丰田利用辐射加热器提高EV车舱舒适性

据外媒报道，近年来，汽车原始设备制造商一直在稳步提升电动汽车和插电式混合动力汽车（PHEV）的里程。然而，只有在理想的热条件下，才能实现其公布的里程。现在的问题是：在现实世界中，当锂离子电池组的性能受到极端天气挑战，如何实现同样的额定里程？

（图片来源：丰田公司）

在酷暑时节使用空调，往往会略微影响电动汽车的续航里程。到了寒冷的冬季，如果车内安装了加热器，电动汽车的续航则会缩短30-40%。在使用电动汽车完全取代内燃机动力汽车的道路上，这会造成一定挑战。到目前为止，为了改善电动汽车的加热性能，采取的措施包括电动座椅加热器、电动方向盘加热器等。在大多数情况下，制造商采用内置于暖通空调（HVAC）制冷系统中的热泵。

然而，冬季温度较低，制冷剂流动变慢，热泵的性能受到限制。因此，当环境温度降至0°C以下时，必须改用效率较低的电阻或PTC（正温度系数）加热器。丰田普锐斯Prime PHEV的空调制冷系统集成液气分离器和气态制冷剂喷射，这是从静态安装的商用热泵改进而来。这项技术使热泵可在零下10°C的温度下运行。

在丰田首款量产电动汽车2023 bZ4X上首次使用辐射加热系统

在2022年全球汽车年会（SAE WCX）上，丰田详细介绍了在普锐斯Prime上测试安装的辐射加热器。据称该系统可以快速补充车内热量，比其他方法的效率更高。这或许表明，Prime车型（其中也设有座椅和方向盘加热器）正被用作解决电动汽车车舱热量及里程问题的试验台。丰田的测试显示，使用辐射加热器后，燃油消耗降低了5.3%。另外，在进入驾驶舱两分钟内，驾驶员的舒适性大大提高。

辐射加热采用三种传热方式之一。当辐射加热器打开时，会在相对较短的距离内以较窄的波段发出不可见的红外线。红外波段迅速接触经过路径上的物体，并使其变暖。该系统针对普锐斯Prime车内的驾驶员，使驾驶员身体前部的温度上升，并与覆盖从肩膀到膝盖部分身体背部的座椅加热器协同工作。另外，方向盘加热器让手变暖，暖通空调的地板出口最终为驾驶员的膝盖增加温度，并为身体的其他部分提供一些热量。

座椅和方向盘加热器代表了另一种传热类型——热传导，与温暖的表面直接接触。暖通空调依靠第三种传热类型：热对流。这是通过液体（如来自发动机或电动汽车电池组和车辆驱动系统的液体冷却系统的冷却液）运动来到暖气风箱。

在传统的内燃机车辆中，暖通空调设计通常是为整个车舱取暖。这是一个逐渐减缓加热效果的过程，取暖时间稍长。在Prime测试车上，暖通空调只为脚和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，丰田会依靠其他（电）加热器来缩短这个时间段。

Prime车型中有一个内燃机，其冷却系统也会产生一些热量。但是，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。为了填补这一时间缺口，丰田在方向盘下方仪表盘上安装电热辐射器。（在这一点上，电动汽车采用传统电加热器，通常是PTC或电阻型。）这种辐射加热器提供即时取暖，而且只覆盖一小块区域，因此效率更高。据消息人士透露，丰田的首款纯电动汽车2023 bZ4X将搭载这种加热器，可能安装在手套箱下，以帮助乘客侧加热。

脚部也需要加热

Prime车型中辐射加热设计的优势已得到研究证明。在驾驶员一侧安装由日本电装公司（Denso）开发的恒温控制150瓦加热器。然后，根据美国环保署（EPA）的寒冷城市驾驶（FTP）计划，由一名经过舒适水平感知培训的测试驾驶员，在测试舱内进行寒冷天气测试。HVAC设置为Auto/ 22°C，室内温度保持在6.7°C。

相比之下，将暖通空调设为相同温度，但减少暖通空气流量，并激活辐射加热器，只加热大腿前部和小腿到脚踝的部位，而不是等待来自暖通空调的对流热量。根据设计，暖通空调只加热脚和膝盖以下的腿，以快速预热发动机，主要使用上面的辐射热。这样额外消耗的电力被认为是微不足道的。

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。在启动辐射加热器后五分钟内，测试驾驶员几乎感到完全舒适，只有难以温暖的脚接近但低于舒适水平。

在关闭辐射加热器的情况下，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）。而在启动辐射加热器的情况下，驾驶员身体的所有部位在10分钟后都处于舒适状态。在测试开始20分钟后，两个系统都能实现完全舒适的水平。