闫锡伟
山东力诺瑞特新能源有限公司 山东济南 250000
摘要：汽车空调系统不仅影响私家车的舒适性，而且影响安全和能源消耗。特别是对于电动汽车，空调系统在驾驶舒适性和里程方面发挥着平衡的作用。由于电动汽车里程直接影响到用户识别，提高空调性能和降低能耗已成为空调研发的优先事项。特别是在寒冷气候条件下，乘员舱供暖需求较高，传统汽车可以利用发动机的残余热量来加热乘员舱，而电动汽车则没有相应的条件。本文基于电动汽车热泵空调系统综述展开论述。
关键词：电动汽车；热泵空调系统；综述
引言
使用传统空调系统的电动汽车通常使用高压正温度系数(PTC)来加热机组人员舱，从而大大减少电动汽车的里程。此外，对于电动汽车的除湿和除湿模式，空调系统必须首先降低乘员舱的空气温度，以实现水的沉淀，然后启用PTC进行空气加热，以保持乘员舱的舒适温度。
1电机热管理
电机及其电控热管理的主要任务是分析电机内部的产热机理，设计冷却系统对其进行降温，保证电机及电控系统处于合适的温度范围内。目前电机冷却系统主要有空冷、液冷及其他冷却方式。气体冷却方式的结构简单、制造成本低。对永磁同步电机设计了一个冷却系统，在轴承四周布置了环形冷却腔以隔绝电机内部的热空气，在电机轴承的外侧安装了带槽的小圆盘，通过风扇实现强迫对流。结果表明，该结构增强了电机的冷却性能，且平均能耗也有所减少。电动汽车热管理系统主要包括电池热管理系统、电机及其控制器热管理系统、热泵空调系统。动力电池是电动汽车的动力来源，锂电池因其具有高的能量和功率密度，没有使用记忆影响，寿命长等特点被广泛应用于电动汽车。但是锂电池使用容易受到温度的影响，电池温度过高时，会导致电池寿命衰减，电池组内部热量累积，严重时会引发起火。电池温度过低时，也会导致电池容量严重衰减，此外在低温下充电会导致阳极析锂。驱动电机及其电控系统是电动汽车的核心部件之一，驱动电机的性能直接影响到汽车的动力、效率、舒适度等性能。
2热泵空调的系统构型
车辆热泵空调技术的应用研究始于1990年代。电动汽车热泵空调在使用过程中可能对电动汽车的里程产生重大影响。电动汽车热泵空调系统低温热研究的环境温度主要约为-5 C。对于电动汽车热泵空调系统，目前的研究旨在降低空调系统的能耗，提高适应能力本节概述了当前在系统配置、组件设计和材料选择方面的搜索结果。传统蒸汽压缩空气源热泵系统的配置可分为单压缩、准二次压缩、二次压缩和多级压缩，具体取决于工作量压缩数量。由于汽车负荷空间有限，嵌入式热泵空调系统主要是一层压缩结构。他们提出的系统配备一个四路水龙头、两个膨胀阀和几个截止阀，以控制系统的工作流量，从而使乘客舱冷却或发热。分别在40 c和-10 c环境温度下对热泵系统的冷却和加热性能进行了实验。
3系统充注量
任何制冷／热泵系统在实际应用前都需要进行最佳的充注量试验。系统的充注量是否合适将会对系统的性能有着直接影响。制冷剂的充注量不足会导致压缩机吸气过热度过大，排气温度过高；充注量过多则会导致排气压力过高，过热度过小的影响。因此，研究合适的制冷剂充注量对系统高效稳定运行具有重要的意义。对于制冷系统而言，其充注量大致由系统内各个管路及零部件内容积确定。而其具体数值则由不同零部件内单相区的平均密度和两相区的空泡系数有关。对于一个带气分的热泵系统研究表明，在制冷模式下超过６０％的制冷剂分布在冷凝器中，而蒸发器内的制冷剂由于压力低，体积孔隙率大，而其包含的制冷剂并不多。此外压缩机内，也有相对一部分的制冷剂溶于润滑油中。制热模式时，由于室内换热器容积较小，其制冷剂含量占比小于制冷模式。
说明在相同的吸排气管路径容积运行下，制热模式充注量不如制冷模式多。但若制热时的高压供液管容积若远大于制冷时或蒸发器内容积远大于冷凝器时，制热模式时的制冷剂容量将比制冷模式时需求的更多然而，对于在冷凝器后布置有储液罐的系统，其中所充注的多余制冷剂将会以液态方式存贮在其内部。并且，随着充注量的不断增大，储液罐中所含制冷剂量将占比也将逐渐增大并与其实际容积有关。由于储液罐以高压液态方式存贮，在系统的充注量试验中将会出现一个明显的压力／过冷度平台。在平台期间，系统的制冷／制热量几乎不变且系统ＣＯＰ最大。新能源汽车热泵系统中，制冷模式时的蒸发器和相应吸气管路和制热模式时的内部冷凝器管路在相反的模式将会被截止阀截止。因此，在不同模式下所实际需求的制冷剂充注量的差别将增大。由于储液罐的储液特性，其在制冷及制热模式时的充注量容易出现交叉平台。
4新能源电动汽车热泵空调系统实验
如今，汽车不仅是简单的交通工具，已经成为现代文明的象征，传统汽车引起的能源问题也越来越突出，汽车企业在新能源汽车领域相继发展起来。在一系列新能源汽车产业政策的支持下，中国新能源汽车发展迅速，汽车空调作为提高汽车舒适度的重要手段，在激烈的市场竞争中日益重要。由于电动汽车缺乏发动机，发动机运转产生的热量不能用于燃料车的热量，采用试验方法研究了环境温度和压缩机转速对热泵空调系统加热性能的影响对于使用Ortega球磨机的电热泵空调系统，压缩机外部环境温度和转速分别由控制变量法、冷态热泵空调系统内部工作质量状态参数、换热确定 并得出如下结论:(1)热泵空调系统在产热模式下运行时，车内温度达到乘客所需舒适温度所需的时间随着周围温度的增加而增加， 并且，当压缩机转速与其它参数处于相同条件下时，管道内部工作质量的温度和压力随环境温度(2)的变化，在系统稳定运行一段时间后， 压缩机的输入输出质量与室内换热器和室内换热器的输入输出质量之间的差异随着环境温度而增大，但全系统热准备状态下产生的热量逐渐减少，持久性有机污染物值逐渐减小。 (3)当环境温度及其他参数保持不变时，在热泵空调系统的热制备过程中，随着压缩机转速的提高，汽车舱温度达到乘客所需舒适温度所需的时间缩短，存在明显损失 室内换热器进出口设备温度升高，系统温度也升高，但COP值降低。
5电动汽车热泵空调系统技术
（1）热泵空调系统具有能效比高，便于整车能量集成的特点，现已广泛应用于国内外的电动车型。相对于传统空调系统，可提升冬季续驶里程35%左右。在极端寒冷条件下，因热泵能效比下降，需采用高压PTC进行辅助。（2）热泵空调系统可通过精确控制，采用不同的热源，实现热泵模式、除湿模式和余热回收等多种模式，与整车能量管理集成度较高。传统热泵模式较传统高压PTC加热可实现40%左右的节能，而除湿模式可实现70%左右的节能，另外在某些特殊工况下，可实现电动汽车余热回收利用，提升电动汽车能量利用效率。（3）热泵空调相对于传统空调需要额外增加一些部件，结构设计更为复杂，成本增加1000元左右，按照行驶习惯和用电价格估算，成本回收周期大约在3年左右。
结束语
从系统配置、组件设计和质量选择三个方面总结并详细介绍了汽车热泵空调技术的当前发展情况。热泵空调系统将在电动汽车的能源利用和环境控制方面发挥重要作用。虽然热泵空调在理论上具有许多共同优势，但用热泵取代传统空调仍然是一个根本性的技术问题和瓶颈。如果继续提高系统性能，降低系统能效，提高系统的环境适应性，热泵空调系统将成为未来电动汽车技术的一个组成部分。
参考文献
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作者简介：闫锡伟，山东济南（1992-05）本科，研究方向： 机电产品设计