热气旁通对电动压缩机提出的工程挑战分析

特斯拉为取消PTC在Model Y中引入热气旁通功能，对于压缩机而言是一个全新应用场景，在这个全新应用场景下，压缩机需要面对哪些具体方面工程挑战，本文进行进一步量化分析。

系统状态计算

为了量化对压缩机影响，先来看两组计算数据如下:

系统架构简图:

压焓图如下：

其中2-3的压降由冷凝器前冷媒阀进行控制。

压缩机工作状态分析

排量需求增加或者转速提升

热气旁通模式，为了保证制热量，热端质量流量需求与旁通流量配比，总质量流量需求增加，上述计算采用45cc排量压缩机并且假设容积效率0.9，要做到7kw客舱制热，依然要跑到九千多一万多转，若采用34cc压缩机基本无法达成制热量需求。

当然，降低等熵效率可以降低压缩机转速需求，但压缩机设计一般都以提高等熵效率作为隐含设计准则，主动降低等熵效率有悖常理而且会引起常用制冷、热泵工况功耗增加COP下降，并不可取。

另外一方面，为了提高质量流量降低压缩机转速，压缩机入口压力提升，意味着经过Chiller饱和温度提升，可能会对水路放热，进一步增加制冷剂系统的负荷，抬升总压缩机制热量需求，进而进一步提升排量需求。

吸气带液

热气旁通模式，需要通过旁通阀与冷凝器前阀的控制调节流量配比，极难控制到合理的吸气过热度，压缩机实际可能会长期工作在吸气带液状态，对压缩机耐久可靠性提出更高要求

高转速高扭矩需求

为了让压缩机在许用转速内运行，压缩机入口压力抬升，压缩机出口压力需要通过冷凝器前阀提升，造成压缩机扭矩需求增加，叠加高转速，意味着压缩机电机驱动能力可能需要提升，尤其当制热需求增加到比7kw更高的时候，以上计算结果的压缩机入口温度可能必须进一步抬高才有可能在压缩机最大转速范围内提供足够的制热量。

一般电机扭矩与功率特性如图，转速到达一定范围的时候，电机进入弱磁区，受限于反向电动势的影响无法再提供足够扭矩，通常为了控制压缩机总体成本，压缩机电机、电控单元会用到弱磁控制，故以上热力计算得出工况下需求的扭矩现有压缩机不一定能够提供。

如果强行提升电机功率，意味着匹配电机控制器的输出能力同样需要提升，IGBT通流能力可能会成为瓶颈。

油的影响

回到特斯拉在专利文件中提到的系统COP，可知低温环境下压缩机会在热泵和热气旁通循环之间切换，压缩机入口状态会在低温低压和相对中温中压之间来回切切换。

以下是从瑞弗化工报告摘取的一个关于油与制冷剂互融性特性曲线，当温度极低时压缩机油会析出。因此热泵模式下蒸发器内油析出，粘度大无法顺利回到压缩机，而切换到热气旁通需要压缩机高速运行，压缩机回油可能产生问题，压缩机油品可能需要重新优化改性以满足低温特性。

当然，根据实际测试情况以及结合特斯拉专利里如下原文来看，特斯拉在整车控制策略上可能已经做了规避，先让压缩机油尽可能循环起来才真正开始采用热气旁通模式给乘客舱加热。

据市场上的情况观察，在目前仅有特斯拉公司在使用热气旁通功能提供制热，并且该功能所使用的压缩机供应商有限，仅有电装和三电两家公司。特斯拉在第一代产品中所使用的翰昂压缩机并未被继续采用，这背后可能有多种原因，也可能是由于有更多工程技术挑战翰昂未能解决。本文作者分析仅基于自己推测，没有实际项目操刀试验经验，欢迎同行进行补充提供更多证据。

文章来源：汽车热管理研发