电动汽车热泵空调系统的实验研究
电动汽车用热泵空调系统的实验研究
轩小波1,2陈斐1,2
1.上海新能源汽车空调工程技术研究中心
2.上海加冷松芝汽车空调股份有限公司制冷研究院
摘要：基于一款电动汽车空调设计了热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。结果表明，环境温度越高双换热器系统和三换热器系统的换热性能越高，且三换热器系统的性能优势越明显；压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃工况下，三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，系统COP分别提高15.0%、16.5%和18.2%，提高了电动汽车乘员舱的舒适性和能效比。
关键词：电动汽车热泵空调实验研究三换热器系统系统COP
Experimental Research of Heat Pump Air-conditioning System
for Electric Vehicle
Songz automobile air conditioning co.,ltd Shanghai 201108
Abstract: Designed a test bench of heat pump air conditioning system based on an electric car air-conditioning. The impact of heat pump air conditioning system transfer performance, average temperature of the outlet assembly and the system coefficient of performance were studied base on two exchangers system and three exchangers system, under different compressor speeds and different ambient temperatures. The test results indicate that, higher the ambient temperature, higher the heat transfer performance of the two exchangers system and three exchangers system, transfer performance advantages more obvious of the three exchangers system. Under compressor speed is 5500rpm, ambient temperature is 7℃,1℃,-5℃conditions, average temperature of outlet assembly of the three exchangers system higher 8.0℃, 7.2℃and 6.1℃than the two exchangers system, the coefficient of performance increased 15.0%, 16.5% and 18.2% respectively, and the electric vehicle passenger compartment comfort and energy efficiency is also improved.
Key words:
electric vehicle heat pump air-conditioning experimental research three heat exchangers system system coefficient of performance
1前言
由于新能源电动和混动汽车工业的快速发展，空调系统能耗对电动汽车续行里程的影响日益凸显，这对电动汽车空调系统的节能降耗提出了更高要求。目前市场上的电动汽车冬季大多都采用PTC加热方式采暖，不仅能耗高而且制热效率低，电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题，热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。
热泵是利用少量高品位能源使热量由低温热源流向高温热源的节能装置［1］，在电动汽车中使用热泵空调系统取暖，可利用电能将环境中的热量泵送到车室内，得到的热量为消耗的电能与吸收的低位热能之和，因此其能效比大于1[2]；魏名山等人［3］针对电动汽车在冬天取暖时能耗较高的问题，设计了一套用于取暖的热泵空调系统；热泵COP 是制热模式下热泵空调系统的实际制热量与实际输入功率的比值［4］；Hosoz 等人［5］将传统燃油汽车空调改装为热泵空调，研究了不同压缩机转速与系统换热量、COP 等参数之间的关系。
本文设计了用于电动汽车室内采暖的热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。
2电动汽车热泵空调系统
电动汽车热泵空调系统原理如图1所示，主要由电动压缩机、单向阀、四通换向阀、节流装置、室内外换热器、气液分离器等组成。
图1 电动汽车热泵空调系统图
制冷模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室外换热器，在室外换热器内与外界空气进行热交换冷凝为低温高压的制冷剂液体，流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室内换热器，与室内空气进行交换实现蒸发吸热以达到降低乘员舱内温度的目的，最后从室内换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制冷循环。
制热模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室内换热器，与车内空气进行热交换以达到提升乘员舱内温度的目的，冷凝为低温高压的制冷剂液体流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室外换热器与室外空气进行热交换，最后从室外换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制热循环。
3实验装置与方法
3.1 实验装置
本热泵系统室内空调箱采用一款车用HV AC总成改装而成；实验台架如图2所示。
室外换热系统室内换热系统
图2 热泵系统实验台架
压缩机作为系统的主要部件对系统的换热性能起着重要作用，该系统选用一款排气量为24cc的车用电动涡旋压缩机，具体参数如表1所示。
表1 涡旋式电动压缩机参数
项目单位规格
压缩机型号(代号) - EVS24HLBBAA-5AA 压缩机型式- 汽车空调用电动涡旋压缩机
排气容积cc/rev 24
压缩机周围环境温度℃-40～80
转速范围rpm 1500-6000
制冷剂?R134a
冷冻油种类?HAF68、POE
冷冻油注入量ml 120±20(补充油量根据具体情况协商)
室外换热器采用专为汽车热泵空调系统设计的串片式换热器，是将多孔扁管和翅片采用穿插式结构利用全铝钎焊技术将两种部件焊接而成，加之翅片的百叶窗结构或错窗结构，使得系统在制热模式下此换热器作为蒸发器使用时具有良好的防结霜功能，此种换热器在低温环境下工作同时具有良好的换热性能及分液均匀性。为了解决室内换热器在制热模式下做为冷凝器使用时换热性能不足的问题，本热泵空调系统使用两个内部换热器串联的方式代替传统的一个换热器进行热交换；两个换热器分别为平行流微通道换热器及小管径翅片管式换热器，平行流换热器的位置在HV AC总成中位置保持不变，翅片管式换热器安装在总成中暖风芯体的位置，即充分利用了总成中有限的空间，又提升了室内换热器在系统制热状态下的换热性能；制冷模式下通过两位三通阀自动关闭翅片管式换热器，由平行流换热器单独工作。室内、外换热器主要参数如表2所示。
表2 室内、外换热器参数
名称外形尺寸/mm 迎风面积/m2管径/mm 最大承受冷媒压力/MPa 串片式换热器656×357×38 0.214 16×1.8 4.5
平行流式换热器281×249×38 0.056 16×1.8 4.5
管片式换热器271×157×35 0.038 ?5 6
系统采用具有双向节流功能的热力膨胀阀，压缩机吸气口前安装有带干燥过滤功能的气
液分离器，在系统中既能起到干燥过滤的作用，又能避免系统低温制热模式下压缩机发生液击的风险，且减少空调系统庞大的连接回路，简化了控制系统、降低了因接口过多造成冷媒泄漏的机率、提高了系统的密封性，更为节能环保。压缩机排气口处增加油分离器，保证热泵系统在低温环境下工作时润滑油能够在压缩机内流动顺畅，避免排气温度过高而造成压缩机损坏。其他主要仪器参数如表3所示。
表3 主要仪器参数
仪器名称测量范围精度/%
质量流量计0～400 kg/h 0.5
压力传感器0～5 MPa 0.2
温度传感器-40℃～120℃0.15
3.2 实验方法
室内换热系统及室外换热系统分别布置在两个不同的温度环境中，即模拟系统低温制热工况下车内、外的环境条件。在不同的环境温度、压缩机转速下测试双换热器及三换热器热泵系统对换热性能、HV AC总成出风口温度及系统COP的影响。
4 实验结果与分析
压缩机转速5500rpm时，室外环境温度分别为7℃、1℃、-5℃时双换热器系统、三换热器系统换热性能如图3所示。环境温度为7℃时三换热器系统换热性能较双换热器系统性能大28%，环境温度为1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统换热性能分别大25%和19%；即随着环境温度的升高，两种系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势较双换热器系统越明显。
图3 两换热器系统换热性能图4 两换热器系统总成出风口平均温度
实验过程中此HV AC总成的送风模式选定为全热/除霜/外循环，为了监控总成出风口温度，在除霜风口均匀布置8个热电偶。不同环境温度下两种系统的总成出风口平均温度如图4所示。室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃。由此可知，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性。
不同环境温度下两种换热器系统的COP如图5所示。压缩机转速5500rpm，环境温度为-5℃时，三换热器系统与双换热器系统COP分别为2.73和2.31，室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统COP分别高出15.0%、16.5%和18.2%；对同一种换热
器系统，不同的环境温度下系统COP 变化并不明显，如三换热器系统：7℃环境温度下系统COP 只比-5℃环境温度下系统COP 大0.19，这说明随着环境温度的上升，系统换热性能提高的同时压缩机的功耗也随之升高。
图5 双换热器、三换热器系统COP 对比 图6 系统COP 随压缩机转速变化曲线 环境温度为-5℃时，双换热器系统与三换热器系统COP 随压缩机转速变化情况如图6所示。随着压缩机转速的不断升高系统COP 逐渐降低，即压缩机转速越低系统COP 越高反之系统COP 越低，这说明随着压缩机转速的升高，系统换热性能的提升比小于压缩机功耗的提升比。
5结论与展望
通过实验研究电动车热泵空调双换热器和三换热器系统的换热性能、总成出风口平均温度及系统COP ，得出结论：
（1）随着环境温度的升高，双换热器系统及三换热器系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势越明显。
（2）压缩机转速为5500rpm 、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃条件下：三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性，三换热器系统较双换热器系统COP 分别高出15.0%、16.5%和18.2%; 对于同一种换热器系统不同的环境温度条件下系统COP 变化并不明显。
（3）压缩机转速越高系统COP 越低，压缩机转速越低系统COP 越高。
（4）为了实现电动汽车热泵空调在更低的环境温度下同样具有较高的换热性能及系统COP, 可选择喷气增焓式电动压缩机与chiller 或同轴管配合使用做更深一步的研究和探索，为电动汽车热泵空调尽早实现工业化奠定基础。
参考文献：
[1] 姚杨，马最良．浅议热泵定义［J ］．暖通空调，2002，32( 3) : 33
[2] 彭发展,魏名山.环境温度对电动汽车热泵空调系统性能的影响[J].北京航空航天大学学报,2014
[3] 魏名山，彭发展，李丽，等．一种变频电机驱动的电动汽车热泵空调系统: 中国，201220659508．9［P ］．2013-05-15
[4] 陈万仁，王保东．热泵与中央空调节能技术［M ］．北京: 化学工业出版社，2010: 16
[5] Hosoz M ，Direk M ．Performance evaluation of an integrated automotive air conditioning and heat pump system
［J ］．Energy Conversion and Management ，2006，47( 5) : 545－559
电动汽车空调系统
电动汽车空调系统 、电动汽车空调系统 全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其节能减排问题受到了越来越广泛的重视，各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向，这样节能环保的电动也就应运而生。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品，与普通内燃机汽车相比，具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。基于以上电动汽车的特点，它极有可能成为人类新一代的清洁环保交通工具，它的推广普及具有不可估量的重要意义。 电动汽车的出现也为电动汽车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。在各种气候环境条件下，电动汽车车厢内应保持舒适状态，以提供舒适的驾驶和乘坐环境。另外，拥有一套节能高效的空调系统对电动汽车开拓市场也起到至关重要的作用。因此，在开发研制电动汽车同时, 必然也要对其配套的空调系统进行开发与研制。 对于目前传统燃油汽车空调系统，制冷主要采用发动机驱动的蒸汽压缩式制冷系统进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案；对于混合动力车型来说，发动机的控制方式多样，故空调压缩机也不能采用发动机直接驱动的方案。综合以上原因，在电动汽车的开发过程中，必须研究适合电动汽车使用的新型空调系统。对于电动汽车来说，车上拥有高压直流电源，因此，采用电动热泵型空调系统，压缩机采用电机直接驱动，成为电动汽车可行的解决方案。 、电动汽车空调的特点 电动汽车空调与普通空调装置相比，电动汽车空调装置以及车内环境主要有以下特点：八、、? 1)汽车空调系统安装在运动的车辆上，要承受剧烈而频繁的振动与冲击，要求电动汽车
电动汽车空调国内外现状和发展趋势
电动汽车空调国内外发展现状及发展趋势 摘要：本文分析了电动汽车空调系统的特点，介绍了国内外电动汽车空调发展现状，根据现状和实际使用需求叙述了电动汽车空调的发展趋势。 关键字：电动汽车空调发展现状热泵发展趋势 引言 全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其节能减排问题受到了越来越广泛的重视，各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向，这样节能环保的电动也就应运而生。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品，与普通内燃机汽车相比，具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。基于以上电动汽车的特点，它极有可能成为人类新一代的清洁环保交通工具，它的推广普及具有不可估量的重要意义。 电动汽车的出现也为电动汽车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。在各种气候环境条件下，电动汽车车厢内应保持舒适状态，以提供舒适的驾驶和乘坐环境。另外，拥有一套节能高效的空调系统对电动汽车开拓市场也起到至关重要的作用。因此，在开发研制电动汽车同时,必然也要对其配套的空调系统进行开发与研制。 对于目前传统燃油汽车空调系统，制冷主要采用发动机驱动的蒸汽压缩
式制冷系统进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案；对于混合动力车型来说，发动机的控制方式多样，故空调压缩机也不能采用发动机直接驱动的方案。综合以上原因，在电动汽车的开发过程中，必须研究适合电动汽车使用的新型空调系统。对于电动汽车来说，车上拥有高压直流电源，因此，采用电动热泵型空调系统，压缩机采用电机直接驱动，成为电动汽车可行的解决方案。 1.电动汽车空调的特点 电动汽车空调与普通空调装臵相比，电动汽车空调装臵以及车内环境主要有以下特点： 1)汽车空调系统安装在运动的车辆上，要承受剧烈而频繁的振动与冲击， 要求电动汽车空调装臵结构中的各个零部件都应具有足够抗振动冲击的强度和良好的系统气密性能； 2)电动汽车大部分属于短距离代步，乘坐时间较短，加上电动汽车内乘员 所占空间比大，产生的热量相对较多，相对热负荷大，要求空调具有快速制冷、制热和低速运行能力； 3)电动汽车空调使用的是车上蓄电池提供的直流电源，压缩机工作效率高， 控制可靠性高，维护方便； 4)汽车车身隔热层薄，而且门窗多，玻璃面积大，隔热性能差，电动汽车 也不例外，致使车内漏热严重；
热泵型电动汽车空调系统性能试验研究上课讲义
热泵型电动汽车空调系统性能试验研究 1.1 研究背景及意义 目前，随着人类越来越多的使用燃油汽车，汽车尾气排放出的二氧化碳加剧了全球 气候极端变化。我国的石油资源的探明储量极其有限，早在2009 年，石油消费进口依 存度就突破了“国际警戒线”（50%），高达52%。汽车保有量却是逐年增加，如果 汽车几乎完全依赖于化石燃料，很容易受到国际石油价格的冲击，甚至导致燃料的供应 中断。再者，燃油汽车的尾气排放出大量的污染物如PM10（可吸入颗粒物）、NOx（氮 氧化物）、SO2（二氧化硫）和VOCs（挥发性有机化合物）等，已经成为我国城市大 气污染的主要污染源，严重危害了人们的健康。纯电动汽车是以电能驱动的，具有燃 油汽车无法比拟的优点，主要表现在：一、污染少、噪声低。其本身不排放污染大气 的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著 减少，且电动汽车电动机的发出的噪声较燃油汽车发动机小得多；二、能源的利用具有 多元化，电力可以从多种一次能源如煤、核能、水力、太阳能、风能、潮汐能等获得， 能源利用更加安全；三、可在夜间利用电网的廉价“谷电”进行充电，起到平抑电网的 峰谷差的作用；四、效率更高和控制更容易实现智能化。 作为一种具有环保和节能优势的先进交通工具，电动汽车受到了越来越广泛的关注。美、日、欧等发达国家不惜投入巨资进行电动汽车的研究开发，取得了丰硕的研究成果，纯电动汽车目前在许多发达国家已得到商业化的应用。我国电动汽车发展起步 较晚，但国家从维护能源安全，改善大气环境，提高汽车工业竞争力和实现我国汽车工 业的跨越式发展的战略高度考虑，从“八五”开始到现在，电动汽车研究一直是国家计 划项目，并在2001 年设立了“电动汽车重大科技专项”，通过组织企业、高校和科研 机构，集中各方面力量进行技术攻关。与此同时，上海、广州和深圳等地的地方政 府也出台了相应的扶持新能源汽车的发展政策，计划实现电动汽车在本地的产业化。 电动汽车代表未来汽车发展的方向，各国政策的扶持为电动汽车的发展铺平了道 路，近年来，它们在全世界范围内呈现出欣欣向荣的的发展态势，据国外著名金融杂志 JP Morgan 报道，预计到2020 年全球将有1100 万辆电动汽车上市销售，这意味着到那时电动汽车将分别占有北美20%和全球13%的市场份额，但目前电动汽车的发展遇到 很多技术问题，特别动力电池技术，续驶里程的提高和充电网络的建设等问题。 空调系统作为改善驾驶员工作条件、提高工作效率、提高汽车安全性及为乘员营造 健康舒适的乘车环境的重要手段，对燃油汽车和电动汽车而言，都是必不可少的。电 动汽车用空调系统与普通的汽车（内燃机驱动）空调相比，由于原动机不同而引发一系 列新变化。主要体现在：1）普通的汽车空调系统的压缩机依靠发动机通过一个电磁离 合器驱动，而电动汽车空调压缩机自带电动机独立驱动；2）电动汽车没有用来采暖的 发动机余热，不能提供作为汽车空调冬天采暖用的热源，必须自身具有供暖的功能，即 要求制冷、制热双向运行的热泵型空调系统。 纯电动汽车空调系统制冷、供暖和除霜所需能量均来自于整车动力电池。作为电动 汽车功耗最大的辅助子系统，空调系统的使用将极大的降低其续驶里程。因而，通过优 化电动汽车空调系统的设计以提高其性能对提高电动汽车续驶里程，推广电动汽车的应 用有着重要意义。 1.2.2 热泵式汽车空调研究现状 汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。随着 汽车的日益普及以及人们对汽车的舒适性、安全性要求的提高，汽车空调系统已经成为 现代汽车上必不可少的装置。汽车空调工作环境的特殊性如需要承受频繁的震动和冲
电动汽车空调系统
电动汽车空调系统 3.1、电动汽车空调系统 全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其节能减排问题受到了越来越广泛的重视，各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向，这样节能环保的电动也就应运而生。电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品，与普通燃机汽车相比，具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。基于以上电动汽车的特点，它极有可能成为人类新一代的清洁环保交通工具，它的推广普及具有不可估量的重要意义。 电动汽车的出现也为电动汽车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。汽车空调的功能就是把车厢的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。在各种气候环境条件下，电动汽车车厢应保持舒适状态，以提供舒适的驾驶和乘坐环境。另外，拥有一套节能高效的空调系统对电动汽车开拓市场也起到至关重要的作用。因此，在开发研制电动汽车同时,必然也要对其配套的空调系统进行开发与研制。 对于目前传统燃油汽车空调系统，制冷主要采用发动机驱动的蒸汽压缩式制冷系统进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案；对于混合动力车型来说，发动机的控制方式多样，故空调压缩机也不能采用发动机直接驱动的方案。综合以上原因，在电动汽车的开发过程中，必须研究适合电动汽车使用的新型空调系统。对于电动汽车来说，车上拥有高压直流电源，因此，采用电动热泵型空调系统，压缩机采用电机直接驱动，成为电动汽车可行的解决方案。
电动汽车空调系统方案
电动汽车加装空调系统方案 现阶段的电动汽车空调控制系统主要分两种： 1、热电（偶）空调控制系统 2、热泵型空调控制系统 热电偶空调控制系统具有很多适合电动汽车使用的特点，并且与传统机械压缩式空调系统相比，热电空气调节具有以下特点: a)、热电元件工作需要直流电源; b)、改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果; c)、热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差; d)、调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达0.001℃，并且容易实现能量的连续调节; e)、在正确设计和应用条件下，其制冷效率可达90%以上，而制热效率远大于1; f)、体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量;可靠性高、寿命长并且维护方便;没有转动部件，因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击 但是对于热电（偶）电动汽车空调系统，目前存在着热电材料的优值系数较低，制冷性能不够理想，并且热电堆产量受到构成热电元件的蹄元素产量的限制。不具备电动汽车
空调节能高效的要求。这使得电动汽车空调更倾向于选用节能高效的热泵型空调。 热泵型空调控制系统是在原有燃油汽车上进行改进的，该技术最大的优点就是制冷、制热效率高，相关企业开发的全封闭电动涡旋压缩机，是由一个直流无刷电动机驱动，通过制冷剂回气冷却，具有噪声低，振动小，结构紧凑，质量轻等优点。 综上所述：电动汽车所优先选用的空调系统为冷暖一体式热泵型空调控制系统。加热系统采用传统的PTC加热系统，制冷系统采用蓄电池直接驱动电动压缩机，通过脉宽调制对压缩机转速进行调整，从而调节制冷量，冷凝设备主要用的是平行流冷凝器，蒸发设备主要用的是层叠式蒸发器，节流装置仍然是热力膨胀阀，制冷剂仍然是R134a。 空调各部件尺寸根据各个供应商送样决定。
【CN210047289U】电动汽车热泵空调系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920346808.3 (22)申请日 2019.03.19 (73)专利权人 浙江吉利汽车研究院有限公司 地址 317000 浙江省台州市临海市城东闸 头 专利权人 浙江吉利控股集团有限公司 (72)发明人 季晨捷 芮富林 王健 (74)专利代理机构 台州市方圆专利事务所(普 通合伙) 33107 代理人 徐斌斌 (51)Int.Cl. B60H 1/00(2006.01) B60H 1/32(2006.01) F25B 30/02(2006.01) F25B 41/04(2006.01) (54)实用新型名称 电动汽车热泵空调系统 (57)摘要 本实用新型提供了一种电动汽车热泵空调 系统，属于汽车空调技术领域。它解决了现有电 动汽车热泵空调系统的室外换热器换热效率低 的技术问题。本电动汽车热泵空调系统包括压缩 机、室外换热器、室内冷凝装置、气液分离器、电 子膨胀阀一和换向阀，换向阀具有阀口一、阀口 二、阀口三和阀口四，阀口一可选择地与阀口二 和/或阀口四连通，阀口二可选择地与阀口三连 通；阀口一通过冷媒管道分别与压缩机的出口和 室内冷凝装置的冷媒出口连通，阀口二、室外换 热器、电子膨胀阀一、阀口四通过冷媒管道依次 连接，阀口三通过冷媒管道与气液分离器的入口 连通。本实用新型提高了室外换热器的换热效 率。权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 210047289 U 2020.02.11 C N 210047289 U
权 利 要 求 书1/1页CN 210047289 U 1.一种电动汽车热泵空调系统，包括压缩机(1)、室内冷凝装置(3)、室外换热器(5)、气液分离器(13)和电子膨胀阀一(7)，所述压缩机(1)的出口和入口分别通过冷媒管道与室内冷凝装置(3)的冷媒入口、气液分离器(13)的出口连通，其特征在于，所述电动汽车热泵空调系统还包括换向阀(4)，所述换向阀(4)具有阀口一(41)、阀口二(42)、阀口三(43)和阀口四(44)，所述阀口一(41)可选择地与阀口二(42)和/或阀口四(44)连通，所述阀口三(43)可选择地与阀口二(42)连通；所述阀口一(41)通过冷媒管道分别与压缩机(1)的出口和室内冷凝装置(3)的冷媒出口连通，所述阀口二(42)、室外换热器(5)、电子膨胀阀一(7)、阀口四(44)通过冷媒管道依次连接，所述阀口三(43)通过冷媒管道与气液分离器(13)的入口连通。 2.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述压缩机(1)的出口与阀口一(41)之间的冷媒管道上设有电磁阀(2)。 3.根据权利要求2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述电动汽车热泵空调系统还包括单向阀一(6)和室内蒸发器(11)，所述单向阀一(6)并联于电子膨胀阀一(7)上，且所述单向阀一(6)的入口与室外换热器(5)的端口连通，所述室内蒸发器(11)入口和出口分别通过冷媒管道与单向阀一(6)的出口、气液分离器(13)的入口连通，所述室内蒸发器(11)入口端的冷媒管道上设有电子膨胀阀二(8)。 4.根据权利要求3所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述电动汽车热泵空调系统还包括电池冷却箱(10)，所述电池冷却箱(10)的入口和出口分别通过冷媒管道与所述单向阀一(6)的出口、气液分离器(13)的入口连通，所述电池冷却箱(10)入口端的冷媒管道上设有电子膨胀阀三(9)。 5.根据权利要求4所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述室内蒸发器(11)的出口和所述气液分离器(13)的入口之间的冷媒管道上设有单向阀二(12)，所述单向阀二(12)的入口与所述室内蒸发器(11)的出口连通，所述单向阀二(12)的出口与所述气液分离器(13)的入口连通。 6.根据权利要求1至5任意一项所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述室内冷凝装置(3)为室内冷凝器。 7.根据权利要求1至5任意一项所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述室内冷凝装置(3)包括介质换热器(14)、暖风芯体(17)和水泵(16)，所述介质换热器(14)具有冷媒层和冷却液层，所述室内冷凝装置(3)的冷媒入口和冷媒出口分别设置于冷媒层的两端，所述冷却液层的两端分别设有冷却液入口和冷却液出口，所述水泵(16)、冷却液层和暖风芯体(17)通过冷却液管道依次连接形成冷却液闭合回路。 8.根据权利要求7所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统还包括补液壶(15)，所述补液壶(15)的入口通过冷却液管道同冷却液层的冷却液出口连通，所述补液壶(15)的出口通过冷却液管道同水泵(16)的入口连通。 2
汽车电气系统的组成与特点
电气 一、汽车电气系统的组成 现代汽车所装备的电气系统，按其用途可大致归纳并划分为下面四部分： 1．电源系统 电源系统包括蓄电池、发电机及其调节器。前两者是并联工作，发电机是主电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器的作用是在发电机转速升高时，自动调节发电机的输出电压使之保持稳定。 2．用电系统 汽车上用电系统大致可分为以下几类： (1)起动系：主要机件是启动机，其任务是起动发动机。 (2)点火系：它是汽油发动机的组成部分，包括电子点火系统或传统点火系统的全部组件。其任务是产生高压电火花，按发动机的工作顺序点燃气缸内的可燃混合气。 (3)照明系统：包括车内外各种照明灯以及保证夜间安全行车所必须的灯光，其中以前照明灯最为重要。军用车辆还增设了防空照明。 (4)信号系统：包括电喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种信号灯等，主要用来保证安全行车所必要的信号。 (5)电子控制系统：主要指由微机控制的装置，包括：电子控制点火装置、电子控制燃油喷射装置、电子控制防抱死制动装置、
电子控制自动变速装置等，分别用来提高汽车的动力性、经济性、安全性、排气净化和操纵自动化等性能。 (6)辅助电器：包括电动刮水器、低温起动预热装置、空调器、收录机、点烟器、防盗装置、玻璃升降器、座椅调节器等。辅助电器有日益增多的趋势，主要向舒适、娱乐、保障安全方面发展。 3．检测系统 包括各种检测仪表如电压表、电流表、水温表、油压表、燃油表、车速里程表、发动机转速表和各种报警灯，用来监测发动机和其它装置的工作情况。 4．配电系统 配电系统包括中央接线盒、电路开关、保险装置、插接件和导线等，以保证线路工作的可靠性和安全性。 二、汽车电气系统电系的特点 汽车电气系统具有以下四个特点： 1．低压 汽车电系的额定电压有12伏（V）、24V两种，汽油车普遍采用12V电系，而柴油车多采用24V电系。电器产品额定运行端电压，对发电装置12V电系为14V；对24V电系为28V。对用电设备电压在0.9～1.25倍额定电压范围内变动时应能正常工作。 2．直流 汽车电系采用直流是因为起动发动机的启动机，为直流串激
电动汽车空调的现状与发展
电动汽车空调的现状与发展 The status and the development trend of electric vehicle air conditioning 摘要：本文分析了电动汽车空调的结构，制冷系统原理，特点和发展状况，并且为了提高其舒适性，分析发展趋势以及更好的汽车空调新技术。 Abstract：The paper analyzes the electrical automobile air conditioners’ characteristics and development status in order to improve its comfort, and want to find out new technology of air conditioner to make it better. 关键词：电动汽车（Electric automobile）电动汽车的结构（Electrical automobile’structure）空调系统（air conditioner）现状（present situation）发展趋势（the development trend） 前言： 汽车空调在当今社会的汽车配置中可以说是重中之重，在各种季节、天气及其它行驶条件下，大家都希望车厢内保持舒适的状态。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。而对于新一代的纯电动环保型汽车来说空调的设置无疑与现在的主流汽车有所不同，但匹配空调系统又是
完全必要的，所以拥有一套节能高效的空调系统是现今市场的急切需要的。 正文： 电动汽车的结构： 电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1. 电源 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。 2. 动机调速控制装置 电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
电动汽车热泵空调系统的实验研究
电动汽车用热泵空调系统的实验研究 轩小波1,2陈斐1,2 1.上海新能源汽车空调工程技术研究中心 2.上海加冷松芝汽车空调股份有限公司制冷研究院 摘要：基于一款电动汽车空调设计了热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。结果表明，环境温度越高双换热器系统和三换热器系统的换热性能越高，且三换热器系统的性能优势越明显；压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃工况下，三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，系统COP分别提高15.0%、16.5%和18.2%，提高了电动汽车乘员舱的舒适性和能效比。 关键词：电动汽车热泵空调实验研究三换热器系统系统COP Experimental Research of Heat Pump Air-conditioning System for Electric Vehicle Songz automobile air conditioning co.,ltd Shanghai 201108 Abstract: Designed a test bench of heat pump air conditioning system based on an electric car air-conditioning. The impact of heat pump air conditioning system transfer performance, average temperature of the outlet assembly and the system coefficient of performance were studied base on two exchangers system and three exchangers system, under different compressor speeds and different ambient temperatures. The test results indicate that, higher the ambient temperature, higher the heat transfer performance of the two exchangers system and three exchangers system, transfer performance advantages more obvious of the three exchangers system. Under compressor speed is 5500rpm, ambient temperature is 7℃,1℃,-5℃conditions, average temperature of outlet assembly of the three exchangers system higher 8.0℃, 7.2℃and 6.1℃than the two exchangers system, the coefficient of performance increased 15.0%, 16.5% and 18.2% respectively, and the electric vehicle passenger compartment comfort and energy efficiency is also improved. Key words: electric vehicle heat pump air-conditioning experimental research three heat exchangers system system coefficient of performance 1前言
电动汽车热泵系统简述
第16卷第7期 身| >1" f 寶；謂2 0 1 6 年 7 月 REFRIGERATION AND AIR-CONDITIONING 78-81 电动汽车热泵系统简述 陈雪峰叶梅娇黄一波 (比亚迪汽车工业有限公司） 摘要本文主要介绍了当前电动汽车塑调系统采用的制冷和采暖技术，并着重对车用热泵技术进行了详 细的说明。 关键词新能源；电动汽车；热泵；空调；采暖 Introduction of heat pump system in electrical vehicles Chen Xuefeng Ye Mengjiao Huang Yibo (B Y D A uto Industry Company Lim ited ) ABSTRACT It was introduced the refrigeration and heating technology of electric car air conditioning ? especially in heat pump . KEY WORDS new energy；electric car；heat pum p ；air -conditioning；heating 传统燃油汽车中，汽车空调在制冷时由于压 缩机需要发动机驱动，会增加一定的油耗，但因 该部分油耗较低，对续航里程影响不大。而在采 暖时，由于利用的是燃油车发动机余热，并不会 造成多余油耗，对续航里程几乎没有影响。而对 于纯电动汽车，空调又由电能驱动，且消耗电能 较多，因此，空调对电动汽车续航里程的影响不 容忽视。 1纯电动汽车空调目前使用状况 1.1当前电动汽车采用的制冷技术目前，已上市的电动汽车空调系统采用的制 冷技术与传统燃油汽车采用的空调制冷技术原理 相同，都是通过改变制冷剂的物理状态进行制冷。 这种制冷技术成熟度高、应用面广，其C O P 值可达 到2.0以上。 纯电动车在夏季空调系统开启制冷模式时， 空调系统的能耗占整车能耗约由于当前电 动汽车的续航里程并不宽裕，如何进一步降低汽 车空调制冷时的能耗受到业内关注。 1.2当前电动汽车采用的采暖技术 当今上市的纯电动汽车普遍使用P T C 水加热 器系统或P T C 风加热器系统来实现乘员舱采暖功 能（图〗、图2)。 图1 PTC 风加热器图2 PT C 水加热器对于纯电动车来说，一般使用P T C 风加热，此 种方式只需要将传统汽车空调暖风芯体替换为 P T C 风加热器，再辅以必要的控制设备，就能直接收稿日期：2016-05-23 作者简介：陈雪峰，比亚迪n 个:.1:业川似公氷笫丨‘ /I :，业部空调丨:厂厂K ： ?从事新能源n 个:热竹理系统研究。
纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究
纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究由于纯电动汽车无发动机冷却热源用于冬季车内供热,开发冷暖两用的热泵型空调系统,已成为当前纯电动汽车空调系统开发亟待解决的关键技术。本文基于准双级压缩循环原理,结合工质R134a的低温特性和系统设备的结构特点,提出了纯电动汽车用低温热泵型空调系统,解决了R134a热泵空调系统低温环境工况下高效可靠供热运行技术,为开发适合纯电动汽车的高效热泵空调系统提供了可行的技术方法。 研究成果包括以下几个方面:(1)建立了纯电动汽车用低温热泵型空调系统数学模型。包含混气型涡旋式电动压缩机、车外换热器(冷凝器)、车内换热器(蒸发器)、电子膨胀阀、混气换热器(中间换热器)以及循环工质R134a热物性参数数学模型,并根据系统各个部件之间的耦合性能,形成预测该系统性能的系统数学模型。 模拟分析了车外环境温度、混气比率等因素对纯电动汽车用低温热泵型空调系统运行特性的影响。模拟结果与实验结果对比,二者变化趋势相同,吻合较好。 (2)设计了纯电动汽车用低温热泵型空调系统。该系统可根据运行工况和实际需要实现中压补气和低压混气两种热泵供热循环技术,可实现不同工况下对电动汽车制冷、制热、车外换热器除霜等多种基本工作模式,通过压缩机降温增效混气系统和辅助电加热器使该系统能够在室外-20℃超低温环境温度下高效稳定地进行制热循环。 (3)设计并搭建了纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能实验平台。通过该实验台分别完成了电动汽车制冷、普通制热、低温制热和车外换热器除霜等基本工作模式下系统的性能实验。
实验研究结果表明:低温工况下压缩机排气温度显著降低,当车外环境温度为-20℃时仍正常运行,压缩机排气温度可有效控制在80℃以下,解决了非混气热泵循环排气温度过高无法正常工作的情况;系统制热量明显提升,在车外环境温度为10℃时,非混气热泵空调系统制热量为4200W左右,混气型低温热泵空调系统制热量在5300W左右,制热量提高了20%以上;系统低温工况运行效率较高,在车外环境温度为-20℃时,系统COP达1.5左右,高于电加热供热、热电半导体供热等其他供热方式。(4)提出了提温增焓逆循环快速融霜技术方法。 经实验研究,在0℃至-20℃的环境温度下,利用该快速融霜技术方法可在50~100秒时间内完成车外换热器的完全融霜,实现了快速融霜。(5)依据模拟与实验结果对纯电动汽车用低温热泵型空调系统进行了优化,开发了国内第一台纯电动汽车车载低温热泵空调系统,在大型人工环境实验室进行了相关的车载性能实验。 实验结果表明,该车载系统在标准制冷工况、标准制热工况、低温制热工况下均表现出良好的系统性能,并通过压缩机的变频转速控制和PTC(正温度系数的热敏电阻)辅助热源保证了系统在高温和低温环境温度下车内温度维持在舒适范围,实现了系统高效节能与可靠运行的统一。
电动汽车空调系统设计指南
电动汽车空调系统设计指南
目 次 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 设计依据标准 (1) 3.1 欧盟标准 (1) 3.2 美国标准 (1) 3.3 国家标准 (1) 3.4 行业标准 (2) 3.5 企业标准 (3) 4 基本要求 (3) 5 空调系统结构布置与设计内容....................................... (4) 5.1 空调系统方案设计 (4) 5.2 HVAC总成选型与布置设计 (4) 5.3 空调控制面板设计 (5) 5.4 空调系统的风道设计 (5) 5.5 压缩机选型设计及压缩机安装支架设计 (7) 5.6 冷凝器及储液器设计 (7) 5.7 冷凝器风扇的选型与安装结构设计 (7) 5.8 制冷管路设计 (8) 5.9 电气控制原理设计与协调 (8) 5.10 空调系统的性能指标及系统试验 (9) 附录A（规范性附录） 空调系统设计流程 (10)
目 次 本指南是充分借鉴公司电动车型空调系统设计过程中的经验及积累的数据、结合公司现有的实际情况及未来发展需要编写而成的，旨在指导公司空调系统的设计工作，期望在空调系统设计的过程中，提高设计效率和精度，本指南将在本公司所有电动车型空调系统设计中实施，并在实践过程中进一步提高完善。
电动汽车空调系统设计指南 1范围 本指南概述了电动汽车空调系统设计依据标准、基本要求、空调系统结构布置与设计内容。 本指南适用于新产品空调系统的设计，老产品改进和改型的空调系统设计可参照执行。 2规范性引用文件 下列文件对本文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 Q/J B022 电动汽车HVAC总成技术条件 Q/J C021 空调系统参数匹配计算指南 Q/FD TSF6 001 整车空调系统环模试验及路试技术要求 3空调系统设计依据标准 以下标准是空调系统设计过程中性能和结构应依据的标准，空调系统国内国外设计指标及试验项目详见各标准内相关规定。 3.1 欧盟标准 672/2010/EU机动车辆玻璃表面的除霜和除雾系统 2006/40/EC 机动车辆空调系统的排放 ECE R100 关于认证机动车辆的统一规定，涉及施工安全与功能安全的特殊要求 ECE R122 关于M类、N类 及O类车辆在其加热系统方面认证的统一规定 3.2 美国标准 SAE J 2344-2010 电动汽车安全指南 SAE J 902-1999 乘用车前风窗除霜系统 SAE J 381-2000 载货车、大客车及多用途车风窗玻璃除霜系统试验规程和性能要求 49 CFR 393 G77 加热器 FMVSS 101 操纵件、指示器及信号装置的标志 FMVSS 103 风窗玻璃除霜和除雾系统 FMVSS 302 内饰材料的易燃性
电动汽车空调的取暖方案
电动汽车空调的取暖方案 电动汽车具有悠久的历史，存在的时间并不比内燃机汽车短。早期的电动汽车由于受到蓄电池等因素的限制，其空调系统的设计思路是在使用过程中不消耗电能。一种方法是在对蓄电池充电的同时为车室内提供暖气，此方法只适用于短距离的驾驶。即在电动汽车开始运行阶段，车室内能保持舒适的温度，随着运行时间的增加，空调系统的性能迅速下降。另一种方法是利用独立的小型燃油装置提高电动汽车车室内的环境温度，此方法虽能较好的满足车室内供暖的要求，但是燃烧产物依然会对环境造成污染。随着科学技术的不断进步，电动汽车室内取暖的方法也越来越多，如采用PTC加热器、空调座椅、热泵空调系统等方法。 1、采用PTC加热器取暖 PTC泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件，通常是指正温度系数热敏电阻。当PTC热敏电阻的温度超过居里温度时，其电阻值会急剧增加，从而使加热器的功率变得很小。目前，在环境温度较低时，大部分电动汽车均采用PTC热敏电阻做成的加热器来提高车室内的环境温度。 利用PTC热敏电阻制成的加热器为电动汽车车室内供暖时，虽然具有恒温发热、无明火、温升速度快、成本低、使用寿命长、绿色环保、不需要控制系统等优点，且不需要改动暖风机总成的壳体，但是能耗较高。当车室内要满足除霜、取暖等相关法规要求时，PTC 需要达到3kW以上的功率。这样不仅会对蓄电池产生较大的影响，同时还会产生异味，存在安全隐患。由于PTC加热器是直接将电能转化为热能的取暖装置，其最大能效比仅为1。对于电动汽车而言，PTC加热器并不是最佳的取暖方案。 2、采用电机冷却液余热，同时辅助PTC加热器取暖 电动汽车在行驶过程中，需要对驱动电机进行冷却，因此可采用与传统内燃机汽车相类似的取暖方法，即利用电机冷却液的余热来提高车室内的环境温度。当冷却液的余热无法满足车室内取暖的要求时，此时再辅以PTC加热器取暖。 由此可知，采用此方法为电动汽车的车室内供热时，在PTC加热器不工作的情况下，几乎不消耗电能，但是需要增加一些管路、阀门、加热器等部件，同时还需要对控制系统进行重新设计。 3、采用空调座椅取暖 当直流电通过不同导体组成的闭合回路时，除了产生不可逆的焦耳热之外，还会在不同