【新能源汽车热泵空调及整车热管理分析5000字（论文）】

新能源汽车热泵空调及整车热管理研究目录TOC\o"1-2"\h\u288341.新能源汽车采暖系统的确定 237861.1取暖器提前预热 2255591.2蓄能器加热 2295201.3燃油加热 23771.4电暖风芯加热 2102322.热泵供暖及供暖方案的确定 2280283.电动汽车热泵型空调系统的确定 3118024.纯电动汽车换热器总成 417452结束语 56115参考文献 6摘要：未来汽车发展的重点和方向，世界各国都已达成共识，即节能环保的新能源汽车，目前市面上的新能源汽车主要为纯电动、混合动力和燃料电池汽车。在能量来源上和传统的汽车是有很大区别的，所以在空调技术上会有诸多不同，甚至颠覆的变革。当前新能源汽车以纯电动汽车为主，通过对其制冷技术选择、供暖技术选择，进而得出热泵型空调系统是其当前最优方案，本文通过总结相关文献，简单介绍了热泵型空调系统的重要组成部分包括压缩机、热换器总成，也对空调制冷剂的发展现状做出说明关键词：新能源汽车；热泵空调；整车热管理随着科技革命与产业变革的不断推进，交通运输业电气化将是汽车产业的发展潮流和趋势，同时发展电动车是未来我国汽车工业产业结构调整与转型升级的重要战略举措。但续航里程不足和难以提高是当前限制新能源汽车发展的主要因素。空调系统作为纯电动车仅次于电动机的耗能系统，其能耗的降低将对续航里程的提升至关重要，且空调系统的性能也已成为现代汽车消费者的基本要求。新能源汽车中的热管理主要分为电池系统热管理、电机系统热管理和空调系统热管理。在传统的电动汽车中，三大系统的热管理通常是各自独立的，缺乏对整车热量的统一管理，热管理效率较低。所以需在新一代电动汽车设计之初便利用热泵型空调产生的冷量和热量完成乘员舱制冷与供暖、动力电池与电机的温度控制，实现整车热量进行集成式管理，从而大幅提高车辆整车的热管理效率，提高整车能量利用率。本文介绍了热泵系统及其在新能源汽车上的应用，主要从汽车制冷、供暖系统二个方面，介绍了热泵循环在新能源汽车上的应用和集成式的整车热管理系统，最后提出了热泵系统在新能源汽车上应用亟需解决的问题。1.新能源汽车采暖系统的确定1.1取暖器提前预热在使用车辆之前，必须使用取暖器和各种加温装置为正在停放的汽车室进行提前加热。该方案既不会耗费在电动汽车上电池的电量，也没有对电动汽车形成重量负担。它的主要缺陷是每次增加的热量是很有限的，因此只能够适应于短途行车或者在室外温度不是很低的情况。1.2蓄能器加热这个方法和最简单的热水储能方法有所不同，它是直接利用化学反应产生的热能。蓄能器系统中增加了制热性能剂罐和溶液罐，通过调节反应溶剂的含量来控制化学反应的大小，进而控制产生供暖热能的多少。该方法由于添加了二个本身就重量很大的储能罐，从而大大增加了发电动机的负载，但同时由于化学反应物质产生了对乘员的安全性问题，所以，该方法使用条件在纯电动汽车上还不够完善。1.3燃油加热部分气候寒冷地方，甚至在电动车上配备了专用的对车室内进行取暖的燃料设备该方法虽然能够直接对车室内进行取暖，为驾乘人士创造了舒适环境，但由于耗费大量燃料，而且是直接燃烧汽油，燃料使用率极低，而且还会产生污染，正是在燃料供应日渐紧张、环境污染日益严重的今天，所必须规避的。此外，将该设备安装到电车上也提高了电动汽车电池的负荷，从而使电车的续驶运营里程降低。但是，在纯电动车辆上使用燃料快速加热车室方法是不经济效益、也不保护环境的，因此前景相当黯淡。1.4电暖风芯加热电暖风芯通常装于空调系统的风道中。接通后电暖风芯室温迅速上升，从鼓风机中引入的冷风在流过电暖风芯时被预热，随后吹入电动汽车车室，为车辆进一步供热。该方法也能够实现汽车供暖的目的，不过因为将纯电动汽车的能量直接利用热阻元件产生热能，对能源车的使用率要求较低。此方法大大提高了电动汽车电池的负荷，严重影响了电车的动力特性和续驶里程。2.热泵供暖及供暖方案的确定利用车载热泵装置可以达到车辆供暖的要求。热泵设备可以使用加压机耗用功量将热能从低温度端传给高热端，将整个循环过程工质从低温度环节中呼吸至向高温环境放热阶段，最后到达从向高温末端放热阶段的目的，此逆向卡诺循环过程即称为热泵循环过程。电动汽车热泵中央空调系统的构造相较一般制冷中央空调结构复杂了一些，供暖模式的工作循环系统和制冷模式的工作循环系统完全相反。循环系统中的高温高压制冷液蒸汽由压缩机排出，再经由四通阀门流入车厢的风道中央的换热器，即换热器总成中一号换热器，并从此在换热器中心被制冷，其热能释放向壁面另一侧的压缩空气。气温较低的时候外界空气和车厢的回风机的混合物，被中央空调进风口系统的鼓风机吹向换热器内，并和制冷工质发生热能转换，从而得到的热能，随着气温上升而再流入车厢室内，促使车厢的气温上升，从而实现供热系统及风窗玻璃的除霜目的。制冷工质由换热器中排出后，由膨胀阀的节流降压再流入外面的换热器中，它在外面的换热器中和周围环境完成了热能的相互转换，在吸取热能后再流入压缩器中，被压缩成高温高压的制冷剂再用量过热水蒸馏，开始下一次供热循环。经过以上对各种供热控制系统的综合分析，可以发现热泵取暖控制系统具有更大的优越性，并符合了纯电动车辆运行条件。通过采取可调整电动压缩机的打开速度，以及电磁膨胀阀开度可调的方法就能进行控制系统中供热温度的调整，所以很多纯电动汽车的供热控制系统都选用了热泵技术控制系统。3.电动汽车热泵型空调系统的确定由于纯电动汽车没有发动机提供动力、也没有发电机的余热进行采暖功能，纯电动汽车的空调系统也必须具备自身的冷却与供热功能。经过前面对于纯电动汽车制冷与供暖情况下空调控制系统的调整方案确定，由于热泵空调系统同时具有制冷与供暖的双向功能，因此纯电动汽车使用了热泵式空调控制系统。热泵式车辆中央空调控制系统是新能源车辆上实现为车厢内部环境进行冷却、制热的主要设备。清洁能源车属于新代环保电动汽车，但随着清洁能源车辆的越来越广泛应用，人类对清洁能源车辆的舒适度与安全需求也愈来愈高，而热泵式的汽车空调系统已变成了清洁能源车辆上至关重要的装备。热泵式汽车空调的构造形式相较于普通的新动能汽车空调系统更加复杂，但对比与普通的新动能汽车空调系统，热泵式车用中央空调系统通过从结构上添加的四通换向阀这些重要元件，就能够完成整个控制系统中夏季制冷与冬天制热的转换，而不需附加的冬天采暖设备。热泵式车用中央空调系统是夏季冷却时利用车辆中央空调挤压机，把冷却剂压缩成高温高压的热蒸气，再经由四通换向阀经过到冷却器总成中和车辆外居室周围环境发生换热，从而凝结为高压的冷却剂太凉液，由热力膨胀阀节流后进入到位于车辆内部周围环境的空调蒸发器总成，将温度低压的冷却液从空调蒸发器总成中经过和车辆外居室周围环境发生换热，从而吸取了车辆内部周围环境的热能，起到为车辆内部周围环境降温的功效后，再返回挤压机。这一制冷循环也适用于一般汽车空调。而当在冬季制热取暖时，热泵式的汽车空调控制系统采用了四通换向阀的转变，即使将空调蒸发器总成水温与原冷凝器总成温力过程调换，但经过挤压机挤压后的制冷液通到车室内外的凝结器总成（原蒸汽总成）通过放热，提高车室内外的周围环境水温，并且经膨胀阀节流后进入到车室内外空调蒸发器总成（原凝结器总成）吸取热能，而后再进入到空气压缩器构成了一套完善的热循环系统。新能源车在冬季使用热泵式中央空调系统制热，当气温比较低且周围环境相对湿度大的状况下，车内室外部换热器为蒸馏器，挥发水温下降，因此容易结霜，在霜层到达一定程度的时候将直接蒸馏器的工作特点，进而整个系统的特点，从而要进行除霜。4.纯电动汽车换热器总成纯电动汽车采用电动热泵型空调系统会增加电池电量的消耗，使电动汽车的充电行程缩短。现有电动汽车空调的能效比低，将有10%的电功率被消耗，减少电动汽车的续驶里程，降低驱动性能。故优化电动汽车的空调系统、降低其对电能的消耗是十分必要的。纯电动汽车热泵型空调系统的构成如图1。图1纯电动汽车热泵型空调系统主要有电动压缩机、车外换热器、双向节流阀、1号换热器、2号换热器。换热器总成中包含有1号换热器、2号换热器、挡风板及包含它们的外壳，它是实现为车内提供冷风或热风而进行热量交换的重要场所，也是风道重要的组成部分。空调系统的制冷工作原理为：在换热器总成中循环工质从1号换热器内流出，制冷工质为低温低压气态的循环工质，循环工质进入电动压缩机，经过压缩机的压缩后流出，变为高温高压的气体，流进车外换热器，循环工质在外部换热器中与外界进行热量的交换，将热量排放到温度相对低的环境中，同时循环工质在外部换热器中发生相变，循环工质冷凝成高温高压液体，流出外部换热器。循环工质进入膨胀节流阀，在膨胀阀中发生节流，并且温度降低，循环工质成为低温低压的液体，进入1号换热器，循环工质在1号换热器里与送入的空气进行热量交换，空气将自身的热量释放给循环工质，降低了车内的空气温度，产生制冷作用，循环工质吸收热量蒸发，由液体变成气体。循环工质从1号换热器中流出再次流进压缩机，开始下一个工作循环。汽车空调就达到了制冷的目的。换热器是汽车空调的重要组成部分，它是循环工质换热的部件。在制冷循环中，低温低压的循环工质液体在1号换热器中与进入的空气换热，工质在其中吸热，变为低压的循环工作气体。换热器总成内空气侧的流体通道结构应该与1号换热器的循环工质流道相配合，其结构是否合理直接影响换热效果，应保证气流稳定流动，避免气流旁通、产生流动死角及二次涡流等现象，以免影响空调系统的性能。换热器总成中的送风机会消耗一部分的电能，并且在运行的过程中会产生噪声。因此，对换热器总成进行结构优化设计，以增强换热效果、降低能耗，成为电动汽车空调系统研究的重要组成部分。结束语就目前情况而言，电池费用较高，循环寿命短，能量密度低，且设计工艺水平低下。新能源汽车空调控制系统功耗很大，而车辆上的设备也一样要求大量电力，因此也有可能会形成发动机启动后空调系统就没法正常工作，或相关技术的问题。这样，就必须在设计汽车空调控制系统时全面考量清洁能源汽车电池容量，以及中央空调控制系统的最高制冷、制热量，并进行电池的防止渗漏等工作，从而争取让汽车动力电池控制系统具有低廉的制造成本，以及较长的应用生命周期。而在空调控制系统领域方面，因为中国传统燃料车辆的空调控制系统大多由ECU电控制管理系统和“变排量调节”管理系统组成，这样也导致了中国传统燃料车辆的空调控制系统的运转效率往往要超过了清洁能源车辆的空调控制系统运转效率，而目前国内清洁能源车辆的空调控制系统也大多由电动压缩机成为主要的操控推动力，而事实上，目前大多数的清洁能源车辆的主机厂都已把交流变频电动压缩机成为重点的研发项目，通过模拟中国传统家用空调的操控模式从而为清洁能源车辆的空调控制系统进行了变频调控。与此同时，对于热泵式中央空调控制系统科技的应用领域研究也会更加广泛，而这些都得益于热泵式中央空调控制系统科技的出现可以更加有效地提高热换换的速度，在基本上减轻了新能源车辆的续航里程压力。尽管热泵型汽车空调系统技术上有着一些清洁能源车辆的中央空调系统技术所没有的优势，但清洁能源汽车空调控制系统研发相关人员仍需要在结合清洁能源汽车的整车特性基本上，匹配清洁能源车辆的中央空调系统技术要求，并着重关注于清洁能源车辆的续驶里程数和最大车速，以便甄选出最合适的清洁能源车辆的中央空调系统技术。新能源车发展是当前轿车市场发展的大趋势，而空调系统的技术的跟进是推动新型轿车发展的必然原因。电动汽车热泵空调不仅需要给乘员舱提供制冷、采暖、除霜和除湿的功能，还需要考虑电机和电池包的温度控制，所以需要设计高效简洁的整车集成式的热管理系统。此外，纯电动汽车整车热管理的阀体多、管路复杂，不仅成本提升还增加了系统所需的空间。所以对于多阀体和管路的集成将成为接下来工作的重点。参考文献[1]李江峰,李帅旗,阮先轸,徐磊,张孝春,宋文吉,冯自平.纯电动汽车CO_(2)热泵空调及整车热管理概述[J].储能科学与技术:1-12.[2]黄国强.