浅谈电动汽车的热泵系统(Heat Pump)

浅谈电动汽车的热泵系统(Heat Pump)

热泵系统是电动汽车中一种高效的热量转移方式，既能为车厢供暖，又能为电池组降温。本文将详细介绍热泵的工作原理、结构组成及其在电动汽车中的应用优势与局限性。

1. 什么是热泵

电动汽车在低温下的续航问题，越来越引起人们的关注，热泵作为一个在家用和工业领域成熟的方案，逐渐受到主流电动汽车厂商的欢迎。

热泵是一种将空气中的能量提取出来，用于加热或冷却空间的设备。热泵的工作原理与热机相反，热泵通过输入电能做功，将热量从冷处抽向暖处。这似乎违反了热力学第二定律，但这种热量传递不是自发的并且需要输入能量才能实现。

简而言之，热泵是一种非常高效热量转移方式，既能为电动汽车的车厢供暖，同时又能为电池组降温。在寒冷的天气里，热泵还能反向工作，吸取外界空气的热量，为电池组和车箱供暖，这将避免电动汽车电池组在极端温度下，续航里程的大幅下滑。

2. 热泵的原理

热泵实际上就是一台冰箱，只不过是反过来：它的功能与厨房里的冰箱正好相反。

家用冰箱含有制冷剂气体，压缩后会变热。压缩后的气体通过一些管道输送到冷凝器。冷凝器热量散发出去，从而冷却制冷剂气体，然后将其输送到蒸发器管路中。由于蒸发器比冷凝器大，压力下降，液态制冷剂蒸发成气态，吸收周围环境的热量。温度随之下降，达到冷却的效果。

电动汽车热泵通过蒸发器从外部空气吸收热量，通过对制冷剂进行压缩，然后利用冷凝器的热量来提高电池或汽车内部的温度。可逆式热泵还可以加热或冷却电池。如果是冷却，电池工作产生的多余的热量可以被回收，冷却电池的同时还可以用于加热车厢，一举两得。

3. 热泵的结构

热泵主要组件有以下几个部分：

• 压缩机：压缩机是热泵的心脏。它使用电力压缩制冷剂，提高制冷剂的压力和温度。
• 冷凝器：冷凝器位于热泵外部。冷凝器是制冷剂向周围空气释放热量的地方。
• 蒸发器：蒸发器位于热泵内部。它是制冷剂从室内空气中吸收热量的地方。
• 膨胀阀：膨胀阀是一个小型装置，用于降低制冷剂的压力，使其从液体变为气体。

4. 热泵的优势

• 增加电动汽车的续航里程，尤其在冬季。

据估计，电动汽车的续航能力在冬季会下降约 10%，这还不包括车厢加热所需的额外能源。热泵确实可以帮助减少这一下降。在冬季实际续航里程测试中，装有热泵的电动汽车平均比官方续航里程少 25.4%，而没有装热泵的电动汽车则少了 33.6%。

• 热泵比电制热更高效

热泵不需要用电产生热量，它只是将热量从室外泵入室内。这个过程中热泵所消耗的能力相比PTC直接制热要少得多。

• 热泵可以通过智能手机进行远程控制

电动汽车车主可以在出发前对汽车进行加热。特别在寒冷季节和地区，能够保证电池组处于最佳工作温度状态。您可以在进入车内之前就使用应用程序将车厢温度调到舒适的温度。

• 热泵可以双向运行

热泵可以按照需要改变工作模式，既可以加热也可以冷却。

5. 热泵的劣势

• 成本比较昂贵

虽然热泵越来越受欢迎，并且有诸多优点，但是热泵系统成本仍然很高，目前仍然是大多数厂商的选配件。

• 噪音问题NVH

热泵工作中，压缩机会一直工作，可能会带来噪音问题，对用户体验带来潜在负面影响。

• 可靠性

相比于传统电加热方式，热泵系统更加复杂，零部件数量更多，工作可靠性相对来说要低一些。

• 低温下运行效果较差

一般热泵系统在－10℃以下便无法正常工作，需要启用PTC作为备用热源。