PTT推薦

[分享] 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

看板car標題[分享] 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?作者
Scape
(缺鈣缺很大)
時間推噓19 推:20 噓:1 →:21

╭───────────────────╮
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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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
圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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
圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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
圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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
圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?
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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

--

※ PTT留言評論
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 36.224.221.213 (臺灣)
PTT 網址

ksdt03/19 23:18姿勢?attitude 嗎?

hanchueh03/19 23:25standpoint 吧

bightb5691303/19 23:36感覺有點複雜阿0.0

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?
https://i.imgur.com/i3Kwt6l.jpg

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?

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

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?
https://i.imgur.com/aUivxJw.jpg

圖 如何以特斯拉的姿勢解決冬季續航問題?
※ 編輯: Scape (36.224.221.213 臺灣), 03/19/2020 23:54:29

techih03/20 00:35你還真認真

kids199103/20 01:01感覺專業

kyo69903/20 01:37寫太多 特黑的智商無法

忘了貼來源,補一下在最前面。

※ 編輯: Scape (36.224.221.213 臺灣), 03/20/2020 03:20:51

xru0303/20 03:21

as663320803/20 04:07雖然不明白,但覺得很厲害

polouucc03/20 04:08能源利用效率感覺有提升了一個檔次

wisdom03/20 07:23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

wisdom03/20 07:23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

wisdom03/20 07:23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

wisdom03/20 07:23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

wisdom03/20 07:23熱泵的定義很簡單,就是熱幫浦,泵就是幫浦,用來將熱量從

wisdom03/20 07:23A處泵送到B處,就叫熱泵,熱泵不必有很高的能效,而是一般

wisdom03/20 07:24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

wisdom03/20 07:24需求上。冷氣是一種熱泵的應用(只取冷),冰箱也是(取冷

wisdom03/20 07:24),冷暖空調(取冷/熱可切換)。熱泵是總稱,只要可以搬移

wisdom03/20 07:24熱能的設備都叫熱泵。Model Y看起來是透過加入熱泵到原本

wisdom03/20 07:24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

wisdom03/20 07:24不會太大,畢竟最耗暖氣的是動不動就零下的高緯度國家。

retu7703/20 09:10均溫低於20能耗就掉的明顯了,對台灣市場還是很有幫助。

e04bank03/20 09:52幸好台灣不會太冷

suntex0103/20 10:41我是還蠻好奇這個superbottle能撐幾年...

atten03/20 11:12有點猛,想盡辦法把廢熱降到最低

cola001003/20 11:56特斯拉這麼認真是要其他車廠怎麼混

pepe556603/20 14:31姿勢?

maniaque03/20 15:11台灣用法應該是 角度( 或 出發點) 吧

hanchueh03/20 15:43台灣用法直接講 特斯拉如何解決冬季續航問題

DYE03/20 16:34這個中國用語 用在這裡有 "獨特的方式" 的意思

hanchueh03/20 18:02所以改成 特斯拉如何用獨門技術解決冬季續航問題

milkBK03/20 20:32感覺就像汽車的渦輪一樣

nafiwburman03/21 01:52為什麼我剛剛看成阿斯拉....

yuinghoooo03/21 09:32簡單來說空調升級為冷暖,根據不同的條件搭配,創造

yuinghoooo03/21 09:32更高的效率,本來我就覺得馬達能順便加熱算是很具巧

yuinghoooo03/21 09:32思了,但是工程師大概不滿足於此。

yuinghoooo03/21 09:38https://youtu.be/cIXC-rDvj_Y

yuinghoooo03/21 09:40看起來廢熱都會被重新利用送到需要的地方,所以整體

yuinghoooo03/21 09:40制熱電耗就很低

yuinghoooo03/21 09:43高速工況以電池和電機取熱,市區改用電子設備和空調

yuinghoooo03/21 09:43取熱的動態搭配

yuinghoooo03/21 09:44基本上用不到主動式加熱