纯电动汽车用低温热泵型空调系统性能研究.doc

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。(4)提出了提温增焓逆循环快速融霜技术方法。经实验研究,在0℃至-20℃的环境温度下,利用该快速融霜技术方法可在50~100秒时间内完成车外换热器的完全融霜,实现了快速融霜。(5)依据模拟与实验结果对纯电动汽车用低温热泵型空调系统进行了优化,开发了国内第一台纯电动汽车车载低温热泵空调系统,在大型人工环境实验室进行了相关的车载性能实验。实验结果表明,该车载系统在标准制冷工况、标准制热工况、低温制热工况下均表现出良好的系统性能,并通过压缩机的变频转速控制和PTC(正温度系数的热敏电阻)辅助热源保证了系统在高温和低温环境温度下车内温度维持在舒适范围,实现了系统高效节能与可靠运行的统一。