电动汽车空调系统的发展_关晓 (1).pdf
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1、164 AUTO TIMEAUTO PARTS|汽车零部件1前言为响应碳达峰碳中和,保护环境的政策,对于汽车行业首要做的就是严格控制化石能源消费,推广节能低碳型交通工具,加快发展新能源车。低碳零碳技术是当前企业新的竞争力,作为汽车行业实现低碳零碳最好的出路是发展电动汽车。中国新能源汽车行业进几年得到了快速的发展。行业普遍预测 2022 年国内新能源汽车销量将超过 650 万辆,2023 年新能源汽车销售可达到 800 万-1000 辆。在电动汽车发展的同时,其配套的空调系统也发了很大的变化,传统的汽油车空调制冷与制热都不离开发动机,而在纯电动汽车由于没有了发动机提供动力和热源,使得纯电动汽车在
2、发展的过程中,对其配套的汽车空调系统的发展也是不容忽视的1。对于电动汽车的发展,空调系统主要出现了压缩机制冷+PTC 制热的系统、热泵空调系统。其中电动压缩机制冷+PTC制热的系统是主流的形式。2电动压缩机制冷+PTC 制热的系统2.1电动压缩机制冷图 1 为电动汽车空调制冷系统原理图,制冷时,高温高压气体从压缩机排出,进入冷凝器,在冷凝器中冷却成高压中温的液体制冷剂,进入膨胀阀进行节流降压成气液两相混合物,进入蒸发器与空调进入热交换,吸收热量后液体汽化,经压缩机吸气管被压缩机吸入压缩成高温高压气体后再排出,如此循环。电动汽车空调与传统汽油车空调的原理一样,只是在压缩机驱动方面不一样而导致系统
3、组成结构不同。传统汽油车空调的压缩机由于有发动机提供动力而选用机械式的压缩机,而电动汽车由于没有了发动机,所以在电动汽车空调上选用由动力电池提供动力的电动压缩机。但是对于电动汽车其续航里程受到整车动力电池的限制,而电动压缩机又是能耗较大的零部件,为了尽量减少空调制冷系统对整车续航里程的影响,可在电动压缩机的选用,性能匹配、控制策略的合理性上进行优化1。电动汽车空调系统的发展关晓 福建船政交通职业学院福建省福州市350000摘 要:低碳零碳技术是当前企业新的竞争力,作为汽车行业实现低碳零碳最好的出路是发展电动汽车。对于电动汽车,备受关注的是电池续航里程,而作为汽车上不可缺少的空调系统,会减少一部
4、分电池续航里程。出于节能环保,降低对续航里程的影响,主要介绍电动汽车空调系统在发展中出现的,电动压缩机制冷+PTC 制热的系统、节能的热泵系统及制冷剂的应用。关键词:电动汽车制冷PTC 制热热泵系统制冷剂Development of Air Conditioning Systems for Electric VehiclesGuan XiaoAbstract:Low-carbon and zero-carbon technology is the new competitiveness of current enterprises,and the best way for the automo
5、tive industry to achieve low-carbon and zero-carbon is to develop electric vehicles.For electric vehicles,the battery range is of great concern.As an indispensable air conditioning system on the car,it will reduce some of the battery range.In order to save energy and environmental protection and red
6、uce the impact on cruising range,the article mainly introduces the application of electric compressor refrigeration+PTC heating system,energy-saving heat pump system and refrigerant in the development of electric vehicle air conditioning system.Key words:electric vehicles,refrigeration,PTC heating,h
7、eat pump system,refrigerants图1电动汽车空调制冷系统原理图电动压缩机膨胀阀进风口出风口鼓风机冷凝器蒸发器暖芯AUTO TIME 165 AUTO PARTS|汽车零部件 时代汽车 2.2电动汽车空调制热系统电动汽车制热系统与传统汽油车完全不同,传统汽油车制热只需利用发动机冷却后的余热即可满足车内温度的要求。对于电动汽车,取消了发动机,没有了热源,电动汽车的制热就需要有其他热源提供热量。对于电动压缩机制冷+PTC 制热的系统组合,制热主要采用 PTC 风暖制热系统、PTC 水暖制热系统。2.2.1PTC 风暖制热系统PTC 风 暖 加 热 是 用 PTC 取 代 原
8、有HVAC 的加热暖芯,利用电能转转换的热量直接俄与可以空气进行热交换。系统的特点:制热效果快、结构简单,引擎舱不需要增加其他附加设备,但是 HVAC 需要配合 PTC 加热器改动,而且 PTC 加热器直接置于车内,对安全性要求较高。2.2.2PTC 水暖制热系统图 2 为电动汽车水暖空调系统加热系统原理图,制热时,冷却液在水暖 PTC 中加热后,由水泵提供动力,将冷却液送到加热暖芯中与空气进行热交换,提高车内温度,与空气进行热交换后的冷却液流入水箱,再进入水暖 PTC 中继续加热,如此循环。此加热系统的特点:空调箱体不需重新开发、需增加水暖 PTC 加热器、水箱、电子水泵、连接管路及相应的控
9、制设备、加热速度慢、效率低(需二次热交换)、相对 PTC 风暖加热器安全性较好1。图2电动汽车水暖空调系统加热系统原理图水暖PTC加热器膨胀水箱电动水泵进风口出风口鼓风机传感器蒸发器暖芯风暖 PTC 和水暖 PTC,都是需要消耗电池的电能转化为热能,而转化的效率一般情况下是小于 1 的。而且在低温情况下,效率更低,使得制热效果大打折扣,为了满足车内温度的要求,需要加大功率,因此这两种加热方式都会对电动车的续航里程造成很大的影响。根据实验研究的结果表明:在 AC 系统满负荷运转下,制冷和制热时电动汽车续航里程分别降低了 16.7%和 50%2。为了更好的解决 PTC 这一问题,各大汽车厂商开始加
10、大研究节能型的热泵空调系统。据研究,热泵空调相对 PTC 加热系统可以使行驶里程增加 25%31%。3热泵空调系统热泵技术是通过改变系统中制冷剂的流动方向,实现制冷与制热。根据热泵的性能系数可知,冬季制热时 COP 是恒大于1 的,所以,热泵的热力学经济性比消耗电能的 PTC 系统要好很多1。电动汽车热泵空调系统常见的形式有直接热泵系统、间接热泵系统、增焓补气热泵系统。3.1直接热泵系统热泵空调系统主要通过四通换向阀改变系统中制冷剂的流动方向,实现制冷制热的功能,其应用在家用空调上技术比较成熟,但是在汽车上应用时,四通换向阀依旧沿用家用空调中的铜制材料,其与汽车上的铝制管路焊接时存在焊接性能差
11、、可靠性低的情况,使得传统的热泵系统不适宜用在汽车空调系统上,所以现阶段的主要做法是在四通换向阀基础上做了一些改进,采用了三换热器系统3。直接热泵系统,简单来说就是制冷剂直接与车内空气进行热交换,具有换热效率高的特点。图 3 为奔腾 B30 EV 的空调系统图,空调系统采用了热泵+风暖 PTC的方案。制冷时,膨胀阀 1 关闭,压缩机排气经两通阀进入车外冷凝器冷凝冷却成高压中温的液体,经三通阀进入回热器过冷后,再经膨胀阀 2 节流降压后进入蒸发器,在蒸发器中与空气进行热交换,吸收空气中的热量,使室内温度降低。蒸发后的气液两相混合物进入回热器后再进入气液分离器分离液体,气体经吸气管被压缩机吸入在压
12、缩机中压缩成高温高压的气体再次循环。此时需注意关闭车内冷凝器风门,空气不流经车内冷凝器。制冷时还可根据需要对电池进行冷却。制热时,膨胀阀 2 和两通阀关闭,压缩机排气进入车内冷凝器与车内空气进行热交换后经膨胀阀 1节流降压后再进入车外冷凝器吸热蒸发,再经三通阀进入气液分离器进行气液分离,低温低压的气体再经压缩机压缩成高温高压气体再次进行循环。在此系统中,布置了三换热器,车外布置单个车外冷凝器,夏天制冷时用做冷凝器,冬季制热时用做蒸发器,车内布置双换热器分别是制冷用蒸发器和制热用车内冷凝器,此时的车内冷凝器取代了传统汽油车是加热暖芯,在设计开发时需重新设计 HVAC 总成。对于R134a 热泵系
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