據(jù)外媒報(bào)道，近年來，汽車原始設(shè)備制造商一直在穩(wěn)步提升電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）的里程。然而，只有在理想的熱條件下，才能實(shí)現(xiàn)其公布的里程?，F(xiàn)在的問題是：在現(xiàn)實(shí)世界中，當(dāng)鋰離子電池組的性能受到極端天氣挑戰(zhàn)，如何實(shí)現(xiàn)同樣的額定里程？
（圖片來源：豐田公司）
在酷暑時(shí)節(jié)使用空調(diào)，往往會(huì)略微影響電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。到了寒冷的冬季，如果車內(nèi)安裝了加熱器，電動(dòng)汽車的續(xù)航則會(huì)縮短30-40%。在使用電動(dòng)汽車完全取代內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力汽車的道路上，這會(huì)造成一定挑戰(zhàn)。到目前為止，為了改善電動(dòng)汽車的加熱性能，采取的措施包括電動(dòng)座椅加熱器、電動(dòng)方向盤加熱器等。在大多數(shù)情況下，制造商采用內(nèi)置于暖通空調(diào)（HVAC）制冷系統(tǒng)中的熱泵。
然而，冬季溫度較低，制冷劑流動(dòng)變慢，熱泵的性能受到限制。因此，當(dāng)環(huán)境溫度降至0°C以下時(shí)，必須改用效率較低的電阻或PTC（正溫度系數(shù)）加熱器。豐田普銳斯Prime PHEV的空調(diào)制冷系統(tǒng)集成液氣分離器和氣態(tài)制冷劑噴射，這是從靜態(tài)安裝的商用熱泵改進(jìn)而來。這項(xiàng)技術(shù)使熱泵可在零下10°C的溫度下運(yùn)行。
在豐田首款量產(chǎn)電動(dòng)汽車2023 bZ4X上首次使用輻射加熱系統(tǒng)
在2022年全球汽車年會(huì)（SAE WCX）上，豐田詳細(xì)介紹了在普銳斯Prime上測試安裝的輻射加熱器。據(jù)稱該系統(tǒng)可以快速補(bǔ)充車內(nèi)熱量，比其他方法的效率更高。這或許表明，Prime車型（其中也設(shè)有座椅和方向盤加熱器）正被用作解決電動(dòng)汽車車艙熱量及里程問題的試驗(yàn)臺(tái)。豐田的測試顯示，使用輻射加熱器后，燃油消耗降低了5.3%。另外，在進(jìn)入駕駛艙兩分鐘內(nèi)，駕駛員的舒適性大大提高。
輻射加熱采用三種傳熱方式之一。當(dāng)輻射加熱器打開時(shí)，會(huì)在相對(duì)較短的距離內(nèi)以較窄的波段發(fā)出不可見的紅外線。紅外波段迅速接觸經(jīng)過路徑上的物體，并使其變暖。該系統(tǒng)針對(duì)普銳斯Prime車內(nèi)的駕駛員，使駕駛員身體前部的溫度上升，并與覆蓋從肩膀到膝蓋部分身體背部的座椅加熱器協(xié)同工作。另外，方向盤加熱器讓手變暖，暖通空調(diào)的地板出口最終為駕駛員的膝蓋增加溫度，并為身體的其他部分提供一些熱量。
座椅和方向盤加熱器代表了另一種傳熱類型——熱傳導(dǎo)，與溫暖的表面直接接觸。暖通空調(diào)依靠第三種傳熱類型：熱對(duì)流。這是通過液體（如來自發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)汽車電池組和車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液體冷卻系統(tǒng)的冷卻液）運(yùn)動(dòng)來到暖氣風(fēng)箱。
在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛中，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)通常是為整個(gè)車艙取暖。這是一個(gè)逐漸減緩加熱效果的過程，取暖時(shí)間稍長。在Prime測試車上，暖通空調(diào)只為腳和膝蓋以下的小腿部分提供一定熱量。雖然仍需一定時(shí)間才能達(dá)到工作溫度，豐田會(huì)依靠其他（電）加熱器來縮短這個(gè)時(shí)間段。
Prime車型中有一個(gè)內(nèi)燃機(jī)，其冷卻系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一些熱量。但是，需要以更快的速度產(chǎn)生更多的熱量，尤其是在純電動(dòng)模式下。為了填補(bǔ)這一時(shí)間缺口，豐田在方向盤下方儀表盤上安裝電熱輻射器。（在這一點(diǎn)上，電動(dòng)汽車采用傳統(tǒng)電加熱器，通常是PTC或電阻型。）這種輻射加熱器提供即時(shí)取暖，而且只覆蓋一小塊區(qū)域，因此效率更高。據(jù)消息人士透露，豐田的首款純電動(dòng)汽車2023 bZ4X將搭載這種加熱器，可能安裝在手套箱下，以幫助乘客側(cè)加熱。
腳部也需要加熱
Prime車型中輻射加熱設(shè)計(jì)的優(yōu)勢已得到研究證明。在駕駛員一側(cè)安裝由日本電裝公司（Denso）開發(fā)的恒溫控制150瓦加熱器。然后，根據(jù)美國環(huán)保署（EPA）的寒冷城市駕駛（FTP）計(jì)劃，由一名經(jīng)過舒適水平感知培訓(xùn)的測試駕駛員，在測試艙內(nèi)進(jìn)行寒冷天氣測試。HVAC設(shè)置為Auto/ 22°C，室內(nèi)溫度保持在6.7°C。
相比之下，將暖通空調(diào)設(shè)為相同溫度，但減少暖通空氣流量，并激活輻射加熱器，只加熱大腿前部和小腿到腳踝的部位，而不是等待來自暖通空調(diào)的對(duì)流熱量。根據(jù)設(shè)計(jì)，暖通空調(diào)只加熱腳和膝蓋以下的腿，以快速預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，主要使用上面的輻射熱。這樣額外消耗的電力被認(rèn)為是微不足道的。
進(jìn)入車輛并啟動(dòng)所有系統(tǒng)后兩分鐘內(nèi)，在安裝了輻射加熱器的測試車上，駕駛員除了手臂、頭和腳外，基本處于舒適狀態(tài)。而在未安裝輻射加熱器的測試車上，駕駛員的身體除了背部和頭部，大部分仍處于寒冷狀態(tài)。在啟動(dòng)輻射加熱器后五分鐘內(nèi)，測試駕駛員幾乎感到完全舒適，只有難以溫暖的腳接近但低于舒適水平。
在關(guān)閉輻射加熱器的情況下，駕駛員的整個(gè)身體，需要10分鐘才能勉強(qiáng)達(dá)到舒適水平（不出所料，雙腳略低于舒適水平）。而在啟動(dòng)輻射加熱器的情況下，駕駛員身體的所有部位在10分鐘后都處于舒適狀態(tài)。在測試開始20分鐘后，兩個(gè)系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)完全舒適的水平。