繼大眾ID.4 X亮相上海車展之後，以補貼後19.99萬到27.29萬的終端價格上市銷售在汽車圈引起了廣泛關注。其中ID.4 X採用的二氧化碳製冷劑和熱泵熱管理系統引來了很多關注。那麼今天一起隨小星來了解一下大眾純電動汽車的熱泵熱管理系統，以及它是怎麼在全新ID.4 X上迭代升級的吧。
↑傳統汽車空調系統示意圖
傳統汽車空調系統中可以發現製冷劑主要呈現四個狀態：高壓氣態、高壓液態、低壓液態、低壓氣態。而連線這四個狀態的四個關鍵部件分別是壓縮機Compressor、冷凝器Condenser、膨脹閥Expansion Valve、蒸發器Evaporator。壓縮機將管路里的製冷劑進行壓縮，製冷劑在發動機艙前部的冷凝器中從氣態凝結成液態，這個過程就會釋放熱量，而經過膨脹閥之後，液態的製冷劑壓力忽然降低，最終在車廂內蒸發器中汽化，就會吸收大量的熱。從而達到車廂內的製冷效果。這裡提到的管路中的製冷劑，又稱冷媒，具有易氣化和液化方便傳輸熱量的特性。最早廣泛使用的製冷劑就是氟利昂，後來由於氟利昂對臭氧層的破壞而在汽車空調應用中逐漸被牌號為R134A的四氟乙烷所取代。最近由於對環境保護的進一步重視，製冷劑又逐漸向二氧化碳製冷劑發展。
↑熱泵熱管理的工作原理
要引入熱泵系統其最主要的動因就是純電動汽車或者支援純電行駛的插電式混動汽車不能再繼續使用發動機作為穩定的熱源用於制熱。因此在引入熱泵系統之前，電動汽車的空調系統制熱功能主要由電加熱器，又稱電阻PTC（PositiveTemperature Coefficient）加熱器完成。而要知道直接用電加熱得到的熱量會大大降低電池的電量和行駛里程。根據統計，當冬季行駛開啟基於電加熱的空調製熱功能時，幾乎一半的電量都用於制熱。而僅剩一半的電量用於行駛。而使用熱泵系統制熱則行駛里程大幅提升。
↑熱泵熱管理系統制冷模式
其實熱泵熱管理系統中，雖然透過多個泵Pumps和閥Valves控制，並沒有一種部件稱為熱泵HeatPump。其被稱之為熱泵，因為熱泵系統具有類似水泵將水從低處搬運到高處的特性，整個熱泵系統可以把熱量從溫度低的地方搬用到溫度高的地方。例如在夏季，熱泵系統並不是把車外的低溫送進來，相反的是把車內的熱量搬向車外。從而達到製冷效果。
↑熱泵熱管理系統制熱模式
相應的，在冬季制熱時，熱泵系統把車外的熱量送到車內。那可能大家又要問了，車外零下幾十度的話也有熱量可以輸送進來嗎？前面說過了，即使是零下幾十度的溫度下還是存在熱量的。有熱量就可以被搬運。
↑大眾熱泵熱管理系統組成
那麼熱泵系統到底要怎樣才能被應用到汽車空調系統中呢？
首先熱量從環境中被吸取進熱泵系統，其次熱量被壓縮並被加熱，然後熱量被用來加熱車廂內的冷空氣並使其升溫，加熱後的空氣被送入車廂內，減壓後的熱量被轉化成低溫熱量排出車外。熱泵系統需要兼顧制熱和製冷兩種工況。當截止閥SV1和SV4截止，SV5導通時，系統工作在制熱模式下，製冷模式下的車內蒸發器在制熱模式下用作冷凝器與熱冷凝器一起為座艙提供熱量。在制熱模式下，熱泵熱管理系統還能夠透過熱交換器將藍色冷卻液管路中電機、電控和充電器的廢熱傳遞給紅色製冷劑空調管路，為座艙提供熱量。當截止閥SV1和SV4導通，SV5截止時，系統工作在製冷模式下，相應的製冷模式下的車外冷凝器在制熱模式下用作蒸發器。
↑大眾ID.4 X熱泵空調總成
當大眾跨入了純電動車型平臺MEB，大眾ID.4 X的熱泵空調總成不僅採用了牌號R744二氧化碳製冷劑，而且設計上高度模組化。其中熱泵空調總成分為位於發動機艙的進氣盒以及位於乘客艙的分配盒兩大部分。其中包括位於製冷劑迴路的高壓電動空調和高壓加熱元件以及位於冷卻液迴路的PTC加熱器元件作為三大關鍵零件。
↑大眾ID.4 X熱泵熱管理系統關鍵零件
大眾ID.4 X高壓驅動系統的熱管理採用了先進的熱泵技術。電池組外殼預留了冷卻液管路聯結器，冷卻液管路與電池模組底部的散熱器相連。熱泵熱管理系統透過冷卻液管路將動力電機、功率控制電子控制器、高壓車載充電單元、高壓DCDC轉換器、低溫管路冷卻液泵、高壓電池熱管理混合閥1、熱交換冷凝器、PTC加熱器、高壓電池、高壓電池冷卻液泵、高壓空調、高壓電池熱管理混合閥2、散熱器、節溫器和冷卻液膨脹水箱連線在一起。
↑大眾ID.4 X高壓驅動系統熱管理細節
基於不同元件的溫度需求進行6種工況不同管路迴圈範圍的熱管理，特別是保持動力電池處於最佳工作溫度範圍。
- 散熱器旁路啟用且電池既不冷卻也不加熱
當節溫器溫度低於15攝氏度，電池溫度在8~35攝氏度，熱泵系統不工作。
- 散熱器旁路啟用且電池加熱
當節溫器溫度低於15攝氏度，電池溫度低於8攝氏度，電池透過PTC加熱。
- 散熱器工作且電池既不冷卻也不加熱
當節溫器溫度高於15攝氏度，電池溫度在8~35攝氏度，熱泵系統不工作。
- 散熱器工作且電池由熱泵冷卻
當節溫器溫度高於15攝氏度，電池溫度高於35（充電時高於30）攝氏度，熱泵系統透過熱交換器為電池冷卻。
- 散熱器工作且電池由低溫迴路冷卻
當節溫器溫度高於15攝氏度，電池溫度高於30攝氏度，低溫冷卻迴路為電池冷卻。
- 散熱器工作且電池既不冷卻也不加熱
當節溫器溫度高於15攝氏度，電池溫度在8~30攝氏度，熱泵系統按需工作。
↑大眾ID.4 X高壓驅動系統熱管理工作模式
希望以上的內容能夠幫助你瞭解大眾純電動汽車熱泵熱管理系統的工作原理，也希望它在增加續航里程的同時提升整個行業的新能源汽車用車體驗。
