每日速讯：丰田：利用辐射电热供暖系统提高电动汽车车厢舒适度

2022-07-31 08:51:26来源：SAE International

全新HVAC（暖通空调）技术助力丰田解决电动汽车车厢供暖与续航的两难问题。OEM一直都在稳定提升电动汽车（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV）的续航里程，但其声称的续航里程都是在理想的气温条件下实现的。难题在于在现实的气候条件下，即影响锂电池组性能的极端气温下，是否还能达到相同的续航里程。虽然在炎炎夏日使用空调也会导致电动汽车的续航略有下降，但到了寒冷的冬季，如果车内安装了供暖器，电动汽车的续航将缩短30-40%之多。这一点始终考验着电动汽车是否能完全取代内燃机汽车。目前为止，为了改善电动汽车的供暖性能而采取的措施包括使用电动座椅加热、方向盘加热，以及在大多数情况下采用的HVAC制冷系统中的内置热泵。然而，冬季温度较低，制冷剂流动变慢，热泵性能受到限制。因此，当环境温度低于0℃（32℉）时，必须改用效率较低的电阻式或PTC加热器。丰田普锐斯Prime插电式混合动力汽车的空调制冷系统集成了液气分离器与气态制冷剂喷射系统，改进了静态安装的商用热泵的性能，使热泵可在低至零下10°C（14°F）的温度下运行。
在bZ4X上首次尝试

HVAC使得燃油消耗减少。使用新型辐射电加热器的PHEV总油耗降低了5.3%。（丰田）

(资料图片仅供参考)

在2022年SAE全球汽车年会（SAE WCX）上，丰田详细介绍了在普锐斯Prime上测试安装的辐射电加热器。据称，该系统能够快速补充车内供暖，且效率高于其它方法。这或许表明，同时装有座椅和方向盘加热的Prime正被用作解决电动汽车车厢供暖与续航两难问题的试验台。丰田的测试显示，使用辐射加热系统可降低5.3%的油耗，且可在驾驶员进入驾驶舱后两分钟内极大提高其舒适度。

辐射加热系统采用三种热传递方式之一的热辐射。当系统启动时，一个辐射加热器将在相对较短的距离内发射不可见的窄频红外线。红外线波段快速接触其路径中的物体并加热它们。该系统针对普锐斯Prime车内的驾驶员而设计，能够与座椅加热协同工作，能够覆盖肩膀、膝盖以及身体背部，为驾驶员供暖。同时，方向盘加热能够暖手。最后，HVAC的地板出风口为驾驶员的膝盖到脚部以及身体的其他部分供暖。

座椅和方向盘加热代表了另一种热传递类型——热传导，即通过与温暖的表面直接接触实现的热传递。HVAC则利用第三种热传递类型——热对流，即通过液体（如来自发动机或电动汽车电池组和驱动系统的液冷循环中的冷却液）流动传递到加热器的内芯。

在传统的内燃机汽车中，HVAC通常针对整个车厢的供暖而设计，加热过程循序渐进，需要较长的时间才能使整个车厢变暖。而在Prime测试车上，HVAC只需要为脚部及膝盖以下的小腿部分提供一定热量，虽然仍需一定时间才能达到工作温度，但丰田可利用其他（电动）加热器填补。

Prime 如何使用不同类型的加热装置来为主驾的驾驶员供暖。（丰田）

Prime搭载了一台内燃机，其冷却系统也会产生一些热量，但车厢需要以更快的速度产生更多的热量，尤其是在纯电动模式下。为了填补这一时间差，丰田在方向盘下方安装了辐射电加热器，并证实了其效用。通常情况下，电动汽车会使用传统的电加热器，一般为PTC或电阻式。但丰田的辐射电加热器能够产生即时热量，且只覆盖一小块区域，因此供暖效率更高。

据消息人士透露，丰田的首款纯电动汽车2023款bZ4X将搭载此加热器，可能安装于手套箱下方，以辅助乘客侧供暖。

脚也要保暖辐射加热设计的优势已在Prime上得到研究证实，其驾驶员侧安装的是由日本电装（Denso）开发的恒温控制150瓦加热器。寒冷天气测试是由一名经过舒适水平感知培训的测试驾驶员在符合EPA Cold FTP驾驶规则的试验舱内进行。HVAC设置为自动/22°C（72℉），试验舱温度保持在6.7°C（19.9℉）。
比较对象是设置为相同温度但减少空气流通功能的HVAC，并且仅开启对大腿前部和小腿到脚踝部位的辐射加热，而不是等待来HVAC的对流热量。根据设计，HVAC仅针对脚部和膝盖以下的腿部供暖，这样不仅可以快速预热发动机，并且可以利用发动机上方的辐射热。这样，额外消耗的电力可以认为是微不足道的。

基础配置与加装辐射电加热器的2分钟舒适度比较（丰田）

5分钟舒适度（丰田）

驾驶员进入车辆并启动所有系统后两分钟内，在安装了辐射加热器的测试汽车上，驾驶员除了手臂、头和脚外，基本处于舒适状态。而在未安装辐射加热器的测试汽车上，驾驶员的身体除了背部和头部，大部分仍处于寒冷状态。在启动辐射加热后五分钟，驾驶员基本感到温暖舒适，只有脚部难以取暖，相对不足。

10分钟舒适度（丰田）

在关闭辐射加热的情况下，驾驶员的整个身体需要10分钟才能勉强达到舒适水平（不出所料，双脚略低于舒适水平）。而在启动辐射加热的情况下，驾驶员的身体在10分钟后处在舒适状态。在测试开始20分钟后，两种系统都能够达到完全舒适的水平。

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