近年来电动汽车已经被大家越来越认可，而电动汽车的续航里程则是车主最关心的，特斯拉在2020年新上市的Model Y车型应用了热泵空调系统用于乘员舱及电池系统进行加热，这对于在冬季增加电动汽车续航里程会有较大的帮助。通过一个星期对Model Y热泵空调系统专利的解读，将自己的思考与理解与大家分享下，希望对感兴趣的铭友有所帮助。（ Model Y热泵空调系统专利已经上传到知识星球【铭思奇谈】中）
一，先来说说特斯拉上市的几款车型的加热方式
从上图中可以看出Model S/X/3这三款车型乘员舱是用空气PTC来进行加热，Model S/X电池系统用水加热PTC进行加热，而Model 3则利用电机堵转加热的方式。在冬季时乘员舱及电池需要加热，这就会消耗电池的电量，缩短电动汽车的续航里程。
Model Y 则采用了热泵空调系统来为乘员舱及电池系统进行加热，当在极寒的条件下可以通过空气PTC来进行辅助加热或者通过电机堵转方式对电池机型加热。应用了热泵空调系统，对续航里程到底能有多少贡献，待拿到实车试验后再和大家分享。从Model Y的用户手册也可以看出应用了热泵空调系统，如下图所示：
图片来源于Model Y用户手册
二，ModelY整车热管理系统架构
Model Y整车热管理系统，主要包含了：整车热泵系统，电池冷却液循环系统，冷却液阀系统，电机冷却液循环系统，空气系统及电控系统等。后面图中的编号都与专利中对应，便于大家参考对照。
三，ModelY整车热泵空调系统原理框图
从专利中可以看出Model Y整车热泵空调原理框图是经历了一个进化的过程，最后选用了如下的终版方案。基础方案及过度方案大家感兴趣可以自行查看专利。
从Model Y机舱的照片中可以看到电动压缩机，液冷冷凝器，AC-Chiller，膨胀水壶，HVAC总成进风口，冷却模块等。虽暂时没有看到实车，但从图片中可以确认Model Y最终采用的热泵系统方案。
图片来源于EV好图
四，ModelY整车热泵空调系统控制框图
Model Y热泵空调系统控制框图分为行驶状态及远程控制状态，下面分别进行说明。
1，行驶状态的控制框图
行驶状态时，控制框图中主要分为乘员舱舒适性模块，行程模块，电池性能模块，车辆热泵状态模块等。车辆热泵状态模块3216接收舒适性模块3202发出的需求3206，行程模块3208的输出参数3218，电池性能模块3212的输出加热及冷却需求3219，制冷循环的限制及循环能力/效率的参数3220；热泵状态模块3216评估车辆当前状态，需求，限值，能力及效率等来优先选择合适的热泵工作模式。
这里简单对控制逻辑简单进行了说明，如果对控制感兴趣的铭友想要深入了解如：每个模块的输入输出，各模块之间关系，执行器是如何控制，热泵模式是如何选择等，请到知识星球【铭思奇谈】中进行查看并一起交流讨论。
2，远程控制状态的控制框图
远程控制状态时的逻辑框图是在行驶状态框图基础上增加了远程控制模块3302及能量成本偏好模块3306，其中远程控制模块3302接受3304模块的信息，3304模块中提供了下一行程可能发生的时间，提供关键目标，如：“预计即将开始充电”，“电机和客舱的热量，值得尝试回收这种能量”，3302远程控制模块将输出提供给3308模块；而能量成本偏好模块3306用户可以选定远程控制的模式优先级条件等。
由于没有看到实车，目前的对控制的理解主要还是基于对专利及Model X/3的了解进行的思考。对于专利中逻辑框图理解不深的就保留原来的英文，供大家参考。
五，ModelY整车热泵空调系统不同模式的介绍
1，Model Y热泵空调系统模式选择
Model Y热泵空调系统模式的选择与很多因素有关，核心是在满足乘员舱乘客舒适性需求的前提下，来采用COP较高的模式运行，减少能源消耗，提高续航里程。下图是根据环境温度及电池温度不同的场景，选择不同模式，其COP也不同。
2，Model Y整车热管理系统八通阀系统
ModelY应用了集成式的八通阀，不同使用场景通过控制阀系统208来实现不同的冷却液循环回路，便于能量回收利用，提高效率；
场景一：当通过预处理或其他工况电池系统106的温度高于循环中其他部件（DCDC，电机控制器，电机等）温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统206并联，这对于提高效率有所帮助。如下图①和②。
场景二：当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统串联，这对于提高效率有所帮助。如下图⑤和⑥。
场景三：乘员舱与电池同时有制热请求时，并且电池急需加热以满足快速充电或动力需求时，可以通过控制阀系统208，使电池循环系统204与电机循环系统206串联，通过电机堵转加热的方式给电池快速加热；而热泵系统202通过AC-Chiller吸收水箱散热器中的热量（水箱散热器从环境空气中吸收热量），如下图③和④。
3，热泵空调系统各模式运行框图及应用场景介绍
3.1MODE 1—FIG 10
乘员舱有制热请求时场景一：热泵系统202通过AC-Chiller从电池系统204吸取热量。给乘员舱进行加热，此时COP>>1；
当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统206通过阀系统208来实现串联，这对于提高效率有所帮助。
3.2MODE 1—FIG 11：
乘员舱有制热请求时场景二：热泵系统202通过吸收环境空气中的热量，同时不对电池循环系统204造成不利的影响。给乘员舱进行加热，此时COP>>1；
a，热泵系统202通过AC-Chiller吸收循环中冷却液的热量，从而循环中冷却液温度不断降低，冷却液流过散热器236时吸收环境空气的热量。
b，通过控制阀系统208实现两个独立的循环：一个循环是：AC-Chiller与散热器串联；另一个循环是：电池循环系统202与电机循环系统206串联，当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，这时电池系统可以自然利用电机等部件产生的热量来进行预热，这有利于提高效率；
3.3 MODE 2—FIG 13：
乘员舱有制热请求时场景三：通过热泵和APTC同时给乘员舱进行加热。热泵加热时COP>1，APTC加热COP=1，此时为混合加热模式， COP＞1；
a，乘员舱的热源来自热泵系统和APTC，这种MODE2较MODE1可以为乘员舱提供更多热量，适用于：场景①电池系统循环回路204温度太低，无法满足乘员舱舒适加热需求；场景②电池系统106通过电池循环系统204吸取更少的热量而更快地加热乘员舱；场景③：当乘员舱有分区需求时，这种模式就有必要的，通过12VAPTC232可以提供左右分区需要的热量。
b，当电机循环系统中部件温度（ DCDC，电机控制器，电机等）高于电池系统106的温度时，此时电池循环系统204和电机循环系统206通过阀系统208来实现串联，这对于提高效率有所帮助。
c，MODE11-FIG26A描述的原理框图与F13一样，此模式可以支持除霜操作，以消除乘员舱蒸发器218上的结霜。蒸发器表面可以允许部分结霜，但不能明显影响空气流通。压缩机和鼓风机处于低效率状态，以便产生尽可能多的热量并减少化霜的时间。
3.4MODE 2—FIG 14：
乘员舱有制热请求时场景四：通过热泵202从电池循环系统204吸热和同时通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量给乘员舱进行加热。为混合加热模式，COP>1；
3.5MODE 3—FIG 15：
乘员舱有制热请求时场景五：通过热泵202从电池循环系统204吸热，通过12VAPTC加热乘员舱，通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量给乘员舱进行加热。为混合加热模式，COP>1；
3.6MODE 4—FIG 16：
乘员舱有制热请求时场景六：目的是在极端条件下为乘员舱进行加热，在不与电池循环系统204换热的情况下提供COP=1的功率。
1，电池系统循环系统的冷却液温度较低，通过AC-Chiller吸热是不可行的，只是通过压缩机做功来快速给乘员舱加热，此时COP=1;
2，保持最佳的内外循环比例和最低的舒适性需求；如果全部内循环，容易乘客憋闷及起雾的风险。
3.7MODE 5—FIG 17：
乘员舱和电池同时有制热请求时场景一：目的是在极端条件下为乘员舱进行加热，在不与电池循环系统204换热的情况下提供COP=1的功率。
1，有多余的加热功率可用（循环状态满足防止起雾及换气功能，乘员舱舒适性可以满足的前提），这种场景可以通过液冷冷凝器来给电池系统106进行加热，主要是为了充电效率或提高电池放电电流等。
2，三通阀230来控制冷媒分配流量，优先保证乘员舱舒适性，多余的热量提供给液冷冷凝器来加热电池。冷暖循环风门位置及压缩机决定了总的消耗功率；
3.8MODE 6—FIG 22：
仅电池有制热请求时场景一：目的是压缩机机作为加热器快速加热电池。应用场景：当车速优先或者在较冷的环境中充电时，这个模式会比较有用。
3.9MODE 7和8—FIG 23：
这种模式应用在远程状态，一般应用在行驶前或行驶后的场景。此模式的目的是，通过乘员舱蒸发器吸收环境空气的热量来加热电池系统106；关于此模式的思考在知识星球【铭思奇谈】中详细的说明。
3.10MODE9—FIG 24：
这种模式能够有效通过散热器吸收空气中热量来加热乘员舱。
3.11MODE 1-冷却模式—FIG 27/28：
电池制冷模式；应用场景：如环境温度43℃左右，电池有强制冷需求；
3.12 MODE 2-冷却模式—FIG 29：乘员舱制冷模式；
3.13MODE 3-冷却模式—FIG 30：乘员舱及电池系统同时制冷模式；
