空调和续航
成年人选择都要
各地气温正在逐渐升高，春天的脚步越来越近，“猫冬”结束，是时候开上爱车追逐春光了！
撒欢儿去呀~丨giphy
但大家也不要高兴得太早，尤其是各位开电动车的朋友们，还记得在刚刚过去的冬天里，被车内空调制热支配的恐惧吗？小到冻成自动关机的手机，大到开了空调加热续航就蹭蹭下滑的“电动爹”，只要是用电的玩意儿，生来就被严寒天克。这时候，燃油车的小伙伴在角落里笑出了声……
而且我们也要居安思危，毕竟很多南方城市里，春天和秋天就是个摆设，很可能半年之后的一场秋雨就能冻到我们怀疑人生，况且南方的雨可是妥妥的“魔法攻击”，穿再厚也没用。
所以，电动车的“续航”和“空调加热”不可兼得的问题还是要解决的，留给我们的时间已经不多了！
“开空调吧，快冷死了。”“开了空调咱还能开到家么？”| giphy
不过要解决问题得先了解问题的根源：为啥电动车开空调会耗电快，但燃油车开空调不耗油？盘一盘汽车冬季座舱加热的发展史，这个问题就很好回答了。
从燃油车到电动车
冬季座舱加热进化史
在只有燃油车的时代，内燃机对燃油的利用效率并不高，最多才能达到40%。这说明啥？汽油燃烧只有不到40%的能量转化成了驱动汽车行驶的机械能，而剩下的60%都以热量的形式散失掉了。工程师们觉得这么多热量白白浪费了不合适，干脆用来给座舱供暖吧，还把劣势转化为了优势！正好燃油的总能量很高，60%妥妥够用了，所以燃油车座舱加热只是废物利用，并不会影响续航里程。
内燃机的热效率最高只有40%
但到了电动车时代，汽油变成了电池，内燃机变成了电机，问题就来了。电机对电能的利用率是很高的，可以超过90%，也就是说用来给座舱供暖的热量只剩下不到10%，而且同等条件下，电池蕴含的能量也不如燃油高，就算把10%的能量都用上，也暖和不起来啊！所以，电动车冬季供暖就得另辟蹊径。
一开始的解决方式也很简单粗暴，在车上加了台电吹风或者人工小太阳不就行了嘛，这俩东西同样是用电的。于是工程师们就在车载电路中装了一套专门用来加热的系统，这种方式叫做PTC加热。但生活中类似的加热电器耗电是很快的，PTC也是如此，汽车行驶和加热都要压榨电池的电量，所以续航里程才会直线下降。
后来工程师们意识到一个问题，靠电动车为啥要自己生产热量呢？它可以仅仅当一个热量的搬运工嘛！于是，车载热泵空调诞生了。
热泵空调是怎么搬运热量的？
简单来说，热泵空调其实就是制冷空调的反过程，冬天没来暖气的时候，我们临时用空调加热也是一回事儿。制冷空调的原理是把室内的热量搬运到室外，热泵空调则是把室外的热量搬运到室内。这里有人要质疑了：冬天室外都快零下了，哪有什么热量给你搬啊？
事实上，我们平时说的“摄氏温度”再加上273.15，才是物体的“热力学温度”，只有热力学温度达到0，也就是“绝对零度”，才没有热量。大冬天的零下温度距离这个指标还差得远呢！所以我们是可以“压榨”空气中蕴含的热量的。
那具体要如何利空气中的热量呢？先来看看两个生活中常见的现象。
我们知道高压锅会让食物更容易被炖熟，原因是气压增加会让物体的沸点升高，用120℃的沸水炖肉肯定要比100℃的更容易熟。相反，在高海拔的高原地区，东西更不容易被煮熟，是因为气压降低会让物体的沸点降低，用80℃的水煮东西肯定要煮更久啦。
中学物理还学过：物体从液态变为气态要吸收热量，从气体变为液态要释放热量。那如果我们人为降低气压，更多的液体会变成气体，从环境吸收更多的热量；人为增加气压，更多的气体会变成液体，从而释放出更多的热量。
物质状态变化也伴随着能量转移
热泵空调就是这两个状态的不断循环，而搬运热量的“工具人”叫做“冷却剂”，能量就是它们搬运的货物，利用冷却剂的汽化和液化来实现“装货（吸收热量）”和“卸货（释放热量）”。下面这张图中，压缩机不断抽取左边的气体送到右边，相当于不断增加了右侧的气压，降低左侧的气压。在右侧的气态冷却剂就会不断液化，冷却剂就不断被迫“卸货”，释放出大量的热量，液化的冷却剂流到左边，被迫“装货”，重新吸收热量，变为气态，进入到右边，这样就循环起来了。
热泵空调原理
整个过程中唯一消耗电量的部分就是压缩机，但热泵空调强就强在：消耗1个单位的电量，能够搬运超过1个单位的热量，颇有种“四两拨千斤”的意思！输出的热量与消耗电量的比值叫做“能效比”。根据能量守恒，如果是通过PTC耗电生成热量，能效比肯定是低于1的。相反，一级节能标准的空调能耗比可以做到4以上。
空调节能等级与能效比
正是由于这些优势，工程师们把热泵系统安装在了电动车上，从而大大降低了冬季座舱加热对续航里程的影响。
当下哪些车型拥有车载热泵？
根据储热介质和工作原理的不同，车载热泵也分为很多不同的种类。比如日产Leaf、上汽ei5采用的是空气源热泵，它能够直接加热空气，结构比较简单，产热速度也比较快。
另外一些汽车——比如特斯拉 Model Y——还会安装水源热泵，用热泵释放的热量加热车内的冷却液，把热量储存在水中，再通过复杂的水路把热量输送到车内各处，除了为座舱加热，还能给电机、电池保暖，防止冬季快速掉电。
还有些热泵系统具有多种热量来源，比如凯迪拉克LYRIQ搭载的BEV Heat高效综合热管理系统就具有“双热源”，能转移车外空气的热量，还能把电池、电机、电驱系统的余热，通过在车内循环的冷却液吸收，来为座舱加热。
凯迪拉克LYRIQ BEV Heat高效综合热管理系统 | 凯迪拉克
因为具有双热源，凯迪拉克LYRIQ还具有几种不同的工况。第一种是电机、电池还有余热的情况。手机在充电和使用后会发热，电动车也一样。凯迪拉克LYRIQ可以搬运电池和电机的热量，来加热乘客舱，还能在汽车充电时，把充电桩的电能转化为热量储存在系统电池和水路中，通常状态下1~2个小时的短途出行利用这个热量就足够啦！
凯迪拉克LYRIQ还可以利用电池和电机的余热 | 凯迪拉克
第二种是无余热的情况。凯迪拉克LYRIQ则会像通常的热泵空调一样，将外界的热量搬运、储存在水路中，来为座舱供暖。
第三种是在炎热的夏天，这套系统还可以逆向运行，将座舱内的热量搬运到车外。这时候，热泵系统就变成了制冷空调。
最后一种是极端的低温情况下。热泵因为自身结构和冷却剂特性的问题，工作效率不会太高，这种情况下才会短暂切换成传统的PTC加热，等电池、电机有足够的预热再切换成第一种模式。
总体来说，凯迪拉克LYRIQ的BEV Heat高效综合热管理系统比起传统的PTC加热，续航节能优势是相当明显的。和单一的空气源车载热泵相比，能够同时调动空气和车内的热量，具有更好的加热效果，整体能耗还更低。而相比于其他的水源车载热泵，它的系统成本要更低。
凯迪拉克LYRIQ
我们都相信电动车是未来发展的必然趋势，但在当下，它仍然面临着诸多困难，而电池的能量密度一直以来都是电动车避无可避的根源问题之一，续航里程、座舱供暖、安全性问题都是这个问题的衍生产物。
也许科技的突破还无法这么快到来，但像热泵这种对原有技术的改进和移植也能在当下让我们不断拥有更好的驾乘体验，帮助我们在空调和续航间少些纠结，多些舒适与自在。
凯迪拉克LYRIQ 惊艳24小时
果壳商业科技传播部出品
