提到熱泵空調，無論我們是從傳統的合資品牌電動車入手，還是新勢力的産品。這項技術都在在近兩年上市的全新純電動車型中出現了大規模配置的情況。甚至某種意義上，也正如題主所說的，在20萬元以上的市場基本實現了标配。回顧各大主機廠在電動汽車熱管理上做出的努力，從熱泵空調技術從技術發展路徑上來看，是技術端進一步解決裡程焦慮問題所出現的必然的趨勢。

在整個電動汽車行業的發展的過程，對于「裡程焦慮」的解決上，可以分成兩個階段。在不同階段也面臨着不同的問題。

• 在從純電動汽車開始普及到2020年以前，市面上的的純電動汽車産品主要解決的是「裡程焦慮」的主要矛盾。即全場景下的基礎續航不足的問題。基礎續航不足的問題實際上主要牽涉兩方面。首先是電池包的能量密度不足，其次是動力電池的成本。這兩項主要的問題導緻純電動汽車在誕生初期，大量的産品其基礎續航隻能做到300-400公裡。這樣的續航，即便是在理想的環境狀況下，都是很難滿足用戶的全場景使用需求的。在這個過程當中，經曆了電池包結構設計的逐步優化、電池技術路線的遷移（由主流的磷酸鐵锂電池切換到三元锂電池，以獲得更高的能量密度）以及動力電池的成本下降。最後在2020年前後，将主流的純電汽車的續航裡程提升到600公裡上下，實現了基礎續航和燃油汽車産品的基本持平從而解決了這一問題。

動力電池價格趨勢 來源：bloomberg

• 在解決了裡程焦慮的主要矛盾之後，就需要逐個解決純電動汽車産品在部分場景的「裡程焦慮」問題，這就是次要矛盾。在這些場景化的不足當中，冬季續航的下降就是最突出的那個。動力電池其實和人一樣，天冷了就不想動彈，受限于電池的化學特性，冬天溫度低，電池活性降低，就使得實際可用的能量下降。雖然可用能量的下降是可逆過程，當溫度回升後，電池的可用能量自然也就回升了，但在回升電池溫度的過程中，也消耗了大量的能量。同時，在低溫場景下，産生了巨大的駕駛員倉供熱需求。相比内燃機汽車相比，由于電動汽車并沒有足夠能量的熱源可以供乘員使用，因此在冬天制熱空調也消耗了大量能量。這兩項能量的損耗使得電動汽車在冬季的電耗明顯高于夏天，從而帶來裡程焦慮問題。而熱泵空調就是在整車熱管理層面面對冬季續航的問題的解決方案。

電池充放電過程金屬元素遷移示意圖

雖然燃油車也在冬天面臨行駛能耗增加的問題，但電動汽車卻更加敏感。這是因為燃油車在冬天給乘員艙的加熱，實際上廢物利用。在燃油車的工作過程中，有60%-70%的能量以熱量的形式被浪費掉了，當動力系統迅速升溫至最佳工作溫度區間後後，就會有大量的無用熱量可以供給給乘員艙。而電動車僅有10%左右的能源會被轉化為熱能。相比較燃油的車的60%-70%，這10%已經很少了，而如果不使用熱泵空調的話，就連這珍貴的10%都沒法利用上。在沒有熱泵空調的情況下，在解決方法是通過PTC加熱。

所謂PTC就是Positive Temperature Coefficient ，其實原理很簡單，就是電流産生熱。PTC 加熱器使用正溫度系數材料，常用的是直接加熱冷卻液的方式。正溫度系數材料的電阻随着響應溫度升高而升高，從而限制電流。

但即便如此，空調中制冷(熱)循環中産生的制冷(熱)量與制冷(熱)所耗電功率之比稱之為制熱能效比COP的最大值不超過1，也就是說1KW電量最多可産生1KW熱量。

熱泵空調打破的是用能量産生熱量的固有思維，而讓能量做熱量的「搬運工」，利用熱力學定律把外界的低溫熱量搬運到到相對高溫的乘客艙裡。因為熱泵空調則利用了蒸發吸熱，液化放熱的熱力學原理，利用低沸點的制冷劑将環境中的熱量帶入到乘客艙中，乘客艙得到的熱量為消耗的電能與吸收的低位熱能之和，因此其制熱系數COP（（吸收的低位熱能 消耗電能）/消耗電能）一定大于1。熱泵的效率通常可以達到200-400%，這就大大的提高了能量轉化效率。

熱泵空調兩次熱量搬運示意圖

雖然同為熱泵空調，但是針對不同的産品和市場定位，熱泵空調的解決方式也會有所不同。對于更加看重系統成本的産品來說，單一空氣源熱泵是最為初步的解決方案。空氣源熱泵實際上就是通過冷媒從空氣中吸收的熱量的熱交換方式進行加熱。像一些非豪華品牌使用的就是空氣源熱泵，外界溫度過低的話，冷媒蒸發溫度與環境溫差過小，吸收的熱量比較少。因此低溫環境下，熱泵效率要小很多。這使得空氣源熱泵的系統工作窗口通常大于－10℃，在這個溫度下仍然需要使用PTC加熱。但即便如此，我們能看到在使用熱泵的情況下，制熱功率大幅下降。

在單一空氣源熱泵的基礎上。就是集成式熱系統，這也正是LYRIQ和其他一些産品上所使用的的熱泵空調系統。集成式熱系統的特點是将空調系統與電池總成和電機總成打通，統籌管理整車上的熱量。這樣在冬季寒冷的溫度下，就能夠充分利用自然能（空氣）、電機和電池的預熱進行制熱，在提高效率的同時，降低了成本。也避免了系統結霜的風險。

八通閥設計

在集成式的熱系統當中，系統在不同環境下的控制策略、以及硬件上的熱管理系統通路是提升體驗的關鍵。有一種集成式熱系統，就是在冷卻液之家背面使用了一個叫做八通閥的器件通過控制步進電機的動作，通過調節閥門的位置，使得冷卻液在不同的系統中流動，加熱或者冷卻系統。

八通閥三維結構

LYRIQ所使用的BEV3集成式熱系統同樣通過系統集成設計将乘員艙系統、電池系統熱管理系統、電機熱管理系統、電控熱管理系統實現統籌。 bevHEAT的加熱模式，則在電機電池有餘熱和無餘熱的兩種情況下對于乘員艙進行不同的加熱策略，進一步提升熱量利用效率：

• 在電機電池有餘熱時：系統搬運電池和電機的熱量，加熱乘客艙。同時，系統将充電樁電能轉化熱能儲存在系統電池和水路中，可以支持1-2小時的短途出行乘客艙加熱所需。
• 在電機電池無餘熱時，系統通過水路吸收外界熱量，系統搬運水路熱量，加熱乘員艙。

LYRIQ電池系統

對于純電動汽車車型的裡程焦慮的優化，已經開始過渡到逐個場景的優化階段。對于很多主機廠來說，在熱管理方面，需要考慮更多的資源的整合。在整個純電動汽車熱管理系統當中，乘員艙空調系統隻是其中一部分，集成式的熱系統實現的是乘員艙空調系統和電機電控熱管理系統與電池熱管理系統的熱量統籌管理，從而提高整車的熱量利用效率，降低電耗，提高續航裡程。而後續的開發思路，則會朝着系統集成度更高、系統開發程度更低、系統多場景下舒适性進一步提升的方向發展。

相比單一空氣源熱泵的解決方案，LYRIQ的熱泵空調也基于BEV3集成式熱系統實現了乘員艙空調系統和整個熱管理系統的融合，從場景功能的角度已經可以實現與Model Y的熱系統相同的功用。在這樣的情況下，我們也非常期待後續體驗到LYRIQ實車的集成式熱系統的效果。想必不久之後就能夠體驗的到了。

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