今年冬天真的太冷了 ，北京的朋友第一次感觉，北极大概也不过如此。

对电动车主来说，相比冰冷的门把手和方向盘，电动车续航缩水，更让人忧心。但其实冬季续航缩水是电动车的通病，原因主要有两个：

01

可用能量降低

冬天温度低，电池活性降低，可用能量下降，这是电池特性导致的。

部分电动车比如上汽 R MARVEL R 等可以通过电池预热缓解。没有这项功能的电动车主也不必担心，温度回升后就自动解决了。

02

能耗增加

空调耗电量增加。电动车上没有发动机废热，大部分只能利用 PTC 制热，能耗巨大，甚至能将续航降低三分一。

今年冬天格外冷，续航缩水也就更明显了。可用能量降低和电池化学特性有关，不易解决，所以很多车企就开始从制热入手，降低能耗。

今年上新的特斯拉 Model 3 和 Model Y 增加的一个全新的配置——热泵，就是为了降低空调制热能耗，提高冬季续航。

其实特斯拉并不是最早采用热泵的电动汽车，甚至算晚的。早在 2013 年，海外的雷诺 Zoe 就已开始搭载热泵空调，后来的宝马 i3、大众 eGolf、日产 Leaf 都有此配置，国内的荣威 Ei5，Marvel X 也在 2018 年开始搭载热泵空调系统。

这热泵到底是什么？真能改善续航问题吗？

什么是热泵？

从原理上说，热泵空调其实和我们家中使用的空调是一样的，通过冷却剂循环，将热量从低温抬到高温。

只不过空调制冷是将室内的热量转移到室外，让房间里凉下来，而汽车的热泵要把车外的热量转移到车内，让车内暖起来。

但是热力学第二定律告诉我们，热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。比如水不会自发地往高处走一样，车外的热量也不会自发进入温度更高的车内，除非对它做功。

高中物理学过，PV=nRT。气体的气压越大，温度就越高。如果我们对气体进行压缩，就能把低温气体变成高温气体。再对气体进行膨胀，又能将高温气体变成低温气体。

这样一来，我们可以利用气体的性质，在高温下放热和在低温下吸热，通过压缩机的做功，把热量从低温带到高温。 

类似抽水机的水泵可以把水从低处抬到高处，“热泵”的作用，是把热量从低温区域带到高温区域。

在这个过程中，压缩机消耗的电能和低温状态下吸收的热量共同被带入冷凝器中放出，所以系统获得的热量一定大于消耗的电能，热泵的能效系数 COP 就一定会大于 1。（COP, Coefficient Of Performance，能效系数，即单位功耗所能获得的制冷量或制热量。）

比如，在热泵循环中，压缩机消耗 1kWh 电能，从车外的寒冷空气中吸收 2kWh 热能，在车内的温暖空气中放出 3kWh 的热能，能效系数 COP 就是 3。

相比之下，如果采用传统 PTC 加热方式，由于制热原理的限制，放出的热量一定小于或等于它消耗的电能，消耗1kWh 电能，根据 Q=I2RT，最多只能放出 1kWh 的热量。那么 COP 一定不会大于 1。

PTC 只能生产热能，而热泵不止生产热能，还是大自然的搬运工，实现 1+Q>1。这也就是热泵省电的根本原因。

既然热泵这么好，为什么市面上绝大部分的电动车都不用，却还是使用能耗很差的 PTC 呢？

为什么热泵没有被广泛采用？

首先的原因就是一个字，贵。

虽然热泵空调很多零件可以与传统的制冷空调共用，但是如果要提供制热功能，还是要增加换热器、四通阀、电子膨胀阀、温度传感器以及更复杂的管路结构，而且零件的技术参数的要求更高，整个系统加起来的成本就很贵了，少说也要增加大几千的成本。

而相比之下，PTC 技术成熟而且便宜得多了。

其次，热泵空调在低温下效率会降低。

我们知道，热量只会自发地从高温流向低温。热泵想要从车外低温空气里面吸收热量，那蒸发器中制冷剂的温度就必须得低于环境温度。在冬天动辄零下二三十度的东北，热泵再想从空气里面吸热，想想就很难了。

而且，室内外温差越大，压缩机的压缩比就要更大，就需要消耗更多的能量，甚至会损害压缩机。所以，在极寒的天气下，热泵的制热效率很差，系统正常运行的难度也更高。

另一方面，在低温下，热泵的外部冷凝器经常会结霜，影响机器运行。我们冬天在家里开热空调的时候，会发现空调时不时就要停机，然后发出一阵噪声。这是由于换热器表面低于 0 度，空气中的水蒸气会在管路表面结成一层冰霜，当冰霜越来越厚，空调就没办法从空气里吸热了。

热泵也是这样，当环境温度低于 0℃，外部换热器就很容易结霜，为了除霜，需要开启额外的加热装置，电辅热除霜消耗的电量被白白浪费，这样不仅导致能耗暴增，而且影响使用舒适性。

低温下，如何改善热泵性能？

为了解决热泵在低温下性能差的问题，各大厂商自然是八仙过海各显神通，在电动车上实际使用的热泵空调会比家用空调复杂很多。

大众 e-Golf 使用的热泵空调额外增加了一套 PTC 加热回路，当环境温度很低时，热泵空调不再使用外部换热器吸热，而是与 PTC 加热回路进行换热，吸收 PTC 产生的热量。

加热回路还与电驱系统的散热回路相连，当车辆行驶一段路程后，电机、PEB这些零件开始发热，与其将这些热白白散掉，不如把他们利用起来，给热泵吸收掉，提升空调的效率。

大众新一代 MEB 平台的 ID.3 与 ID.4 采用路线则是二氧化碳热泵，这是国内第一款使用二氧化碳热泵的电动汽车。相比于传统的制冷剂，二氧化碳热泵的低温性能要好很多，能够在更低的温度下吸收更多的热量，系统压比更低，对压缩机的要求也会低一些，提高热泵的制热性能。

而且，二氧化碳更加安全，绿色环保，非常符合当今世界节能减排的趋势。但缺点就是，二氧化碳热泵的工作压力极高，在部分工况下高达 100bar，要知道液压气罐的压力只有 10 个 bar 左右。相当于让管路承受液压气罐大概 10 倍的压力，系统成本也就自然水涨船高。

特斯拉在 Model Y 上使用的热泵系统尤其别具一格。在上一代 Model 3 上，特斯拉使用了特别设计的 SuperBottle，用于连接电池和电机冷却系统，实现了电机余热给电池加热的“骚操作”。

在 Model Y 上加入了热泵系统后，它更是大胆地取消了传统车载热泵的外部换热器和高压 PTC，采用一个设计更加复杂的八通阀 OctoValve，用来连接电池、电驱的冷却系统与热泵空调，实现了极为复杂的 12 种制热与 3 种制冷模式。热泵空调不再直接与外部环境进行换热，而是通过另一套冷却回路与三电和外部环境进行间接换热。 

特斯拉热泵系统的精妙与创新之处，很难一两句说清楚，之后我们会做一期内容详细解读，敬请期待。

特斯拉这种极客主义的产品理念，不仅仅停留在“极简风格”的内饰设计，从工程师的角度来看，更是在技术的细节里贯彻。

我们站在工程的角度来看，特斯拉将电子电气架构简化为三大模块，车内线束也从 Model S 的 3000m 减少至 Model 3 的 1500m；在热管理系统中，其将电池与电驱的冷却系统耦合，这次加入热泵后，又将座舱空调与三电冷却结合在一起，充分利用每一份能量的同时，节约零件成本，将“less is more”的设计思路体现的淋漓尽致。

特斯拉或许有这样那样的问题，但是相比拼命做加法，靠堆积零件实现更多功能的车企，特斯拉这种在极客设计理念的指导下，不受既有思维与体系的束缚，不停做减法的“技术降本”路线，才是它的核心竞争力。zhe'dian ，是非常值得我们学习的。