特斯拉作為電動汽車行業的引領者，其熱管理系統的設計一直都大膽且激進。從最早的Model S到Model Y，每一代熱管理系統都是相關從業者競相研究的對象。

Model Y上的熱管理系統具有兩個大的特點，其一為整個系統的集成化程度極高，采用了集成的歧管模塊和集成的閥門模塊。整個模塊的核心是一個八通閥，可以把它看作是兩個四通閥的集成。整個模塊采用調節八通閥動作位置的方式，使冷卻液在不同回路中進行熱量交換，確保熱泵的各項功能得以實現。第二點為取消了高壓PTC，替換為兩個乘員艙中的低壓PTC。同時空調壓縮機和鼓風機也存在一個低能效的制熱模式，用來在環境溫度低于- 10 ℃時作為整個系統熱量補償的來源，這保證了整個熱泵系統在-30℃的環境下也能穩定可靠地運行。

Model Y的熱泵模塊包含了電動壓縮機、電池冷卻器、液冷冷凝器、氣液分離器、電子膨脹閥、八通閥、部分空調管路、部分冷卻液管路以及十數個冷媒、冷卻液的接口。通過控制八通閥各個接口間的通斷，Model Y整車熱泵能實現11種不同類型的工況模式。整車熱泵系統原理圖如下圖所示。

▲圖?Model Y熱管理系統原理圖

Model Y熱泵系統集成應用的策略與環境溫度和電池溫度有著直接的關系，系統會根據環境與電池包的 實時溫度 ，來規劃熱泵系統參與加熱的程度，以啟動不同級別的加熱模式。在滿足乘員艙舒適性需求時，熱泵會優先采用較高COP的模式運行，減少能源的消耗，提高續航里程。

總結起來，Model Y的熱管理系統共有5種模式：單獨乘員艙制熱、乘員艙&電池都需要制熱、乘員艙需要制熱&電池需要冷卻、乘員艙&電池都需要冷卻、乘員艙余熱回收。

1.單獨乘員艙制熱模式

Model Y的熱泵將乘員艙需要加以環境溫度- 10 ℃為界，在環境溫度低于- 10 ℃時，熱泵系統的制熱能力受到很大的制約。在這種情況下，電池包本身的溫度決定了熱泵系統的運行模式。

若電池此時溫度高于10 ℃，熱泵系統能通過電池冷卻器從電池、電機循環的耦合回路中吸收熱量來給乘員艙加熱。冷媒經過壓縮機后，依次經過電磁截止閥1→乘員艙冷凝器→電子膨脹閥2→氣液分離器，最終回到壓縮機，完成一個對乘員艙的制熱循環。冷卻液經過電池冷卻器與冷媒進行熱交換后，依次經過八通閥水口8至2→電池包→八通閥水口1至3→電子水泵1→控制器及驅動單元→八通閥水口4至6→液冷冷凝器→膨脹水壺→八通閥水口5至7→電子水泵2，再流入電池冷卻器。在這個過程中，為防止熱量損失，室外的換熱器部分是被八通閥屏蔽的。乘員艙同時接收到壓縮機消耗的電功率和電池回路的熱量，系統整體的COP遠高于1。

若電池溫度較低，無法給乘員艙提供熱量，則乘員艙的制熱主要依靠壓縮機做功。在這種極端條件下，熱泵系統無法通過外部散熱器或是電池冷卻器實現冷媒與冷卻液的熱量交換，電子膨脹閥2與電磁截止閥2均處于關閉狀態。冷媒經壓縮機做功后，經由電磁截止閥1→乘員艙冷凝器→電子膨脹閥1→乘員艙蒸發器→氣液分離器后，直接回到壓縮機。冷卻液循環則與上述電池不提供熱量時一致，但在電池冷卻器處并不進行熱量交換。

若環境溫度高于- 10 ℃，則熱泵系統優先從外部環境中吸收熱量。系統中膨脹閥1關閉，冷媒通過電池冷卻器吸收環境中的熱量。通過改變對八通閥的控制，讓冷卻液依次經過八通閥水口8至6→液冷冷凝器→膨脹水壺→室外散熱器→八通閥水口9至7→電子水泵2，再回到電池冷卻器形成閉環。

上述三種情況，在環境溫度較低時，熱泵都會屏蔽室外散熱器，不讓其接入系統，是為了避免熱量進一步釋放到空氣中，大大提高了系統內部熱量的利用率；而在環境溫度較高時，系統主動接入外部散熱器，從外部環境吸收熱量給車輛加熱，可以充分提高系統的能效，實現能量的智能化與精細化控制。

2.乘員艙&電池同時加熱模式

通常情況下，電池包的溫度都會高于環境溫度。當電池也需要加熱時，通常已經是非常極端的情況，環境溫度低于- 10 ℃，此時的熱泵系統無法從外部環境獲得熱量。除了要保證乘員艙的舒適性外，還需要分出部分熱量供給電池包，此時的熱泵系統仍然完全依靠壓縮機做功， COP=1。從原理圖上看，冷媒經過壓縮機后，在截止閥1、2處按比例（優先保障乘員艙制熱需求）分成兩路，一部分經過乘員艙冷凝器，另一部分經過液冷冷凝器，在電子膨脹閥1處匯合，再經由乘員艙蒸發器→氣液分離器，返回壓縮機。冷卻液仍然在電池冷卻器處與冷媒進行熱交換，被冷媒加熱后的冷卻液會將熱量傳遞到電池包處。

在一些特殊情況下，為了使電池快速升溫（大電流充電，電池溫度必須高于0 ℃），則要考慮犧牲乘員艙舒適性。此時熱泵會控制截止閥1與電子膨脹閥1關閉，打開電子膨脹閥2，保持冷卻液循環不變，開啟快速加熱電池包模式，這樣能使電池包快速達到可以充電或大功率放電的狀態。

3.乘員艙需要制熱&電池需要冷卻模式

這一模式通常出現在環境溫度較低，車輛需要進行大功率充電時。車輛快充時間較短，乘員有很大可能性在車上等待充電，這個過程中乘員艙的制熱功能需要得到一定的保證。這時的冷媒與上述任何情況的流向都有差別，經過壓縮機做功之后的冷媒會分為兩路，一部分經過乘員艙冷凝器，另一部分經過液冷冷凝器，后共同在電子膨脹閥2→電池冷卻器處蒸發吸熱，再經由氣液分離器回到壓縮機。

而冷卻液循環也被八通閥分隔成了兩部分，經過電池冷卻器的部分被冷媒冷卻后，依次經過八通閥水口8至2→電池包→八通閥水口1至7→電子水泵1，再流入電池冷卻器形成閉環。經過液冷冷凝器的部分與電驅動、室外散熱器串聯，將多余的熱量帶到室外環境中。

特斯拉的這個設計，一方面乘員艙制熱量過剩時，其中一部分可以被液冷冷凝器帶到室外環境，這部分熱量在水路循環中不會影響到電池包；另一方面，在乘員艙制熱量不足時，截止閥2被關閉，冷媒的所有熱量都會集中到乘員艙冷凝器，用來加熱乘員艙。再者，若電池散熱能力不足，還能通過八通閥讓電池水循環先經過室外換熱器，進一步降低循環水溫。

4. 乘員艙&電池都需要冷卻模式

這一情況即夏季正常的用車情況。此時的熱泵系統即作為普通的空調系統使用，液冷冷凝器替代了傳統的冷凝器進行工作，使空調系統正常運行。

5.余熱回收模式

這一模式較為特殊，但這一模式的存在也正是熱泵空調的優勢以及控制智能化的體現。余熱回收，顧名思義即將整車冗余部分的熱量存儲起來，以便下一次 用車時釋放。電池包因為其對溫度的敏感性，表面一般都會有較好的保溫層，以維持電池的溫度恒定在一定范圍內，這一特性使得它很適合作為車輛余熱回收的載體。冬季氣溫較低，當車輛停車、人員離開后，乘員艙或者電機內部還會有一定的熱量，可通過熱泵將其存儲到電池包內。

這一工況下，乘員艙內部即為普通的制冷循環，冷媒和冷卻液在液冷冷凝器中進行熱交換。冷卻液的循環在八通閥的控制下，是屏蔽室外散熱器的，避免熱量通過室外散熱器耗散到外部環境中。

在下一次用車時，電池包的溫度還能保持較高，熱泵系統就能利用這部分熱量給乘員艙進行加熱。

總體而言，相比于國內各主機廠的熱管理硬件系統，Model Y要簡單得多，這都歸功于其中核心的八通閥和復雜的軟件控制，以實現以上五大場景、多達十幾種功能的應用，而對駕駛員而言，只需要簡單地設置空調溫度，其控制策略、高度集成值得國內主機廠借鑒。

審核編輯：黃飛

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