01 热泵系统的限制

目前所有的新能源车空调系统中主要包含制冷功能和加热功能，制冷基本都采用电动压缩制冷方式，制热方案主要包括 PTC（液体 / 空气）和热泵系统。热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，把蒸发器和冷凝器功能互相对换，改变热量转移方向。热泵系统的类型主要有直接式热泵空调系统、间接式热泵空调系统和补气增焓直接式热泵空调系统等。低温的使用限制一个是室外换热器结霜，另外是 COP 制热能效比是和环境温度强相关的（空调将制冷 / 热循环中产生的制冷 / 热量与制冷 / 热所消耗的功率之比）。行业内的方向是制冷剂的改变和辅助的措施，如下图所示。

图 1 现有电动汽车空调系统的热泵+PTC 的组合

02 特斯拉的做法

特斯拉在 Model Y 的设计中，取消了高压的 PTC（水热的在 Model3 上取消），在 Model Y 上配置了一个低压的 PTC 集成在空调系统鼓风机里面。而车辆热泵系统包括压缩机，机舱冷凝器，机舱蒸发器，机舱鼓风机和冷却器，并且把电池系统、功率电子 PCS+驱动系统和整车的系统回路整合在一起。整个物理结构如下图所示：

图 2 特斯拉 Model Y 的做法

如下图所示，特斯拉把 12V PTC 也作为热泵系统补充的一个拼图，从成本和产热的功率角度，把 PTC 完全作为了绿叶。

图 3 Model Y 的热泵系统

在这套系统里面，很惊讶于特斯拉设置的工作模式，这是根据外部的参数进行设定的，整体是比较复杂的，如下图所示，特斯拉划分了 12 种工作模式：

表 1 整车热管理系统的工作模式

不过核心的划分依据是环境温度和电池的温度，如下图所示：

COP=1：热泵系统不工作的，主要是在环境温度很低的时候（-20℃），这里的做法就采用特殊的做法，按照之前处理办法，把驱动系统的做法堵转方式，把压缩机的控制算法改了，把一个电机作为加热器来使用（The control electronics may control the compressor to operate in a lossy mode in which the compressor generates heat）

COP=1~2：温度范围在 -10℃~10℃之间，会启动混合模式，这时候热量有自 12VPTC，然后一部分自热泵

COP>>1：这是热泵高效区，这时候热泵系统是最主要的加热方式

图 4 热泵 COP 的划分，还有不同的模式设置

实际上这 12 种模式，是车辆进行自己操作的，主要的输入参数包括车主所需要行驶的目的地和路线、环境（温度）、天气（湿度）、车辆的内部参数（包含电池 SOC、Soh、热管理的运行参数）等等，这里面是一个很精致的过程，可能在实验验证环境会有不同工作模式和需求的界定和划分。实际做出来可能不止这么多，或者进行一定程度的简化，这个弄法也只有在上层控制器里面用高算力算完，然后把命令逐个分发下去。

图 5 热泵的工作模式 1

图 6 热泵的工作模式 2

而之前电机余热发热的模式，在以上的具体模式中其实也是存在的，就是把压缩机的用法也同样做了迁移，进入了高损耗模式。我觉得，特斯拉这样打透部件的用法，真的是把零部件上逼到了角落里面，你只要有硬件设计和制造的 know how 就可以了，具体怎么用，你别管，我来。按照基本的质保和寿命条款来走，后续处理根据软件的做法来调节。

图 7 在几种模式下，压缩机变身为加热器

Mr.zhu

2025-05-29 15:14:44