車東西（公衆号：chedongxi）
作者| James
編輯| 曉寒
數九寒冬，你的純電動車體驗如何？
續航打折可能還不是最糟心的事。近期就有十幾名加拿大的特斯拉車主回報，冬季連空調都使用不了，不僅僅車凍得續航打折，人凍得也是一把鼻涕一把淚。
并且，這些冬季無法制熱的基本都是熱泵空調。
這就非常奇怪了，熱泵空調的高效省電優勢沒能發揮出來，反而無法制熱了，引來加拿大部分車主的質疑，也引起了特斯拉研發團隊的重視。馬斯克都說，這是特斯拉高度優先要解決的問題。
但更奇怪的是，馬斯克說熱泵空調的故障竟然是一個軟體問題，通過固件更新就能完成。或許很多人從來還沒聽說過，空調還需要OTA。不過，了解完特斯拉熱泵空調的結構和工作原理之後，就能發現這一套硬體竟然能實作12種不同的功能，并且所有功能的實作都依靠軟體控制。
是以說，特斯拉熱泵空調的問題可能真的就是個軟體問題。
那麼，特斯拉的熱泵空調究竟有多神奇？為什麼會出現極寒條件下無法制冷的情況，業内能不能解決這個問題呢？在看過特斯拉熱泵空調專利，并且和美的威靈工程師進行了一次對話後，車東西找到了問題的答案。
一、加拿大車主熱泵失靈 竟能通過固件更新解決
本月，位于北半球的各國迎來了冬季以來最冷的時間，電動汽車也進入了一年裡最不好用的階段。
近期，就有加拿大特斯拉車主反映，他們在極寒環境下開車，熱泵空調竟然不能用了。
推特使用者@TSelvig說道，當天出行時，氣溫已經降至-40℃。在這種極寒天氣下，他駕駛特斯拉Model Y時，熱泵空調卻無法使用。在嘗試重新開機車輛、給特斯拉客服打電話後，仍無法解決這個問題，并且車主距離最近的服務中心也有幾小時的車程，沒有空調根本無法開車。
▲使用者在-40℃環境下熱泵空調無法工作
最終，一家人改用燃油車出行。
另一位Model Y車主@paateach的經曆則更加豐富，他的Model Y已經連續兩個冬天沒有暖風了。
▲有使用者更換了空調零部件仍然失效
他在推文中說，自己住在加拿大南部的薩斯喀徹溫省，去年2月就遇到了熱泵空調無法使用的情況，整整一個月都沒有暖風。後來，特斯拉為他更換了一組超岐管，當時熱泵空調就能使用了。但是，到今年冬天，氣溫下降到-30℃時，他再次遇到了熱泵空調無法使用的情況。
當時，他拍下了車機螢幕上的提示：座艙氣候調節系統需要維修，制熱、制冷系統将被限制或無法使用。
▲熱泵空調失靈時車機上的顯示
兩位車主對特斯拉發出了質疑：為什麼特斯拉的熱泵空調會在極寒天氣下失靈？特斯拉已經維修幾次，為什麼維修方案還是無效？
甚至有車主說，經曆過這個冬天之後，希望賣掉自己的特斯拉換回燃油車，至少不會出現空調制熱故障。
特斯拉車主社群Tesla Owner’s Club在加拿大阿爾伯塔省的主席Angie Dean表示：“在加拿大阿爾伯塔省和薩斯喀徹溫省，已經有十餘名特斯拉車主出現了熱泵空調無法使用的問題。”
▲馬斯克稱已經更新固件修複問題
就在上周，車主社群Drive Tesla Canada在推特上@馬斯克，要求他對熱泵問題發表評論，馬斯克5分鐘内就回複了推文，并稱維修熱泵空調具有非常高的優先級。40分鐘後，馬斯克稱熱泵空調的新固件已經向使用者推出。
令人相當好奇的是，熱泵空調出現故障為什麼能通過固件更新修複？另外，當固件更新完成後，仍有車主回報無法制熱，固件更新到底有沒有用？
二、極寒出行需提前預熱電池 熱泵可能還有硬體缺陷
在一份特斯拉2019年公開的專利檔案中，就展示了熱泵空調系統的結構和運作方式。2020年初，伴随着Model Y車型的量産，這項專利也轉化為了特斯拉的量産應用。
如果打開特斯拉的前備箱，就能看到熱泵空調和多條管道、線束，實際上這隻是熱泵系統的“冰山一角”。從專利圖上看，特斯拉的熱泵空調擁有11個主要元件，并且負責整車的熱循環，能夠通向座艙、電池包、電機等車輛不同的部位。
▲箭頭所指位置為特斯拉熱泵空調
這些主要部件有壓縮機、座艙冷凝器、座艙蒸發器、電池系統冷卻裝置、座艙鼓風機、電機液冷冷凝器、蓄電池、三向壓縮機出氣口、低壓電動座艙加熱器（PTC）、再循環空調、暖氣。
在這11個主要部件中，特斯拉并沒有直接取消傳統PTC加熱，而仍然配備了一個低壓PTC加熱。但是，由于功率不足，這個PTC加熱裝置并不能直接向座艙内供暖，而是當熱泵系統制熱不足時，提供輔助加熱。
▲特斯拉熱泵空調系統結構
比較令人驚訝的是，特斯拉的這套硬體能夠實作12種不同的工作模式，通過不同的軟體排程完成。
這12種工作模式中，熱泵參與的模式并不多，隻有三種。熱泵參與加熱可以分為純熱泵模式和混合加熱模式。當熱泵效率較高的時候，就啟用純熱泵模式，當效率較低時，就啟用混合加熱模式，熱泵可以和PTC加熱混合，還能加入蒸發器共同加熱。
▲特斯拉熱泵空調的12種工作模式和功能
另外，單純使用壓縮機、蒸發器也能加熱座艙、電池系統。并且車内熱循環系統還能實作座艙除霧、除霜、除濕等功能。
這裡就能得出一個結論：熱泵空調的問題通過固件更新修複，确實是可行的。
當熱泵空調系統硬體沒有問題時，調整不同環境下的軟體排程，就能實作對熱泵空調系統的調整。
單就熱泵系統而言，加熱座艙的效率和熱泵的效率有很強的聯系。因為熱泵空調的工作原理就是交換車内外的熱能。
通過蒸發器，冷媒能夠從外界環境中吸熱，到車内冷媒液化後釋放出熱量，就可以向座艙内供暖。
不過，如果外界環境溫度越低，冷媒從外界環境中擷取熱量也就越難，這就導緻熱泵空調在極寒環境下制熱效率不高。
特斯拉也知曉這一顯而易見的問題，是以在熱泵空調之外還加入了輔助加熱器件。
特斯拉在專利中繪制了一張圖表，可以解釋熱泵空調在不同溫度條件下的效率。熱泵空調的效率系數用COP（Coefficient of Performance）表示，當COP=1時，表示消耗電能和産生的熱能相等；當COP>1時，熱泵空調處于高效區，代表消耗較少的電能能夠得到更多的熱能。
▲車内環境溫度和電池溫度對熱泵空調效率的影響
從特斯拉的圖表中可以看到，當環境溫度和電池溫度同時低于-20℃時，熱泵空調的效率将非常低下，這一溫度也被特斯拉認為是極寒溫度，在這個溫度以下已經沒有解決方案了。但此時，隻需要為電池加熱，COP值就會随之升高，制熱系統也就能夠正常使用了。
當COP=1時，熱泵空調不工作，依靠蒸發實作加熱，當COP≥1時，熱泵空調才會參與制熱，而此時溫度則需要在-10℃以上。
這裡能得出第二個結論：如果外界天氣極度寒冷，即便更新了熱泵空調固件，制熱效果仍會較差。解決方法是加熱電池，或者說出行之前為電池預熱。
不過，在馬斯克回複已經更新固件的推文下，還有不少使用者回報車輛仍無法制熱。
那麼，這很有可能出現了硬體問題。
特斯拉車主@paateach在推特上說，他的特斯拉Model Y已經更換了兩次超岐管，其中包括熱泵空調的傳感器、膨脹閥和冷媒管線。制熱系統暫時能用，但自己非常擔心可能再次損壞。
▲車主更換兩次零部件後仍擔心再次損壞
推特使用者特斯拉車主線上透露了熱泵空調的研發故事。近期，特斯拉在美國加利福尼亞洲和阿拉斯加州的工程師都在測試熱泵空調，測試結果發現低于-30℃時，特斯拉的熱泵空調能夠正常工作，其原因是熱泵空調擁有兩個冷媒的循環。
▲車主俱樂部稱特斯拉已經發現硬體問題
同時，工程師也發現了問題：在極寒天氣下，前進氣口蓋闆會被凍壞，導緻行駛過程中吸入冷風。由于冷風溫度過低，傳感器感覺後會向系統報錯，此時壓縮機會停止工作，制熱也就停止了。
為了快速解決這一問題，特斯拉可能通過軟體強制啟動壓縮機，暫時避免了極寒天氣下制熱失靈。但要徹底解決這個問題，後期特斯拉可能還需更新部分硬體。
三、混合加熱可應對低溫 部分公司還在探索新冷媒
對于汽車行業來說，熱泵空調還是個新鮮事物，2020年初特斯拉Model Y才量産搭載。在此之前，純電動車普遍采用PTC方式為車内制熱。但即便在理想條件下，PTC的COP也就是1。效率不高導緻PTC加熱用電量非常大，進而成為影響電動車冬季續航的一大因素。
熱泵空調的高效表現吸引了電動車企的目光，2021年新上市的純電動車，基本都從此前的PTC加熱更新為熱泵空調。但是，由于冷媒的限制，通常情況下氣溫低于-10℃時，熱泵的效率就會大幅降低，此時還得依靠PTC加熱為車輛供暖。
例如，小鵬P5搭載了熱泵空調，實作高效制熱，但同時也搭載了PTC，在溫度低于-10℃時，車輛就會啟用PTC加熱，為車内供暖。
可以說，小鵬P5在一定程度上解決了熱泵空調的短闆，但是還沒有徹底解決。
而另一家新晉汽車零部件廠商威靈則解決了極寒天氣下的制熱問題。說到威靈，可能很多汽車圈内的朋友并不陌生，威靈就是國内家電頭部企業美的集團的子公司。
去年，威靈宣布投産的幾款汽車零部件中，就包括車用熱泵空調。
目前，熱泵空調通常采用的冷媒有R134a（CH2FCF3，四氟乙烷），但是在外界溫度較低時，制熱量衰減十分明顯。是以，業内有混合冷媒的探索，但也無法明顯的性能提升。
▲美的威靈電動壓縮機
威靈零部件的工程師另辟蹊徑，采用二氧化碳作為冷媒，在極寒溫度下制熱效率有了明顯提升。
威靈的轉子式CO2電動壓縮機能夠在-30℃條件下，實作COP=2的制熱效率。同時，其運轉過程中噪音低、整體設計更加輕量化。
威靈工程師介紹，在極寒天氣下，使用者不需要“蓋着被子”開車，同時相比傳統熱泵空調，二氧化碳作為冷媒的熱泵，最多能夠讓車輛的續航裡程提升20%。
僅僅是CO2電動壓縮機，就擁有220項國内發明專利，和14項國際發明專利，并且擁有完全的自主知識産權。同時，CO2作為常見的溫室氣體，收集用作冷媒，也為“碳中和”貢獻了一份力量。
去年，美的集團威靈零部件的熱泵空調産品已經在小鵬、蔚來等純電品牌車型上搭載，成為國内零部件企業快速向電動化轉型的一個縮影。
結語：電動汽車還有巨大創新空間
2020年，特斯拉将熱泵空調裝進純電動車，帶動了電動汽車行業向着高效方向再進了一步。僅僅一年的時間，到2021年，熱泵空調已經成為高端電動汽車的标配。
顯然，燃油車時代不會使用的技術，在電動汽車時代可能就是巨大的創新。在全球電動汽車競争愈加激烈的今天，電動汽車領域仍有巨大的創新空間。