第一篇：熱泵型電動汽車空調系統性能試驗研究

熱泵型電動汽車空調系統性能試驗研究

1.1 研究背景及意義

目前，隨著人類越來越多的使用燃油汽車，汽車尾氣排放出的二氧化碳加劇了全球 氣候極端變化。我國的石油資源的探明儲量極其有限，早在 2009 年，石油消費進口依 存度就突破了“國際警戒線”（50%），高達 52%。汽車保有量卻是逐年增加，如果 汽車幾乎完全依賴于化石燃料，很容易受到國際石油價格的沖擊，甚至導致燃料的供應 中斷。再者，燃油汽車的尾氣排放出大量的污染物如 PM10（可吸入顆粒物）、NOx（氮 氧化物）、SO2（二氧化硫）和 VOCs（揮發性有機化合物）等，已經成為我國城市大 氣污染的主要污染源，嚴重危害了人們的健康。純電動汽車是以電能驅動的，具有燃 油汽車無法比擬的優點，主要表現在：

一、污染少、噪聲低。其本身不排放污染大氣 的有害氣體，即使按所耗電量換算為發電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著 減少，且電動汽車電動機的發出的噪聲較燃油汽車發動機小得多；

二、能源的利用具有 多元化，電力可以從多種一次能源如煤、核能、水力、太陽能、風能、潮汐能等獲得，能源利用更加安全；

三、可在夜間利用電網的廉價“谷電”進行充電，起到平抑電網的 峰谷差的作用；

四、效率更高和控制更容易實現智能化。

作為一種具有環保和節能優勢的先進交通工具，電動汽車受到了越來越廣泛的關注。美、日、歐等發達國家不惜投入巨資進行電動汽車的研究開發，取得了豐碩的研究成果，純電動汽車目前在許多發達國家已得到商業化的應用。我國電動汽車發展起步

較晚，但國家從維護能源安全，改善大氣環境，提高汽車工業競爭力和實現我國汽車工 業的跨越式發展的戰略高度考慮，從“八五”開始到現在，電動汽車研究一直是國家計 劃項目，并在 2001 年設立了“電動汽車重大科技專項”，通過組織企業、高校和科研 機構，集中各方面力量進行技術攻關。與此同時，上海、廣州和深圳等地的地方政 府也出臺了相應的扶持新能源汽車的發展政策，計劃實現電動汽車在本地的產業化。

電動汽車代表未來汽車發展的方向，各國政策的扶持為電動汽車的發展鋪平了道 路，近年來，它們在全世界范圍內呈現出欣欣向榮的的發展態勢，據國外著名金融雜志 JP Morgan 報道，預計到 2020 年全球將有 1100 萬輛電動汽車上市銷售，這意味著到那 時電動汽車將分別占有北美 20%和全球 13%的市場份額，但目前電動汽車的發展遇到 很多技術問題，特別動力電池技術，續駛里程的提高和充電網絡的建設等問題。

空調系統作為改善駕駛員工作條件、提高工作效率、提高汽車安全性及為乘員營造 健康舒適的乘車環境的重要手段，對燃油汽車和電動汽車而言，都是必不可少的。電 動汽車用空調系統與普通的汽車（內燃機驅動）空調相比，由于原動機不同而引發一系 列新變化。主要體現在：1）普通的汽車空調系統的壓縮機依靠發動機通過一個電磁離 合器驅動，而電動汽車空調壓縮機自帶電動機獨立驅動；2）電動汽車沒有用來采暖的 發動機余熱，不能提供作為汽車空調冬天采暖用的熱源，必須自身具有供暖的功能，即 要求制冷、制熱雙向運行的熱泵型空調系統。

純電動汽車空調系統制冷、供暖和除霜所需能量均來自于整車動力電池。作為電動 汽車功耗最大的輔助子系統，空調系統的使用將極大的降低其續駛里程。因而，通過優 化電動汽車空調系統的設計以提高其性能對提高電動汽車續駛里程，推廣電動汽車的應 用有著重要意義。

1.2.2 熱泵式汽車空調研究現狀

汽車空調系統是實現對車廂內空氣進行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置。隨著 汽車的日益普及以及人們對汽車的舒適性、安全性要求的提高，汽車空調系統已經成為 現代汽車上必不可少的裝置。汽車空調工作環境的特殊性如需要承受頻繁的震動和沖 擊，空調的熱負荷大和汽車結構空間有限等決定的汽車空調在結構、材料、安裝、布置、設計、技術要求等方面與普通的室內空調有較大的差別。而對于能源利用效率較高的新 興代環保電動汽車，它們是否能被用戶接受，往往依賴于是否擁有效率更高的采暖和空 調系統。對于汽車空調系統，目前采用的技術路線主要包括R134a熱泵空調系統、CO2 熱泵空調系統、太陽能輔助熱泵空調系統和電加熱器混合調節空調系統。1.2.2.1 R134a 熱泵空調系統

眾所周知，熱泵技術是一項節能技術，它在家用空調系統中的應用已較為成熟，縱 觀電動汽車的發展史，采用小型燃油裝置作為加熱裝置的不消耗電能的汽車空調系統，由于污染環境被淘汰；效率較低的采用半導體制冷和制熱的熱電空調系統則更無法被 電動汽車所接受，只有熱泵型空調系統才是最適合電動汽車的系統。如前文所述，國 內外高校和企業在研究電動汽車的同時，也相應地開展了熱泵空調系統的配套研究。由 于傳統的燃油汽車車室內冬季采暖一般采用發動機的余熱，而汽車行業的核心競爭力在 于產品和技術，因此現有文獻中報道電動汽車熱泵空調系統的參數的很少，對汽車熱泵 空調系統的研究僅僅局限于實驗室階段。

R134a是目前汽車空調系統中廣泛使用的一種制冷劑，日本電裝公司開發出的一套 R134a熱泵空調系統是具有代表性的電動汽車空調系統之一，其在風道中采用了車內冷 凝器和蒸發器的結構，如圖1-3所示。制冷工況循環為：由壓縮機經四通閥至車外換 熱器（此時用作冷凝器），再經電子膨脹閥

1、蒸發器回到壓縮機。制熱及除霜工況循 環為：由壓縮機經四通閥至車內冷凝器，再經電子膨脹閥

2、車外換熱器（此時用作蒸 發器）和電磁閥回到壓縮機。當系統以除霜/除濕模式運行時，制冷劑將經過所有3個換 熱器。空氣通過內部蒸發器來除濕，將空氣冷卻到除霜所需要的溫度，再通過車內冷凝 器加熱，然后將它送到車室，解決了汽車安全駕駛的問題。該系統在制冷和制熱運

行工況下具有較好的性能：當環境溫度為40℃，車室溫度為27℃，相對濕度為50%時，系統的EER達2.9；環境溫度為-10℃，車室溫度為25℃時，系統制熱性能系數達2.3。文獻[26-27]也對汽車熱泵空調系統的性能進行了實驗研究。Antonijevic和Heckt將開發出熱泵空調安裝在一輛燃油汽車上，測試其在低溫工作環境下的性能，將實驗結果與現有燃油汽車的其它供暖形式進行對比發現，采用熱泵空調供暖時汽車性能更優，耗油量更少。Hosoz和Direk對一臺R134a熱泵型汽車空調在改變室外溫度和壓縮機轉速的條件下進行了性能測試，該臺汽車空調的特點是使用四通閥來實現制冷和制熱模式的切換，且在制冷和制熱運行時，R134a制冷劑分別經過兩個熱力膨脹閥降壓。測試結果表明：系統制冷運行時，各個部件的總的 損失隨著壓縮機轉速的增大而增大，切換至制熱模式運行時，系統 損失率則隨壓縮機的轉速提高而減小；R134a系統制熱運行時COP較制冷系統更高，單位質量 損失更小，但系統在室外溫度較低的情況下制熱量是不夠的。

1.2.2.2 CO2熱泵空調系統

自Perkins于1934年首次開發出蒸汽壓縮式制冷循環以來，至今用于制冷與空調系統的制劑達50多種。目前汽車空調中廣泛使用的制冷劑是HFC134a（R134a），少部分使用R407C。近年來，世界各國加速了溫室氣體的減排進，歐盟在2006年通過的禁氟法規定：2011年1月1日起所有新批準型號的汽車放熱空調系統將禁止使用含GWP>150的氟化氣體制冷劑，從2017年1月1日起所有新出廠車輛的空調系統將禁止使用含有GWP>150的氟化氣體制冷劑。R134a 的GWP值高達1300，這就意味著R134a在不久的將來也會被完全淘汰。現在汽車行業正在考慮用CO2、HFO1234yf和R152a三種主要候選物來替代汽車空調系統中的R134a（表1-2所示為四種制冷劑的環境及安全性能比較），其中CO2是一種自然工質，它來源廣泛、成本低廉，且安全無毒，不可燃，適應各種潤滑油常用機械零部件材料，即便在高溫下也不分解成有害氣體。自從1992年挪威工業大學的Lorentzen教授提出了二氧化碳跨臨界循環理論，制造了第一套二氧化碳空調系統，并得出了與R134a系統相近的性能測試結果之后，二氧化碳再次引起人們的興趣。

目前國內外研究者對二氧化碳在汽車熱泵空調上的應用已進行了大量的研究，并取得了一定的成果。相對而言，國外的研究起步早，研究更深入。在實驗研究方面，McEnaney 等人于1999年通過實驗比較了兩套分別采用CO2和R134a作為制冷劑的相似的汽車空調系統的性能，其中CO2汽車空調系統采用了微通道蒸發器和氣冷器，而R134a系統則采用采用傳統的管翅式換熱器。與管翅式換熱器相比，微通道蒸發器的迎風面積增大了20%，微通道氣冷器的外形體積和空氣側迎風面積則分別減少23%和28%。實驗結果表明在相同的運行工況下，二氧化碳和R134a系統的性能相當。2005年，日本的Tamura等人在改造已有的R134a系統的基礎上，設計了一套CO2熱泵型汽車空調系統，該熱泵系統能夠利用車內的輔助換熱器收集系統除霜時放出的熱量來預熱空氣。他們還通過對比實驗研究發現，在熱泵/除霜工況下，CO2系統性能更優。2009年，韓國的Kim等人則為燃料電池汽車設計了一套CO2熱泵空調系統，該系統由一臺半封閉壓縮機、兩個微通道冷凝器（制冷用的氣冷器和制熱用的小型換熱器）、一個微通道蒸發器、一個內部熱交換器、一個膨脹閥和一個集氣罐組成。他們將散熱片（散發燃料電池余熱）分別放置在室外側微通道換熱器的迎風側和背風側，在不同工況下對該系統進行測試，測試結果表明：制熱時，將散熱片置于迎風側以加熱室外空氣可使系統的制熱量和COP分別提高54%和22%，但在系統制冷時，制冷量將減少40%~60%，COP則相應的減少43%-65%。同時他們還發現，壓縮機的轉速對系統的性能影響較大，壓縮機的轉速從1460rpm（轉每分）增大到2330rpm時，系統的COP減少28%，因為壓縮機消耗的功率的增幅遠大于系統制冷量的增大幅度；制冷時系統降溫時間隨車內負荷的增大而增大，車內負荷分別為0kw、1kw和2kw時，從35℃降到20℃的時間分別為8min，26min和30min。在CO2汽車空調系統的開發方面，國外許多著名的企業如日本的Denso（電裝），美國的Visteon（偉世通），法國的Valeo（法雷奧）等公司均已研制出二氧化碳汽車空調樣機。日本電裝公司還專門為電動汽車開發了一套CO2熱泵空調系統，系統也采用了在風道內設置2個換熱器的方案，與R134a系統（如圖1-3所示）不同的是CO2系統各部件的承壓均超過10MPa，且制冷模式運行時，制冷劑同時流經內部冷凝器和外部冷凝器。

國內對CO2運用于汽車空調系統的研究起步相對較晚，以上海交通大學的陳江平教授為代表的團隊一直致力于二氧化碳汽車空調壓縮機、膨脹閥以及系統的設計和優化等的研究工作。2003年，上海交通大學聯合Santana（桑塔納）公司研制出我國第一套CO2汽車空調系統，通過實驗發現，該系統與國外同期研制的樣機性能差不多。隨后，他們又對系統進行了改進，將壓縮機、氣冷器和蒸發器的尺寸分別減少49%、28%和10%，在系統性能不變的前提下，大大提高了系統緊湊性，但到目前為止，國內還未見熱泵型CO2汽車空調系統的相關報道。

綜上所述，CO2跨臨界循環用于汽車熱泵空調系統中不僅具有環保的優勢，而且在系統效率方面也有提高的潛力。但相比傳統的R134a系統而言，CO2系統排氣壓力高、成本高且壓縮機較為笨重，因而目前對CO2應用于汽車空調系統的研究有所降溫。

1.2.2.3 太陽能輔助空調系統

早在1989年，Ingersoll就發現將太陽能電池布置在車頂在為汽車空調系統提供部分能量的同時也大大降低了車廂內的峰值冷負荷。2000年，廣東工業大學的陳觀生等人設計出一臺電動汽車用熱泵空調，并探討了太陽電池在熱泵空調系統中應用的可能性。電動汽車熱泵空調系統的工作原理如圖1-5所示，它與普通的熱泵空調系統并無區別，由于在電動車上使用，壓縮機具有特殊性，采用了結構簡單，性能優良的雙工作腔滑片式壓縮機。制冷/制熱模式運行時，該系統的制冷量/制熱量隨壓縮機轉速增加呈線性增長。制冷運行條件下，壓縮機轉速較低(<1500r/min)時，COP隨轉速的增大，增長速度較快，當轉速增長到一定程度(>2000r/min)后，COP隨轉速增加而趨于恒定，將太陽能電池布滿車頂后，空調系統制冷量的增幅為6%~27%。熱電制冷雖然效率太低，難以滿足汽車空調的需要，但采用太陽能輔助的方法來實現其在汽車上的應用也是一個較好的選擇。Mei等人首次將太陽能輔助熱電制冷技術應用于汽車空調系統中，他們發現將太陽能光伏電池板覆蓋汽車車頂能夠產生225W的電量，并大大降低車內的峰值負荷.1.2.2.4 電加熱輔助空調系統

電動汽車熱泵空調系統在室外環境溫度極低的情況下，制熱性能會大大降低，往往無法滿足車內的熱負荷需求，而采用電加熱輔助的空調系統則克服了熱泵系統的以上缺點。富士重工在“2005年人與車科技展（Pacifico橫浜、2005年5月18～20日）”上展出的電動汽車“Subaru R1e”中，采用了電加熱輔助空調系統。此外，三菱汽車2009年7月上市的電動汽車“i-MiEV”也采用了電加熱器（如圖1-6a所示）作為空調的制暖熱源。加熱器由可用電發熱的PTC（Positive Temperature Coefficient）加熱器元件、將加熱器元件的熱量傳送至散熱劑（冷卻水）的散熱扇、散熱劑流路和控制底板等組成。該電加熱器配置在駕駛席和副駕駛席之間的地板下方，通過在其內部的加熱原件兩側通入冷卻水，提高了制暖性能。

展望

在本文研究基礎上，以下幾個方面仍然需要進一步研究，以提高系統性能：

1）建立電動汽車空調系統各個部件的仿真模型，并對其進行動態仿真模擬研究用以指導系統優化設計；

2）對微通道蒸發器在熱泵工況的結霜性能做更深入的研究，在雙層蒸發器的基礎上設計出制冷劑均勻分配、壓降合理的微通道蒸發器，以期獲得高效換熱；

3）強化 R407C 系統的壓縮機、換熱器、膨脹閥的匹配問題以及系統控制策略研究等。

第二篇：汽車空調系統制劑加注量研究

汽車空調系統制劑加注量研究

2013年01月19日

隨著我國汽車工業的不斷發展和人們對汽車舒適性要求的不斷提高，空調已成為大多數汽車的必須配置，但由于汽車空調的特殊工況，制冷系統易損壞而產生泄露，即使正常狀況，原廠空調一般每隔..3年需要檢查補充一定量的制冷劑。制冷劑可以從高壓端或低壓端加注。制冷劑的加注量對空調系統性能的影響

制冷劑是汽車空調制冷系統的工作流體，它在制冷系統中循環流動，通過自身熱力狀態的循環變化不斷與外界發生能量交換，達到制冷的目的，制冷劑充注量是否合適直接影響著制冷系統的性能。

如圖1所示，是某型轎車空調系統制冷量、能效比(COP)與隨制冷劑加注量的變化曲線。從圖可以看出，在實驗的起始階段，由于制冷劑加注量較少，制冷量很小，能效比(C0P)低，制冷效果很差。

隨著制冷劑加注量的增加，制冷量與能效比(COP)不斷上升，逐漸達到最大，這時制冷量有一個相對穩定的階段，是因為空調制冷系統中的儲液灌內儲存了一定的制冷劑從而保證系統中制冷劑的流量比較穩定。當系統中制冷劑加注量繼續增大，儲液灌被制冷劑充滿以后，制冷劑占住冷凝器和蒸發器部分容積，使換熱面積減少，從而降低蒸發器換熱能力，使制冷量降低，同時使冷凝溫度升高，冷凝壓力也隨之升高，壓縮機功率增大，而進入蒸發器內的液體不能完全蒸發，仍然呈液態被吸回壓縮機內，容易引起液擊現象。能效比(COP)達到最大后，隨著制冷劑的增加緩慢下降。

從圖1可以看出，制冷量變化相對平緩的位置即為最佳加注量。制冷劑的加注量在最佳加注量附近，空調器的能效比最大，且制冷量也較高。制冷劑加注量的估算

目前制冷劑充注量的估算主要采用估算法。

內容積估算法是采用加注量占系統各設備內容積百分比的方法來估算總的制冷劑加注量。汽車空調制冷劑加注量等于其高壓側、低壓側各管道、儲液干燥器、冷凝器和蒸發器等部件加注量之和。各部件制冷劑量所占部件內容積比例如表1所示。

下面以奇瑞轎車為例，計算該車空調制冷系統制冷劑加注量。制冷系統內容積計算結果如表2所示，則制冷劑充注量的估算值為： 制冷劑的補充加注量的確定

由于汽車空調的特殊工況，系統正常的情況下長時間的使用也會出現制冷劑不足，補充加注適量的制冷劑。3.1 空調系統制冷劑的檢查

汽車空調制冷系統制冷劑常用的檢查方法有兩種.一種是通過觀察孔目測制冷劑的情況，一種是利用氣管壓力表檢測系統中的高低壓力。

啟動發動機，接通空調開關，打開所有車窗玻璃，把空調溫度設置最低，風扇位置開關置于最大處，使空調系統連續工作，以便目測觀察孔內制冷劑狀態。

如圖2所示，是觀察孔內看到制冷劑的狀態。如a)所示，系統中有大量氣泡或泡沫狀，說明制冷劑嚴重不足；如圖.b)所示，偶爾看到氣泡流過，說明制冷劑稍微不足；如圖c)所示，孔內無氣泡，看見有液體穩定的紊流，說明制冷劑適量。

將歧管壓力表接到高低壓管路中，檢測空調制冷系統的高、低壓端壓力，高壓側的壓力為1．5～1．6MPa，低壓側的壓力為 0．14～0．15MPa為正常。..3.2制冷劑添加

首先將加制冷劑的壓力表接到高低壓管路上，從低壓側加入制冷劑，制冷系統中壓力與制冷劑流動情況變化如圖3所示。當觀察孔中看到管路中的氣泡消失時，說明系統中的制冷劑制冷量接近車里需要的制冷量，制冷量還沒達到平衡，需要再增加部分制冷劑，制冷系統中的壓力隨制冷劑的增多而升高，當系統中壓力不隨制冷劑增加而升高時，說明系統制冷劑達到飽和，完全滿足工況的制冷要求，但考慮過冷度，需選擇一個合適的添加量，添加量一般是士50g，具體需要參考添加時的環境溫度。總結

汽車空調系統易發生制冷劑的泄露，使空調系統不能正常工作。在補充或修理后加注制冷劑的加注量的多少對其性能產生直接影響。制冷劑過少會影響制冷效果，制冷劑過多，壓力太高則發動機負荷會增大，會出現散熱不良及高溫，也會影響制冷效果，嚴重的還會發生管路漲破和損壞壓縮機的危險等。參考文獻： [1]潘偉榮．《汽車空調》．機械工業出版社．

[2]錢文波．《家用空調系統制冷劑充注量的研究》．制冷學報．

第三篇：鋼筋混凝土結構抗震性能試驗研究心得

鋼筋混凝土結構抗震性能試驗研究心得

近幾年來，世界各地地震時有發生，帶給人類的慘重損失仍記憶猶新。柱或墩喪失支撐是鋼筋混凝土結構倒塌的主要原因。所以加強柱或墩是提高鋼筋混凝土結構抗震能力的重要途徑。

在我國現有的多高層建筑中,鋼筋混凝土結構應用得最為普遍,其中鋼筋混凝土框架結構是最常用的結構形式。因為其具有足夠的強度、良好的延性和較強的整體性,目前廣泛用于地震設防地區。在地震作用下，一味地追求結構的強度并不可取，結構的延性是非常重要的。當小震來臨，應確保所有的結構構件在抵抗地震作用力時，具有足夠的強度，使其基本上處于彈性狀態。在中震作用下，結構的某些關鍵部位超過彈性強度，進入屈服，發生較大變形，達到非線形階段，這時，我們就特別提出延性要求。當中震來臨的時候，因為結構具有非彈性特征，某些關鍵部位超過其彈性強度，進入塑性狀態。由于它有一定的延性，它的非線性能夠承擔塑性變形，使它在變形中能夠耗費和吸收地震能量。

由于我對該領域的知識比較陌生，有許多專業性的內容不是完全理解，但是至少我認識到了鋼筋混凝土結構抗震性能的重要性，它具有重要意義。同時，在受到相關的知識普及后，極大的引發了我對此領域繼續探索的興趣，我相信，我會通過更廣泛的途徑學習更多的知識，能在今后的工作生活中起到至關重要的作用。

第四篇：電動汽車熱泵空調系統的實驗研究

電動汽車用熱泵空調系統的實驗研究

軒小波

1.2.1,2陳斐

1,2

上海新能源汽車空調工程技術研究中心

上海加冷松芝汽車空調股份有限公司制冷研究院

摘要：基于一款電動汽車空調設計了熱泵空調系統試驗臺架，研究了不同壓縮機轉速和環境溫度條件下雙換熱器和三換熱器系統對熱泵空調換熱性能、總成出風口平均溫度及系統COP的影響。結果表明，環境溫度越高雙換熱器系統和三換熱器系統的換熱性能越高，且三換熱器系統的性能優勢越明顯；壓縮機轉速為5500rpm、室外環境溫度為7℃、1℃、-5℃工況下，三換熱器系統較雙換熱器系統總成出風口平均溫度分別高8.0℃、7.2℃和6.1℃，系統COP分別提高15.0%、16.5%和18.2%，提高了電動汽車乘員艙的舒適性和能效比。

關鍵詞：電動汽車

熱泵空調

實驗研究

三換熱器系統

系統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 由于新能源電動和混動汽車工業的快速發展，空調系統能耗對電動汽車續行里程的影響日益凸顯，這對電動汽車空調系統的節能降耗提出了更高要求。目前市場上的電動汽車冬季大多都采用PTC加熱方式采暖，不僅能耗高而且制熱效率低，電動汽車空調必須從自身解決低效供暖的問題，熱泵型空調技術正好解決了電動汽車采暖能耗高及對發動機余熱的依賴問題。

［］

熱泵是利用少量高品位能源使熱量由低溫熱源流向高溫熱源的節能裝置1，在電動汽車中使用熱泵空調系統取暖，可利用電能將環境中的熱量泵送到車室內，得到的熱量為消耗

［］的電能與吸收的低位熱能之和，因此其能效比大于1[2]；魏名山等人3針對電動汽車在冬天取暖時能耗較高的問題，設計了一套用于取暖的熱泵空調系統；熱泵COP 是制熱模式下熱

［］［］泵空調系統的實際制熱量與實際輸入功率的比值4；Hosoz 等人5將傳統燃油汽車空調改裝為熱泵空調，研究了不同壓縮機轉速與系統換熱量、COP 等參數之間的關系。

本文設計了用于電動汽車室內采暖的熱泵空調系統試驗臺架，研究了不同壓縮機轉速和環境溫度條件下雙換熱器和三換熱器系統對熱泵空調換熱性能、總成出風口平均溫度及系統COP的影響。

2電動汽車熱泵空調系統

電動汽車熱泵空調系統原理如圖1所示，主要由電動壓縮機、單向閥、四通換向閥、節流裝置、室內外換熱器、氣液分離器等組成。

圖1 電動汽車熱泵空調系統圖

制冷模式下，從壓縮機出口排出的高溫高壓制冷劑氣體經單向閥、四通換向閥進入室外換熱器，在室外換熱器內與外界空氣進行熱交換冷凝為低溫高壓的制冷劑液體，流經節流裝置進行節流降壓，節流后的氣液兩相制冷劑進入室內換熱器，與室內空氣進行交換實現蒸發吸熱以達到降低乘員艙內溫度的目的，最后從室內換熱器排出的低溫過熱制冷劑經四通換向閥、氣液分離器被壓縮機吸入進入下一個制冷循環。

制熱模式下，從壓縮機出口排出的高溫高壓制冷劑氣體經單向閥、四通換向閥進入室內換熱器，與車內空氣進行熱交換以達到提升乘員艙內溫度的目的，冷凝為低溫高壓的制冷劑液體流經節流裝置進行節流降壓，節流后的氣液兩相制冷劑進入室外換熱器與室外空氣進行熱交換，最后從室外換熱器排出的低溫過熱制冷劑經四通換向閥、氣液分離器被壓縮機吸入進入下一個制熱循環。

3實驗裝置與方法 3.1 實驗裝置

本熱泵系統室內空調箱采用一款車用HVAC總成改裝而成；實驗臺架如圖2所示。

室外換熱系統

室內換熱系統

圖2 熱泵系統實驗臺架

壓縮機作為系統的主要部件對系統的換熱性能起著重要作用，該系統選用一款排氣量為24cc的車用電動渦旋壓縮機，具體參數如表1所示。

表1 渦旋式電動壓縮機參數

項目 壓縮機型號(代號)壓縮機型式 排氣容積

壓縮機周圍環境溫度

轉速范圍

制冷劑

冷凍油種類

冷凍油注入量

單位--cc/rev ℃ rpm ? ? ml

規格

EVS24HLBBAA-5AA 汽車空調用電動渦旋壓縮機-40～80 1500-6000 R134a HAF68、POE

120±20(補充油量根據具體情況協商)室外換熱器采用專為汽車熱泵空調系統設計的串片式換熱器，是將多孔扁管和翅片采用穿插式結構利用全鋁釬焊技術將兩種部件焊接而成，加之翅片的百葉窗結構或錯窗結構，使得系統在制熱模式下此換熱器作為蒸發器使用時具有良好的防結霜功能，此種換熱器在低溫環境下工作同時具有良好的換熱性能及分液均勻性。為了解決室內換熱器在制熱模式下做為冷凝器使用時換熱性能不足的問題，本熱泵空調系統使用兩個內部換熱器串聯的方式代替傳統的一個換熱器進行熱交換；兩個換熱器分別為平行流微通道換熱器及小管徑翅片管式換熱器，平行流換熱器的位置在HVAC總成中位置保持不變，翅片管式換熱器安裝在總成中暖風芯體的位置，即充分利用了總成中有限的空間，又提升了室內換熱器在系統制熱狀態下的換熱性能；制冷模式下通過兩位三通閥自動關閉翅片管式換熱器，由平行流換熱器單獨工作。室內、外換熱器主要參數如表2所示。

表2 室內、外換熱器參數

名稱 串片式換熱器平行流式換熱器 管片式換熱器 外形尺寸/mm 迎風面積/m2 656×357×38 281×249×38 271×157×35

0.214 0.056 0.038

管徑/mm 16×1.8 16×1.8 ?5

最大承受冷媒壓力/MPa

4.5 4.5 6 系統采用具有雙向節流功能的熱力膨脹閥，壓縮機吸氣口前安裝有帶干燥過濾功能的氣液分離器，在系統中既能起到干燥過濾的作用，又能避免系統低溫制熱模式下壓縮機發生液擊的風險，且減少空調系統龐大的連接回路，簡化了控制系統、降低了因接口過多造成冷媒泄漏的機率、提高了系統的密封性，更為節能環保。壓縮機排氣口處增加油分離器，保證熱泵系統在低溫環境下工作時潤滑油能夠在壓縮機內流動順暢，避免排氣溫度過高而造成壓縮機損壞。其他主要儀器參數如表3所示。

表3 主要儀器參數

儀器名稱 質量流量計 壓力傳感器 溫度傳感器

3.2 實驗方法

室內換熱系統及室外換熱系統分別布置在兩個不同的溫度環境中，即模擬系統低溫制熱工況下車內、外的環境條件。在不同的環境溫度、壓縮機轉速下測試雙換熱器及三換熱器熱泵系統對換熱性能、HVAC總成出風口溫度及系統COP的影響。

測量范圍 0～400 kg/h 0～5 MPa-40℃～120℃

精度/% 0.5 0.2 0.15 4 實驗結果與分析

壓縮機轉速5500rpm時，室外環境溫度分別為7℃、1℃、-5℃時雙換熱器系統、三換熱器系統換熱性能如圖3所示。環境溫度為7℃時三換熱器系統換熱性能較雙換熱器系統性能大28%，環境溫度為1℃、-5℃時三換熱器系統較雙換熱器系統換熱性能分別大25%和19%；即隨著環境溫度的升高，兩種系統的換熱性能均有不同程度的提高，且環境溫度越高，三換熱器系統的性能優勢較雙換熱器系統越明顯。

圖3 兩換熱器系統換熱性能

圖4 兩換熱器系統總成出風口平均溫度 實驗過程中此HVAC總成的送風模式選定為全熱/除霜/外循環，為了監控總成出風口溫度，在除霜風口均勻布置8個熱電偶。不同環境溫度下兩種系統的總成出風口平均溫度如圖4所示。室外環境溫度為7℃、1℃、-5℃時三換熱器系統較雙換熱器系統總成出風口平均溫度分別高8.0℃、7.2℃和6.1℃。由此可知，三換熱器系統在不同的環境溫度下大大提高了乘員艙的舒適性。

不同環境溫度下兩種換熱器系統的COP如圖5所示。壓縮機轉速5500rpm，環境溫度為-5℃時，三換熱器系統與雙換熱器系統COP分別為2.73和2.31，室外環境溫度為7℃、1℃、-5℃時三換熱器系統較雙換熱器系統COP分別高出15.0%、16.5%和18.2%；對同一種換熱器系統，不同的環境溫度下系統COP變化并不明顯，如三換熱器系統：7℃環境溫度下系統COP只比-5℃環境溫度下系統COP大0.19，這說明隨著環境溫度的上升，系統換熱性能提高的同時壓縮機的功耗也隨之升高。

圖5 雙換熱器、三換熱器系統COP對比

圖6 系統COP隨壓縮機轉速變化曲線

環境溫度為-5℃時，雙換熱器系統與三換熱器系統COP隨壓縮機轉速變化情況如圖6所示。隨著壓縮機轉速的不斷升高系統COP逐漸降低，即壓縮機轉速越低系統COP越高反之系統COP越低，這說明隨著壓縮機轉速的升高，系統換熱性能的提升比小于壓縮機功耗的提升比。

5結論與展望

通過實驗研究電動車熱泵空調雙換熱器和三換熱器系統的換熱性能、總成出風口平均溫度及系統COP，得出結論：

（1）隨著環境溫度的升高，雙換熱器系統及三換熱器系統的換熱性能均有不同程度的提高，且環境溫度越高，三換熱器系統的性能優勢越明顯。

（2）壓縮機轉速為5500rpm、室外環境溫度為7℃、1℃、-5℃條件下：三換熱器系統較雙換熱器系統總成出風口平均溫度分別高8.0℃、7.2℃和6.1℃，三換熱器系統在不同的環境溫度下大大提高了乘員艙的舒適性，三換熱器系統較雙換熱器系統COP分別高出15.0%、16.5%和18.2%;對于同一種換熱器系統不同的環境溫度條件下系統COP變化并不明顯。（3）壓縮機轉速越高系統COP越低，壓縮機轉速越低系統COP越高。（4）為了實現電動汽車熱泵空調在更低的環境溫度下同樣具有較高的換熱性能及系統COP, 可選擇噴氣增焓式電動壓縮機與chiller或同軸管配合使用做更深一步的研究和探索，為電動汽車熱泵空調盡早實現工業化奠定基礎。

參考文獻：

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第五篇：純電動試驗車與電驅動系統總結報告

純電動試驗車及其相關技術研究

1． 電動車現狀相關

電動汽車包括純電動汽車EV、混合動力電動汽車HEV和燃料電池汽車FCEV三種類型，現有EV存在的主要問題：續駛里程有限、電池壽命太短、電池尺寸過大、重量過重、電動車價格昂貴、間接污染嚴重。EV的關鍵技術主要是電動機及其控制技術、電池技術、能源管理技術和車身輕量化技術。2． 電動車系統相關

普通燃油車改裝成傳電動汽車主要分為三個部分，即傳動系的改制、制動系的改制和控制系統的改制。

傳動系統改制為拆除發動機總成，包括空氣供給及排氣系統（如空氣濾清器總成、排氣管、消聲器等）、燃油供給系統（燃油箱及進回油管），然后安裝驅動電機及控制器。

制動系改制要考慮到制動系統裝置的真空源來自于發動機進氣歧管，拆除后缺乏真空源，必須加入真空泵和真空罐以及電源逆變器，出于安全考慮應加入真空不足報警裝置。

電機冷卻系統采用水冷卻方式，必須加入相關冷卻水循環系統及電動冷卻風扇，風扇的接通與斷開由安裝在電機上的溫控開關自動控制。

純電動車所需電池較多，為了提高車輛利用率，可安裝電池快速更換機械裝置，在電池盒上裝上機械式電連接器，更換時可自動對接，配合電池箱滑動軌道，可以輕便的完成更換工作。

3． 電動機類型及其比較

電動汽車常用電動機主要有兩大類：換向器電動機和無換向器電動機。

換向器直流電動機控制原理非常簡單，但由于有換向器和電刷，使得可靠性較低且需要定期維護。

無換向器直流電動機具有高效率、高功率密度、低成本運行、更可開及免維護等性能。其中又包括感應電動機、永磁同步電動機、永磁無刷直流電動機、開關磁阻電動機和永磁混合電動機，對于目前常用電動機，采用數字評分法在六個方面的性能加以評價和比較：

我國有多家事業單位研發了不同型號的EV，其電機和整車主要性能如下表：

4． 蓄電池的選型與與比較

電池是EV的核心技術，從EV的應用角度上講起主要性能參數有兩個：即比能量和比功率。而EV得普及應用要求電池具有高比能量、高比功率、使用壽命長和價格便宜四大條件。

比能量分為重量比能量和體積比能量，單位分別是Wh/kg和Wh/L。比功率也分為重量比功率和體積比功率兩個參數，單位分別是W/kg和W/L。比能量反應的是電池容量的大小，直接影響汽車一次充電可行駛的里程數；比功率反應的是電池功率的大小，直接影響汽車加速性能和爬坡性的好壞。目前可用于電動汽車的電池主要有：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池和鋅-空氣電池。

鉛酸電池功能指標：比能量50Wh/kg（一次充電行程160km），比功率150W/kg，價格<150美元/kWh，循環充電次數>500次，快充性能50% 5min，80% 15min。

鎳鎘電池標稱電壓1.2V，比能量56Wh/kg，比功率225W/kg，循環充電次數2000次，壽命為7年，快速充電能力強。但初期投資高昂、標稱電壓低、記憶效應大、存在鎘污染。

鎳氫電池（MH-Ni）比能量為80-100Wh/kg，比功率150-200W/kg，充電時間<6min，充電次數600次，成本<150美元/kWh，工作溫度-30-65。日本松下公司不但開發了純電動汽車用的EV型電池組，還開發了汽油機-電池混合動力的HEV高功率鎳氫電池，豐田公司1997年12月全世界第一次批量生產的EV-Prius混合動力電動車就使用了HHR650D型電池。

鋰離子電池是新型高能蓄電池，國內外相關產品參數對比如下：

深圳雷天綠色電動源有限公司成功研發出大功率、低成本的鋰離子動力電池，順利通過了國家電池權威檢測機構的檢測，11項指標全部合格，填補了國內空白。

鋅-空氣電池比能量180-230Wh/kg，能量密度達230Wh/L，電池容量不受放電強度和溫度影響，能在-20℃-80℃溫度范圍內正常工作，安全性能好，無腐蝕作用，成本低回收利用方便，缺點是壽命短、比功率小、不能輸出大電流及難以充電。

新概念電池飛輪電池，利用飛輪高速轉動的動能轉化為電能，飛輪在真空環境下運轉，轉速高達200000r/min，比能量可達150Wh/kg，比功率達5000-10000W/kg，使用壽命長達25年，可供電動汽車行駛500萬公里。美國已利用最新研制的飛輪電池成功改裝一輛電動轎車，一次充電可行駛600km，由0到96km/h加速時間僅為6.5秒。5． 電池檢測與電源管理

蓄電池工作狀態主要指電池正常使用時的端電壓、工作電流、溫度和內阻4個參數的變化情況。所謂電池檢測通常是指對前3個工作參數的檢測。

影響電池壽命的因素有：充電電流、充電電壓、放電深度、環境溫度、充放電次數。針對這五個因素，一般有如下對策：充電器優化充電、控制放電深度、補償環境溫度、減少充放電次數、均浮充自動轉換。

電池工作狀態檢測由電源（能源）管理系統BMS完成，電源管理系統從功能上可分為兩個層面：底層完成數據采集，上層完成數據處理、分析與控制。中間通過通信管道進行數據交換和傳輸。

圖5-1 電池管理系統框圖

檢測思路應遵循“局部集中、整體分布”的原則，即集中/分布式檢測法，并用于電池檢測系統的設計。

微型純電動汽車電驅動系統基礎研究 1． 改裝電動車相關工藝流程

圖1-1 電動車改裝相關工藝流程

2． 電動汽車電氣系統設計

圖2-1 電氣系統總體配置框圖

整車以車輛管理單元（VMU）作為主控制單元，以電機驅動控制單元（PMU）、電池管理系統（BMU）及相關控制電器作為從控制單元，以電動機和蓄電池組作為控制對象。

其控制流程如下駕駛員控制操縱裝置（如踏板、鑰匙）向VMU發出命令，VMU通過通訊網絡系統接收控制命令并采集BMU、PMU、整車等的狀態信息進行相應的處理和運算，然后發出操縱指令，BMU、PMU和車載儀表由通訊網絡獲得VMU操縱命令，執行命令并反饋信息至VMU。主電池經DC/DC變換器向VMU及原有車身電氣系統（冷風暖風、助力轉向、車燈、音響、喇叭和刮水器等）提供低壓電。

純電動汽車很多部分都由獨立的電子控制器進行控制。為了將整個電動汽車內各系統進行統一管理，實現數據共享和相互之間協同工作，我們采用總線進行數據傳遞。CAN網絡是現場總線技術的一種，它是一種架構開放、廣播式的新一代網絡通信協議，稱為控制器局域網現場總線。CAN網絡原本是德國BOSCH公司為歐洲汽車市場所開發的。CAN推出之初是用于汽車內部測量和執行部件之間的數據通信。在現代轎車的設計中，CAN總線被廣泛的采用，奔馳、寶馬、大眾等汽車都采用了CAN總線進行控制器的聯網。3.車輛管理單元

車輛管理單元是整車控制的核心，以整車的性能最優為目標，控制車輛的運行狀態、能源分配，協調和發揮各部分的優勢。其功能如下：

（1）汽車驅動控制功能根據駕駛員的要求以及相應的車輛運行狀態、工況，計算驅動轉矩，控制電機驅動控制系統滿足工況要求。

（2）制動能量回饋控制根據制動踏板的開度、車輛行駛狀態、電池管理系統的信息，確定制動模式和制動力矩。

（3）整車能量管理控制能量消耗，對蓄電池、輔助動力源和車載其他動力系統統一管理，提高整車能量利用率，增加續駛里程。

（4）故障診斷及保障提供安全和診斷服務，充電和驅動時的安全保障，故障的診斷監控車輛溫度、冷卻系統、車輛的運行狀態監視主要設備的過電流、過電壓、欠電壓、過熱，必要時切斷主斷路器。

（5）車輛狀態監視通過通訊網絡采集車輛狀態信息，通過人機界面顯示給司機。（6）通訊管理整車通訊的主節點，接收來自電機驅動控制單元、電池管理系統、人機界面的所有信息，發送電機設定轉速、設定力矩、正反轉信息，各個部件的啟動停止命令，車輛的工作模式和整車的運行狀況等。4． 電驅動系統控制回路

圖4-1 電驅動系統控制回路總體框圖

圖中BMU為電池管理系統；VMU為車輛管理單元；PMU為電機驅動管理單元；KA1為VMU電源繼電器；KA2為PMU主接觸器控制繼電器；KA3為充電接觸器控制繼電器；KA4為PMU軟上電繼電器的控制繼電器；KA5為PMU軟上電繼電器；KM1為PMU單元主接觸器；KM2為充電接觸器；R為軟上電限流電阻；S1B為BMU電源開關；S1V為VMU開關；SQ1為充電機接通信號行程；F開關為熔斷器。實現的控制如下

（1）初始化

開關S1V打到位置時，KA1繼電器吸合，VMU電源接通。S1B開關接通電池管理系統上電。開關S1V打到2位置時，KA4繼電器吸合，軟上電繼電器KA5吸合，蓄電池經限流電阻R為PMU上電，當PMU電壓與電池組相等時，KA2吸合，PMU單元主接觸器KM1接通，同時KA5斷開，PMU上電完成。

（2）充電控制

當充電接通信號行程開關SQ1接通，VMU接到信號后發出充電指令，沖電接觸器控制繼電器KA3得電，接觸器KM2接通，充電機向蓄電池組充電。將KA2、KA3設計成互鎖電路，KA3得電同時其常閉觸電打開，PMU主接觸器斷開，防止充電時車誤走。

（3）行車控制

VMU采集加速踏板和制動踏板的開度信號，經過VMU的驅動控制策略和制動控制策略的計算得到轉矩控制量，通過通訊接口傳向PMU控制電機的轉矩，實現對車輛運行的控制。

（4）狀態監視、故障保護

VMU通過通訊網絡與BMU、PMU、人機界面相連，實時顯示車輛的狀態信息。當電機驅動控制單元發生故障時，液晶顯示屏上顯示報警狀態，通過按屏幕上的復位鍵C，可以使PMU進行系統復位。

5.車輛管理單元軟硬件構成

圖5-1 控制系統信息流圖

主控制器：

圖5-2 嵌入式PLC原理框圖

人機界面：

圖5-3 人機界面結構示意圖

管理單元軟件構成：

圖5-4 主程序流程圖