临界,而汽化,同时放出大量热量,这就是我们物理中的那句话:“蒸发吸热,液化放热”。

实现“热交换”的工具(金属管)就是“换热器”,换热器是由两部分组成的,位于汽车的车厢外部的叫做“冷凝器”,位于车厢内部的叫做“蒸发器”。但是只有管道是无用的,我们呢必须在管道中加入实现“热交换”的重要元素——制冷剂。

制冷剂实现制冷的时候,便是将车内的热量吸走,并在车外释放;实现制热就是将车外的热量转移到车内,实现车厢加热。目前主流使用的制冷剂都具有良好的安全性能,即不易燃,无刺激性无腐蚀性无毒性,同时环保不对臭氧层起破坏作用。

制冷剂使用

你以为现在就可以实现空调的功能了吗?不不不,“热交换”本质上是一个动态的你来我往的过程,要实现“制冷剂”在管道中的变化,我们还需要一个让其动起来的动力——压缩机。

压缩机通过增加或者减少管道内的压强,从而改变制冷剂的沸点,实现汽化或者液化,于是换热器就可以实现车内外的吸热和散热,我们车厢的温度就得到了改变。

压缩机内部

从上面的解释中我们可以看出,整个过程的实现需要压缩机这个耗能怪兽的全程输出,因此耗油量的产生是必然的。

与制冷相比,燃油汽车的空调制暖方式就方便了,只需要改变车上的发动机的结构,便可以实现制暖效果。比如最常见的“水暖式”就是利用发动机产生的高温热量,以水暖的方式实现加热器芯的升温,最后像吹风机一样,把暖风吹入车厢中。

电动汽车的空调制冷原理

对燃油汽车的制冷原理了解清楚,我们就可以衍生理解电动汽车的制冷思路了,只是电动汽车的制冷手段更加丰富,如何实现制冷的方式上更加多样化。

目前主流的电动车的制冷方式主要有三个:“电动压缩机制冷”“余热制冷”“热电制冷”。

首先是“电动压缩制冷”

电动压缩制冷是最常见的电动汽车的空调系统方式,因为它和燃油汽车的系统是一样的,只是燃油气池是发动机驱动,电动车是驱动电机驱动,要启动整个制冷的循环当然就是消耗电池的电量了,因此耗电量大事必然的!

电动汽车空调压缩机

“余热制冷”则是出于省电的考虑,对电动车设备的余热进行的再开发。比如像电动汽车的功率转换、驱动马达、马达控制器等在工作的时候便会产生热量。

依旧是利用“蒸发吸热,液化放热”的基本逻辑来实现制冷的循环,这种方法有很高的价值和可取性,但是它也产生明显的缺点,比如说利用吸附和解吸来实现压力变化的固体吸附式,效率非常低,而且制冷过程不连续;氢化物制冷会导致氢气的排放,不仅污染环境,还易燃易爆。对这种方式的更好优化,或许还需要更多的时间。

余热制冷

还有一种便是“热电制冷”,热电制冷在电动汽车行业中应用得非常广泛,但是它的总体效率只有传统的动机发动机效率的一半多,目前应用在小体积和轻量化需求大的设备较多一些。

这种应用偏向是由热电制冷的工作原理决定的,它是通过金属导流片连接,使得电流在两种半导体管道中流动,金属片的热能产生吸热和散热的现象,于是便产生了温差。

热电制冷只需要用很小的结构和电流的调节便可以很短的时间内实现制冷,直流电源的流通不仅可以实现无传动部件,质量小,无摩擦,还可以改变电流的方向实现制热与制冷的选择,对于电动车来说,优势是巨大的。

只是这种方法的核心是金属倒流片,这种原件需要碲、铋、硒、锑四种元素,而碲的产量是有限的,目前它的获得主要通过炼铜的废料中提取,资源的有限无法满足这种方法的大规模应用,我们期待未来的科技吧!

电动汽车的空调制冷原理

电动汽车与传统的燃油车比,优势在于没有发动机,但是劣势也在于没有发动机。比如当电动汽车要制暖时,由于没有发动机也就没有了热源,电动车必须另辟蹊径,寻找可行的办法。

相信每个害怕寒冷的小伙伴一定用过一个东西,取暖器。那亮堂堂的红光照亮了每个取暖的夜晚。这个红光其实就是石英管取暖的效果,现在技术的发展已经变成了不发光,取暖快的“PTC取暖器”。

它的工作原理就是通过电流加热半导体发热元件,然后将暖风通过风机吹出,电动汽车的电暖风芯制暖方式便是这种思路,它使用“PTC加热器”实现了电动汽车的制暖,同时还具有非常多的优势。

PTC陶瓷取暖器

所谓的PTC其实就是一种半导体的发热陶瓷,它无光无火,具有很高的安全性,同时对比之前的石英管,它的使用寿命更长,发热更快,能够实现车内的快速制暖,作为制暖设备,PTC可谓是性价比极高了,但是为什么它并没有得到所有人的喜爱呢?

因为耗电实在是太快了! PTC的属性决定了当外界的温度降低的时候,PTC的电阻也会变小,在电压作用下产生电流,电流与电阻作用产生热量,因此PTC的制热系数最大值永远无法变成1。

比如蔚来的ES8使用了两套PTC加热器,以区分前后位空调的方法增加客户体验,但是这也导致冬季使用空调时续航里程明显降低……

耗电量大真的又戳中了消费者们的痛点了,但是电动汽车的工程师们不会放弃PTC,他们目前正在研究对该方法的优化和改进。

比如采用高压PTC来降低能耗,或者是直接在PTC的基础上寻找一种更高级的可以替换PTC的材料。或者直接使用两套PTC加热器。

热泵发原理

为了解决空调耗量高的核心难题,电动汽车工程师们又回到了起点进行思考,是否可以不依靠电来实现取暖,“热交换”为核心再次成为解决路径——热泵法。

所谓的热泵法就是将整个系统看作是一个“泵”,热泵便是将车外的热量带入车内,通过改变制冷剂的流向,使得换热器在反向循环中充当蒸发器以使用“蒸发散热”的原理。

热泵法不依靠电力发热,空调制暖系数还比PTC制暖系数高出2倍多,可以有效延长10%以上的续航里程。

但是这种方法并未达到大规模运用,因为它依旧存在一些问题:热泵法的原理需要依靠热量差来交换热量,当温度达到平衡的时候,所谓的热交换就无法形成了;天气过于寒冷导致车外的“换热器”结霜,车外的换热器也无法有效吸收热量,所以热泵制热一般只能在-10℃以上使用。

目前的电动汽车制造商普遍使用的都是“混搭”的方向实现空调方案的趋向完美,比如说关于空调制暖,可以采用“PTC制暖”加“热泵法”综合使用以降低电量消耗,提高制热效率。

小鹏汽车推出的p7鹏翼电动车

也许在未来,完美高效的电动汽车空调解决方案将会出现在众人的面前,或许是技术突破,或许是新的组合。看到最后,作为消费者的你,会愿意尝试电动车新的可能吗?



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