车用CO2热泵型热管理系统研究进展车用热泵空调技术课件

车用CO2热泵型热管理系统研究进展车用CO2热泵型热管理系统研究进展10301CO2热系统研发基础04ID4热泵系统对标02CO2换热器设计开发CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结03010402CO2控制系统研发05062碳达峰、碳中和背景下CO2热泵型热管理系统机遇碳中和背景下的制冷剂替代为实现双碳目标，制冷剂替代迫在眉睫；《蒙特利尔议定书》基加利修正案生效；第一届含氟气体今年9月15日召开；新能源智能汽车的发展演进电动汽车成为第三空间，不再是简单交通工具；演进成为服务体系和生态系统平台；普通消费者将共享技术进步带来的高品质、高端产品13422CO2环保、低温制热性能优势CO2自然工质

,

GWP=1,

对环境友好，不可燃；CO2车用热泵低温制热能效优势；跨临界循环、高滑移温度、容积制热量大；CO2量产条件日益成熟ID4的全球量产促进了国内外零部件产业链发展；造车新势力聚焦投入CO𝟐热泵系统；资本市场成“热系统”转型升级强劲引擎；碳达峰、碳中和背景下CO2热泵型热管理系统机遇碳中和背景下的3团队CO2车用空调/热泵研发经验Daimler2017Lorentzen1993RACE-Project1994-1997Volkswagen2021AudiA8

4N2018IMAC课题组成果2003大众桑塔纳2009长安2017上汽大众2018鼎汉列车2020宇通客车2021ID4对标及面向量产的研发团队CO2车用空调/热泵研发经验Daimler2017L4压缩机8000

RPM，在-20

℃全新风工况达到5.6

kW制热量、40.4

℃的出风温度和1.8

COPh；与常规热泵系统相比，串联式热泵可以提升COP与制热量达30%以上；与R134a补气增焓相比，制热量提高51%，-20度工况，出风温度提高20.5

℃；CO2串联式高效热泵性能优势压缩机8000RPM，在-20℃全新风工况达到5.6k5CO2车用高效热泵系统研制高效热泵系统架构，大幅度提升CO2低温系统能效利用AC模式下的室内蒸发器(EVA)，从压缩机排出的制冷剂先流动第一气冷器IGC，再流过第二气冷器EVA串联式热泵新架构常规热泵架构WangD,YuB,LiW,etal.HeatingperformanceevaluationofaCO2heatpumpsystemforanelectricalvehicleatcoldambienttemperatures[J].AppliedThermalEngineering,2018,142:

656-664.单一内部气冷器换热面积受限，高负荷工况换热效率较低CO2车用高效热泵系统研制高效热泵系统架构，大幅度提升CO26CO2车用高效热泵系统研制

可视化探索系统充注量特性与影响规律，有效改进最优高压控制方法，确保系统动态高效运行CO2车用高效热泵系统研制 可视化探索系统充注量特性与影响规7CO2车用高效热泵系统研制率先与上汽大众、F供应商共同开发CO2整车控制系统，冬季极寒路试效果优异2017年底与上海大众建立了面向VW的R744热泵空调包含整车厂，科研单位，系统厂，压缩机厂的四方联合研究开发项目CO2车用高效热泵系统研制率先与上汽大众、F供应商共同开发C8CO2客车、列车热泵空调系统自主开发国内第一套CO2客车热泵空调系统，已完成装车测试。(-20℃

制热COP

>2.5，制热量

>25

kW)自主开发的CO2列车热泵空调系统出口欧洲，应用于德国联邦铁路CO2客车、列车热泵空调系统自主开发国内第一套CO2客车热泵9CO2车用热泵研发学术研究基础团队自2001年起，IJR、ATE、ENERGY等国际期刊发表超过50篇关于CO2车用空调系统的研究论文申请专利超过20余项，培养超过10位涉及CO2系统研究方向的硕士生、博士生SongX,LuD,LeiQ,etal.ExperimentalstudyonheatingperformanceofaCO2heatpumpsystemforan

electricbus[J].AppliedThermalEngineering,2021,190:

116789.SongX,LuD,LeiQ,etal.EnergyandexergyanalysesofatranscriticalCO2airconditioningsystemforanelectricbus[J].AppliedThermalEngineering,2021,190:

116819.WangD,YuB,LiW,etal.HeatingperformanceevaluationofaCO2heatpumpsystemforanelectricalvehicleatcoldambienttemperatures[J].

Applied

Thermal

Engineering,

2018,

142:

656-664.

（谷歌引用38次）YuB,YangJ,WangD,etal.Anupdatedreviewofrecentadvancesonmodifiedtechnologiesintranscritical

CO2refrigeration

cycle[J].

Energy,

2019,

189:116147.

（谷歌引用

38次）WangD,YuB,HuJ,etal.HeatingperformancecharacteristicsofCO2heatpumpsystemforelectricalvehicleinacold

climate[J].

internationaljournal

of

refrigeration,

2018,

85:

27-41.

（谷歌引用

58次）WangD,ZhangZ,YuB,etal.Experimentalresearchonchargedeterminationandaccumulatorbehaviorin

trans-criticalCO2mobileair-conditioningsystem[J].Energy,2019,183:

106-115.CO2车用热泵研发学术研究基础团队自2001年起，IJR、A100201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050611CO2蒸发器的设计开发246.75250蒸发器的性能确保整车降温性能的关键；最优化设计扁管参数与流程，提高高负荷工况下的换热性能；1000080006000400020000工况1工况3换热量（W）EVA性能Bench1工况2A-sampleCO2蒸发器的设计开发246.7525蒸发器的性能确保整车降12CO2室外换热器的设计开发119651196911960119373623368537363780140001200010000800060004000200001.001.261.602.06换热量/W流程制冷剂侧优化：流程参数AC-GCHP-EVA结构设计：耐高压、低流阻、低油滞留量最优化设计气冷器扁管参数以及翅片参数，性能最优；最佳平衡设计AC高负荷性能/低负荷性能/低温HP性能；1196511664373636003500014000120001000080006000400020000.871.10换热量/W翅片空气侧最优匹配11791AC-GC1.00HP-EVA爆破压力

425barCO2室外换热器的设计开发1196511969119601113CO2室外换热器的设计开发9000100001100012000130001400014换热量（W）2室外风速

(m/s)OGC-AC性能Bench1Bench2A-sample0100020003000400050000-20换热量（W）OGC-HP性能-10室外温度

(℃)Bench1 A-sampleCO2室外换热器的设计开发9000100001100012014内部气冷器的设计开发制冷剂进口室内换热器空气流向制冷剂出口蒸发器优化设计气冷器结构，提高传热性能、出风均匀性；最优化串联式匹配性能，提高系统制热性能1000020005000400030006000工况2换热量（W）IGC性能工况1Bench1A-sample70006000500040003000200010000工况2换热量（W）IGC与EVA串联性能工况1Bench1A-sampleIGC单体IGC+EVA串联内部气冷器的设计开发制冷剂进口室内换热器制冷剂出口优化150201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050616CO2热泵控制器设计与开发基于AUTOSAR的软件架构的硬件平台CO2多温区热域控制器CO2热泵控制器设计与开发基于AUTOSAR的软件架构的硬件17CO2热泵控制策略设计与开发以CO2低温热泵系统性能最优为第一前提：HP制热量、COP最优化AC制热量、COP最优化除湿模式COP最优化…兼容客户复杂功能模式需求：HP制热模式、HP除湿AC模式

、电池冷却化霜模式电池加热模式余热回收模式快速制冷/制热压缩机供热模式…CO2热泵控制策略设计与开发以CO2低温热泵系统性能最优为第180201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050619ID4

CO2热泵系统对标ACCU/IHX空调箱膨胀阀压缩机内部气冷器室外换热器

蒸发器管路ChillerID4对标零件获取 2021.04-2021.06ID4CO2热泵系统对标ACCU/IHX空调箱膨胀阀压缩机20ID4

CO2热泵系统对标实车管路系统安装 2021.07-2021.08ID4CO2热泵系统对标实车管路系统安装 2021.07-21ID4

CO2热泵系统对标执行器驱动2021.08-2021.09对标实验

2021.09-2021.100501001502000.05.010.015.020.0T_cproSH_accuChargecurve

(-10℃/-10℃)280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

540

560

580Chargeamount

(g)SH_acci T_cproID4CO2热泵系统对标执行器驱动2021.08-202122ID4

CO2热泵系统对标FANOGCEVAPEXV1IGCBatteryE-CompressorACCU/IHXASV2EXV2PTCWPTCHVACEXV3RadiatorINV

ERTERMOTORPT5Pump_motorTRVCHARGERDC/DCTV2TV1Pump_batteryASV3ASV1ASV4ASV5

PT

1PT4PT3PT2ID4CO2热泵系统对标FANOGCEVAPEXV1IGC230201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计与开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计与开发03050624CO2实验测试平台自主研制CO2热泵系统综合性能试验台，用于CO2热泵零部件/系统性能实验CO2实验测试平台自主研制CO2热泵系统综合性能试验台，用于25CO2实验测试平台自主研制CO2热泵系统综合性能试验台，用于CO2热泵零部件/系统性能实验CO2实验测试平台自主研制CO2热泵系统综合性能试验台，用于26CO2实验测试平台典型实验测试项目及实验工况:OGC

AC单体性能测试OGC

HP单体性能测试OGC

AC单体性能测试OGC

HP单体性能测试IGC

HP

单体性能测试EVA

HP

单体性能测试EVA

AC

单体性能测试COMP

单体性能测试ACCU

单体性能测试Chiller

单体性能测试Refinlet

PMPa712.512.5Refinlet

TC70150145Refmassflowkg/h90198110Airinlet

TC254555Air

Vel.m/s222OGC-ACOGC-HPEVA-ACRefoutlet

PMPaA2.521.5Refoutlet

T°C-7-15-23Ref

flowkg/h12010080Airinlet

T°C0-10-20

Air

Vel. m/s 2 2 2 Refvalveinlet

PMPaA1212Refvalveinlet

T°C3035RefoutletPMPaA3.53.5Outlet

SHC53Airinlet

T°C4027RH%4050

Air

flow m3/

h 500 530 CO2实验测试平台典型实验测试项目及实验工况:OGCAC单27CO2模型仿真平台自主开发CO2

系统仿真平台软件功能：）CO2汽车空调系统零部件单体性能计算CO2汽车空调/HP系统稳态性能计算（With

or

without

IHXCO2热泵系统稳态性能计算CO2汽车空调系统充注量计算用途：预测系统零部件性能指导零部件结构参数优化设计预测系统性能预测系统设计优化CO2跨临界系统循环CO2模型仿真平台自主开发CO2系统仿真平台）CO2汽车空28商用软件CO2模型仿真平台CO2模型仿真平台商用软件CO2模型仿真平台CO2模型仿真平台29CO2模型仿真平台-模型应用模型应用：传热特性、温度场的分布解析零部件结构参数的改进设计优化CO2模型仿真平台-模型应用模型应用：传热特性、温度场的分布300201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050631CO2车用热泵系统开发总结新能源汽车逐渐演进成为生态系统平台，提升用车体验和价值的核心理念驱动热管理系统技术的不断颠覆、迭代、升级。面向电动车的CO2热管理技术有助于降低制冷剂碳排放、延长冬季续航里程，正面临着前所未有的发展机遇；课题组历经15年研发积累CO2热泵技术，克服了能效提升、系统最优控制等技术难点，成功应用于乘用车、客车、列车等CO2车用热泵系统开发总结新能源汽车逐渐演进成为生态系统平台32车用CO2热泵型热管理系统研究进展车用CO2热泵型热管理系统研究进展330301CO2热系统研发基础04ID4热泵系统对标02CO2换热器设计开发CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结03010402CO2控制系统研发050634碳达峰、碳中和背景下CO2热泵型热管理系统机遇碳中和背景下的制冷剂替代为实现双碳目标，制冷剂替代迫在眉睫；《蒙特利尔议定书》基加利修正案生效；第一届含氟气体今年9月15日召开；新能源智能汽车的发展演进电动汽车成为第三空间，不再是简单交通工具；演进成为服务体系和生态系统平台；普通消费者将共享技术进步带来的高品质、高端产品13422CO2环保、低温制热性能优势CO2自然工质

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GWP=1,

对环境友好，不可燃；CO2车用热泵低温制热能效优势；跨临界循环、高滑移温度、容积制热量大；CO2量产条件日益成熟ID4的全球量产促进了国内外零部件产业链发展；造车新势力聚焦投入CO𝟐热泵系统；资本市场成“热系统”转型升级强劲引擎；碳达峰、碳中和背景下CO2热泵型热管理系统机遇碳中和背景下的35团队CO2车用空调/热泵研发经验Daimler2017Lorentzen1993RACE-Project1994-1997Volkswagen2021AudiA8

4N2018IMAC课题组成果2003大众桑塔纳2009长安2017上汽大众2018鼎汉列车2020宇通客车2021ID4对标及面向量产的研发团队CO2车用空调/热泵研发经验Daimler2017L36压缩机8000

RPM，在-20

℃全新风工况达到5.6

kW制热量、40.4

℃的出风温度和1.8

COPh；与常规热泵系统相比，串联式热泵可以提升COP与制热量达30%以上；与R134a补气增焓相比，制热量提高51%，-20度工况，出风温度提高20.5

℃；CO2串联式高效热泵性能优势压缩机8000RPM，在-20℃全新风工况达到5.6k37CO2车用高效热泵系统研制高效热泵系统架构，大幅度提升CO2低温系统能效利用AC模式下的室内蒸发器(EVA)，从压缩机排出的制冷剂先流动第一气冷器IGC，再流过第二气冷器EVA串联式热泵新架构常规热泵架构WangD,YuB,LiW,etal.HeatingperformanceevaluationofaCO2heatpumpsystemforanelectricalvehicleatcoldambienttemperatures[J].AppliedThermalEngineering,2018,142:

656-664.单一内部气冷器换热面积受限，高负荷工况换热效率较低CO2车用高效热泵系统研制高效热泵系统架构，大幅度提升CO238CO2车用高效热泵系统研制

可视化探索系统充注量特性与影响规律，有效改进最优高压控制方法，确保系统动态高效运行CO2车用高效热泵系统研制 可视化探索系统充注量特性与影响规39CO2车用高效热泵系统研制率先与上汽大众、F供应商共同开发CO2整车控制系统，冬季极寒路试效果优异2017年底与上海大众建立了面向VW的R744热泵空调包含整车厂，科研单位，系统厂，压缩机厂的四方联合研究开发项目CO2车用高效热泵系统研制率先与上汽大众、F供应商共同开发C40CO2客车、列车热泵空调系统自主开发国内第一套CO2客车热泵空调系统，已完成装车测试。(-20℃

制热COP

>2.5，制热量

>25

kW)自主开发的CO2列车热泵空调系统出口欧洲，应用于德国联邦铁路CO2客车、列车热泵空调系统自主开发国内第一套CO2客车热泵41CO2车用热泵研发学术研究基础团队自2001年起，IJR、ATE、ENERGY等国际期刊发表超过50篇关于CO2车用空调系统的研究论文申请专利超过20余项，培养超过10位涉及CO2系统研究方向的硕士生、博士生SongX,LuD,LeiQ,etal.ExperimentalstudyonheatingperformanceofaCO2heatpumpsystemforan

electricbus[J].AppliedThermalEngineering,2021,190:

116789.SongX,LuD,LeiQ,etal.EnergyandexergyanalysesofatranscriticalCO2airconditioningsystemforanelectricbus[J].AppliedThermalEngineering,2021,190:

116819.WangD,YuB,LiW,etal.HeatingperformanceevaluationofaCO2heatpumpsystemforanelectricalvehicleatcoldambienttemperatures[J].

Applied

Thermal

Engineering,

2018,

142:

656-664.

（谷歌引用38次）YuB,YangJ,WangD,etal.Anupdatedreviewofrecentadvancesonmodifiedtechnologiesintranscritical

CO2refrigeration

cycle[J].

Energy,

2019,

189:116147.

（谷歌引用

38次）WangD,YuB,HuJ,etal.HeatingperformancecharacteristicsofCO2heatpumpsystemforelectricalvehicleinacold

climate[J].

internationaljournal

of

refrigeration,

2018,

85:

27-41.

（谷歌引用

58次）WangD,ZhangZ,YuB,etal.Experimentalresearchonchargedeterminationandaccumulatorbehaviorin

trans-criticalCO2mobileair-conditioningsystem[J].Energy,2019,183:

106-115.CO2车用热泵研发学术研究基础团队自2001年起，IJR、A420201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050643CO2蒸发器的设计开发246.75250蒸发器的性能确保整车降温性能的关键；最优化设计扁管参数与流程，提高高负荷工况下的换热性能；1000080006000400020000工况1工况3换热量（W）EVA性能Bench1工况2A-sampleCO2蒸发器的设计开发246.7525蒸发器的性能确保整车降44CO2室外换热器的设计开发119651196911960119373623368537363780140001200010000800060004000200001.001.261.602.06换热量/W流程制冷剂侧优化：流程参数AC-GCHP-EVA结构设计：耐高压、低流阻、低油滞留量最优化设计气冷器扁管参数以及翅片参数，性能最优；最佳平衡设计AC高负荷性能/低负荷性能/低温HP性能；1196511664373636003500014000120001000080006000400020000.871.10换热量/W翅片空气侧最优匹配11791AC-GC1.00HP-EVA爆破压力

425barCO2室外换热器的设计开发1196511969119601145CO2室外换热器的设计开发9000100001100012000130001400014换热量（W）2室外风速

(m/s)OGC-AC性能Bench1Bench2A-sample0100020003000400050000-20换热量（W）OGC-HP性能-10室外温度

(℃)Bench1 A-sampleCO2室外换热器的设计开发9000100001100012046内部气冷器的设计开发制冷剂进口室内换热器空气流向制冷剂出口蒸发器优化设计气冷器结构，提高传热性能、出风均匀性；最优化串联式匹配性能，提高系统制热性能1000020005000400030006000工况2换热量（W）IGC性能工况1Bench1A-sample70006000500040003000200010000工况2换热量（W）IGC与EVA串联性能工况1Bench1A-sampleIGC单体IGC+EVA串联内部气冷器的设计开发制冷剂进口室内换热器制冷剂出口优化470201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050648CO2热泵控制器设计与开发基于AUTOSAR的软件架构的硬件平台CO2多温区热域控制器CO2热泵控制器设计与开发基于AUTOSAR的软件架构的硬件49CO2热泵控制策略设计与开发以CO2低温热泵系统性能最优为第一前提：HP制热量、COP最优化AC制热量、COP最优化除湿模式COP最优化…兼容客户复杂功能模式需求：HP制热模式、HP除湿AC模式

、电池冷却化霜模式电池加热模式余热回收模式快速制冷/制热压缩机供热模式…CO2热泵控制策略设计与开发以CO2低温热泵系统性能最优为第500201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计开发03050651ID4

CO2热泵系统对标ACCU/IHX空调箱膨胀阀压缩机内部气冷器室外换热器

蒸发器管路ChillerID4对标零件获取 2021.04-2021.06ID4CO2热泵系统对标ACCU/IHX空调箱膨胀阀压缩机52ID4

CO2热泵系统对标实车管路系统安装 2021.07-2021.08ID4CO2热泵系统对标实车管路系统安装 2021.07-53ID4

CO2热泵系统对标执行器驱动2021.08-2021.09对标实验

2021.09-2021.100501001502000.05.010.015.020.0T_cproSH_accuChargecurve

(-10℃/-10℃)280

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460

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560

580Chargeamount

(g)SH_acci T_cproID4CO2热泵系统对标执行器驱动2021.08-202154ID4

CO2热泵系统对标FANOGCEVAPEXV1IGCBatteryE-CompressorACCU/IHXASV2EXV2PTCWPTCHVACEXV3RadiatorINV

ERTERMOTORPT5Pump_motorTRVCHARGERDC/DCTV2TV1Pump_batteryASV3ASV1ASV4ASV5

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1PT4PT3PT2ID4CO2热泵系统对标FANOGCEVAPEXV1IGC550201CO2热系统研发基础04ID4

热泵系统对标CO2换热器设计与开发03CO2控制系统研发05CO2实验/仿真平台06CO2车用热泵系统总结020104CO2换热器设计与开发03050656CO2实验测试平台自主研制CO2热泵系统综合性能试验台，用于CO