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国内外典型纯电动汽车空调系统方案

文/徐俊芳牟连嵩刘双喜（中国汽车技术研究中心）

本文对国内外几款典型的纯电动汽车的空调系统构型方案进行了解析, 分析了其构型的特点, 为国内电动汽车的开发过程中的空调方案制定提供指导. 采用电机余热加热乘员舱、热泵系统等方式可减少能量的消耗, 提高纯电动汽车的续驶里程, 热泵系统以其较高的能效比将成为未来电动汽车空调系统的一个重要发展方向.

为应对汽车燃料消耗快速增长及由此引起的能源和环境问题,我国相继出台了汽车燃料消耗量标准和政策.GB 19578《乘用车燃料消耗量限值》和GB 27999《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》是贯彻落实《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》的重要措施,旨在推动我国先进节能技术发展和应用,持续降低我国乘用车燃料消耗量,使我国乘用车平均燃料消耗量水平在2020年下降至5 L/100 km左右.2016年新能源汽车按照零油耗、5倍数量优惠计入总量.为鼓励新能源汽车的发展,2017年又发布了落地的“双积分政策”.

不断加严的油耗标准给企业降油耗提出了更高的要求,汽车空调作为整车舒适性不可缺少的部分,在使用过程中消耗了一部分的能源.尤其对于纯电动汽车来说,没有发动机的余热可以利用,需采用热泵型空调系统或辅助电加热器,由于取消了发动机,采用电动空调压缩机、电子水泵等也将消耗一部分电能,从而影响整车的续驶里程.

因此,纯电动汽车空调系统的合理优化构型,尽可能少地消耗能量,对电动车来说具有重要意义.本文主要对国内外几款典型的电动车的空调系统方案进行解析,分析其空调系统构型方案的特点,为国内主机厂空调系统方案的制定提供参考.

国外典型电动车空调系统方案

压缩制冷+电机余热+水加热PTC的构型

如图1所示,福克斯电动车空调系统的制冷采用的是“压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器”的制冷循环.气态制冷剂经过压缩机压缩后成为高温高压的气态制冷剂,进入冷凝器与外界空气进行热交换后成为高温高压的液态制冷剂,经过膨胀阀节流后低温低压的饱和制冷剂在蒸发器中蒸发,从外界空气吸热,外界空气温度降低,从而达到降温的效果.

乘员舱的采暖则采用2种模式,当外界环境温度较低或刚启动车辆时,采用PTC加热的方式,即冷却液经过水泵-三通阀2-PTC-暖风芯体；当外界环境温度不是特别低或电机温度达到一定的值后,采用电机的余热给乘员舱加热,即冷却液经过电机水泵、DC-DC、DC-AC、电机、三通阀2、PTC、暖风芯体,然后回到水泵.

压缩制冷+热泵系统+PTC的构型

2013款之后的聆风纯电动车有热泵系统和不带热泵系统2种配置,这里介绍带有热泵系统的方案.

如图2所示,制冷模式下,制冷剂经过压缩机、内部冷凝器、冷凝器、蒸发器、储液罐,回到压缩机.蒸发器出口的过热度通过膨胀阀控制.制冷剂压力传感器安装在内部冷凝器的出口,一旦检测到制冷剂压力超出合理的范围,则电动压缩机停止运转.

如图3所示,制热模式下,制冷剂经过压缩机、内部冷凝器、冷凝器,然后回到压缩机.经过压缩后的高温高压制冷剂通过内部冷凝器与空气进行热交换,给乘员舱加热.PTC加热器作为乘员舱加热的辅助热源.

不同于聆风纯电动车的空调系统构型,BMW i3采用了不同形式的热泵系统.如图4所示,制冷模式下,制冷剂循环分为2路,一路给电池包冷却；一路给乘员舱降温.

如图5所示,加热模式时,制冷剂经过压缩后,高温高压的气态制冷剂流过热泵换热器,加热暖风回路的冷却液,暖风芯体与空气进行热交换,加热乘员舱的空气.制冷剂经过热泵换热器后进过膨胀阀减压流入室内蒸发器,再进一步减压后反向流过冷凝器,通过打开的制冷剂截止阀和储液干燥器流回电动压缩机.

如图6所示,混合模式下,制冷循环和热泵循环同时进行.制冷循环可实现电池包的冷却和车内空间的降温和除湿.热泵循环对暖风芯体加热,可满足脚部空间不同于头部空间的温度要求.

压缩制冷+空气加热PTC的构型

如图7所示,Model-X的空调系统采用了双蒸发器,空调制热方案则采用空气PTC的方式,由PTC直接加热空气,相比PTC加热暖风芯体的回路中的冷却液的方式,效率更高.

国内电动车的空调系统方案

国内几款电动车的空调系统方案见表1,空调系统的方案基本都一致,图8列举了吉利帝豪电动车的空调系统构型方案.

从表1可以看出,在空调制冷方面,基本采用蒸汽压缩式制冷方式,在采暖方面,PTC液体加热器可以沿用现有的汽车空调系统,所以被广泛采用.总的来说,国内纯电动车的空调系统方案较为简单,一方面受技术的影响,越复杂的系统,优化控制难度更大,热泵系统在乘用车上的应用还处于研究阶段；另一方面,系统的复杂程度也会导致成本的增加.

结语

通过以上对国外几款电动汽车空调系统的分析,其空调系统构型主要有以下几个特点：

1.较多的从能量角度考虑,通过电机余热利用、热泵系统、加热空气型PTC等方面,尽可能地减少电能的消耗,增加车辆的续驶里程.

2.由于不仅考虑了空调系统的功能实现,还兼顾了系统的能耗,使得系统的复杂程度较高,通过较多的两通阀、三通阀来实现,控制上也更为复杂,对系统的要求更高.

国内电动车空调系统构型相对简单,控制也较简单,在能量利用上还有较大的提升空间.国内电动车的开发多是基于传统车来进行的改制,所以较多使有PTC加热冷却液的方式来进行空调系统的开发.随着电控技术在热管理上的大量使用,乘员舱的热管理开发会更注重考虑电动汽车的特点,将乘员舱热管理与驱动系统热管理联合考虑.

空调系统论文范文结:

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