“工欲善其事,必先利其器”,
如果需要实现系统的目标,就需要一个工具,这个工具就是“管理器”。
热管理器定义
对于人类而言,每天穿的衣服,就是一种热管理器;
冬天穿皮衣,夏季穿单衣,其目的就是保持身体的正常体温。
我们居住的房屋,更是一个热管理器;我们使用了房屋,保证了我们的冬暖夏凉。
今年特斯拉的马斯克,将MODEL Y推向市场的同时,也将热泵摆到了大众面前,由于热泵的带来的“不供暖”、“噪音大”、“故障高”问题,困扰了遇到此问题的车主。因而我们更需要学习一下“热管理”的知识。
为了学习热泵的知识,我们需要首先了解一下基本的概念和定义:
为了实现元素及系统的热管理目标,所采用的器件,称为热管理器。
那么,热管理器常见的有哪些类型呢?
当对一个热管理系统的元素,使用一个器件,该器件可以吸收热量或者可以将热量从系统内部搬运到系统外部,从而使得系统的元素的热能减少,达到元素、系统的温度或热量的目标值,该器件称为散热热管理器,简称散热器。也可以称为减热器、制冷器、制冷空调等。
如在房间安装的制冷空调,实现将热量从室内搬运到室外。
加热器:
当对一个热管理系统的元素,使用一个器件,该器件可以产生热量或者可以将热量从系统外部搬运到系统内部,从而使得系统的热量增加,达到元素、系统的温度或热量的目标值,该器件称为加热热管理器,简称加热器。也可以称为吸热器、暖气、热泵等。
如在房间安装的暖气、电暖气,热泵等,可以增加系统的热能。
特斯拉的使用的“热泵”,就是一种最常见的加热器。
控制器:
在系统内设置的器件,即可以增加系统的热量,也可以减少系统的热量;从而达到元素、系统的目标值时,该器件称为热管理控制器,简称控制器。或者称为热控制器。
如在房间安装的制冷和供暖的空调。
在系统内设置的器件,该器件可以增加或减少热量的增加或减少的速度,但是该器件本身不能为系统或元素提供或减少热量,从而达到元素、系统的目标值时,该器件称为辅助热管理控制器,简称辅助器。
如房间的墙体,人穿的衣服等。
因而,热管理器由散热器、加热器、热控制器及辅助器组成。
人们在冬季穿皮衣,夏季穿单衣,因而衣服是一种热管理器,
但是衣服的作用,在管理上,仅仅达到的是“减少或增加热阻”而已。
衣服无法搬运热能,因而衣服称为辅助器。
事实上,我们居住的房间,安装了空调及暖气后,才真正成为一个典型的热管理系统。
空调将室内的热能传输到室外,从而保持室内的温度,是散热器。
暖气为室内提供热能,从而增加室内的能量,保证室内的温度,是加热器。
由房屋、人、散热器、加热器组成的系统,称为热管理系统。其中散热器、加热器为热管理器。
这样,大家知道了为何在室内安装空调后,可以做到“冬暖夏凉”的吧?
这个结果是如何实现的呢?
众所周知,热量只能自动的从高温传到低温,这就如同水总是从高处向低处流动一样,热也是自发的从高温向低温流动。
如果这样;在夏季当室外环境温度为30度时,我们设定室内的温度为20度的目标温度值,如何实现这样的系统目标呢?
在正常情况下,室外的温度为30度,室内的温度基本上也是30度,但是为了保持室内20度的温度,就需要将室内热量搬运到室外。在不使用热管理器时,使用自然的方式,是无法达到此目标的。
为了实现此目标,就发明了空调。
请看原理图,就知道空调这个热管理器,是如何实现此目标的。
热管理器---加热器、吸热器原理图
为了将室内的热量搬运到室外,在室内设置了一个器件,该器件为室内的换热器,换热器内填充有“搬运工---氟利昂”,当室内的换热器内的氟利昂温度低于20度时,比如氟利昂的温度为10度-16度,由于室内温度高于20度时,室内的高于20度热量将通过换热器交换给氟利昂,氟利昂吸收室内的热量温度升高,然后氟利昂流动到室外,这样将室内的热量就被搬运到了室外。
‘’搬运工---氟利昂"将热量搬运到室外后,通过压缩机消化电能,将氟利昂的温度提高到高于室外的温度,比如通过压缩机将氟利昂的温度压缩到60度,由于氟利昂的60度温度高于室外的30度环境温度,从而60度的氟利昂将热量传输给30度的室外空气,完成了热量从室内“搬运到”室外,并通过室外的换热器,将热量释放到室外的空气中,从而实现了将室内的温度保持在20度的目标温度。
当然此搬运过程中,压缩机需要消耗电力;室内与室外的换热器换热过程,全部依靠高温将自动与低温进行换热的自然规则实现的换热。
通过在以上房间内以及房间外部设置的换热器件,实现了将室内的热量搬运到室外的目的,达到了系统设定的室内温度为20度的目的。
空调系统夏季将室内的热量搬运到室外,就是散热器;冬季相反,将室外的热量,再次搬运到室内,这冬季就是加热器。
热泵就是最常见的“加热器”,特斯拉的汽车上使用的“热泵”技术,就是应用了以上的原理。如果你搞懂了以上的原理,就可以轻松的搞懂特斯拉的“热泵”。
一个空调机组,在夏季可以将热能搬运到室外,在冬季可以将热能从室外搬运到室内,这就是热控制器了。
以上是简单的系统,但是也可以根据热管理系统的结构,进行分类:
分体热管理器:热管理器由加热器和散热器组成,加热器和散热器为两个不同的器件;如电阻丝及铝制散热器;
一体热管理器:热控制器为一个器件,实现对元素的加热或散热;如空调、蓄热材料;
集成热管理器:将多个不同的功能的器件集合成为一个整体器件,类似于集成电路,称为集成热管理器。
当然,热管理器是多样性的,针对不同的系统,就会有不同的热管理器器。
根据管理器的系统划分的管理器类型
1、单元素热管理系统:只有一个元素的热管理系统,称为单元素热管理系统;在此系统中的管理器,称为单元素管理器。
2、多元素热管理系统:由至少两个元素组成的热管理系统,称为多元素热管理系统;在此系统中的管理器,称为多元素管理器。
3、多级热管理系统:对于具有多级或多层次的元素和系统,实现的热管理,称为多级热管理系统。在此系统中的热管理器,称为多元素热管理器。
4、多目标热管理系统:对于具有多目标的元素和系统,实现的热管理,称为多目标的热管理系统。在此系统中的热管理器,称为多目标热管理器。
5、智能热管理系统:在一个系统中,采用了人工智能实现的管理,称为智能热管理系统。在此系统中的热管理器,称为智能热管理器。
这期只能介绍基本的概念和原理,如果希望了解特斯拉的电动汽车的热泵问题,请看下一期的内容。
讨论题目:
1、人穿的衣服,属于散热器、加热器、热控制器、辅助器中的哪种?;
2、电风扇是热管理器吗?
3、电饭煲是热管理器吗?是哪种热管理器?为什么?
答案将在下期公布。
追踪丨特斯拉用户车内盖棉被!专家解析热泵空调为何不制热?文:懂车帝原创 潘梓春
[懂车帝原创 产品]“简直是侮辱人。”
1月29日,汽车博主“ForFun孙小喆”发布微博,称特斯拉Model Y充着充着电,“空调没了”。此后,曾老师夫妇也遭遇了同样的问题。在曾老师联系特斯拉后,对方给出的赔偿方案就是送个脚垫作为“关怀”。
近日,特斯拉Model Y热泵空调无法制热的情况出现得愈发频繁。除了孙小喆和曾老师夫妇之外,网友“桔粑粑”也是受害者:“正常开了五六天了,突然就坏了。开车的时候听到很大的‘砰砰’声,感觉车都崩了。”
要知道,在前段时间特斯拉Model Y的交付中,热泵空调一度被视作新车的最大“彩蛋”,甚至让一波老“韭菜”悔得拍大腿。马斯克也在推特上直言:“Model Y的热泵,是我这段时间见过最好的工程设计之一。”
也正是这项被马斯克捧上天的技术,让孙小喆在车里盖上了棉被。
事实上,电动车上的热泵空调并非什么新鲜发明。在Model Y之前,包括蔚来、荣威等车企均已投入使用。那么,到底是热泵空调技术不成熟,还是特斯拉产品逻辑有问题?
是这届车主不行,还是马斯克他错了?
曾老师夫妇为我们还原了整个故障经过:
1月24日下午,提车。从交付中心回家的路上,曾老师还在车里舒服地吹着热风。
1月26日晚上,开车出去的时候,空调就不制热了。“一直吹冷风。而且驻车的时候才会显示温度控制不可用,开车的时候不会显示。”
1月27日清早,曾老师把车送到维修中心,没有检查出问题。
1月28日,收到微信通知,确认压缩机必须更换。
1月29日,曾老师夫妇接到电话说车修好了。曾老师妻子下班后赶到服务中心,发现并没有车。“听他们说车轱辘话听了一个小时,商量好周一下午六点前给出解决方案。本来下班就很晚,特意跑到那边,又没有地铁,我还没有车。”
2月1日,特斯拉始终没有主动联系,曾老师夫妇至今也没有得到特斯拉方面关于故障问题的任何答复。车辆还在服务中心,显示处于维修状态。
“这都不是电动爹,这就是个爷。”曾老师夫妇的耐心终于降到了零点:“我这辈子目前为止最大的错误,就是买了特斯拉!”
对特斯拉非常不满的,还有“桔粑粑”。2月2日,同样是在驾驶过程中,“桔粑粑”发现空调不制热了。“他们让等维修配件,要等7天。昨天路上车坏了就直接过去了,带着孩子也没敢发火。”
有意思的是,比起曾老师夫妇和“桔粑粑”,“汽车博主”孙小喆的维权过程显得格外顺利。
周六、周日、周一,三天时间,特斯拉就给出检测报告,表示空调压缩机坏了。两天后的2月3日,孙小喆接到取车通知,称空调压缩机换好了,可以取车了。
5天时间,孙小喆的问题基本得到解决。期间1月30日(周六),特斯拉还主动为孙小喆提供一台75D作为代步车,并预约好了次日早上的维修。
孙小喆十分满意特斯拉的响应速度和解决方案,同时对于国内第一批新车出现这个问题表示遗憾:“作为车主,我之前了解到北美第一批Model Y交付时热泵空调就出现过问题,一年过去了,国内第一批居然还这样,这个操作我不能理解。”
相比孙小喆,曾老师夫妇和“桔粑粑”,对于特斯拉的包容度就没有那么高了。
“可能是因为孙小喆在微博里@了特斯拉副总裁陶琳,也可能因为他是汽车博主吧。对于我们这些‘普通人’,特斯拉压根没有提供代步车,反倒是爱答不理,车轱辘话来回说,也不解决问题。”曾老师妻子难掩失望。
而“桔粑粑”的诉求就更简单了:“我就是希望特斯拉能慰问一下,结果啥关怀都没有,还挺冷淡。什么都没问我,只让我回家等件。”
无论是服务态度,还是产品本身,都让曾老师夫妇和“桔粑粑”对特斯拉的热度直线下降。
据曾老师夫妇说,服务他们的特斯拉销售常常diss传统车企服务差,宣称自己是7*24小时服务。“他们这次的处理过程证明根本不是这样,不然怎么会连我问个进度也不搭理。我之前可以说是粉丝,但是我绝对不能包容这样的忽悠和无理。”
车辆刚刚送检时,特斯拉方面认为故障原因是空调压缩机不工作,换了压缩机后仍说需要测试。“我们手机APP上看到已经从维修状态变回正常状态了,但是孙小喆以及其他的热泵空调坏了以后,车子又变回了维修状态。”曾老师猜测,特斯拉恐怕也没有十足的把握,只换压缩机就能解决热泵空调不制热的问题。
也有一部分车主反馈称,热泵问题可以通过特斯拉OTA后排除故障:“加拿大那批Model Y最后就是这样解决的,也说不准是软件标定问题还是硬件故障。”
既然特斯拉方面尚未作出明确的事故原因分析,懂车帝咨询了部分行业专家,希望尽可能为车主找到“病根儿”。
首先,热泵的原理已经在家居市场拥有应用多年的成熟案例,譬如总是打着“节能环保”旗号的空气能热水器。
排除技术本身的问题之后,我们再来看特斯拉的技术路线。有两种可能:
其一,按照公布的专利图来看,特斯拉将12伏的低压PTC集成在了热泵空调里。
特斯拉申请专利图
按照图片内容显示,Model Y配备的低压PTC,会在电池温度达到-10℃的温度区间内,辅助热泵空调进行制热。
PTC,是目前电动车上普遍使用的一种制热技术,加热原理和我们日常用到的电熨斗、卷发棒是一样的,通过给热敏电阻通电加热来提高温度。硬伤就是耗电,进而成了冬天电动车开暖风导致续航缩水的主要罪魁祸首。
上汽乘用车空调系统主管工程师牛凤仙曾给我们提供了一组数据:“相对于PTC制热,热泵空调对续航衰减的提升大概15-20%。”
热泵空调的优势十分明显,但在极寒条件下(通常是-20℃以下),制热效率并不高,因此包括蔚来ES6在内的很多车型都会与PTC混合使用。
而特斯拉又往前走了一步。从Model 3开始,特斯拉借助超高的电机效率,让热泵、电机、PTC合作制热,同时通过软件控制和监测电池与环境温度,让三个完全不同的系统通过不同热量的利用和转移,实现制热效率最大化,达到最高效的平衡。
在特殊的极寒条件下,特斯拉试图运用冷却液的阀门系统,让电池和电机循环系统串联,通过电机堵转加热的方式供热。
这些模式之间的切换,都要根据车辆所在环境变化自动完成,对于软件算法能力提出了极高的要求。
但是,按照特斯拉惯常的套路,为了快速上市、冲量,车辆缺少极限工况测试,软件标定控制的问题很快暴露出来。于是就出现了北美第一批车主遭遇的尴尬局面,但是通过一次OTA基本就能解决干净。
第二种可能,特斯拉取消传统电热丝系统,激进地只靠热泵制热。
根据媒体报道,Model Y的数模实际上完全没有应用PTC技术,而是单纯依靠高性能的电机和压缩机,结合算法控制完成制热。
这也是为什么中国车主车辆送修后,官方第一件事就是提出更换压缩机。
这也解释了为什么早前应用热泵空调的车型都没有问题,偏偏到特斯拉这里漏洞百出。
特斯拉八通阀原理
在传统的热泵系统之外,特斯拉还融合了动力电池系统、驱动系统(包括电机和传统系统)以及PCS功率电子产生的余热,整套系统依靠八通换向阀进行复杂的热量汲取。
一般情况下,汽车热泵只采用四通换向阀,就能将外界足够的热源“搬”到车内了。而特斯拉为了提高热泵空调总体的效率,选择了更复杂的八通阀来整合更多热源。
特斯拉打通了传统的热泵空调、电动车的电池和动力系统,最大限度压榨了不同系统的预热进行融合。软件要根据不同天气情况和车辆自身状况,让系统在由此产生的12种工作模式之间自动匹配,切换自如。
某种程度来说,只有特斯拉这种使用了域控制器的车型,才能完成集成度如此高的打通和融合。这也体现出特斯拉本身在算法层面的超强实力。
但是这一次,特斯拉翻车了。
在故障车主实际驾驶时,系统在完成热交换的过程中,软件把电池和冷却液流速放在了第一优先级,首先满足了电池脉冲的自加热,其次才是电池换向阀。
也就是说,为了优先保障电池安全,特斯拉在电池舒适度与驾驶员舒适度中,选择了前者。
或者说,为了基本的行车安全,特斯拉战略性放弃了低温市场的用户体验。
而无论是以上哪种技术路线,特斯拉都是因为没有进行全面的工况测试,在软件上摔了个大跟头。
技术问题确实需要谨慎调校,但这次最让车主寒心的,还是特斯拉处理问题的方式。
曾老师夫妇和“桔粑粑”纷纷表示,如果买车前了解过Model Y热泵可能出问题,就不会选择第一时间订车了。
他们也反复强调,入手Model Y,是真的“没得选”。“桔粑粑”直言:“如果当初蔚来100度电池的车先降到35万以内,我就会选蔚来。”
曾老师夫妇在购车时,还考虑到了自动驾驶潜力。曾老师表示,家庭用车是准备开十年以上的,从这个时间维度看,他比较看重自动驾驶潜力,相信三五年内大概率就能实现全自动驾驶。而传统车企在这方面普遍不够重视,宝马奥迪的高配又太贵了。
“现在市面上,自动驾驶方面硬件条件够的就没几款。”至于其他品牌,曾老师觉得各有各的硬伤:蔚来长续航的贵,小鹏后排和尾箱实用性有硬伤,比亚迪汉磷酸铁锂电池冬天续航成迷,功能设计各种硬伤,采用低成本悬架等等。
短期内,特斯拉或许能够靠比较出位的产品力圈一波粉。但近期接二连三的“甩锅”行为,也让车主频频脱粉,表示绝不会向亲友推荐特斯拉:“特斯拉的毛病不能忽略,比如品控极差、售后极差。”
曾老师妻子补充道:“希望特斯拉能够正面面对问题,不要总是甩锅。好好认错,好好改,还是大家喜欢的特斯拉。”