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如何以特斯拉的姿势解决冬季续航问题？
不是郑小康 03-19 21:27 投诉阅读数：91799
文 | Chris
3月14日，特斯拉在官网上线了Model Y用户手册。相比Model 3，Model Y一个
小小的更新是引入了热泵空调。在特斯拉之前，热泵空调在纯电动汽车行业已
经有着广泛的应用。一个平平无奇的热泵空调，特斯拉能玩儿出什么花样？
https://i.imgur.com/FWEI7RD.jpg
一个科普：什么是热泵？热泵是一种以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高
温物体的高效节能装置。在冬季工况下，热泵的能源效率比广泛应用的PTC热敏
电阻加热高2-4倍，反应到整车上可以使续航里程增加20%以上。
我们首先要回答一个问题：如何以特斯拉的姿势解决冬季续航问题？借由这个
问题的答案，如果你可以有所启发、想到更多，那再好不过。Enjoy it.
Model 3 是如何解决热管理问题的？
在气温低于零下10℃的冬季，纯电动车的动力电池除了驱动电机，还要为全车
的热能需求提供能量。如果不对能量加以高效利用，纯电动车续航衰减最高可
以达到50%。
对于这个问题，普通厂商选择放弃：配备PTC 热敏电阻保证电动车冬季基本的
制热需求，至于续航衰减问题，战略性放弃。
有些追求的厂商选择优化：配备热泵空调，在保证制热的同时提升能源效率，
降低制热对续航衰减的影响。
你要知道的是，一辆电动车，它的不同组件在不同工况下会出现完全不同的热
需求。
夏天开车，驾驶舱有制冷需求；
夏天去超级充电桩充电，驾驶舱有制冷需求同时电池组有制热需求（更高的电
池组温度有利于更快达到最大功率，缩短充电时间）；
夏天赶时间，高速驾驶去超级充电桩充电，驾驶舱有制冷需求，电池组有制热
需求同时电机有制冷需求
......
所以一款合格的电动车，在热管理系统上至少要有空调制冷系统、采暖系统、
电机冷却系统和电池组热管理系统。通过相互独立的子系统将前面提到的复杂
需求逐一拆分，最终解决整车的热管理问题。
https://i.imgur.com/ECSunxC.jpg
Model 3是如何解决这个问题的？特斯拉没有采用市面上通用的热管理组件。通
过对整个热管理系统进行重新设计，特斯拉制造了一个热管理系统的“大脑”
来统筹整个热管理系统的运转。
https://i.imgur.com/b1PSx70.jpg
特斯拉工程师给这个“大脑”取了一个名字，叫Superbottle。Superbottle是
一个六向控制阀，通过电控调节液路的流向，Superbottle实现了对相互独立的
子系统的统一管理。
https://i.imgur.com/1okwGRw.jpg
在冷却模式下，Model 3 的电池组热管理系统和电机冷却系统相互独立：
https://i.imgur.com/i3Kwt6l.jpg
电池组冷却液从冷却装置流出，冷却整个电池组后经过Superbottle 的管路流
回冷却装置；
电机冷却液从冷却装置经过Superbottle 流入电机总成，流出后回到冷却装置
在加热模式下， Superbottle 将电池组液路和电机液路串联起来：
https://i.imgur.com/oxEx7QV.jpg
电池组冷却液经过Superbottle 流入电机总成，流出后经过冷却装置（此时不
工作）回到电池组。
也就是说，在加热模式下，特斯拉通过利用电机产生的废热来为电池组加热，
就像燃油车收集发动机废热给驾驶舱供热一样。
但是这里会出现一个问题：内燃机驱动效率最高不超过45%，而Model 3 的电机
驱动效率超过了93%。换句话说，电机废热根本不足以满足整车的加热需求。
https://i.imgur.com/80imQPD.jpg
特斯拉选择将电机堵转发热，最高可达7kW 的功率完全满足了加热需求。这个
时候，电机扮演的角色变成了热管理加热装置。
通过一个六向控制阀电控调节液路的流向，特斯拉Model 3 第一次把全车的热
管理子系统统一管理起来。
一个不恰当的比喻，传统的纯电动车相互独立的热管理系统就像北方冬季的分
户式采暖系统，每家每户都有独立的采暖系统，能耗高、成本高、污染大；而
Model 3的Superbottle就像集中供暖，一次性投资大、使用成本低、能源效率
高。
从整车角度来看，Superbottle 的优势不止于此。曾经对逆向工程了两台Model 3
的Sandy Munro 对Superbottle 做出了如下评价：
提升了集成度，降低包装空间的需求
增加了可维修性的潜力
潜在的热管理系统重量（独立安装支架、外壳等）下降
降低组装成本（n 个组件简化为1 个组件）
降低制造时间和成本（n 个组件简化为1 个组件）
当然弊端也显而易见，由于不是供应链的标准化组件，Superbottle 的研发和
模具成本更高。
Superbottle + 热泵= Model Y 热管理？
接着往下说，既然Superbottle 因为非标准化组件成本偏高，那么将其应用到
Model Y、Model S/X 上快速上量，通过规模化来降低成本是不是一个合理的思
路？
https://i.imgur.com/nNfUg03.jpg
再加上文章开头提到，Model Y 增加了热泵，所以Superbottle + 热泵= Model Y
热管理系统，对吗?
从特斯拉申请的专利“具有极端温度加热能力和热效率预处理的最佳能源电动
汽车热泵”来看，特斯拉工程师没有止步于“添加热泵”，而是将热泵作为新
的能源供给组件纳入到Superbottle中，Superbottle由此升级为一个自带八向
控制阀的热管理“大脑”。
https://i.imgur.com/aUivxJw.jpg
硬件的进阶只是第一步，根据专利所述，光是非活动模式下，Model Y 上的
Superbottle 就支持1 种冷却模式和4 种加热模式。
https://i.imgur.com/USLKtSW.jpg
除了收集电机废热二次利用，Model Y 的Superbottle 还会收集电池组废热，
加上热泵的外部环境产热，整个系统热管理的供给和消耗都通过集中控制而变
得空前复杂。
通过监测外部环境温度、电机系统温度、电池组温度和座舱温度、综合电机、
电池组和热泵、压缩机等所有热源供给在不同工况下（例如热泵在零下30℃的
极限工况能源效率最低）的最佳效率，最终输出综合结果来提升整车的热体验。
继续前文的不恰当比喻的话，相比Model 3，Model Y上的Superbottle就好像从
“集中供暖”进阶到了“集中供热”：将电厂（热电联产）、集中锅炉房、工
业废热、太阳能等热源供给与城市厂区生产用热、居民区生活用热和采暖等热
源消耗统筹规划起来。
从Superbottle 所想到的
回到Model Y，完全一致的电池组规格/轮毂尺寸、更重的车身、更大的撞风面
积，Model Y 反而比Model 3 的EPA 工况续航多了27 公里。这是进阶版Superbottle
的功劳吗？
https://i.imgur.com/cgOfQpk.jpg
Superbottle是Model 3/Y上的高度集成综合管理、干掉分布式独立组件思路的
一个缩影。如果你了解Model 3的话，它“三权分立，一统全车”的电子电气架
构；Autopilot感知前融合、干掉传统的“感知芯片”的思路，与Superbottle
是如出一辙的。
回到热管理，传统车企阵营的热管理统筹思维发展到了什么水平？2019年的上
海车展上，博世展出了一个热管理控制系统，会针对电机、电池组、电控和座
舱的制热/冷需求进行综合管理。不过从展出的产品来看，在硬件层面，博世还
没推出一个类Superbottle一样的组件。而我们更好奇的是：从车展亮相到进入
车企整车项目装车，需要多长时间？
https://i.imgur.com/Y3UXIPN.jpg
值得一提的是，完整体现 Model Y上的Superbottle的这份专利，申请于2018
年9月7日。彼时Model 3已经投产一年有余，也就是说，特斯拉团队已经形成了
可持续的大破大立式创新的研发节奏。就在3月14日，Model Y开始了批量交付。
这就是理想汽车CEO李想所说的“传统厂商绝不是在缩短这个差距，而是被加速
拉大”。
这种现像是怎样造成的？是不是特斯拉的热管理人才素养高于博世、大陆、BBA
这样的传统巨头？
答案是显而易见的。Superbottle的专利一作是特斯拉的热管理系统高级主任工
程师Nick Mancini，在加入特斯拉前，他在苹果担任热设计工程师。他经手的
第一个项目是特斯拉Model 3。也就是说，在Superbottle之前，他对纯电动汽
车热管理系统的设计经验为零。
https://i.imgur.com/sskwSfz.jpg
iPhone 的热管理？
在特斯拉的项目开发中，特斯拉CEO Elon Musk极度关注创新的重要性，反复鼓
励引导工程师从事物的本质出发来思考问题，抛开产业现状和已有趋势的限制，
以第一性原理的思维方式来解决问题。如果你关注特斯拉的人才团队，跨界任
职比比皆是。
最终的结果是，一大群对汽车电驱动、自动驾驶、电子电气架构经验为零的工
程师，在加入特斯拉后迸发出了旺盛的创意和超强的执行力。
人才是高速流动的，特斯拉的使命、价值观、文化氛围才是核心竞争力。
-END-
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Tesla Model 3 上的热管理原本就十分复杂，虽然一个小小的Superbottle 看似
简单，但要搞懂它如何运作的需要花一点时间甚至自己画一下图才能清楚。
现在Model Y 又加入了热泵，实际的运作方式还不确定要等拆完车后看了报告才
知道，不过复杂度应该是只会比Model 3 多不会少。
这篇文章还提供了一个有趣的讯息，原来文中提到的跟Superbottle 有关的那项
专利有部分是由前Apple 工程师搞出来的，以前看到这份专利前还不晓得这件事
情直到现在才知道。
找厉害的人来做事，就算没有汽车行业经验也可以做出厉害的事情或产品，这
个就是一个例子，要是只拘泥于找行业内的顶尖人才来做事，应该是很难超越
行业内的顶尖公司。
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专利页面：http://bit.ly/3bceZzI