[分享] 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題？

╭───────────────────╮ │這是一篇中國微博文章，不喜歡請左轉離開│ ╰───────────────────╯ https://www.weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404484302422278584 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題？ 不是鄭小康 03-19 21:27 投訴閱讀數：91799 文 | Chris 3月14日，特斯拉在官網上線了Model Y用戶手冊。相比Model 3，Model Y一個 小小的更新是引入了熱泵空調。在特斯拉之前，熱泵空調在純電動汽車行業已 經有著廣泛的應用。一個平平無奇的熱泵空調，特斯拉能玩兒出什麼花樣？ https://i.imgur.com/FWEI7RD.jpg 一個科普：什麼是熱泵？熱泵是一種以逆循環方式迫使熱量從低溫物體流向高 溫物體的高效節能裝置。在冬季工況下，熱泵的能源效率比廣泛應用的PTC熱敏 電阻加熱高2-4倍，反應到整車上可以使續航里程增加20%以上。 我們首先要回答一個問題：如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題？藉由這個 問題的答案，如果你可以有所啟發、想到更多，那再好不過。Enjoy it. Model 3 是如何解決熱管理問題的？ 在氣溫低於零下10℃的冬季，純電動車的動力電池除了驅動電機，還要為全車 的熱能需求提供能量。如果不對能量加以高效利用，純電動車續航衰減最高可 以達到50%。 對於這個問題，普通廠商選擇放棄：配備PTC 熱敏電阻保證電動車冬季基本的 製熱需求，至於續航衰減問題，戰略性放棄。 有些追求的廠商選擇優化：配備熱泵空調，在保證制熱的同時提升能源效率， 降低制熱對續航衰減的影響。 你要知道的是，一輛電動車，它的不同組件在不同工況下會出現完全不同的熱 需求。 夏天開車，駕駛艙有製冷需求； 夏天去超級充電樁充電，駕駛艙有製冷需求同時電池組有製熱需求（更高的電 池組溫度有利於更快達到最大功率，縮短充電時間）； 夏天趕時間，高速駕駛去超級充電樁充電，駕駛艙有製冷需求，電池組有製熱 需求同時電機有製冷需求 ...... 所以一款合格的電動車，在熱管理系統上至少要有空調製冷系統、採暖系統、 電機冷卻系統和電池組熱管理系統。通過相互獨立的子系統將前面提到的複雜 需求逐一拆分，最終解決整車的熱管理問題。 https://i.imgur.com/ECSunxC.jpg Model 3是如何解決這個問題的？特斯拉沒有採用市面上通用的熱管理組件。通 過對整個熱管理系統進行重新設計，特斯拉製造了一個熱管理系統的「大腦」 來統籌整個熱管理系統的運轉。 https://i.imgur.com/b1PSx70.jpg 特斯拉工程師給這個「大腦」取了一個名字，叫Superbottle。Superbottle是 一個六向控制閥，通過電控調節液路的流向，Superbottle實現了對相互獨立的 子系統的統一管理。 https://i.imgur.com/1okwGRw.jpg 在冷卻模式下，Model 3 的電池組熱管理系統和電機冷卻系統相互獨立： https://i.imgur.com/i3Kwt6l.jpg 電池組冷卻液從冷卻裝置流出，冷卻整個電池組後經過Superbottle 的管路流 回冷卻裝置； 電機冷卻液從冷卻裝置經過Superbottle 流入電機總成，流出後回到冷卻裝置 在加熱模式下， Superbottle 將電池組液路和電機液路串聯起來： https://i.imgur.com/oxEx7QV.jpg 電池組冷卻液經過Superbottle 流入電機總成，流出後經過冷卻裝置（此時不 工作）回到電池組。 也就是說，在加熱模式下，特斯拉通過利用電機產生的廢熱來為電池組加熱， 就像燃油車收集發動機廢熱給駕駛艙供熱一樣。 但是這裡會出現一個問題：內燃機驅動效率最高不超過45%，而Model 3 的電機 驅動效率超過了93%。換句話說，電機廢熱根本不足以滿足整車的加熱需求。 https://i.imgur.com/80imQPD.jpg 特斯拉選擇將電機堵轉發熱，最高可達7kW 的功率完全滿足了加熱需求。這個 時候，電機扮演的角色變成了熱管理加熱裝置。 通過一個六向控制閥電控調節液路的流向，特斯拉Model 3 第一次把全車的熱 管理子系統統一管理起來。 一個不恰當的比喻，傳統的純電動車相互獨立的熱管理系統就像北方冬季的分 戶式採暖系統，每家每戶都有獨立的採暖系統，能耗高、成本高、污染大；而 Model 3的Superbottle就像集中供暖，一次性投資大、使用成本低、能源效率 高。 從整車角度來看，Superbottle 的優勢不止於此。曾經對逆向工程了兩台Model 3 的Sandy Munro 對Superbottle 做出瞭如下評價： 提升了集成度，降低包裝空間的需求 增加了可維修性的潛力 潛在的熱管理系統重量（獨立安裝支架、外殼等）下降 降低組裝成本（n 個組件簡化為1 個組件） 降低製造時間和成本（n 個組件簡化為1 個組件） 當然弊端也顯而易見，由於不是供應鏈的標準化組件，Superbottle 的研發和 模具成本更高。 Superbottle + 熱泵= Model Y 熱管理？ 接著往下說，既然Superbottle 因為非標準化組件成本偏高，那麼將其應用到 Model Y、Model S/X 上快速上量，通過規模化來降低成本是不是一個合理的思 路？ https://i.imgur.com/nNfUg03.jpg 再加上文章開頭提到，Model Y 增加了熱泵，所以Superbottle + 熱泵= Model Y 熱管理系統，對嗎? 從特斯拉申請的專利「具有極端溫度加熱能力和熱效率預處理的最佳能源電動 汽車熱泵」來看，特斯拉工程師沒有止步於「添加熱泵」，而是將熱泵作為新 的能源供給組件納入到Superbottle中，Superbottle由此升級為一個自帶八向 控制閥的熱管理「大腦」。 https://i.imgur.com/aUivxJw.jpg 硬件的進階只是第一步，根據專利所述，光是非活動模式下，Model Y 上的 Superbottle 就支持1 種冷卻模式和4 種加熱模式。 https://i.imgur.com/USLKtSW.jpg 除了收集電機廢熱二次利用，Model Y 的Superbottle 還會收集電池組廢熱， 加上熱泵的外部環境產熱，整個系統熱管理的供給和消耗都通過集中控製而變 得空前複雜。 通過監測外部環境溫度、電機系統溫度、電池組溫度和座艙溫度、綜合電機、 電池組和熱泵、壓縮機等所有熱源供給在不同工況下（例如熱泵在零下30℃的 極限工況能源效率最低）的最佳效率，最終輸出綜合結果來提升整車的熱體驗。 繼續前文的不恰當比喻的話，相比Model 3，Model Y上的Superbottle就好像從 「集中供暖」進階到了「集中供熱」：將電廠（熱電聯產）、集中鍋爐房、工 業廢熱、太陽能等熱源供給與城市廠區生產用熱、居民區生活用熱和采暖等熱 源消耗統籌規劃起來。 從Superbottle 所想到的 回到Model Y，完全一致的電池組規格/輪轂尺寸、更重的車身、更大的撞風面 積，Model Y 反而比Model 3 的EPA 工況續航多了27 公里。這是進階版Superbottle 的功勞嗎？ https://i.imgur.com/cgOfQpk.jpg Superbottle是Model 3/Y上的高度集成綜合管理、幹掉分佈式獨立組件思路的 一個縮影。如果你了解Model 3的話，它「三權分立，一統全車」的電子電氣架 構；Autopilot感知前融合、幹掉傳統的「感知芯片」的思路，與Superbottle 是如出一轍的。 回到熱管理，傳統車企陣營的熱管理統籌思維發展到了什麼水平？2019年的上 海車展上，博世展出了一個熱管理控制系統，會針對電機、電池組、電控和座 艙的製熱/冷需求進行綜合管理。不過從展出的產品來看，在硬件層面，博世還 沒推出一個類Superbottle一樣的組件。而我們更好奇的是：從車展亮相到進入 車企整車項目裝車，需要多長時間？ https://i.imgur.com/Y3UXIPN.jpg 值得一提的是，完整體現 Model Y上的Superbottle的這份專利，申請於2018 年9月7日。彼時Model 3已經投產一年有餘，也就是說，特斯拉團隊已經形成了 可持續的大破大立式創新的研發節奏。就在3月14日，Model Y開始了批量交付。 這就是理想汽車CEO李想所說的「傳統廠商絕不是在縮短這個差距，而是被加速 拉大」。 這種現像是怎樣造成的？是不是特斯拉的熱管理人才素養高於博世、大陸、BBA 這樣的傳統巨頭？ 答案是顯而易見的。Superbottle的專利一作是特斯拉的熱管理系統高級主任工 程師Nick Mancini，在加入特斯拉前，他在蘋果擔任熱設計工程師。他經手的 第一個項目是特斯拉Model 3。也就是說，在Superbottle之前，他對純電動汽 車熱管理系統的設計經驗為零。 https://i.imgur.com/sskwSfz.jpg iPhone 的熱管理？ 在特斯拉的項目開發中，特斯拉CEO Elon Musk極度關注創新的重要性，反复鼓 勵引導工程師從事物的本質出發來思考問題，拋開產業現狀和已有趨勢的限制， 以第一性原理的思維方式來解決問題。如果你關注特斯拉的人才團隊，跨界任 職比比皆是。 最終的結果是，一大群對汽車電驅動、自動駕駛、電子電氣架構經驗為零的工 程師，在加入特斯拉後迸發出了旺盛的創意和超強的執行力。 人才是高速流動的，特斯拉的使命、價值觀、文化氛圍才是核心競爭力。 -END- ===================================================================== Tesla Model 3 上的熱管理原本就十分複雜，雖然一個小小的Superbottle 看似 簡單，但要搞懂它如何運作的需要花一點時間甚至自己畫一下圖才能清楚。 現在Model Y 又加入了熱泵，實際的運作方式還不確定要等拆完車後看了報告才 知道，不過複雜度應該是只會比Model 3 多不會少。 這篇文章還提供了一個有趣的訊息，原來文中提到的跟Superbottle 有關的那項 專利有部分是由前Apple 工程師搞出來的，以前看到這份專利前還不曉得這件事 情直到現在才知道。 找厲害的人來做事，就算沒有汽車行業經驗也可以做出厲害的事情或產品，這 個就是一個例子，要是只拘泥於找行業內的頂尖人才來做事，應該是很難超越 行業內的頂尖公司。 OPTIMAL SOURCE ELECTRIC VEHICLE HEAT PUMP WITH EXTREME TEMPERATURE HEATING CAPABILITY AND EFFICIENT THERMAL PRECONDITIONING 專利頁面：http://bit.ly/3bceZzI -- https://i.imgur.com/G0WbEcO.jpg -- 真的有點複雜 Model 3 的熱管理系統要把這兩張圖看懂才能了解： https://i.imgur.com/oxEx7QV.jpg https://i.imgur.com/i3Kwt6l.jpg 中間被放大的就是Superbottle Model Y 加入了熱泵後就會變得更複雜，大概可能就是專利上那樣： https://i.imgur.com/fUCa0HQ.png https://i.imgur.com/aUivxJw.jpg 忘了貼來源，補一下在最前面。
※ 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 36.224.221.213 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/car/M.1584630808.A.991.html

推 ksdt: 姿勢？attitude 嗎？ 03/19 23:18

推 hanchueh: standpoint 吧 03/19 23:25

推 bightb56913: 感覺有點複雜阿0.0 03/19 23:36

推 techih: 你還真認真 03/20 00:35

推 kids1991: 感覺專業 03/20 01:01

推 kyo699: 寫太多 特黑的智商無法 03/20 01:37

推 xru03: 推 03/20 03:21

推 as6633208: 雖然不明白，但覺得很厲害 03/20 04:07

推 polouucc: 能源利用效率感覺有提升了一個檔次 03/20 04:08

→ wisdom: 吐槽一下原文，原文對熱泵的定義不對，熱泵不是從低溫環境 03/20 07:23

→ wisdom: 搬移熱量到高溫環境，你可以說熱泵可以做到這件事，但熱泵 03/20 07:23

→ wisdom: 也可以從高溫環境將熱能搬移到低溫環境，這時的能效表現破 03/20 07:23

→ wisdom: 表，當然熱能就算不理它，本來就會自然從高溫往低溫就是了 03/20 07:23

→ wisdom: 熱泵的定義很簡單，就是熱幫浦，泵就是幫浦，用來將熱量從 03/20 07:23

→ wisdom: A處泵送到B處，就叫熱泵，熱泵不必有很高的能效，而是一般 03/20 07:23

→ wisdom: 來說，熱泵有機會可以達成高能效，所以廣泛用在製冷或製熱 03/20 07:24

→ wisdom: 需求上。冷氣是一種熱泵的應用（只取冷），冰箱也是（取冷 03/20 07:24

→ wisdom: ）,冷暖空調（取冷/熱可切換）。熱泵是總稱，只要可以搬移 03/20 07:24

→ wisdom: 熱能的設備都叫熱泵。Model Y看起來是透過加入熱泵到原本 03/20 07:24

→ wisdom: 的熱管理系統，利用熱泵的高能效來省電。這在台灣預期影響 03/20 07:24

→ wisdom: 不會太大，畢竟最耗暖氣的是動不動就零下的高緯度國家。 03/20 07:24

推 retu77: 均溫低於20能耗就掉的明顯了，對台灣市場還是很有幫助。 03/20 09:10

推 e04bank: 幸好台灣不會太冷 03/20 09:52

→ suntex01: 我是還蠻好奇這個superbottle能撐幾年... 03/20 10:41

推 atten: 有點猛，想盡辦法把廢熱降到最低 03/20 11:12

推 cola0010: 特斯拉這麼認真是要其他車廠怎麼混 03/20 11:56

噓 pepe5566: 姿勢? 03/20 14:31

→ maniaque: 台灣用法應該是 角度( 或 出發點) 吧 03/20 15:11

→ hanchueh: 台灣用法直接講 特斯拉如何解決冬季續航問題 03/20 15:43

→ DYE: 這個中國用語 用在這裡有 "獨特的方式" 的意思 03/20 16:34

推 hanchueh: 所以改成 特斯拉如何用獨門技術解決冬季續航問題 03/20 18:02

推 milkBK: 感覺就像汽車的渦輪一樣 03/20 20:32

推 nafiwburman: 為什麼我剛剛看成阿斯拉.... 03/21 01:52

推 yuinghoooo: 簡單來說空調升級為冷暖，根據不同的條件搭配，創造 03/21 09:32

→ yuinghoooo: 更高的效率，本來我就覺得馬達能順便加熱算是很具巧 03/21 09:32

→ yuinghoooo: 思了，但是工程師大概不滿足於此。 03/21 09:32

推 yuinghoooo: https://youtu.be/cIXC-rDvj_Y 03/21 09:38

推 yuinghoooo: 看起來廢熱都會被重新利用送到需要的地方，所以整體 03/21 09:40

→ yuinghoooo: 制熱電耗就很低 03/21 09:40

推 yuinghoooo: 高速工況以電池和電機取熱，市區改用電子設備和空調 03/21 09:43

→ yuinghoooo: 取熱的動態搭配 03/21 09:43

→ yuinghoooo: 基本上用不到主動式加熱 03/21 09:44