比亚迪热泵技术的开发历程
由于去掉了内燃机，整车上没有了充分多余的热量可以回收利用，所以，纯电动汽车的加热需求较传统汽车更难来应对，热泵相对于电加热来说具有明显的优势，当前阶段得到越来越多整车企业的青睐。
制冷剂的选择
对于热泵来说，最为重要的是制冷剂，因为它决定了你的热泵最低可以在零下多少度的低温环境下工作。比亚迪对于热泵技术的探索也正是从制冷剂开始的。
行业内热泵系统常采用的制冷剂一般为R134a、R1234yf两种，这两种制冷剂能够满足-10℃以上的环境，但对于整车环境-30℃以上的环境，R1234a、R1234yf就无法满足了，那就需用寻找一种能够适合于低温环境的制冷剂。
R134a的蒸发温度在-26℃，R410A在-52.7℃，这一点来看，它是能够满足低温要求的。但它有个问题，它的GWP（全球变暖潜值）是1900多，这是不符合环保要求。在此之前，R410A并没有应用在汽车领域，而截止目前，汽车行业也并没有明确禁止R410A不能应用在汽车上；此外，也有研究表明，从整个寿命周期的温室气体排放总和来看，R10A和R1234yf差异不大。
BYD选择R410A很重要的另一个原因在于知识产权，2012年的时候，R410A基本所有的专利都已经开放了。因为410A的工作压力比较高，所以，从阀件到管路再到压缩机包括后续的生产加注设备和售后，都进行了一系列的对比，以确保R410A的热泵能够正常工作。
比亚迪先后进行了台架实验、整车环境模拟试验、路试和高温环境试验等一系列验证之后，发现R410A是可以用到汽车上来的。
这样，BYD从2015年开始就已经批量生产这种单制冷模式使用410a的空调。BYD前后投放了将近20多万台车辆，从数据来看，在性能上410A肯定是优于134a的，制冷能效也比较好。同时，尽管压力升高，410A制冷剂的泄露和售后的问题也并不比134a差。
热泵的开发
在验证了单制冷之后，接下来就开始了对热泵系统的开发。
在2012年一开始的时候，考虑到HVAC的变动，可能会带来一些额外的工作量，BYD希望先把原理走通，所以，那时就采用了二次循环的热泵，即增加了一个板式换热器。但二次循环有一个问题，与一次换热相比的话，将近损失了10%的能效。
因此，后来就将二次换热改成了一次换热，一次换热的架构如下：
2017年的时候，又在一次换热中增加了增焓系统。增焓系统有两种实现方式：一种是闪发器，一种是经济器。BYD采用的是闪发器。
增焓系统的效果明显要优于非增焓系统，如下所示，尤其是零摄氏度以下，比如-20℃的时候增焓系统提升了38%。
这三种类型的热泵均进行了实车测试，一开始二次换热在西安测试的；然后，在哈尔滨测试的一次换热；最后，在牙克石测试的增寒类型。
热泵的开发，有几点是需要特别注意的。一个是要确保可以在-30℃以下进行工作，第二个要关注下低温下的能效；第三个，热泵肯定会遇到室外换热器的结霜，这样就要有除霜的功能，包括前挡风玻璃的除霜；第四个是，热泵的系统变得更复杂，如何智能管控也是个挑战；最后，热泵使用后，还要校验一下热泵对于制冷的影响。
BYD在e5和秦等车型上进行了大量测试，表明基于R410A的热泵系统均能很好解决上述的几个问题。
比如，能效的对比：
上图是e5的测试。其中一个是PTC水加热，分别对比在不同的温度区间，它与热泵的能效。在-5℃到5℃的环境中，运行了3.5小时，从SOC电量上来看，节省了15%的电量。在长春对比，整个在-13℃到-16℃的环境中，节能的效果大概是36%。在牙克石对比了-20℃附近的，节能效果是32%。以NEDC工况的对比，在0℃附近，大概整个运行完结束之后省电在5.5度；在－20℃的时候，省电是2.7度。
下图是秦二代的测试，在不同的工况、不同的温度下：怠速（-8℃）、行车（-10℃）和前挡风除霜（-13℃），给定温度下，对比PTC风加热和热泵的能效，节省电量大约分别为55%、51%、29%。
E5的怠速除霜效果如下：以看到15分钟之后，热泵车除霜速度要比燃油车快。
热泵的降温效果如下图所示，出风温度最低也能到5℃左右，而且平均功率也不是很高。
热泵集成电池的热管理
如上图所示，BYD对电池采用了直冷的方案，在将电池集成到热泵系统中时增加了一个二次节流机构。冷却原理图与温度分布点如下所示：
在BYD看来，这个二次节流结构是必需的，它一方面可以在冷板处产生压降，从而提高冷板内的蒸发压力，使蒸发温度不至于过低，同时使直冷板和蒸发器的蒸发压力存在压差，使其处于各自合适的蒸发温区；另一方面，二次节流可以产生一定的过热度；最后，二次节流可以降低直冷板内制冷剂的流速，从而降低流动压损，使直冷板表面温度更加均匀。
有无二次节流的测试对比如下：无论空调是否开启，二次节流都能使温度控制在1.5℃以内。
在加热的情况下，对比了热泵与PTC，在-10℃和-20℃的情况下，节省的电量比例，可以看到在－10℃的时候有30%多；在-20℃的时候有19%到24%。热泵系统，既可以满足电池加热的需求，而且比PTC系统耗电量更低。
最后，我们再来看下热泵系统的成本分析，根据BYD对e5上热泵应用的情况来看，热泵的成本并不会比非热泵高很多，相反，还有所降低；而且，随着越来越多的企业进入这个领域，这个成本还将会下降。
热泵仍有很多需要去探索的领域，比如制冷剂来说，R32、XL41都体现了相当的优势，家里行业正在逐渐用R32来替代R410，BYD也在探索R32在汽车领域中的应用。
参考材料：
1、陈学锋《新能源汽车热泵空调探索之路2.0》
2、比亚迪与北汽的联合研究成果：《R410A Based Automotive Heat Pump System That Hits Cabin Heating Goal Successfully in -30 °C Extreme Ambient》 放在知化汽车的百宝箱星球上。