特斯拉液冷座椅专利解析

看了特斯拉液冷座椅的专利，花了点时间做了些解读（翻译），如有不通顺或者不清晰的，大家自行脑补。

液冷座椅能不能应用，大家也可以自行判断下。

• 特斯拉液冷座椅设计结构专利解读；

• 特斯拉液冷座椅工作原理说明；

• 特斯拉液冷座椅的应用前景；

1 - 特斯拉液冷座椅设计结构专利解读

特斯拉专利中指出在温暖或潮湿的天气条件下，车辆座椅会变热，在乘员与座椅接触区域可能导致乘员出汗，同理，在寒冷的天气条件下，车辆座椅也会变冷，以上两种情况均会产生一个对于乘客产生不适感的乘员舱环境。

特斯拉在其专利中指出，传统车辆座椅无法解决上述提到的问题，通过座椅发泡提供空气通风通常不足以消除多余的热量，并为乘员提供一个舒适的环境。另外，特斯拉还指出传统座椅加热系统体积庞大（此处存疑，传统座椅加热只是一个加热垫的厚度，体积并不庞大），占用座椅空间，而这通常要求座椅厚度更厚，同时在加热座椅时，由于热量通常必须经过多层，并加热座椅上不与乘客接触的区域，所以加热座椅时效率是不充分的。

特斯拉称，该申请的温度控制系统专利提供了一种低成本、低噪音、节能和有效的方法来冷却和加热汽车座椅。

专利图1说明：

在特斯拉专利图中，110指的是一个温度控制系统，该系统基础的设计结构主要包括（由下至上）：

120：流体泵，用来提供流经中间层（见下文定义）的流体，流体泵可提供温度低于座椅的流体。该流体可以是水，也可以是水基冷却剂（此时对应流体泵类型为液压泵），也可以是空气（此时对应流体泵类型为气泵）；

122：支撑结构；

112：基础层，可以由聚合物泡沫、聚合物丝网或其他合适的材料制成；

114：中间层，包括一个相当多孔的结构，例如一个连续的网状气孔结构，允许流体泵中的流体流过。它可以由聚合物泡沫、聚合物网状物、聚合物金属丝网、金属网、金属棉、丝网或其他合适的材料制成；

118：加热元件，可以单个或者多个加热元件，用于给座椅供热，布置于覆盖层（见下文定义）与中间层之间，该加热元件可以是电动加热元件、含铜加热元件、热管或其他类型可以提供热量的加热元件；

116：覆盖层，可以由皮革、合成皮革、织物、聚合物泡沫或其他合适的材料制成；

115：流体的流动方向，总体流动方向垂直于中间层；

专利图2说明：

在其他一些可实施的案例方案中，该系统的基础结构还存在其它几种设计扩展方向，如下图四种不同的案例：

1. 案例2A图中，流体流动方向，总体流动方向平行于中间层；

2. 案例2B图中，有几种新增零件，布置于中间层与覆盖层之间；

202：指的是分布层，可以由金属、导热聚合物或另一种分布热量的导热材料制成。它与每个加热元件118相关联，分布层可将加热元件所产生的热量进行均匀的整体分布；

203：表示间隙，该间隙可分隔加热元件，并可允许空气流动，改善热量分布；

204：绝缘层，每个加热元件包含绝缘层，以将加热元件与该层内的其他区域或其他部件进行热绝缘或电绝缘。绝缘层允许热量向覆盖层分布，并限制热量传播到座椅的其他系统，例如中间层或者基础层。该绝缘层可以是聚合物，橡胶或其他绝缘材料组成。

3. 案例2C图中，结构与案例2B相同，但加热元件，分布层及绝缘层布置在中间层与基础层中间，该案例中流体流动方向平行于中间层；

4. 案例2D图中，加热元件为单一加热元件，该加热元件布置在中间层与基础层中间，该案例中流体流动方向平行于中间层；

专利图3说明

针对上文提及的流体泵，特斯拉专利中有多种不同的流体泵形式。

图3A为离心式的流体泵，提供流体方向垂直于坐垫；

图3B为横流式的流体泵，提供流体方向平行于坐垫；

图3C为径向入口，轴向出口式的流体泵；

流体泵用来提供流体的流动，以克服流体在通过中间层的压降，中间层需具有较高的渗透性，以便在乘员坐在座椅上时，在其压缩期间为流体提供低压降。

专利图4说明

在此温度控制系统中，还包含一个或者多个流通管道（图中402），管道连接在流体泵中，流体可以在流体泵的驱动下通过管道进行流通，以下是管道的基本设计结构：

402：流通管道，该管道连接到流体泵中；

404：流体泵内流体的流动方向；

406：附加管道，连接到流通管道402上，每个附加管道上都带有导向叶片，同时带有压力阀，当乘员乘坐施加给座椅一定压力时，允许流体在中间层流动；

410：附加管道出口；

408：流体在中间层的流动方向（通过附加管道出口流出）；

专利图5说明

依照上述图4的结构设计概念，典型的设计案例如下：

502：表示流通管道，每个管道彼此隔开并基本平行于另一个，另外管道垂直于坐垫，流通管道的数量可依照需求决定，每个流通管道都连接到流体泵中，每个流通管道也配置压力阀。下图5A中，有6个流通管道，也可以依据需求，设计更多的流通管道；

此外，流体泵可以布置在座椅坐垫的前部，使得流体的流动可以在座椅坐垫后部流出，或者布置在座椅靠背的底部，使得流体的流动可以在座椅靠背上端流出。

504：互连管道，与流通管道502相连，流体可以在两者相互交叉流动，同时也提高管道整体的刚性；

管道可以由金属、聚合物或其他合适的材料制成，也可以是热导管。

506：流体的流动方向；

在此设计案例中（图5B），流通管道布置在临近于基础层上或者嵌入到基础层上，加热元件布置在覆盖层、流通管道及基础层之间。

专利图6说明

而在另一个设计案例（图6B），加热元件布置在流通管道中。

专利图7说明

在图7中是一个针对温度控制系统的控制示意图，控制器（702）可以是一个专用的控制单元，也可以是与车辆相关联的电子控制单元，用于实现与温度控制系统相关的功能。

开关（704）提供一个信号输入给控制器，以控制流体泵和加热元件。在该系统中，开关可以是一个手动开启的开关，依照乘员操作指示进行信号输入。开关也可以是温度开关，当温度超过或者低于座位温度的阈值，输入信号给控制器相应启动流体泵和加热元件。开关同时也可以是压力开关，基于座椅上配置的压力阀，当乘客坐在座椅上对其产生压力时，基于压力的变化有选择性的输入信号给控制器并进行温度控制。

每一个流体泵（120）和加热元件（118）的都与控制器（702）通信耦合，控制器基于一个或多个参数（例如乘员输入、环境温度、座舱温度、座椅温度或另一个参数）来控制油泵和加热元件。

2- 特斯拉专利液冷座椅工作原理说明

在特斯拉液冷系统专利的基础结构中，支撑结构可以理解为座椅骨架，基础层可以理解为发泡，覆盖层可以理解为面套，相较于传统座椅基础结构，特斯拉专利增加一个可以驱动流体（温度较低，可以理解为类似冷却液）流动的流体泵，另有一个允许流体在其中流通的中间层，同时带有一个加热元件，这个加热元件可能不像传统中一整片的加热垫而是一小个或多个加热元件。

1. 在座椅表面温度较高时，流动的流体可以吸走座椅表面的热量，冷却座椅，降低其整体温度或乘员所坐特定区域的温度；

2. 而当加热元件处于激活状态时，加热元件产生的热量会由于流体的流动从而均匀分散的座椅上；

3. 另外如果流体泵可以提供相对于座椅具有相对较高温度的流体（这个时候流体泵可能需要配置不同的阀门来控制不同的流体），通过流体的流动来提高整体温度或乘员所坐特定区域的温度，在这种情况下，加热单元的配置可以是种选项或者删除的。

座椅的加热或者冷却可以基于流体和座椅之间的热传递实现。

3- 特斯拉专利液冷座椅的应用前景

特斯拉的液冷座椅专利是在2019年申请，专利申请人是Palo Alto，在那时候Palo Alto是一个低压集成系统的实习生，在其实习期中有个项目就是一个新的座椅冷却系统在Model 3的应用，项目要求分析在炎热的天气里，坐在带或不带冷却装置的座椅上时的用户体验，并提出了一种新的技术及机构来集成座椅加热及冷却。

然而直到目前，在特斯拉的量产车型上这个专利也还没有被应用上，特斯拉目前带有通风系统的车型依旧是使用常规的风扇方案。

Model S Plaid 通风系统

传统汽车座椅结构中，座椅系统需要兼顾舒适支撑与安全保护的作用，在碰撞中，座椅发泡被压缩，座椅的刚性骨架变形吸收碰撞中的能量，而现在特斯拉液冷座椅中增加允许流体通过的带有多孔结构的中间层，在上文中提到，中间层的材料可以是聚合物泡沫，也可以是金属网，在这种结构上，对于碰撞中的能量吸收能否满足要求也是一个需要验证的点。

另外，对于配置通风加热的传统座椅结构中，加热垫通常贴在发泡A面上（或缝制在面套上），通风系统固定在坐垫或者靠背弹簧上，在发泡上挖通风孔并布置通风袋。加热垫本身占用空间很小，通风系统则相对来讲会占用多点座椅内部空间。而特斯拉液冷座椅专利则需要考虑布置流体泵及中间层，两者的尺寸大小未知，但似乎看起来尺寸上并无十分大的优势。

特斯拉是否能在后续车型上应用该专利？或许跟目前特斯拉的热泵系统有关联？