炎炎夏日已經(jīng)到來，每到這個季節(jié)，就會感到“命就是空調(diào)給的”，但是電動車車主就開始惆悵，想到開了空調(diào)，電量就刷刷地往下掉，“空調(diào)開還是不開”就成了一個值得思考的問題，今天我們就來聊聊“電動汽車的空調(diào)”。
■ 夏季開空調(diào)到底耗不耗電？
▲這張圖可以形象的表示部分小白對汽車空調(diào)的看法（源自網(wǎng)絡）
對于傳統(tǒng)汽車而言，汽車空調(diào)在制冷時的功率相當于家用空調(diào)的2~3倍，在3000~5000瓦；對小排量（2.0L以下）的汽車而言占發(fā)動機總功率的10%~15%；一般來說百公里油耗在0.7~1.5L左右。而「定頻空調(diào)」與「變頻空調(diào)」的最高油耗差可以達到40%。
▲電動汽車空調(diào)開/關(guān)對比測試（源自“皆電”）
對于電動汽車而言，不少平臺也做過類似的測試，根據(jù)“皆電”的實驗得到結(jié)果是：每30km的實際里程，開空調(diào)會比不開空調(diào)多消耗6~8km的續(xù)航，大概就是多消耗20~26%的里程……
按照這樣的損耗情況來看，原本300公里續(xù)航的電動車，頓時就成了230公里左右了。雖然說這樣的實測通常備受吐槽，但我們至少能得到一個直觀的結(jié)論：夏季開空調(diào)，真的挺耗電！
■ 汽車空調(diào)的制冷原理
當你了解了『空調(diào)耗電大』這一表象后，我們正式進入今天的正文。作為一檔科普專欄，我們探究的是電動汽車表象后的原理。所以，我們從汽車空調(diào)最基本的原理中尋找空調(diào)耗電的原因。
不少人會覺得覺得空調(diào)依靠制造冷風來降溫，其實錯了！空調(diào)制冷的實質(zhì)是將熱量從一端傳遞到另一端！也就是『熱交換』！
▲當空調(diào)制冷時，我們希望金屬管中的狀態(tài)
一段在車廂外部（室外），一段在車廂內(nèi)部（室內(nèi)），也就是我們所說的「冷凝器」（室外）和「蒸發(fā)器」（室內(nèi)），有時兩者被統(tǒng)稱為「換熱器」。
▲ 汽車使用的「制冷劑」就是熱交換的介質(zhì)
但是光有金屬管并不能產(chǎn)生「熱交換」，我們必須在金屬管中加入實現(xiàn)「熱交換」的重要元素——「制冷劑」（又稱「冷媒」或「雪種」）?！钢评鋭乖凇赫舭l(fā)吸熱，液化放熱』的熱力學作用下工作：制冷時，將車內(nèi)熱量吸走，并在車外釋放。制熱的過程則是將車外的熱量轉(zhuǎn)移到車內(nèi)（「熱泵制熱」原理）。
▲有了「制冷劑」，就有了熱傳遞和交換的基礎(chǔ)
『繞成回路的連接在一起的管子』與管子里流淌的「制冷劑」組成了「熱交換」最基本的部件。
▲「壓縮機」是空調(diào)中不可少的部件
不過要實現(xiàn)「熱交換」，有「換熱器」和「制冷劑」是不夠的，「熱交換」是一個動態(tài)的過程，所以，要讓「制冷劑」在「換熱器」中流動和變化，此時我們就需要一個產(chǎn)生動力的部件——「壓縮機」！
▲被壓縮并流動起來的「制冷劑」使得熱交換開始運行
有了「壓縮機」后，「制冷劑」便有了流動性，接下來我們就要讓「制冷劑」發(fā)揮作用了，通過增減管內(nèi)的壓強，改變「制冷劑」的沸點，令其汽化或液化，使得「換熱器」能在車內(nèi)吸熱/放熱，改變區(qū)域溫度。
▲汽車空調(diào)部件及工作原理的『雛形』
利用「膨脹閥」控制「制冷劑」進入「換熱器」的流量和壓力，最終實現(xiàn)高效的制冷/制熱效果。最后，用「風扇」（鼓風機）將「換熱器」上的高溫/低溫吹入車內(nèi)，使得車內(nèi)的乘客切身體會到空調(diào)系統(tǒng)正在做著「熱交換」。
▲傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)主要部件
了解了最基礎(chǔ)的原理，我們正式開始認識「汽車空調(diào)」：傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)由制冷系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、通風和空氣凈化裝置及控制系統(tǒng)組成。
▲傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)原理（膨脹閥式制冷+設備余熱式制暖）
▲傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷基本原理
整個制冷過程，從「壓縮機」吸收來自「蒸發(fā)箱」的氣體「制冷劑」并進行加溫加壓開始，再送到「冷凝器」進行降溫處理，但是壓強還是很高，之后到達「儲液干燥器」進行干燥處理，再到達「膨脹閥」，在這進行降溫降壓處理，最后是送回到「蒸發(fā)箱」，吸收熱量。從而實現(xiàn)『壓縮→冷凝（放熱）→膨脹→蒸發(fā)（吸熱）』的制冷循環(huán)。
▲傳統(tǒng)汽車空調(diào)主要部件及其作用
在整個傳統(tǒng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)中，「壓縮機」無疑是一個能耗巨獸，此前我們提到：「定頻空調(diào)」與「變頻空調(diào)」的最高油耗差可以達到40%。其中的道理，大家可以自行科普，這里就不贅述了。
■ 電動車空調(diào)制冷原理
電動汽車的「制冷系統(tǒng)」與傳統(tǒng)汽車在大思路上沒有質(zhì)的區(qū)別，只是在實現(xiàn)制冷的方式上產(chǎn)生了不同，準確地說，電動汽車的制冷手段更加豐富，我列舉3個目前比較主流的電動汽車制冷方式——「電動壓縮機制冷」、「余熱制冷」和「熱電制冷」。
1.電動壓縮制冷
無論是傳統(tǒng)燃油車還是電動車，均可以采用「電動壓縮機制冷」系統(tǒng)，所以「壓縮機制冷」也是最為常見的電動汽車空調(diào)系統(tǒng)。不過在結(jié)構(gòu)上有一點不同，即「壓縮機」驅(qū)動動力源由發(fā)動機變?yōu)椤蛤?qū)動電機」。
▲傳統(tǒng)汽車空調(diào)（左）與電動汽車空調(diào)（右）對比（電動壓縮制冷式）
電池組的直流電經(jīng)「逆變器」為空調(diào)「壓縮機」驅(qū)動電機供電，從而形成「制冷循環(huán)」，產(chǎn)生制冷效果。其詳細的工作原理在上一段中已經(jīng)詳解，這里我就不展開了。
只是需要提示的是，傳統(tǒng)汽車的空調(diào)「壓縮機」分攤的是發(fā)動機的功率。而電動汽車空調(diào)的「驅(qū)動電機」消耗的就是電池電量，所以耗電總是難免的！
2. 余熱制冷
「余熱制冷」的基本原理是利用設備的余熱來降溫，要點有2點：
1. 「余熱」從哪里來：對電動汽車而言，大功率器件（功率變換、驅(qū)動馬達、馬達控制器等）在工作時會產(chǎn)生熱量；
2. 「余熱」怎么降溫：還是通過不同物質(zhì)或同一物質(zhì)『氣液不平衡』的性質(zhì)來實現(xiàn)制冷循環(huán)，這是我們反復提到的空調(diào)制冷的最基本的降溫邏輯之一。
▲電動汽車吸附式制冷原理（源自網(wǎng)絡）
「余熱制冷」主要被分為吸收式制冷、氫化物制冷和固體吸附式制冷。我們分別來看一下：
▲「余熱制冷」分類及詳解
從表格中『缺點』一欄中，我們大致了解到「余熱制冷」系統(tǒng)的一些短板，所以我們要給「余熱制冷」系統(tǒng)一點優(yōu)化的時間，將其優(yōu)點發(fā)揮出來。
3.熱電制冷
「熱電技術(shù)」的基本構(gòu)成是「N型半導體」和「P型半導體」，原理是通過金屬導流片連接，當電流由N通過P時，電場使N中的電子和P中的空穴反向流動，它們產(chǎn)生的能量來自晶格的熱能，于是在導流片上吸熱，在另一端放熱，產(chǎn)生溫差，如下圖所示：
▲電動汽車熱電原理
「熱電制冷」目前在電動汽車行業(yè)運用的還是比較廣泛，與傳統(tǒng)空調(diào)相比有其自身的特點：
▲電動汽車熱電制冷效率和原理（圖片源自網(wǎng)絡）
◇ 電流方向的改變就可以有制熱/制冷的逆效果；
◇ 工作電流為直流電源；
◇ 熱電元件熱慣性小，若「熱端」有良好的散熱，只需要較短的制冷時間；
◇ 通過調(diào)節(jié)電流就可以調(diào)節(jié)制冷的溫度和速度，并且控制溫度的精度高，可連續(xù)調(diào)節(jié)能量；
◇ 最高制冷的效率能夠達到90%，「制熱系數(shù)」（COP=（吸收的低位熱能+消耗電能）/消耗電能）大于1；
◇ 重量輕、體積小、緊湊的結(jié)構(gòu)，可以減小電動汽車質(zhì)量；
◇ 不需要傳動部件、無摩擦、無振動、抗沖擊、壽命長、可靠性高。
但是現(xiàn)階段「熱電制冷」的總體效率只有傳統(tǒng)「機械式」效率的一半左右，在沒有得到提升的前提下，「熱電制冷」主要應用在對小體積和輕量化需求比較大的設備上。
要使得「熱電空調(diào)」達到傳統(tǒng)空調(diào)的效果，「碲」存量也是一個問題
編輯注：“碲”讀dì，一種非金屬元素，對熱和電傳導不良，加入金屬或合金中，可以改變性能。
此外，制造「熱電元件」所需的『碲、鉍、硒、銻』四種元素，其中『硒、鉍、銻』的儲存量較大，而「碲」存量有限（主要通過從煉銅的廢料中提?。?，這使得「碲」的產(chǎn)量限制了「熱電設備」在電動汽車上（特別是大型電動車）的廣泛運用。
■ 總結(jié)
以上則是一些關(guān)于電動汽車空調(diào)的基本原理，幾乎覆蓋了目前所有主流車型，至于具體到每個車型用的什么空調(diào)，我會在此后的文章酌情詳解，最后歸納一下本文的要點：
1. 電動車空調(diào)制冷的確挺費電的；
2. 主流的電動車空調(diào)與傳統(tǒng)燃油車結(jié)構(gòu)相似，「壓縮機」（驅(qū)動電機）是主要的耗電源；
3. 「余熱制冷」和「熱電制冷」很有發(fā)展前途，只是我們還需要等一等，等技術(shù)完善后，必然能優(yōu)化電動汽車空調(diào)耗電的問題；
4. 原理大家現(xiàn)在基本都了解了，不過夏天開車不開空調(diào)？！不太可能吧。
