特斯拉新专利 冷科技 特斯拉吹爆的热泵有何奥秘？

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冷科技 特斯拉吹爆的热泵有何奥秘？

电动车空调知多少？ 说到电动车的续航，我想无论是车黑还是车主都会承认这是电动车最关注的点之一。如何提高电动汽车的续航能力是汽车企业和供应商面临的重要问题。因为这些研究，才有了制动能量回收和各种新型动力电池。不久前，新能源市场的领头羊特斯拉也公布了一项新的专利技术，就是热泵空调制。马斯克甚至在推特上展示了他的新技术。目前这项技术已经安装在特斯拉 Model Y （ 查成交价 | 车型详解 ）上，未来特斯拉还会将这项技术应用到更多车型上。为什么马斯克吹捧一种空调制技术？本期《冷技术》让我们来看看背后的故事。

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电动车开空时，里程直接减半？

特斯拉新专利让你安心开空，里程不会下降？

好空色调和格力也会在汽车上实现？

1÷电动车续航的空调制综合征

症状:电动车没有稳定的热源，使用PTC热敏电阻，耗能巨大，电池寿命大大缩短。

汽车空绝对是汽车发明史上最有用的发明之一。它可以使我们的客舱冬暖夏凉，提高驾驶舒适性。

总的来说，空法规虽然会在传统燃油卡车上消耗一定的动力，但所占比例较小，对油耗的影响有限，所以我们不在乎空法规对传统燃油卡车的消耗。

这些系统在工作时可以产生一定的热量，其中动力电池产生的热量最多，但这些热量无法满足空调节的需求，所以传统的电动汽车不会将这些热量作为空调节暖风的“来源”，所以为了提供热源，电动汽车会增加PTC这一热源部件。

PTC是指温度系数热敏电阻，与温度呈正相关。也就是说，当环境温度降低时，PTC的电阻也会降低，这样通电后，电流在恒定电压下增加，通电的发热量也会增加。

目前PTC加热有两种方案，水加热和空气加热。不同的是，冷却液由PTC加热，然后与散热器交换。另一方面，暖空气开启后，冷空空气直接与PTC进行热交换，最终吹出暖空气。

一般PTC的功率会在6kW以内。对应不同的功能，系统会更精确地控制PTC的功率。比如在雨天或冬季，前挡风玻璃的除霜除雾功能需要提供2-3kw左右的功率，而对于冷却液加热，PTC的功率需要达到6kW左右。目前一些价格较高的电动车会配备双PTC，所以能耗的消耗非常明显。

早期的EV 200、长安 奔奔EV 等类似BAIC新能源的车型续航里程短，如果再开启暖风，对续航里程影响很大，这也是很多电动车车主的抱怨。

《II》请唱我的处女作热泵空键。

由于PTC技术的各种问题，一种新的空调节技术开始出现，这就是热泵空调节。热泵在工业领域的应用还有很多，从技术上来说也不是“新物种”。但在汽车上还是很少见。这空调制主要基于热泵技术，是目前为数不多的电动汽车加热有效技术之一。

特斯拉发布的技术是一套基于热泵的空调制系统。要了解这个系统，首先要了解热泵空调制的相关原理。

《汽车热泵空调节系统结构图》

理论上，热泵是一种空调节装置，将低热源的热能强制传递给高热源。你可以把它理解为水泵的原理。春天来了，我们会在水泵的作用下，通过管道把低水位的河水抽到田里。热泵也是如此，它是热量的“搬运工”。它可以吸收低温“物体”的热量并传递给工质，然后压缩系统中的工质使其升温，最后高温工质通过冷凝器与车内空空气进行热交换，实现暖风的功能。在整个过程中，电池的电能只是用来“承载”热量，从而达到省电的初衷。

特斯拉不是第一个吃螃蟹的人。

热泵空有这样的优势，传统车企自然不会视而不见，尤其是国外品牌，积累了5-8年，经过实践验证。

比如日产的Leaf，丰田的普锐斯，宝马的I系列车型等。国产品牌近几年开始发力，SAIC、长安应用广泛。比如SAIC 荣威Ei5 等车型都应用了热泵空调节。虽然特斯拉大力推广自己的热泵技术，但之前的 Model 3 或更早的车型都是传统的PTC技术，而这款Model Y是特斯拉品牌首款搭载热泵技术的车型。

从这些搭载热泵技术的车辆中，我们可以进一步看到热泵技术的实际应用。整个系统由四个核心部件组成:电动压缩机、四通换向阀、换热器和电子膨胀阀。它的工作过程可以用下图来说明。

除了特斯拉，就是应用这种热泵空调制的方案。可见热源是来自环境的热量，因此可以想象热泵空调节与环境温度密切相关。如果外界空气温度过低，可能会导致进气格栅处的换热器被霜覆盖，从而影响外界热量的吸收，导致热泵空交换销量下降。所以目前实际装车时会加入少量的PTC作为辅助加热器。
热泵技术才是未来？
第四，高度集成的特斯拉热泵技术

特斯拉的新专利也属于热泵+PTC辅助。特斯拉Model Y的热泵系统增加了一个额外的PTC加热器，这个PTC加热器使用的是和传统燃油车一样的12V电压，Model Y也单独配备了12V电池。这款PTC功率和成本都比较低，完全是辅助作用。

《特斯拉热泵系统图》

除了PTC，特斯拉热泵技术的另一个也是最大的特点在于热源的高度集成和强大的软件性能。从下面的专利附图可以清楚地解释。

我们可以看到，特斯拉热泵系统结合了两部分，一部分是传统的热泵系统，其热源来自外界空气体；第二部分是动力电池系统、驱动系统和PCS电力电子产生的余热。整个系统依靠八向换向阀进行复杂的热量提取。从而提高热泵空的整体效率。

一般来说，汽车热泵系统采用四通换向阀来满足环境热源与成员舱之间的热交换，而特斯拉由于集成了更多的热源，所以采用了更复杂的八路阀。

提示:工质，所谓工质是指实现能量转换的介质，一般包括水蒸气、制冷剂等。空将内部的制冷剂调整为传统的工作介质。

这些不同热源的集成为特斯拉空调制系统带来了多达12种多功能模式。与客舱直接相关的有四种类型，如下表所示:

总结:特斯拉突破了传统热泵空混合动力汽车的电池系统和动力系统，完全挤压了不同系统的余热，同时又将其融合，产生了多达12种工作模式。最重要的是，这些功能都是系统自己操作的，所有功能都是根据天气情况和车况自动匹配和操作的。这在算法层面表现出了非常高的水平，相信只有特斯拉这种使用域控制器的车型才能实现如此高的集成度和集成度。特斯拉再次展示了他们的系统控制能力，值得中国品牌学习和借鉴。

“武”热泵如此优秀，就没有问题和挑战吗？

目前，关于热泵空调节，我们一般有两个主要问题。首先，热泵能比PTC节能多少？二是热泵空调制的缺点是什么。

热泵的能耗得到了理论和实际测试的支持。理论上，我们一般用转换热与输入容量之比，即COP来衡量空调制的性能。COP越高，空调制的转换销量越高，即越节能。理论上PTC加热的COP为1，而热泵的最低COP高于1，实践中一般在2-4之间。即在相同能耗下，热泵产生的热量是PTC的2-4倍。

然后，从物理测试的角度，我们在0℃下实际测试了荣威Ei5和吉利帝豪EV。

根据现场实测暖风空设置的结果，热泵空设置的制热效果并没有传说中的那么快、那么暖，但温度爬升略好于PTC空设置，功耗更低。原地30分钟后，热泵/。

所以我们可以认为热泵空在实际使用中确实比PTC更省电。但是，从上面的文章中，细心的读者朋友们一定会发现，温度其实对热泵有着非常重要的影响。特斯拉Y给出了这样一个图表，这就引出了我们的第二个问题。热泵空调制有哪些缺点？

我们可以肯定的答案是温度。

实际上，当COP变为1时，热泵系统接近不工作，环境温度约为-20℃。除了东北地区，这个温度一般很少见。然后在-10℃-0℃的较高范围内，北方大部分天气都能达到这个温度，特斯拉Model Y热泵空的COP在1-2之间，其实不尽如人意，但比PTC更强。特斯拉的策略是在这个区间启动辅助PTC，帮助加热。当温度超过0℃时，是热泵空调节的最佳范围，当温度超过10℃时，可超过2.5，节能效果极佳。

综上所述，目前热泵空调节最大的问题是温度，对于寒冷地区来说还是不方便，但是对于一般北方地区来说，对续航的影响势必要比PTC车型小。

那么，除了系统本身固有的问题，热泵对产品也有一定的限制。如上所述，热泵系统由四个核心部件组成，即电动压缩机、四通换向阀、热交换器和电子膨胀阀。其他组件与传统空规定相同，但价格有很大不同。

特斯拉用的是八向换向阀，比传统热泵的四向换向阀贵，所以对特斯拉来说可能更贵。

鲁浩空、格力、热泵空价格昂贵，但前景广阔。

虽然热泵空的价格比较高，但好在整体系统方案和零部件供应商都成为了系统。在国内外，已经形成了相对完善的系统解决方案和备件产品。

外企主要有法雷奥、博世、电装、马勒等。这些国际品牌占据了全球电动汽车热管理市场的55%以上。电装的经验特别丰富，丰田、日产、雷诺的热泵系统都来自这家企业。自2021年推出热泵空开关以来，积累了大量经验。其最新产品可在-10℃环境下应用热泵空开关，较2021年第一代产品节能63%。

与国外供应商提供的全系统解决方案不同，国内供应商在零部件方面更具优势，已经实现全覆盖。比如奥特佳、三华智能控制等。其中，奥特佳的电动压缩机是特斯拉Model Y热泵系统的组成部分，与格力一样。格力发布了一整套车载热泵系统，最低运行温度可达-30℃。一系列格力最新空调制技术应用于其中。这项技术有望在未来安装在中国品牌上。 @2019

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用，该专利为一个神奇的挡风玻璃雨刷器，可使用激光束清除驾驶员视线中的碎片。特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用。

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用1

早在2019年，特斯拉就申请了一项全新专利，该专利可以利用车载激光系统清洁前后挡风玻璃及摄像头，甚至能够除去车顶太阳能板上的碎屑，因此又被称为“激光雨刷器”。

近日，这项全新的技术终于被美国专利局正式公布，不过需要注意的是，它并不能除去下雨天玻璃上的水，还无法替代传统意义上的雨刷。

特斯拉在公布的文件中描述称，这项专利是车辆清洁系统，可发生激光束以照射车辆玻璃区域的光束光学组件、检测积聚在该区域碎片的碎片检测电路，以及控制电路。

其主要用途是对车辆和光伏组件中玻璃制品上积聚的碎片进行脉冲激光清洁，该控制电路还可使用激光束去除积聚在玻璃制品区域上的碎屑。

这项功能未来可能会应用在安装了太阳能电池板的车型上，用于清除太阳能电池板上的碎屑，保证阳光直射和发电效率。

值得注意的是，这套清洁系统并不是自动的，需要驾驶员来手动控制操作，如此也能最大程度上保证使用时的安全性。

用激光清扫落叶，听起来很炫酷的事情，也许真的能被特斯拉实现，不太中意“激光”的马斯克，终于还是给它找了一个非常合适的工作场景。

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用2

据外媒报道，美国专利局（U.S. Patent Office）公布了特斯拉新专利的详细内容。该专利为一个神奇的挡风玻璃雨刷器，可使用激光束清除驾驶员视线中的碎片。

过去，特斯拉曾为雨刷提出很多奇思构想，其中最有趣的是其“对车辆和光伏组件中玻璃制品上积聚的碎片进行脉冲激光清洁”的专利。

特斯拉在已公布的文件中是这样描述该专利的：该专利是一种车辆清洁系统，包括可发射激光束以照射车辆玻璃区域的光束光学组件、检测积聚在该区域碎片的碎片检测电路，以及控制电路。其中，该控制电路可通过激光光束校准一组参数，而激光光束是由光束光学组件基于玻璃区域的累积碎片检测发出的。

此外，该控制电路还可控制碎片累积上的激光光束的曝光水平，而碎片累积基于激光光束的参数校准，其中曝光水平是基于以校准速率脉冲激光束来控制的，且该校准速率将激光束的穿透限制在玻璃厚度以内。不仅如此，该控制电路还可使用激光束去除积聚在玻璃制品区域上的碎屑。

图片来源：美国专利商标局 寻车网

特斯拉描述该专利过程的流程图相对简单，并且显示了清除太阳能(000591)电池板碎片的用途。该专利激光清洁组件的使用分五个步骤：

检测安装在车辆上的玻璃制品区域上堆积的碎片；

基于对玻璃制品区域上累积碎片的.检测，校准与从光束光学组件发射的激光束相关的一组参数；

基于与激光束相关的一组参数的校准，控制激光束对玻璃制品上累积检测碎片的曝光水平；

用激光束照射玻璃制品上与检测到的碎片相关的区域；

通过激光束去除区域上积聚的检测到的碎片。

该系统似乎并不是完全自动的。在该系统中，驾驶员可以通过触摸屏、操纵杆或其他介质控制激光，以与清洁设备的不同操作组件进行通信。

虽然该专利看起来非常古怪，但使用激光清除挡风玻璃的这种想法非常符合特斯拉的风格。未来，该全新激光专利若应用于特斯拉车辆，可降低车主的最低维护成本。

特斯拉激光雨刷器专利曝光，将配合光伏使用3

一直以来，特斯拉对一些独特的设计和革命性的汽车创意感兴趣，多年来，特斯拉就挡风玻璃雨刷设计和想法都研究了好几种，从用于下一代跑车的roadster的单雨刷系统（利用电磁线性致动器去除挡风玻璃水分）再到Cybertruck皮卡上的巨大雨刷，到最后这辆Cybertruck无雨刷设计~

其中最让大家关注的是2019年特斯拉申请的一项全新专利，该专利称为“激光雨刷器”，

这个雨刷器可以利用激光系统清洁前后挡风玻璃以及摄像头，甚至能够除去车顶太阳能板上的碎屑，简而言之，就是利用激光替代挡风玻璃雨刮器清理车辆外部的杂物！

据透露，Cybertruck皮卡上之所以无雨刷设计，是因为该款车或将会用上“激光雨刷器”，而该专利已 在2021年去年底已获得批准，近日美国专利局已经公布了这项专利~

据特斯拉给美国专利局中的文件中描述称：“这辆专利是车辆清洁系统，可发生激光束以照射车辆玻璃区域的光束光学组件、检测积聚该区域碎片的碎片检测电路以及控制电路”~

该系统的工作原理是包括一个灰尘和碎片的探测系统，以及一个发射器，可以用脉冲激光束攻击粒子，而力度不会强到足以击破玻璃的表面，

不过需要注意的是，它并不能除去下雨天玻璃上的水，从这点上它将无法替代传统意义上的雨刷！

这项功能未来可能会最先按照在太阳能电池板的车型上，它将用于清除太阳能电池板上的碎屑，保证阳光直射和发电效率。

对于如果特斯拉的激光雨刷器首先用于哪款车目前还未可知，但专利内的插图为Model S车身，或许这款激光雨刷器应该会首先用在 Model S上~

可持续行驶161万公里，特斯拉电池新专利，寿命超过燃油车

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随着锂电池技术的发展，和各国对尾气排放的严格限制，各种电动 汽车 如雨后春笋般，站了出来。即便是领头羊特斯拉的续航里程也只有600公里，出趟远门实在是提心吊胆。

然而，就在6月份，特斯拉的一项电池生产技术专利，可谓让其在国内外媒体面前出尽风头，同时也让特斯拉在电池技术方面持续领先。

据悉，这款新型电池寿命可达161万公里，其超强的续航能力，可以说 汽车 都报废了，锂电池还能拆出来继续使用，不仅减少了重金属污染，还节约了资源。

我们知道传统锂电池在生产过程中，会不可避免的产生锂基板杂质，而这些杂质会导致电池性能下降，要是降低电池中锂含量的话，虽然可以减少杂质，但电池的性能也就被削弱了。所以，特斯拉就开发了一种“镍钴铝电极合成”方法，该方法可以确保电池中锂与其他金属的最佳比例，减少杂质的同时，保证了电池的性能。

这种技术就是新一代“单晶”nmc532阴极和一种新的先进电解质组合应用的结果。161万公里的寿命，让其在电动 汽车 领域一骑绝尘，其寿命甚至超过了燃油车，这也让困扰电动 汽车 多年的电池寿命问题，可谓得到了完美的解决。

相信随着其进入市场后，特斯拉用户必然暴涨，现在狼真的来了，国内 汽车 厂商可要好好努力了，不然可就真变成别人的盘中餐了。对此，你有什么看法呢？

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