【新能源汽車熱泵空調(diào)及整車熱管理分析5000字（論文）】

新能源汽車熱泵空調(diào)及整車熱管理研究目錄TOC\o"1-2"\h\u288341.新能源汽車采暖系統(tǒng)的確定 237861.1取暖器提前預(yù)熱 2255591.2蓄能器加熱 2295201.3燃油加熱 23771.4電暖風(fēng)芯加熱 2102322.熱泵供暖及供暖方案的確定 2280283.電動汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的確定 3118024.純電動汽車換熱器總成 417452結(jié)束語 56115參考文獻(xiàn) 6摘要：未來汽車發(fā)展的重點(diǎn)和方向，世界各國都已達(dá)成共識，即節(jié)能環(huán)保的新能源汽車，目前市面上的新能源汽車主要為純電動、混合動力和燃料電池汽車。在能量來源上和傳統(tǒng)的汽車是有很大區(qū)別的，所以在空調(diào)技術(shù)上會有諸多不同，甚至顛覆的變革。當(dāng)前新能源汽車以純電動汽車為主，通過對其制冷技術(shù)選擇、供暖技術(shù)選擇，進(jìn)而得出熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是其當(dāng)前最優(yōu)方案，本文通過總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn)，簡單介紹了熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分包括壓縮機(jī)、熱換器總成，也對空調(diào)制冷劑的發(fā)展現(xiàn)狀做出說明關(guān)鍵詞：新能源汽車；熱泵空調(diào)；整車熱管理隨著科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的不斷推進(jìn)，交通運(yùn)輸業(yè)電氣化將是汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展潮流和趨勢，同時發(fā)展電動車是未來我國汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級的重要戰(zhàn)略舉措。但續(xù)航里程不足和難以提高是當(dāng)前限制新能源汽車發(fā)展的主要因素?？照{(diào)系統(tǒng)作為純電動車僅次于電動機(jī)的耗能系統(tǒng)，其能耗的降低將對續(xù)航里程的提升至關(guān)重要，且空調(diào)系統(tǒng)的性能也已成為現(xiàn)代汽車消費(fèi)者的基本要求。新能源汽車中的熱管理主要分為電池系統(tǒng)熱管理、電機(jī)系統(tǒng)熱管理和空調(diào)系統(tǒng)熱管理。在傳統(tǒng)的電動汽車中，三大系統(tǒng)的熱管理通常是各自獨(dú)立的，缺乏對整車熱量的統(tǒng)一管理，熱管理效率較低。所以需在新一代電動汽車設(shè)計之初便利用熱泵型空調(diào)產(chǎn)生的冷量和熱量完成乘員艙制冷與供暖、動力電池與電機(jī)的溫度控制，實(shí)現(xiàn)整車熱量進(jìn)行集成式管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，提高整車能量利用率。本文介紹了熱泵系統(tǒng)及其在新能源汽車上的應(yīng)用，主要從汽車制冷、供暖系統(tǒng)二個方面，介紹了熱泵循環(huán)在新能源汽車上的應(yīng)用和集成式的整車熱管理系統(tǒng)，最后提出了熱泵系統(tǒng)在新能源汽車上應(yīng)用亟需解決的問題。1.新能源汽車采暖系統(tǒng)的確定1.1取暖器提前預(yù)熱在使用車輛之前，必須使用取暖器和各種加溫裝置為正在停放的汽車室進(jìn)行提前加熱。該方案既不會耗費(fèi)在電動汽車上電池的電量，也沒有對電動汽車形成重量負(fù)擔(dān)。它的主要缺陷是每次增加的熱量是很有限的，因此只能夠適應(yīng)于短途行車或者在室外溫度不是很低的情況。1.2蓄能器加熱這個方法和最簡單的熱水儲能方法有所不同，它是直接利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能。蓄能器系統(tǒng)中增加了制熱性能劑罐和溶液罐，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溶劑的含量來控制化學(xué)反應(yīng)的大小，進(jìn)而控制產(chǎn)生供暖熱能的多少。該方法由于添加了二個本身就重量很大的儲能罐，從而大大增加了發(fā)電動機(jī)的負(fù)載，但同時由于化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生了對乘員的安全性問題，所以，該方法使用條件在純電動汽車上還不夠完善。1.3燃油加熱部分氣候寒冷地方，甚至在電動車上配備了專用的對車室內(nèi)進(jìn)行取暖的燃料設(shè)備該方法雖然能夠直接對車室內(nèi)進(jìn)行取暖，為駕乘人士創(chuàng)造了舒適環(huán)境，但由于耗費(fèi)大量燃料，而且是直接燃燒汽油，燃料使用率極低，而且還會產(chǎn)生污染，正是在燃料供應(yīng)日漸緊張、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，所必須規(guī)避的。此外，將該設(shè)備安裝到電車上也提高了電動汽車電池的負(fù)荷，從而使電車的續(xù)駛運(yùn)營里程降低。但是，在純電動車輛上使用燃料快速加熱車室方法是不經(jīng)濟(jì)效益、也不保護(hù)環(huán)境的，因此前景相當(dāng)黯淡。1.4電暖風(fēng)芯加熱電暖風(fēng)芯通常裝于空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道中。接通后電暖風(fēng)芯室溫迅速上升，從鼓風(fēng)機(jī)中引入的冷風(fēng)在流過電暖風(fēng)芯時被預(yù)熱，隨后吹入電動汽車車室，為車輛進(jìn)一步供熱。該方法也能夠?qū)崿F(xiàn)汽車供暖的目的，不過因?yàn)閷⒓冸妱悠嚨哪芰恐苯永脽嶙柙a(chǎn)生熱能，對能源車的使用率要求較低。此方法大大提高了電動汽車電池的負(fù)荷，嚴(yán)重影響了電車的動力特性和續(xù)駛里程。2.熱泵供暖及供暖方案的確定利用車載熱泵裝置可以達(dá)到車輛供暖的要求。熱泵設(shè)備可以使用加壓機(jī)耗用功量將熱能從低溫度端傳給高熱端，將整個循環(huán)過程工質(zhì)從低溫度環(huán)節(jié)中呼吸至向高溫環(huán)境放熱階段，最后到達(dá)從向高溫末端放熱階段的目的，此逆向卡諾循環(huán)過程即稱為熱泵循環(huán)過程。電動汽車熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)造相較一般制冷中央空調(diào)結(jié)構(gòu)復(fù)雜了一些，供暖模式的工作循環(huán)系統(tǒng)和制冷模式的工作循環(huán)系統(tǒng)完全相反。循環(huán)系統(tǒng)中的高溫高壓制冷液蒸汽由壓縮機(jī)排出，再經(jīng)由四通閥門流入車廂的風(fēng)道中央的換熱器，即換熱器總成中一號換熱器，并從此在換熱器中心被制冷，其熱能釋放向壁面另一側(cè)的壓縮空氣。氣溫較低的時候外界空氣和車廂的回風(fēng)機(jī)的混合物，被中央空調(diào)進(jìn)風(fēng)口系統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)吹向換熱器內(nèi)，并和制冷工質(zhì)發(fā)生熱能轉(zhuǎn)換，從而得到的熱能，隨著氣溫上升而再流入車廂室內(nèi)，促使車廂的氣溫上升，從而實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)及風(fēng)窗玻璃的除霜目的。制冷工質(zhì)由換熱器中排出后，由膨脹閥的節(jié)流降壓再流入外面的換熱器中，它在外面的換熱器中和周圍環(huán)境完成了熱能的相互轉(zhuǎn)換，在吸取熱能后再流入壓縮器中，被壓縮成高溫高壓的制冷劑再用量過熱水蒸餾，開始下一次供熱循環(huán)。經(jīng)過以上對各種供熱控制系統(tǒng)的綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)熱泵取暖控制系統(tǒng)具有更大的優(yōu)越性，并符合了純電動車輛運(yùn)行條件。通過采取可調(diào)整電動壓縮機(jī)的打開速度，以及電磁膨脹閥開度可調(diào)的方法就能進(jìn)行控制系統(tǒng)中供熱溫度的調(diào)整，所以很多純電動汽車的供熱控制系統(tǒng)都選用了熱泵技術(shù)控制系統(tǒng)。3.電動汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的確定由于純電動汽車沒有發(fā)動機(jī)提供動力、也沒有發(fā)電機(jī)的余熱進(jìn)行采暖功能，純電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)也必須具備自身的冷卻與供熱功能。經(jīng)過前面對于純電動汽車制冷與供暖情況下空調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)整方案確定，由于熱泵空調(diào)系統(tǒng)同時具有制冷與供暖的雙向功能，因此純電動汽車使用了熱泵式空調(diào)控制系統(tǒng)。熱泵式車輛中央空調(diào)控制系統(tǒng)是新能源車輛上實(shí)現(xiàn)為車廂內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行冷卻、制熱的主要設(shè)備。清潔能源車屬于新代環(huán)保電動汽車，但隨著清潔能源車輛的越來越廣泛應(yīng)用，人類對清潔能源車輛的舒適度與安全需求也愈來愈高，而熱泵式的汽車空調(diào)系統(tǒng)已變成了清潔能源車輛上至關(guān)重要的裝備。熱泵式汽車空調(diào)的構(gòu)造形式相較于普通的新動能汽車空調(diào)系統(tǒng)更加復(fù)雜，但對比與普通的新動能汽車空調(diào)系統(tǒng)，熱泵式車用中央空調(diào)系統(tǒng)通過從結(jié)構(gòu)上添加的四通換向閥這些重要元件，就能夠完成整個控制系統(tǒng)中夏季制冷與冬天制熱的轉(zhuǎn)換，而不需附加的冬天采暖設(shè)備。熱泵式車用中央空調(diào)系統(tǒng)是夏季冷卻時利用車輛中央空調(diào)擠壓機(jī)，把冷卻劑壓縮成高溫高壓的熱蒸氣，再經(jīng)由四通換向閥經(jīng)過到冷卻器總成中和車輛外居室周圍環(huán)境發(fā)生換熱，從而凝結(jié)為高壓的冷卻劑太涼液，由熱力膨脹閥節(jié)流后進(jìn)入到位于車輛內(nèi)部周圍環(huán)境的空調(diào)蒸發(fā)器總成，將溫度低壓的冷卻液從空調(diào)蒸發(fā)器總成中經(jīng)過和車輛外居室周圍環(huán)境發(fā)生換熱，從而吸取了車輛內(nèi)部周圍環(huán)境的熱能，起到為車輛內(nèi)部周圍環(huán)境降溫的功效后，再返回擠壓機(jī)。這一制冷循環(huán)也適用于一般汽車空調(diào)。而當(dāng)在冬季制熱取暖時，熱泵式的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)采用了四通換向閥的轉(zhuǎn)變，即使將空調(diào)蒸發(fā)器總成水溫與原冷凝器總成溫力過程調(diào)換，但經(jīng)過擠壓機(jī)擠壓后的制冷液通到車室內(nèi)外的凝結(jié)器總成（原蒸汽總成）通過放熱，提高車室內(nèi)外的周圍環(huán)境水溫，并且經(jīng)膨脹閥節(jié)流后進(jìn)入到車室內(nèi)外空調(diào)蒸發(fā)器總成（原凝結(jié)器總成）吸取熱能，而后再進(jìn)入到空氣壓縮器構(gòu)成了一套完善的熱循環(huán)系統(tǒng)。新能源車在冬季使用熱泵式中央空調(diào)系統(tǒng)制熱，當(dāng)氣溫比較低且周圍環(huán)境相對濕度大的狀況下，車內(nèi)室外部換熱器為蒸餾器，揮發(fā)水溫下降，因此容易結(jié)霜，在霜層到達(dá)一定程度的時候?qū)⒅苯诱麴s器的工作特點(diǎn)，進(jìn)而整個系統(tǒng)的特點(diǎn)，從而要進(jìn)行除霜。4.純電動汽車換熱器總成純電動汽車采用電動熱泵型空調(diào)系統(tǒng)會增加電池電量的消耗，使電動汽車的充電行程縮短?，F(xiàn)有電動汽車空調(diào)的能效比低，將有10%的電功率被消耗，減少電動汽車的續(xù)駛里程，降低驅(qū)動性能。故優(yōu)化電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)、降低其對電能的消耗是十分必要的。純電動汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1。圖1純電動汽車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)主要有電動壓縮機(jī)、車外換熱器、雙向節(jié)流閥、1號換熱器、2號換熱器。換熱器總成中包含有1號換熱器、2號換熱器、擋風(fēng)板及包含它們的外殼，它是實(shí)現(xiàn)為車內(nèi)提供冷風(fēng)或熱風(fēng)而進(jìn)行熱量交換的重要場所，也是風(fēng)道重要的組成部分?？照{(diào)系統(tǒng)的制冷工作原理為：在換熱器總成中循環(huán)工質(zhì)從1號換熱器內(nèi)流出，制冷工質(zhì)為低溫低壓氣態(tài)的循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入電動壓縮機(jī)，經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮后流出，變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w，流進(jìn)車外換熱器，循環(huán)工質(zhì)在外部換熱器中與外界進(jìn)行熱量的交換，將熱量排放到溫度相對低的環(huán)境中，同時循環(huán)工質(zhì)在外部換熱器中發(fā)生相變，循環(huán)工質(zhì)冷凝成高溫高壓液體，流出外部換熱器。循環(huán)工質(zhì)進(jìn)入膨脹節(jié)流閥，在膨脹閥中發(fā)生節(jié)流，并且溫度降低，循環(huán)工質(zhì)成為低溫低壓的液體，進(jìn)入1號換熱器，循環(huán)工質(zhì)在1號換熱器里與送入的空氣進(jìn)行熱量交換，空氣將自身的熱量釋放給循環(huán)工質(zhì)，降低了車內(nèi)的空氣溫度，產(chǎn)生制冷作用，循環(huán)工質(zhì)吸收熱量蒸發(fā)，由液體變成氣體。循環(huán)工質(zhì)從1號換熱器中流出再次流進(jìn)壓縮機(jī)，開始下一個工作循環(huán)。汽車空調(diào)就達(dá)到了制冷的目的。換熱器是汽車空調(diào)的重要組成部分，它是循環(huán)工質(zhì)換熱的部件。在制冷循環(huán)中，低溫低壓的循環(huán)工質(zhì)液體在1號換熱器中與進(jìn)入的空氣換熱，工質(zhì)在其中吸熱，變?yōu)榈蛪旱难h(huán)工作氣體。換熱器總成內(nèi)空氣側(cè)的流體通道結(jié)構(gòu)應(yīng)該與1號換熱器的循環(huán)工質(zhì)流道相配合，其結(jié)構(gòu)是否合理直接影響換熱效果，應(yīng)保證氣流穩(wěn)定流動，避免氣流旁通、產(chǎn)生流動死角及二次渦流等現(xiàn)象，以免影響空調(diào)系統(tǒng)的性能。換熱器總成中的送風(fēng)機(jī)會消耗一部分的電能，并且在運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生噪聲。因此，對換熱器總成進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以增強(qiáng)換熱效果、降低能耗，成為電動汽車空調(diào)系統(tǒng)研究的重要組成部分。結(jié)束語就目前情況而言，電池費(fèi)用較高，循環(huán)壽命短，能量密度低，且設(shè)計工藝水平低下。新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)功耗很大，而車輛上的設(shè)備也一樣要求大量電力，因此也有可能會形成發(fā)動機(jī)啟動后空調(diào)系統(tǒng)就沒法正常工作，或相關(guān)技術(shù)的問題。這樣，就必須在設(shè)計汽車空調(diào)控制系統(tǒng)時全面考量清潔能源汽車電池容量，以及中央空調(diào)控制系統(tǒng)的最高制冷、制熱量，并進(jìn)行電池的防止?jié)B漏等工作，從而爭取讓汽車動力電池控制系統(tǒng)具有低廉的制造成本，以及較長的應(yīng)用生命周期。而在空調(diào)控制系統(tǒng)領(lǐng)域方面，因?yàn)橹袊鴤鹘y(tǒng)燃料車輛的空調(diào)控制系統(tǒng)大多由ECU電控制管理系統(tǒng)和“變排量調(diào)節(jié)”管理系統(tǒng)組成，這樣也導(dǎo)致了中國傳統(tǒng)燃料車輛的空調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率往往要超過了清潔能源車輛的空調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，而目前國內(nèi)清潔能源車輛的空調(diào)控制系統(tǒng)也大多由電動壓縮機(jī)成為主要的操控推動力，而事實(shí)上，目前大多數(shù)的清潔能源車輛的主機(jī)廠都已把交流變頻電動壓縮機(jī)成為重點(diǎn)的研發(fā)項目，通過模擬中國傳統(tǒng)家用空調(diào)的操控模式從而為清潔能源車輛的空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了變頻調(diào)控。與此同時，對于熱泵式中央空調(diào)控制系統(tǒng)科技的應(yīng)用領(lǐng)域研究也會更加廣泛，而這些都得益于熱泵式中央空調(diào)控制系統(tǒng)科技的出現(xiàn)可以更加有效地提高熱換換的速度，在基本上減輕了新能源車輛的續(xù)航里程壓力。盡管熱泵型汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)上有著一些清潔能源車輛的中央空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)所沒有的優(yōu)勢，但清潔能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)研發(fā)相關(guān)人員仍需要在結(jié)合清潔能源汽車的整車特性基本上，匹配清潔能源車輛的中央空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)要求，并著重關(guān)注于清潔能源車輛的續(xù)駛里程數(shù)和最大車速，以便甄選出最合適的清潔能源車輛的中央空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)。新能源車發(fā)展是當(dāng)前轎車市場發(fā)展的大趨勢，而空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)的跟進(jìn)是推動新型轎車發(fā)展的必然原因。電動汽車熱泵空調(diào)不僅需要給乘員艙提供制冷、采暖、除霜和除濕的功能，還需要考慮電機(jī)和電池包的溫度控制，所以需要設(shè)計高效簡潔的整車集成式的熱管理系統(tǒng)。此外，純電動汽車整車熱管理的閥體多、管路復(fù)雜，不僅成本提升還增加了系統(tǒng)所需的空間。所以對于多閥體和管路的集成將成為接下來工作的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1]李江峰,李帥旗,阮先軫,徐磊,張孝春,宋文吉,馮自平.純電動汽車CO_(2)熱泵空調(diào)及整車熱管理概述[J].儲能科學(xué)與技術(shù):1-12.[2]黃國強(qiáng).