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空调制冷不制热
作者：张海 张宸瑜 郭木生
另有变动 打一字>我愿为你变成蛾变成蝶变成飞鸟歌名来源：《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：A
        Design and Research of Air Conditioning
        Heating System for Electric Vehicles
        ZHANG 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
英语作文 我的老师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.
任天堂经典游戏祝福领导的短信        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.

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。