提到热泵空调，无论我们是从传统的合资品牌电动车入手，还是新势力的产品。这项技术都在在近两年上市的全新纯电动车型中出现了大规模配置的情况。甚至某种意义上，也正如题主所说的，在20万元以上的市场基本实现了标配。回顾各大主机厂在电动汽车热管理上做出的努力，从热泵空调技术从技术发展路径上来看，是技术端进一步解决里程焦虑问题所出现的必然的趋势。
「里程焦虑」问题的主要矛盾和次要矛盾在整个电动汽车行业的发展的过程，对于「里程焦虑」的解决上，可以分成两个阶段。在不同阶段也面临着不同的问题。
- 在从纯电动汽车开始普及到2020年以前，市面上的的纯电动汽车产品主要解决的是「里程焦虑」的主要矛盾。即全场景下的基础续航不足的问题。基础续航不足的问题实际上主要牵涉两方面。首先是电池包的能量密度不足，其次是动力电池的成本。这两项主要的问题导致纯电动汽车在诞生初期，大量的产品其基础续航只能做到300-400公里。这样的续航，即便是在理想的环境状况下，都是很难满足用户的全场景使用需求的。在这个过程当中，经历了电池包结构设计的逐步优化、电池技术路线的迁移（由主流的磷酸铁锂电池切换到三元锂电池，以获得更高的能量密度）以及动力电池的成本下降。最后在2020年前后，将主流的纯电汽车的续航里程提升到600公里上下，实现了基础续航和燃油汽车产品的基本持平从而解决了这一问题。
动力电池价格趋势 来源：bloomberg
- 在解决了里程焦虑的主要矛盾之后，就需要逐个解决纯电动汽车产品在部分场景的「里程焦虑」问题，这就是次要矛盾。在这些场景化的不足当中，冬季续航的下降就是最突出的那个。动力电池其实和人一样，天冷了就不想动弹，受限于电池的化学特性，冬天温度低，电池活性降低，就使得实际可用的能量下降。虽然可用能量的下降是可逆过程，当温度回升后，电池的可用能量自然也就回升了，但在回升电池温度的过程中，也消耗了大量的能量。同时，在低温场景下，产生了巨大的驾驶员仓供热需求。相比内燃机汽车相比，由于电动汽车并没有足够能量的热源可以供乘员使用，因此在冬天制热空调也消耗了大量能量。这两项能量的损耗使得电动汽车在冬季的电耗明显高于夏天，从而带来里程焦虑问题。而热泵空调就是在整车热管理层面面对冬季续航的问题的解决方案。
电池充放电过程金属元素迁移示意图
PTC与热泵空调虽然燃油车也在冬天面临行驶能耗增加的问题，但电动汽车却更加敏感。这是因为燃油车在冬天给乘员舱的加热，实际上废物利用。在燃油车的工作过程中，有60%-70%的能量以热量的形式被浪费掉了，当动力系统迅速升温至最佳工作温度区间后后，就会有大量的无用热量可以供给给乘员舱。而电动车仅有10%左右的能源会被转化为热能。相比较燃油的车的60%-70%，这10%已经很少了，而如果不使用热泵空调的话，就连这珍贵的10%都没法利用上。在没有热泵空调的情况下，在解决方法是通过PTC加热。
所谓PTC就是Positive Temperature Coefficient ，其实原理很简单，就是电流产生热。PTC 加热器使用正温度系数材料，常用的是直接加热冷却液的方式。正温度系数材料的电阻随着响应温度升高而升高，从而限制电流。
但即便如此，空调中制冷(热)循环中产生的制冷(热)量与制冷(热)所耗电功率之比称之为制热能效比COP的最大值不超过1，也就是说1KW电量最多可产生1KW热量。
热泵空调打破的是用能量产生热量的固有思维，而让能量做热量的「搬运工」，利用热力学定律把外界的低温热量搬运到到相对高温的乘客舱里。因为热泵空调则利用了蒸发吸热，液化放热的热力学原理，利用低沸点的制冷剂将环境中的热量带入到乘客舱中，乘客舱得到的热量为消耗的电能与吸收的低位热能之和，因此其制热系数COP（（吸收的低位热能 消耗电能）/消耗电能）一定大于1。热泵的效率通常可以达到200-400%，这就大大的提高了能量转化效率。
热泵空调两次热量搬运示意图
热泵空调的递进虽然同为热泵空调，但是针对不同的产品和市场定位，热泵空调的解决方式也会有所不同。对于更加看重系统成本的产品来说，单一空气源热泵是最为初步的解决方案。空气源热泵实际上就是通过冷媒从空气中吸收的热量的热交换方式进行加热。像一些非豪华品牌使用的就是空气源热泵，外界温度过低的话，冷媒蒸发温度与环境温差过小，吸收的热量比较少。因此低温环境下，热泵效率要小很多。这使得空气源热泵的系统工作窗口通常大于－10℃，在这个温度下仍然需要使用PTC加热。但即便如此，我们能看到在使用热泵的情况下，制热功率大幅下降。
在单一空气源热泵的基础上。就是集成式热系统，这也正是LYRIQ和其他一些产品上所使用的的热泵空调系统。集成式热系统的特点是将空调系统与电池总成和电机总成打通，统筹管理整车上的热量。这样在冬季寒冷的温度下，就能够充分利用自然能（空气）、电机和电池的预热进行制热，在提高效率的同时，降低了成本。也避免了系统结霜的风险。
八通阀设计
在集成式的热系统当中，系统在不同环境下的控制策略、以及硬件上的热管理系统通路是提升体验的关键。有一种集成式热系统，就是在冷却液之家背面使用了一个叫做八通阀的器件通过控制步进电机的动作，通过调节阀门的位置，使得冷却液在不同的系统中流动，加热或者冷却系统。
八通阀三维结构
LYRIQ所使用的BEV3集成式热系统同样通过系统集成设计将乘员舱系统、电池系统热管理系统、电机热管理系统、电控热管理系统实现统筹。 bevHEAT的加热模式，则在电机电池有余热和无余热的两种情况下对于乘员舱进行不同的加热策略，进一步提升热量利用效率：
- 在电机电池有余热时：系统搬运电池和电机的热量，加热乘客舱。同时，系统将充电桩电能转化热能储存在系统电池和水路中，可以支持1-2小时的短途出行乘客舱加热所需。
- 在电机电池无余热时，系统通过水路吸收外界热量，系统搬运水路热量，加热乘员舱。
LYRIQ电池系统
对于纯电动汽车车型的里程焦虑的优化，已经开始过渡到逐个场景的优化阶段。对于很多主机厂来说，在热管理方面，需要考虑更多的资源的整合。在整个纯电动汽车热管理系统当中，乘员舱空调系统只是其中一部分，集成式的热系统实现的是乘员舱空调系统和电机电控热管理系统与电池热管理系统的热量统筹管理，从而提高整车的热量利用效率，降低电耗，提高续航里程。而后续的开发思路，则会朝着系统集成度更高、系统开发程度更低、系统多场景下舒适性进一步提升的方向发展。
相比单一空气源热泵的解决方案，LYRIQ的热泵空调也基于BEV3集成式热系统实现了乘员舱空调系统和整个热管理系统的融合，从场景功能的角度已经可以实现与Model Y的热系统相同的功用。在这样的情况下，我们也非常期待后续体验到LYRIQ实车的集成式热系统的效果。想必不久之后就能够体验的到了。
,
