电动车热泵空调系统的设计分析_精品文档.pdf

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2006年（第28卷）第8期汽车_L程AutomotiveEngineering电动车热泵空调系统的设计分析术谢卓，陈江平，陈芝久（上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海200030）2006171摘要对比分析电动午热泵调系统同燃油汽车空调系统的别，比较采用不同制冷剂和缩机电动车热泵空调系统，提出开发适合我国闰情的高效I了能电动车热泉空涮的设计方法。

关键词：

电动车。

热泵空调器OntheDesignofHeatPumpAirConditioningSystemforElectricVehiclesXieZhuoChenJiangping&ChenZhijiuInstitutionofRefrigerationandCryogenicsEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200030AbstractAcomparativeanalysisonthedifferencesbetweenheatpumpairconditioningsystemforelectricvehiclesandcommonautomotiveairconditionerisperformedTheheatpumpairconditioningsystemswithdifferentrefrigerantsanddifferenttypesofcompressorarecomparedAndthedesignmethodforhighlyefficientandenergysavingheatpumpairconditionerforelectricvehiclessuitableforChinaisproposedKeywords：

Electricvehicle，Heatpumpairconditioner1前言电动车使用电池作为驱动动力，使得它的空调系统也不同于燃油汽车；由于作为驱动动力的电池容量有限，空调系统的能耗对电动车充电一次后的行程有很大的影响。

同燃油汽车相比，对电动车空调系统的能耗提出了更高的要求。

电动车和传统燃油汽车的空调系统如图1所示，它们的区别在于：

电动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，即要求采用热泵型空调系统；压缩机需要采用电机直接驱动，结构上与现有的压缩机型式不完全相同。

用来给热泵空调系统提供动力的电池主要用来驱动汽车，空调系统的能量消耗对汽车每充一次电的行程的影响很大。

如果电动汽车仍采用现有能效比较低的空调系统，这就意味着增加电池的制造成本或是降低电动汽车的驱动性能指标。

实验证明，环境温度为一10时，以R134a为工质的热泵空调系统的供热性能仍良好；采用CO：

为工质的热泵空调系统在一20C的环境温度下仍能稳定提供所需热量。

在开发电动车热泵空调系统的时候，必须全面考虑这些特点。

（a）燃油汽车守调系统电动压缩机（b）电动午守调系统图1燃油汽车和电动车空调系统的比较2电动车热泵空调系统的设计比较根据电动车的特点，国内外的汽车空调生产厂家和高校开展了一系列的研究。

文献2和文献3介绍一套由永磁直流无刷电机直接驱动的电动上海汽车工业科技发展基金会资助。

原稿收到日期为2005年6月6口，修改稿收到日期为2005年8月21日。

维普资讯http:

/764汽午工程2006年（第28卷）第8期车热泵空调系统，系统的工作如图2所示。

该系统与普通的热泵空调系统并无区别，由于在电动车上使用，压缩机等主要部件有其特殊性。

f驱动电机l一三三一【平流换热器（1乍外单元）oor上轴流风扇U离心风痢一毒罔2热泵空调系统图采用普通热泵空调系统的结构，需要开发允许双向流动的膨胀阀，并且在热泵工况下，系统从融霜模式转为制热模式时，风道内换热器上的冷凝水将迅速蒸发，在挡风玻璃上结霜，会影响驾驶的安全性。

日本电装（DENSO）公司开发出的一一套R134a电动车热泵空调系统，在风道中使用2个换热器，在制冷、制热和除霜除湿模式时的运行如图3所示。

当系统以除霜除湿模式运行时，制冷剂将经过所有3个换热器。

空气通过内部蒸发器来除湿，将空气冷却到除霜所需要的温度，再通过内部冷凝器加热，然后将它送到车室，解决了汽车安全驾驶的问题，在融霜时还能同时控制出风口空气的温度。

外部冷凝器电子膨胀阀细四通阀r电磁阀一机器jf脚l变频器I制冷：

亡=）电子膨胀阀制热：

除霜：

图3R134a电动车热泵空调系统由于自然工质CO良好的热物理性能，日本电装公司也为电动车开发了一套CO热泵空调系统，系统也采用了在风道内设置2个换热器的方案，与R134a系统不同的是当系统为制冷模式时，制冷剂同时流经内部冷凝器和外部冷凝器。

3高效电动车压缩机的开发目前国内大多数燃油汽车空调系统采用由发动机直接带动斜盘式、摇摆式等形式的压缩机，其制冷系数（COP）在13一16左右。

据有关研究表明，在相同制冷量的情况F，如果电动汽车空调系统采用全封闭涡旋式压缩机或旋叶式压缩机，制冷系数可以提高20左右，功耗可以下降23左右，质量也可F降30左右。

图4是专门为电动车开发的旋叶式双工作腔滑片压缩机，它具有加工简单，起动冲击小，高转速下的振动和噪声小等优点。

同电装公司相同容量的汽车空调用涡旋压缩机性能比较如图5所示，滑片压缩机在图4双工作腔滑片压缩机低转速时COP值比涡旋式压缩机要大，但当转速超过2500rmin时要低于涡旋式压缩机J。

图6为电动车热泵空调系统与传统的燃油汽车空调系统COP值的比较l2J。

虽然转速较高时系统的性能有较大的提高，但在低转速运行时系统的性能还有待改进。

转速rmin转速rrain图5滑片式与涡旋式压图6燃油汽车和电动车空缩机COP值比较调系统COP值比较电装公司专门为电动车开发的全封闭电动涡旋压缩机由一个直流无刷电动机驱动，通过制冷剂冷却，具有噪声低，振动小，结构紧凑，质量轻等优点。

在测试条件为环境温度40，车室温度27，相对湿度50，系统稳定时它能以1kW的能耗获得29kW的制冷量；当环境温度为一l0，车室温度25，以1kW的能耗可以获得23kW的制热量。

在一l0cC一40cC的环境温度下，均能以较高的效率为口口nLr0nLU维普资讯http:

/谢啦，等：

乜动车热泵卒调系统的设计分析765电动车提供舒适的车室环境。

4降低系统能耗的措施空调系统在制热模式下的能耗比在制冷模式下的能耗要大，这是因为制热时，温度相对较低的新鲜空气会被引人防挡风玻璃结霜。

根据通风最和测得的空气进出温度的变化，通过计算发现通风所造成的热损失占到了热负荷的70。

此，空调系统制热模式可以通过车室内牵气的再循环来减少通风所造成的热最损失来降低能耗。

如图7所示，采用双通道通风的办法，在风道中装一个隔开上部和下部的隔图7舣通道通风装板。

在制热时，低温的新鲜卒气引到风道的上部空间，通过内部冷凝器的上部加热，然后吹到挡风玻璃的内表面来除霜。

而回风则被吸人到下部，通过内部冷凝器的下部加热，然后吹到乘客的脚部来制热。

这样，系统既能充分地除霜又能降低通风的热损失。

另外，由于国内汽车空调系统的电子化程度比较低，大多数仍采用手动控制或简单的位式控制，已经不能满足舒适性和节能的要求，为了使电动车空调系统在各种工况下都有很好的舒适性和节能，还应为其开发全自动控制系统，使得系统在各种工况下都能保持较高的效率。

5结论开发适合我国国情的高效节能的电动车热泵空调系统时以下几点值得注意。

（1）通过改善车身的密封和隔热性能，减少新风循环带来的热量损失，减少厂热泵空调系统的能耗。

（2）开发在各种转速条件下都能保持高效率的电动压缩机。

我国现在压缩机生产技术已经比较成熟，掌握了型线加工比较复杂的涡旋压缩机的生产技术，町以为电动车热泵空调系统提供配套的全封闭电动压缩机。

（3）在风道中采用2个换热器的方案。

这样既能减少对传统汽车空调系统的改动，又能避免热泵融霜时对行驶安全性的影响。

（4）为电动车热泵空凋系统开发全自动控制系统，满足系统在各种工况下高效率运行的要求，达到节能的目标。

参考文献一一一一一一一一一一l234567维普资讯http:

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