电动汽车热泵空调系统的实验研究
电动汽车空调制热系统设计及研究
电动汽车空调制热系统设计及研究作者：张海张宸瑜郭木生来源：《湖南大学学报·自然科学版》2021年第12期摘要：針对纯电动汽车空调系统制热功耗高且低温环境工况下制热效果差的问题，提出一种通过回收电机余热为乘客舱制热来减少制热功耗的空调系统. 运用AMESim软件建立了电机余热循环系统模型并通过电机余热制热试验验证了该模型的准确性，建立了热泵空调制热系统模型并通过热泵空调制热试验验证了该模型的准确性，结合两个系统建立了带有电机余热回收的热泵空调系统仿真模型，分析了电机余热制热性能和电机余热辅助热泵空调制热性能. 试验结果表明，电机余热单独制热在中等车速、环境温度高于10 ℃的工况下能够满足制热需求;电机余热辅助热泵空调制热能够有效提高制热效率，在电机转速为3 000 r/min、压缩机转速为4 000 r/min、环境温度为-5 ℃的工况下，等效制热能效比能够达到3.4，比同工况下热泵空调单独制热模式的能效比提高了约48%. 该系统可以有效提高纯电动汽车的能源利用率，改善空调系统的制热性能.关键词：电动汽车;热泵系统;空调;余热利用;低温制热中图分类号：U463.85;U469.72 文献标志码：ADesign and Research of Air ConditioningHeating System for Electric VehiclesZHANG Hai，ZHANG Chenyu†，GUO Musheng（ School of Mechanical and Electrical Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）Abstract：To address the problems of high heating power consumption and poor heating effect in a low-temperature environment， an air conditioning system of the electric vehicle is proposed to reduce the heating power consumption by recycling motor waste heat for passenger cabin heating. Th motor waste heat circulation system model is established by AMESim software and the accuracy of the model is verified by the motor waste heat heating experiment. Then， the heat pump air conditioning heating system model is established and the accuracy of the model is checked by the heat pump air conditioning heating experiment. Finally， the simulation model of a heat pump air conditioning system with motor waste heat recovery is established， and the performance of motor waste heat and motor waste heat auxiliary heat pump air conditioning is analyzed. The experimental results show that the motor waste heat alone can meet the heating demand under the working condition of medium vehicle speed and ambient temperature above 10 ℃. The motor waste heat-assisted heat pump air conditioner heating can effectively improve the heating efficiency. And the equivalent heating energy efficiency ratio can reach 3.4 under the working conditions of the motor speed of 3 000 r/min， compressor speed of 4 000 r/min and ambient temperature of -5 ℃. Under the same working condition， the equivalent energy efficiency ratio is 48% higher than the energy efficiency ratio of the heat pump air conditioner alone. This system can effectively improve the energy utilization rate of the electric vehicle and the heating performance of the air conditioning system.Key words：electric automobiles;heat pump systems;air conditioning;waste heat utilization;low temperature heating在冬季，純电动汽车由于没有发动机提供足够的制热热源，所以需要额外的辅助热源进行制热[1]. 目前在市场应用中普遍使用PTC（Positive Temperature Coefficient heater）加热器为纯电动汽车制热，但是其制热能效比（Coefficient of Performance，COP）不可能大于1，只能达到0.8～0.95[2]，对纯电动汽车的续航里程影响很大. 热泵空调比PTC加热器具有更高的制热能效比，可以提高纯电动汽车的冬季低温续航能力，因此，热泵空调成为了纯电动汽车制热空调更好的选择[3].许多学者对纯电动汽车热泵系统性能进行了研究[4-6]，但大部分针对单空气热源热泵系统以及混合动力汽车热泵系统，没有考虑到其他热源的利用. 纯电动汽车热泵空调虽然制热能效比较高，但还是在消耗动力电池的能量，若能加入电机余热辅助制热，将会有效减少动力电池的能量消耗，提高续航里程. 李萍等[7]研究了废热回收的热泵空调系统，采用两个分回路吸收电池和电机产生的废热以达到冬季恶劣条件下的制热要求. 该系统虽然可以有效改善热泵空调的制热性能，但并未考虑到低温高湿环境下车外换热器的结霜问题. 热泵空调虽然十分适合作为纯电动汽车的制热空调，但在使用热泵空调时还会遇到一些问题. 热泵空调的车外换热器在冬季低温潮湿环境下运行时发生结霜而影响空调系统制热性能是使用热泵空调系统所需要解决的一个难题. 车外换热器在低温潮湿环境下结霜后会导致压缩机单位功耗增加，降低系统性能，严重时甚至会造成停机现象[8-10].为了提高热泵系统在冬季的工作效率，需要采用带有车外换热器除霜功能的热泵空调系统. 许多学者对热气旁通和逆循环除霜方案进行了研究[11-13]，虽然它们可以迅速有效地实现除霜功能，但是它们除霜的最终能量来源都是动力电池的额外供能，这将在一定程度上缩减纯电动车的续航里程，如果能够合理利用纯电动汽车的电机余热进行辅助除霜，将有效提高热泵空调系统性能的同时减小对续航里程的影响.综合当前研究现状，本文针对纯电动汽车的热泵空调系统，从纯电动汽车的电机余热出发，提出一种带有电机余热回收功能的纯电动车用热泵空调制热系统，并建立该制热空调系统的AMESim仿真模型，通过试验对仿真模型进行验证.1 系统构成原理及其功能分析1.1 空调系统构成原理本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统如图1所示，该系统主要分为热泵空调的制冷剂循环部分和电机余热的水循环部分. 对于热泵空调制冷剂循环部分，由于本文主要研究空调的制热性能，因此只考虑了制冷剂的制热循环，不考虑制冷剂的制冷循环. 热泵空调主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器等部件组成，当热泵空调开启制热时，制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气态，之后流经冷凝器大部分变成液态，同时将热量传递到乘客舱内实现制热，然后制冷剂在膨胀阀中节流，变成了低温低压的液态，在经过室外蒸发器时蒸发成为气态同时吸收车室外空气的热量，最后其中少部分未蒸发的液态制冷剂留在了气液分离器中，大部分气态制冷剂流回压缩机中进行下一个制热循环. 电机余热水循环部分如图1粗箭头所示，主要由电机、水泵、水壶、水PTC、三通水阀、暖风芯体和散热器等部件构成，可以实现乘客舱制热、电机散热和蒸发器除霜等功能.1.2 空调系统功能分析本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统主要有3种制热工作模式，分别为电机余热单独制热、电机余热辅助热泵空调制热和电机余热辅助PTC制热. 除了3种制热工作模式外，还有电机散热和车外蒸发器除霜两种独立控制的功能.电机余热单独制热工作模式下，热泵空调不运行，电机冷却水按图2所示水循环流动. 在电机余热单独制热时，水PTC不开启，水泵推动电机冷却液流经暖风芯体，将电机余热传递至乘客舱内，实现乘客舱的制热;同时，三通水阀可以在电机温度过高时控制冷却水循环流经车室外散热器将多余的热量散发，保证电机温度不会过高. 该模式和传统燃油汽车制热原理一样，动力电池不需要额外耗能，制热的同时不会影响续航里程，但是该模式的缺点也很明显，在车外环境温度较低，车内制热需求量较大时，无法满足乘客舱制热要求.电机余热辅助热泵空调制热工作模式下，热泵空调制冷剂循环和电机冷却水循环同时运行，如图1所示. 热泵空调通过冷凝器给乘客舱制热，同时电机余热通过暖风芯体给乘客舱制热，而水PTC和三通水阀控制的散热器回路会在车室外蒸发器需要除霜时开启，通过风扇将散热器的热量传到蒸发器上进行融霜，解决热泵空调在冬季低温潮湿环境下因车外蒸发器结霜而影响制热性能的难题. 该模式在电机余热单独制热性能不足时开启，以电机余热辅助制热能效比较高的热泵空调给乘客舱制热，同时利用了电机余热配合水PTC给车室外蒸发器进行除霜，在确保制热性能的前提下提高了能源利用率.在电机余热辅助PTC制热工作模式下，热泵空调不运行，水PTC开启，三通水阀控制关闭冷却水的散热器流向，冷却水循环如图3所示. 此时水循环有电机余热和水PTC制热两个热源，可以在电机余热单独制热性能不足和热泵空调超低温环境下无法制热时通过暖风芯体给乘客舱制热. 该模式虽然回收利用了电机余热进行制热，但主要还是利用PTC加热器制热，和现在市场中纯电动汽车普遍使用的制热方式一样，耗能较高，一般只在极端恶劣工况下使用.Key words：electric automobiles;heat pump systems;air conditioning;waste heat utilization;low temperature heating在冬季，纯电动汽车由于没有发动机提供足够的制热热源，所以需要额外的辅助热源进行制热[1]. 目前在市场应用中普遍使用PTC（Positive Temperature Coefficient heater）加热器为纯电动汽车制热，但是其制热能效比（Coefficient of Performance，COP）不可能大于1，只能达到0.8～0.95[2]，对纯电动汽车的续航里程影响很大. 热泵空调比PTC加热器具有更高的制热能效比，可以提高纯电动汽车的冬季低温续航能力，因此，热泵空调成为了纯电动汽车制热空调更好的选择[3].许多学者对纯电动汽车热泵系统性能进行了研究[4-6]，但大部分针对单空气热源热泵系统以及混合动力汽车热泵系统，没有考虑到其他热源的利用. 纯电动汽车热泵空调虽然制热能效比较高，但还是在消耗动力电池的能量，若能加入电机余热辅助制热，将会有效减少动力电池的能量消耗，提高续航里程. 李萍等[7]研究了废热回收的热泵空调系统，采用两个分回路吸收电池和电机产生的废热以达到冬季恶劣条件下的制热要求. 该系统虽然可以有效改善热泵空调的制热性能，但并未考虑到低温高湿环境下车外换热器的结霜问题. 热泵空调虽然十分适合作为纯电动汽车的制热空调，但在使用热泵空调时还会遇到一些问题. 热泵空调的车外换热器在冬季低温潮湿环境下运行时发生结霜而影响空调系统制热性能是使用热泵空调系统所需要解决的一个难题. 车外换热器在低温潮湿环境下结霜后会导致压缩机单位功耗增加，降低系统性能，严重时甚至会造成停机现象[8-10].为了提高热泵系统在冬季的工作效率，需要采用带有车外换热器除霜功能的热泵空调系统. 许多学者对热气旁通和逆循环除霜方案进行了研究[11-13]，虽然它们可以迅速有效地实现除霜功能，但是它们除霜的最终能量来源都是动力电池的额外供能，这将在一定程度上缩减纯电动车的续航里程，如果能够合理利用纯电动汽车的电机余热进行辅助除霜，将有效提高热泵空调系统性能的同时减小对续航里程的影响.综合当前研究现状，本文针对纯电动汽车的热泵空调系统，从纯电动汽车的电机余热出发，提出一种带有电机余热回收功能的纯电动车用热泵空调制热系统，并建立该制热空调系统的AMESim仿真模型，通过试验对仿真模型进行验证.1 系统构成原理及其功能分析1.1 空调系统构成原理本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统如图1所示，该系统主要分为热泵空调的制冷剂循环部分和电机余热的水循环部分. 对于热泵空调制冷剂循环部分，由于本文主要研究空调的制热性能，因此只考虑了制冷剂的制热循环，不考虑制冷剂的制冷循环. 热泵空调主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器等部件组成，当热泵空调开启制热时，制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气态，之后流经冷凝器大部分变成液态，同时将热量传递到乘客舱内实现制热，然后制冷剂在膨胀阀中节流，变成了低温低压的液态，在经过室外蒸发器时蒸发成为气态同时吸收车室外空气的热量，最后其中少部分未蒸发的液态制冷剂留在了气液分离器中，大部分气态制冷剂流回压缩机中进行下一个制热循环. 电机余热水循环部分如图1粗箭头所示，主要由电机、水泵、水壶、水PTC、三通水阀、暖风芯体和散热器等部件构成，可以实现乘客舱制热、电机散热和蒸发器除霜等功能.1.2 空调系统功能分析本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统主要有3种制热工作模式，分别为电机余热单独制热、电机余热辅助热泵空调制热和电机余热辅助PTC制热. 除了3种制热工作模式外，还有电机散热和车外蒸发器除霜两种独立控制的功能.电机余热单独制热工作模式下，热泵空调不运行，电机冷却水按图2所示水循环流动. 在电机余热单独制热时，水PTC不开启，水泵推动电机冷却液流经暖风芯体，将电机余热传递至乘客舱内，实现乘客舱的制热;同时，三通水阀可以在电机温度过高时控制冷却水循环流经车室外散热器将多余的热量散发，保证电机温度不会过高. 该模式和传统燃油汽车制热原理一样，动力电池不需要额外耗能，制热的同时不会影响续航里程，但是该模式的缺点也很明显，在车外环境温度较低，车内制热需求量较大时，无法满足乘客舱制热要求.電机余热辅助热泵空调制热工作模式下，热泵空调制冷剂循环和电机冷却水循环同时运行，如图1所示. 热泵空调通过冷凝器给乘客舱制热，同时电机余热通过暖风芯体给乘客舱制热，而水PTC和三通水阀控制的散热器回路会在车室外蒸发器需要除霜时开启，通过风扇将散热器的热量传到蒸发器上进行融霜，解决热泵空调在冬季低温潮湿环境下因车外蒸发器结霜而影响制热性能的难题. 该模式在电机余热单独制热性能不足时开启，以电机余热辅助制热能效比较高的热泵空调给乘客舱制热，同时利用了电机余热配合水PTC给车室外蒸发器进行除霜，在确保制热性能的前提下提高了能源利用率.在电机余热辅助PTC制热工作模式下，热泵空调不运行，水PTC开启，三通水阀控制关闭冷却水的散热器流向，冷却水循环如图3所示. 此时水循环有电机余热和水PTC制热两个热源，可以在电机余热单独制热性能不足和热泵空调超低温环境下无法制热时通过暖风芯体给乘客舱制热. 该模式虽然回收利用了电机余热进行制热，但主要还是利用PTC加热器制热，和现在市场中纯电动汽车普遍使用的制热方式一样，耗能较高，一般只在极端恶劣工况下使用.Key words：electric automobiles;heat pump systems;air conditioning;waste heat utilization;low temperature heating在冬季，纯电动汽车由于没有发动机提供足够的制热热源，所以需要额外的辅助热源进行制热[1]. 目前在市场应用中普遍使用PTC（Positive Temperature Coefficient heater）加热器为纯电动汽车制热，但是其制热能效比（Coefficient of Performance，COP）不可能大于1，只能达到0.8～0.95[2]，对纯电动汽车的续航里程影响很大. 热泵空调比PTC加热器具有更高的制热能效比，可以提高纯电动汽车的冬季低温续航能力，因此，热泵空调成为了纯电动汽车制热空调更好的选择[3].许多学者对纯电动汽车热泵系统性能进行了研究[4-6]，但大部分针对单空气热源热泵系统以及混合动力汽车热泵系统，没有考虑到其他热源的利用. 纯电动汽车热泵空调虽然制热能效比较高，但还是在消耗动力电池的能量，若能加入电机余热辅助制热，将会有效减少动力电池的能量消耗，提高续航里程. 李萍等[7]研究了废热回收的热泵空调系统，采用两个分回路吸收电池和电机产生的废热以达到冬季恶劣条件下的制热要求. 该系统虽然可以有效改善热泵空调的制热性能，但并未考虑到低温高湿环境下车外换热器的结霜问题. 热泵空调虽然十分适合作为纯电动汽车的制热空调，但在使用热泵空调时还会遇到一些问题. 热泵空调的车外换热器在冬季低温潮湿环境下运行时发生结霜而影响空调系统制热性能是使用热泵空调系统所需要解决的一个难题. 车外换热器在低温潮湿环境下结霜后会导致压缩机单位功耗增加，降低系统性能，严重时甚至会造成停机现象[8-10].为了提高热泵系统在冬季的工作效率，需要采用带有车外换热器除霜功能的热泵空调系统. 许多学者对热气旁通和逆循环除霜方案进行了研究[11-13]，虽然它们可以迅速有效地实现除霜功能，但是它们除霜的最终能量来源都是动力电池的额外供能，这将在一定程度上缩减纯电动车的续航里程，如果能够合理利用纯电动汽车的电机余热进行辅助除霜，将有效提高热泵空调系统性能的同时减小对续航里程的影响.综合当前研究现状，本文针对纯电动汽车的热泵空调系统，从纯电动汽车的电机余热出发，提出一种带有电机余热回收功能的纯电动车用热泵空调制热系统，并建立该制热空调系统的AMESim仿真模型，通过试验对仿真模型进行验证.1 系统构成原理及其功能分析1.1 空调系统构成原理本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统如图1所示，该系统主要分为热泵空调的制冷剂循环部分和电机余热的水循环部分. 对于热泵空调制冷剂循环部分，由于本文主要研究空调的制热性能，因此只考虑了制冷剂的制热循环，不考虑制冷剂的制冷循环. 热泵空调主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器等部件组成，当热泵空调开启制热时，制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气态，之后流经冷凝器大部分变成液态，同时将热量传递到乘客舱内实现制热，然后制冷剂在膨胀阀中节流，变成了低温低压的液态，在经过室外蒸发器时蒸发成为气态同时吸收车室外空气的热量，最后其中少部分未蒸发的液态制冷剂留在了气液分离器中，大部分气态制冷剂流回压缩机中进行下一个制热循环. 电机余热水循环部分如图1粗箭头所示，主要由电机、水泵、水壶、水PTC、三通水阀、暖风芯体和散热器等部件构成，可以实现乘客舱制热、电机散热和蒸发器除霜等功能.1.2 空调系统功能分析本文设计的带有电机余热功能的制热空调系统主要有3种制热工作模式，分别为电机余热单独制热、电机余热辅助热泵空调制热和电机余热辅助PTC制热. 除了3种制热工作模式外，还有电机散热和车外蒸发器除霜两种独立控制的功能.电机余热单独制热工作模式下，热泵空調不运行，电机冷却水按图2所示水循环流动. 在电机余热单独制热时，水PTC不开启，水泵推动电机冷却液流经暖风芯体，将电机余热传递至乘客舱内，实现乘客舱的制热;同时，三通水阀可以在电机温度过高时控制冷却水循环流经车室外散热器将多余的热量散发，保证电机温度不会过高. 该模式和传统燃油汽车制热原理一样，动力电池不需要额外耗能，制热的同时不会影响续航里程，但是该模式的缺点也很明显，在车外环境温度较低，车内制热需求量较大时，无法满足乘客舱制热要求.电机余热辅助热泵空调制热工作模式下，热泵空调制冷剂循环和电机冷却水循环同时运行，如图1所示. 热泵空调通过冷凝器给乘客舱制热，同时电机余热通过暖风芯体给乘客舱制热，而水PTC和三通水阀控制的散热器回路会在车室外蒸发器需要除霜时开启，通过风扇将散热器的热量传到蒸发器上进行融霜，解决热泵空调在冬季低温潮湿环境下因车外蒸发器结霜而影响制热性能的难题. 该模式在电机余热单独制热性能不足时开启，以电机余热辅助制热能效比较高的热泵空调给乘客舱制热，同时利用了电机余热配合水PTC给车室外蒸发器进行除霜，在确保制热性能的前提下提高了能源利用率.在电机余热辅助PTC制热工作模式下，热泵空调不运行，水PTC开启，三通水阀控制关闭冷却水的散热器流向，冷却水循环如图3所示. 此时水循环有电机余热和水PTC制热两个热源，可以在电机余热单独制热性能不足和热泵空调超低温环境下无法制热时通过暖风芯体给乘客舱制热. 该模式虽然回收利用了电机余热进行制热，但主要还是利用PTC加热器制热，和现在市场中纯电动汽车普遍使用的制热方式一样，耗能较高，一般只在极端恶劣工况下使用.Key words：electric automobiles;heat pump systems;air conditioning;waste heat utilization;low temperature heating在冬季，纯电动汽车由于没有发动机提供足够的制热热源，所以需要额外的辅助热源进行制热[1]. 目前在市场应用中普遍使用PTC（Positive Temperature Coefficient heater）加熱器为纯电动汽车制热，但是其制热能效比（Coefficient of Performance，COP）不可能大于1，只能达到0.8～0.95[2]，对纯电动汽车的续航里程影响很大. 热泵空调比PTC加热器具有更高的制热能效比，可以提高纯电动汽车的冬季低温续航能力，因此，热泵空调成为了纯电动汽车制热空调更好的选择[3].许多学者对纯电动汽车热泵系统性能进行了研究[4-6]，但大部分针对单空气热源热泵系统以及混合动力汽车热泵系统，没有考虑到其他热源的利用. 纯电动汽车热泵空调虽然制热能效比较高，但还是在消耗动力电池的能量，若能加入电机余热辅助制热，将会有效减少动力电池的能量消耗，提高续航里程. 李萍等[7]研究了废热回收的热泵空调系统，采用两个分回路吸收电池和电机产生的废热以达到冬季恶劣条件下的制热要求. 该系统虽然可以有效改善热泵空调的制热性能，但并未考虑到低温高湿环境下车外换热器的结霜问题. 热泵空调虽然十分适合作为纯电动汽车的制热空调，但在使用热泵空调时还会遇到一些问题. 热泵空调的车外换热器在冬季低温潮湿环境下运行时发生结霜而影响空调系统制热性能是使用热泵空调系统所需要解决的一个难题. 车外换热器在低温潮湿环境下结霜后会导致压缩机单位功耗增加，降低系统性能，严重时甚至会造成停机现象[8-10].为了提高热泵系统在冬季的工作效率，需要采用带有车外换热器除霜功能的热泵空调系统. 许多学者对热气旁通和逆循环除霜方案进行了研究[11-13]，虽然它们可以迅速有效地实现除霜功能，但是它们除霜的最终能量来源都是动力电池的额外供能，这将在一定程度上缩减纯电动车的续航里程，如果能够合理利用纯电动汽车的电机余热进行辅助除霜，将有效提高热泵空调系统性能的同时减小对续航里程的影响.。
热泵型空调器运行特性的实验研究
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浅析纯电动汽车热泵空调系统
浅析纯电动汽车热泵空调系统作者：朱永存赵玉霞来源：《汽车与驾驶维修（维修版）》2018年第05期摘要：汽车空调系统能够为乘客或室内作业人员提供舒适的乘坐环境，是汽车上的重要组成部分。
但是对于纯电动汽车来说，空调系统无论制冷还是制热都需要消耗大部分电量，严重影响汽车的行驶里程。
本文简单介绍了目前纯电动汽车上的空调系统，重点分析了热泵空调系统的优势，以及分析了热泵空调系统未来的发展趋势。
关键词：热泵空调系统;优势;发展趋势中图分类号：F407.471 文献标示码：A受世界能源危机和环境污染的影响以及电动汽车污染小、噪声低的特点，电动汽车逐渐成为人们代步工具的主要选择对象。
据统计2016年我国新能源汽车产销量均突破50万辆，2017年产量达到79万辆。
本文主要研究了热泵空调系统在电动汽车上的应用及发展。
1纯电动汽车空调系统发展现状传统燃油汽车的空调系统主要由两部分组成，制冷系统采用的是由发动机提供动力的蒸汽压缩式制冷，制热系统主要是通过将冷却液的热量引入到车内。
纯电动汽车夏季制冷时，空调压缩机是由电动机来驱动的，然而冬季没有发动机余热，所以需要其他的方法来解决供暖问题。
由于纯电动汽车与传统燃油汽车能量来源不同，纯电动汽车空调系统主要存在以下几种方案。
1.1蒸汽压缩式制冷+PTC电加热供暖系统夏季汽车制冷时，电动机带动空调压缩机运转，制冷原理与燃油车相同，同样能够达到制冷的目的。
冬季取暖时，通过消耗蓄电池的电量来加热PTC，这种加热方式目前是电动汽车常用的一种方式。
PTC加热器分为两种，一种是通过加热液体采暖，一种是加热空气取暖。
蒸汽压缩式制冷+PTC电加热供暖系统可靠性高，能够满足车内成员对温度调控的需要，但是热效率低，能源利用率低，成本高，研究表明搭载该系统的车辆续航行使里程大约会降低1/3左右[1]。
1.2利用余热供暖系统纯电动汽车在工作过程中，利用变频器、电机、电池等元件产生的热量对车内进行加热。
电动汽车热泵空调系统应用开发及R134a与R1234yf的对比-三花
电动汽车热泵空调系统应用开发及R134a与R1234yf的对比背景热泵空调系统原理热泵系统零部件热泵系统的应用开发R1234yf与R134a系统性能试验比较电动汽车以车载电源为动力，用电机驱动车辆行驶，没有燃油汽车用来采暖的发动机余热，故不能延用燃油汽车的取暖系统。
电动汽车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即采用热泵型空调系统或电加热型系统，热泵空调系统相对于电加热型系统具有更好的节能性，使得电动汽车具有更长的续驶里程。
热泵空调系统利用制冷剂循环回路改变制冷剂的流动方向而选择性地执行车舱通风、采暖、制冷和除湿的功能，通过电动压缩机驱动制冷剂循环流动，在采暖、制冷和除湿运行中通过不同的制冷剂循环实现各自的功能。
热泵空调系统原理BlowerRecir airADE V A P E R A T O RTXVCompHP coilPEATSOV1SOV2EXVAB C Fresh airSOV1SOV2CoolingOpen Close HeatingCloseOpen暖风芯体室内冷凝器冷凝器总成热泵换热器电动涡旋压缩机传统压缩机关键零部件电子膨胀阀气液分离器最大制冷试验4.744.423.943.422.992.602.28 2.894.114.925.505.830.002.004.006.008.0010.0012.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0001000200030004000500060007000c o o l i n g c a p a c i t y [K W ]D A T [℃]/s y s t e m C O P Comp speed[rpm]System max cooling capacitysystem COP@43℃DAT@43℃cooling capacity@43℃Insidetemperature&humidity:43℃&50%；Outside temperature:43℃；Inside airflow:360m³/h ；Outside air speed:3m/s.0.05.010.015.020.025.030.001000200030004000500060007000v e n t o u t t e m p e r a t u r e [℃]compressor speed[rpm]Vent out temperature @ cooling43×43&50%43×27&50%38×38&50%38×27&50%27×27&50%21×21&56%Max cooling capacity @ different test conditionOutdoor/indoor T(℃)&humidity(%)Comp speed(rpm)cooling capacity(kw)COP Vent out temperature(℃)43×43&50%6000 5.83 2.614.143×27&50%4000 3.48 2.76 5.638×38&50%5000 5.47 3.2811.338×27&50%4000 3.52 3.07 4.727×27&50%3000 3.22 4.68 5.421×21&56%20002.254.56.31.81kw2.16kw 2.64kw3.12kw 3.65kw-0.93.58.112.618.52.39.916.124.930.936.143.612.818.7 27.436.244.851.526.933.246.455.8-20.0-10.00.010.020.030.040.050.060.00.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.000100020003000400050006000700080009000S u p p l y a i r t e m p e r a t u r e [℃]H e a t i n g c a p a c i t y [k w ]Comp speedHPAC system heating performanceheating capacity@-20℃heating capacity@-10℃heating capacity@0℃heating capacity@10℃supply air temperature@-20℃supply air temperature@-10℃supply air temperature@0℃supply air temperature@10℃制热能力在-10℃以上，系统最大制热量能达到5kw，当环境温度低于-10℃时，最大制热量＜5kw，-20℃时为3.65kw。
新能源汽车热泵空调系统介绍
新能源汽车热泵空调系统介绍1. 引言1.1 概述随着全球环境保护意识的提高和对传统燃油车尾气排放的担忧，新能源汽车作为一种清洁、可持续的交通工具正逐渐受到广泛关注。
而在新能源汽车中，热泵空调系统起到了至关重要的作用。
本文将介绍新能源汽车热泵空调系统的原理、组成部分以及工作流程，并探讨其重要性和优势。
同时，还将总结该系统存在的潜在问题并展望未来发展趋势，以给读者提供有关该领域的全面了解。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分，我们将概述本篇文章的主要内容，并简要介绍每个部分所涉及的内容。
接下来，将详细介绍新能源汽车热泵空调系统的原理和重要性，并强调其在新能源汽车中不可或缺的地位。
然后，我们会详细描述该系统的主要组成部分，包括压缩机、冷凝器、蒸发器以及膨胀阀等。
随后，在第四部分中，将深入探讨该系统的工作原理和流程，并介绍其控制方式与传感器检测技术的应用。
最后，在结论部分中，将总结新能源汽车热泵空调系统的优势和潜在问题，并对未来发展趋势进行展望和提出建议。
1.3 目的本文的目的是全面介绍新能源汽车热泵空调系统，旨在增强读者对该系统原理、组成部分以及工作流程的理解。
通过详细描述该系统的重要性和优势，我们希望读者能够深入了解其在新能源汽车中所扮演的角色，并认识到其可持续发展性。
同时，我们也会指出该系统存在的潜在问题并提出展望和建议，以促进该领域的进一步研究与创新。
2. 新能源汽车热泵空调系统介绍2.1 热泵空调系统原理新能源汽车热泵空调系统是一种基于热泵原理的空调系统，它利用电能驱动压缩机工作，通过循环流体介质，实现对车内空气的制冷和制热。
其工作原理与传统汽车空调系统相似，但使用了更高效、更环保的新能源技术。
2.2 新能源汽车热泵空调系统的重要性随着全球对环境污染问题的日益关注，新能源汽车正逐渐成为解决当今世界面临的关键问题之一。
而新能源汽车热泵空调系统在实现舒适驾乘体验的同时，还具备更低的能耗和减少尾气排放等优点。
电动汽车热泵空调技术的结构与工作原理
电动汽车热泵空调技术的结构与工作原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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新能源汽车空调电动涡旋压缩机技术的应用研究
新能源汽车空调电动涡旋压缩机技术的应用研究摘要：随着我国城市化进程不断加快，在汽车电动化的趋势下，汽车空调压缩机驱动方式也发生了很大的变化，从以往的发动机驱动变成电动机驱动。
根据对不同类型压缩机的比较，电动涡旋压缩机因其具有高效率、高可靠性、能够适应大范围转速变化的特点，被公认为是最适合新能源汽车的压缩机型式。
与PTC 材料电加热相比，热泵空调系统的节能效果更好，目前国内外许多车辆生产厂家都在积极进行热泵空调系统的研发，电动压缩机作为新能源汽车制热、制冷的核心部件，也逐渐成为了重点关注项目。
而电动涡旋压缩机因其构造简单、噪声小、运行稳定等特点，已大量应用于装设热泵空调系统的新能源汽车。
关键词：新能源汽车空调；电动涡旋压缩机技术；应用引言在电动汽车上，由于动力电池能量密度与成本的限制，对各个系统的节能需求相比传统燃油车会更高。
电动汽车乘员舱的制冷可由电动压缩机替换传统的以发动机为动力源的离合器式压缩机来完成，而对于制热，因无发动机余热可以利用，现行的电动车空调制热系统有2种主要方案，一种为利用PTC电加热装置为乘员舱提供热量，另一种为利用热泵空调系统。
热泵空调系统因具有高效且节能的特点，国内外很多研发机构、整车厂家都在积极对其进行开发。
电动压缩机作为实现制冷和制热的核心部件，也成为了重点研究对象。
而电动涡旋式压缩机因其具有结构简单、噪声低、体积小、质量轻、运行平稳及效率高等优点，在已上市的搭载有热泵空调系统的电动汽车中被大量应用。
因为电动涡旋式压缩机固有的结构特点，在应用于热泵空调系统时，因为低温下润滑油特性的改变及系统中质量流量的降低，回油问题需要被重点关注。
1新能源汽车空调电动涡旋压缩机技术的概述电动涡旋压缩机整机共有7处摩擦副，在压缩过程中，所有的摩擦副都需要润滑。
一方面，润滑油起到导热、降低摩擦、减少磨损、减小噪声的作用；另一方面，润滑油形成的薄油膜在不同压缩腔的分界面处（即动静盘径向最小间隙处）隔断不同压力的气体，起到径向密封的作用。
纯电动汽车空调分析与检修探究
InternalCombustionEngine&Parts0引言随着社会的发展，人们生活水平的提高，以石油为燃料的传统汽车所排放的尾气对环境和空气质量的影响日益严重。石油又属于不可再生的资源，随着人类的开采，石油数量越来越少，对环境的污染越来越大，这些都会影响着我国汽车工业的发展，从国家出台扶持纯电动汽车行业的发展政策促进纯电动汽车销量显著。作为纯电动汽车配套的部件，纯电动汽车空调，迎来了发展机遇。本文将从纯电动汽车空凋系统的发展现状来综述纯电动汽车空调系统，并从故障排查视角开始调研纯电动汽车空调、分析原因、提出相对应检修建议。1纯电动汽车空调发展现状一般的汽车中，空调成为必不可少的配置，从刚开始的手动空调、自动空调、分区空调到现在的变频空调，纯电动汽车空调与纯电动汽车发展紧密联系在一起。纯电动汽车作为国家节能减排和新兴战略产业。发展趋势是增加高品位的能源技术和能源使用效率，纯电动汽车空调作为纯电动汽车能源消耗的主要场所，必然要符合这个。现在研究的趋势是纯电动汽车的高效节能，对制冷系统，应提高COP值，如高效率的低温差热交换技术、能量回收节流膨胀阀和高效率压缩机技术。对采暖系统，可以回收余热，余热不足的，降低高品位能源消耗，例如研究热泵制热技术，热泵制热的效率要高于PTC加热器，是当前的纯电动汽车空调发展方向，而热泵系统主要通过压缩机将外界的热量吸收并送入车后制热，相比PCT技术制热效率跟高，相应的纯电动汽车的里程也会提升。2纯电动汽车空调与传统汽车空调对比2.1传统汽车空调空调一般是制冷和制热的二大功能，此外还有除霜、净化空气等作用。夏天的制冷和冬天的制热，制冷系统由五部分组成：在中控下面蒸发器直接与驾驶室相连，压缩机将蒸发器的制冷剂压缩成高温高压的气体，冷凝器将热量散发到空气中，储液干燥器吸湿与过滤，膨胀阀，他们之间一般用金属管或高压胶管相连，管内添加制冷剂，实现将热量从车内转移到车外的过程。制热通过暖风，发动机启动后热冷却水加热到加热器芯体，鼓风机将空气经过加热器芯将热风送入到车内，达到制热的目的。2.2纯电动汽车空调
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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HVAC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HVAC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 Ø5 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、HVAC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HVAC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