纯电动汽车热泵空调系统特性研究

纯电动公交车热泵型空调系统设计与实验研究张伟;李红旗;郑新【摘要】A heat pump air conditioning system is designed for pure electric bus, and its operating characteristics are studied. The cooling/heating capacity, the coefficient of performance (COP)/EER and the exhaust temperature varied with the ambient temperature, the compressor speed and the wind speed are analyzed. The results show that the heat pump air-conditioner system designed in this paper has better cooling/heating performance; the COP is highest when the speed of compressor is2700r/min in refrigeration conditions, but the EER is lower with the speed increases in heating conditions. In heating conditions, when the speed of outdoor fan is increaser, the EER is lower, so the lower speed of outdoor fan is more conducive to energy-saving.%针对纯电动公交车设计了一套热泵型空调系统,并对其运行特性进行了实验研究,分析了环境温度、压缩机转速和室内外风速对制冷/制热量、COP/EER和排气温度的影响.研究结果表明,设计的热泵型空调系统具有较好的制冷/制热性能,在制冷工况转速为2700r/min时COP最高,而制热工况下EER随转速增加而减小.在制热工况下,EER随室外风机转速增加而降低,因此较低的室外风机转速更有利于系统的节能.【期刊名称】《制冷与空调（四川）》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】5页(P118-121,129)【关键词】纯电动公交车;热泵空调;实验研究【作者】张伟;李红旗;郑新【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TB61随着节能减排任务的推进和雾霾天气的突显，汽车尾气排放对城市环境的污染已倍受关注。

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。

汽 车 工 程Automotive Engineering 2020年(第42卷)第12期2020(Vol.42)No.12doi ：10.19562/j.chinasae.qcgc.2020.12.018新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究**天津市科技支撑重点项目(20YFZCGX00580)、江苏省常州市科技项目(CQ20200020)和中国汽车技术研究中心培育项目(19201209)资助。

原稿收到日期为2020年5月21日，修改稿收到日期为2020年6月29日。

通信作者:汪琳琳，高级工程师，博士,E-mail :wanglinlin@ 。

汪琳琳1，2，焦鹏飞2，王 伟2，伊虎城2，牟连嵩2，刘双喜2，许 翔3(1.天津大学机械工程学院，天津 300072； 2.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司，天津 300300；3.中汽研(常州)汽车工程研究院有限公司，常州213164)[摘要]为提高电动汽车的能源经济性,减少低温制热性能衰减问题，提岀并分析对比了 3种用于低温环境的热泵空调系统解决方案：(1)余热回收利用：回收利用电池、电机和电控系统的余热,提高热泵空调系统性能的同时，优化整车的能量消耗。

(2)蒸汽喷射热泵空调系统:对R1234yf 制冷剂的蒸汽喷射热泵空调系统进行了试验研 究。

结果表明，开蒸汽喷射比不开蒸汽喷射时的热泵系统的制热COP 约高10%〜30%，环境温度越低,制热COP 改善越明显。

(3)CO 2制冷剂热泵空调系统:研究显示由于CO 2制冷剂的特性，热泵系统可在环境温度-20 t 稳定有 效地采暖。

得岀的结论是，目前利用蒸汽喷射热泵空调系统是解决新能源电动汽车低温采暖的有效手段,而在未 来，使用自然制冷剂CO 2是必然趋势。

关键词：电动汽车;低温热泵;R1234yf ;余热回收;蒸汽喷射;CO 2Research on Low Temperature Heat Pump Air Conditioning System inNew Energy Electric VehicleWang Linlin 1,2, Jiao Pengfei 2, Wang Wei 2, Yi Hucheng 2, Mu Liansong 2, Liu Shuangxi 2 & Xu Xiang 31. School of Mechanical Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072 ；2. CATARC ( Tianjin) Automotive Engineering Research Institute Co. , Ltd. , Tianjin 300300；3. CATARC ( Changzhou ) Automotive Engineering Rerearch Institute Co. , Ltd. , Changzhou 213164[ Abstract ] In order to enhance the energy economy of electric vehicles and reduce the degradation of low-temperature heating performance ， three solutions of heat pump air conditioning system in low temperature environ ­ment are proposed and comparatively analyzed : (1) waste heat recovery and utilization : the waste heat of battery , motor and electric control system is recovered and utilized ， optimizing the energy consumption of vehicle while im ­proving the performance of heat pump air conditioning system ； ( 2) vapor-injection heat pump air conditioning sys ­tem : experimental study is conducted on heat pump air conditioning system using R1234yf refrigerant , and the re ­sults show that the heat generating COP with vapor injection is about 10% 〜30% higher than that without vapor in ­jection. The lower the ambient temperature ， the more obvious the improvement of COP ；( 3) heat pump air condi ­tioning system with CO 2 refrigerant ： researches indicate that due to the characteristics of CO 2 refrigerant ， heat pumpsystem can provide stable and effective heating at an ambient temperature of - 20 兀.So a conclusion is drawn thatat present ， vapor injection heat pump air conditioning system is an effective mean for the low temperature heating in electric vehicles ， while in the future ， the use of natural refrigerant CO 2 will be the inevitable trend.Keywords : electric vehicle ； low temperature heat pump ； R1234yf ； waste heat recovery ； vapor injec-tion ； CO 22020(Vol.42)No.12汪琳琳，等:新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究-1745-前言随着大气污染日益加重和电动化技术快速发展，新能源汽车取代传统燃油汽车已是大势所趋。

大众ID.4纯电动汽车的智能空调和热泵系统使用电动空调压缩机，一汽大众ID.4 CROZZ和上汽大众ID.4 X标准版空调都使用R134a制冷剂，选装版热泵空调使用二氧化碳R744制冷剂。

由于R134a是目前国内汽车空调应用最广泛的氢氟碳化物制冷剂，全球升温潜能值(GWP)高达1 430，对其进行削减替代是实现碳达峰、碳中和等目标的关键步骤，主要替代品是二氧化碳R744或R1234yf等制冷剂。

制冷剂的型号铭牌位于前机舱内，R134a制冷剂型号铭牌位置如图1所示，二氧化碳R744制冷剂型号铭牌位置如图2所示。

1-冷冻机油名称；2-制冷剂名称；3制冷剂加注量。

图1 R134a制冷剂的型号铭牌位置1-冷冻机油名称；2-制冷剂名称；3-制冷剂加注量。

图2 二氧化碳R744制冷剂的型号铭牌位置本文主要介绍汽车空调原理、制冷剂特性、智能空调控制系统、R134a/R744暖风和空调装置、带动力电池冷却系统的制冷剂循环回路、制冷剂R744的热泵、空调装置运行模式、热泵模式等八部分内容。

一、汽车空调原理大众ID.4标准版空调和动力电池冷却系统，空调制冷使用R134a制冷剂，带动力电池冷却系统的循环回路，如图3所示。

优化续航里程的车型选装热泵空调，使用二氧化碳R744制冷剂，带动力电池冷却系统的循环回路。

热泵系统通过管路和阀门实现反向转换，实现车内采暖，在热泵采暖模式时，冷凝器发挥蒸发器的作用，而蒸发器发挥冷凝器的作用，如图4和图5所示。

在低温采暖工况下，使用二氧化碳R744热泵系统比高压加热器PTC采暖提升了约30%的续航里程。

文/北京 冯永忠图3 R134a空调制冷原理图图4 二氧化碳R744热泵空调制冷原理图二、制冷剂特性不同种类制冷剂的特性列于表1。

二氧化碳是热泵中的制冷剂。

二氧化碳的化学式是CO2，存在于我们周围的空气中，不会损害地球的臭氧层。

当用作制冷剂时，二氧化碳称为制冷剂R744。

使用二氧化碳R744制冷剂的空调系统的工作压力约为传统制冷剂的10倍。

新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究作者：***来源：《专用汽车》2024年第07期摘要：随着电动化技术的快速发展，新能源汽车已经逐渐取代传统的燃油汽车，并且成为当今社会发展的主流。

但是新能源电动车在冬天使用电热采暖技术消耗能量很大，直接影响其经济性能，且会减小其续航里程。

为保障电动汽车能源的经济性，可以采用热泵空调系统进行采暖，不仅能有效减少低温制热性能衰减的问题，而且可以达到延长汽车续航里程的效果，因此该类系统成为降低新能源电动汽车能耗的关键手段。

据此，主要聚焦新能源电动汽车低温热泵型空调系统，通过实验和模拟分析，探讨其工作原理、性能优化及关键部件设计。

结果表明，该系统能有效提升低温环境下的空调效果，降低能源消耗，有利于推动新能源汽车技术发展。

关键词：新能源；电动汽车；低温热泵；空调系统中图分类号：U469.7 收稿日期：2024-05-14DOI：1019999/jcnki1004-02262024070201 新能源电动汽车低温热泵型空调系统性能新能源电动汽车低温热泵型空调系统，一般是建立在热泵原理的基础上而研发的，它能促进电动汽车外部低品位热能的转化，使其成为高品位热能的形式，再将其传输到车体的内部，能够实现对车体内部温度的合理调节。

此类系统可以帮助新能源电动汽车减少对能源的损耗，充分发挥其能效，有利于提高产品的续航能力。

对新能源电动汽车低温热泵型空调系统性能进行研究时，可以模拟电动汽车环境实验舱，并借助一台热泵型电动汽车空调系统，在调整实验舱内部温度和湿度时，利用不同的设定值，再将热泵型电动汽车空调系统启动，对其制热、制冷、除湿等多方面的性能表现予以观察[1]。

结果显示，在制热和制冷两种模式下，新能源电动汽车低温热泵型空调系统的性能良好。

以制冷模式为例，随着实验舱温度的下降，从35 ℃降至25 ℃，此时系统的能效比为2.1；在制热模式下，随着实验舱温度的上升，从15 ℃升到达25 ℃，此时系统的能效比为2.3。

电动汽车空调研究报告电动汽车空调研究报告引言随着全球对环境保护的重视和对传统燃油汽车使用的担忧，电动汽车正逐渐成为人们的关注点。

然而，与传统燃油汽车相比，电动汽车在一些方面仍需进一步改进，其中之一就是空调系统。

本报告旨在研究电动汽车空调系统的现状和可能的改进方向。

一、电动汽车空调系统的现状1. 效能低下：电动汽车的动力来自电池，其动力损失用于供应空调系统会影响车辆的续航里程。

2. 能耗较高：电动汽车需要额外能量来提供空调系统需要的制冷效果，这就增加了电动汽车的总能耗。

3. 低温使用受限：电动汽车在极寒环境下会遇到制冷系统效果不佳的问题。

4. 环境影响：传统的空调制冷剂对环境有害。

二、电动汽车空调系统的可能改进方向1. 能源回收利用：通过使用回收能量来驱动空调系统，如利用座椅底部的压电材料通过乘客的重量来产生电能，从而为空调系统提供电力。

2. 环境友好制冷剂：用无污染、零温室效应的制冷剂替代传统的制冷剂，减少对环境的影响。

3. 智能化控制：通过使用智能化技术，如温度传感器和自适应控制算法，对车内温度进行精确控制，以减少能耗。

4. 低功耗设计：采用节能设计，如使用高效制冷系统和隔热材料，以减少能量的使用。

5. 制冷系统预热技术：通过提前预热车内空气，减少系统对电动汽车动力的需求，以延长车辆的续航里程。

三、研究方法1. 文献综述：通过收集和阅读相关的学术论文和专业书籍，了解目前已有的研究成果和经验。

2. 实地调研：参观电动汽车制造厂和空调系统制造厂，了解他们的研发和生产情况。

3. 数据分析：对收集到的数据进行整理和分析，得出结论。

四、结论电动汽车空调系统在效能和能耗方面存在一定的局限性，但通过技术改进和创新，可以进一步提高其性能。

能源回收利用、环境友好制冷剂、智能化控制、低功耗设计和制冷系统预热技术是改进电动汽车空调系统的主要方向。

通过综合运用这些改进方向，可以提高电动汽车空调系统的性能，并最大程度地减少对电动汽车续航里程的影响，为用户提供更好的舒适性和使用体验。

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。