新能源汽車熱泵空調(diào)及整車熱管理研究文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u140501.熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作模式 160542.熱泵空調(diào)的應(yīng)用方向 1292203.熱泵空調(diào)故障診斷研究 3232304.總結(jié) 311615參考文獻(xiàn) 4摘要：隨著“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的提出，交通運(yùn)輸業(yè)電氣化的目標(biāo)進(jìn)一步加快。其中電動汽車現(xiàn)在面臨著由于低溫采暖而造成的續(xù)航里程衰減嚴(yán)重和制冷劑選擇等難題。本文綜述了提高新能源汽車?yán)m(xù)航里程的熱泵空調(diào)技術(shù)和電動汽車整車熱管理系統(tǒng)，總結(jié)指出熱泵空調(diào)系統(tǒng)將有效解決電動汽車冬季續(xù)航里程衰減嚴(yán)重的問題且能在整車熱管理上發(fā)揮巨大作用，同時仍亟需在高溫工況制冷、耐壓、密封、控制和集成等問題上進(jìn)一步探索。關(guān)鍵詞：新能源汽車；熱泵空調(diào)；整車熱管理1.熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作模式熱泵是一種可以將低位熱源的熱能強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到高位熱源的空調(diào)裝置，類似可以將低處的水泵到高處的“水泵”。使用四通換向閥可以使熱泵空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向，從而達(dá)到夏天制冷冬天制熱的效果。這樣相對寶貴的電能在制熱的過程中可以僅作為熱量的“搬運(yùn)工”，而不是自身轉(zhuǎn)換成低品位的熱能。熱泵空調(diào)的工作原理基于“逆卡諾循環(huán)”，以大眾e-Golf車型為例，主要由電動壓縮機(jī)、室內(nèi)外換熱器、膨脹閥、切斷閥和氣液分離器等組成，使用切斷閥可以改變熱量轉(zhuǎn)移方向，將熱泵空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能互相對換。制冷時，膨脹閥EV1關(guān)閉，由壓縮機(jī)排出的高壓蒸氣，先經(jīng)熱冷凝器，再經(jīng)切斷閥SV1進(jìn)入冷凝器，制冷劑蒸氣被冷凝成液體，經(jīng)膨脹閥EV2進(jìn)入蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中吸熱，將室內(nèi)空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)切斷閥SV4和氣液分離器后被壓縮機(jī)吸入，這樣周而復(fù)始，實現(xiàn)制冷循環(huán)。2.熱泵空調(diào)的應(yīng)用方向目前新能源汽車空調(diào)制熱主要是采用電加熱設(shè)備，如PTC電加熱器（PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻）。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，它的電阻隨濕度變化而急劇變化，當(dāng)外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發(fā)熱量會相應(yīng)增加。流經(jīng)加熱器表面的冷空氣被加熱后送入車內(nèi)以實現(xiàn)制熱。熱泵式空調(diào)是最理想的汽車控溫方式。汽車用高效電動空調(diào)(熱泵)壓縮機(jī)技術(shù)將有效解決新能源汽車沒有發(fā)動機(jī)余熱的情況下，汽車空調(diào)的制熱功能，該項技術(shù)將大幅提升能效比。其本質(zhì)就是熱量在不同空間之間的運(yùn)輸，可實現(xiàn)制冷和采暖的功能，換向四通閥和雙向膨脹閥是冷熱一體化的關(guān)鍵部件。2013款的雷諾Zoe純電動汽車和2013年以后的日產(chǎn)LEAF就使用了來自日本電裝Denso的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。另外還有本田EV電動汽車、寶馬I3純電動汽車也采用了熱泵空調(diào)系統(tǒng)。熱泵空調(diào)系統(tǒng)制熱能效比遠(yuǎn)高于PTC加熱，大幅提升冬天電動汽車的電池續(xù)航能力。PTC電加熱不受環(huán)境溫度的影響，即使在零下20多度的寒冷環(huán)境中也可以穩(wěn)定工作，但會使電池續(xù)航里程減少18~30%，且節(jié)能效果極差。而熱泵空調(diào)能夠有效解決節(jié)能問題，根據(jù)雷諾ZOE搭載的Denso電裝生產(chǎn)的熱泵空調(diào)顯示說明，Denso電裝旗下的熱泵空調(diào)系統(tǒng)使用1kW的電力即可以產(chǎn)生3kW的制冷效果和2kW的制熱效果，即制冷效果僅需傳統(tǒng)空調(diào)的三分之一能耗，制熱效果僅需傳統(tǒng)空調(diào)的二分之一能耗便能產(chǎn)生相同的效果李江峰,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.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.國外的暢銷新能源車型大多以熱泵為主，國內(nèi)加快推進(jìn)熱泵技術(shù)的研發(fā)，龍頭廠商已經(jīng)開始將熱泵運(yùn)用于量產(chǎn)車中。1）國外新能源汽車以熱泵為主。隨著技術(shù)升級主流車型由早期的PTC加熱技術(shù)升級為熱泵，如2013年以后日產(chǎn)聆風(fēng)由PTC升級為熱泵，2015年起亞Soul也增加了熱泵；2）國內(nèi)供應(yīng)商加快熱泵技術(shù)開發(fā)。銀輪股份熱泵系統(tǒng)在改裝的江鈴E400上整車試驗成功；奧特佳電動渦旋式壓縮機(jī)國內(nèi)市占率30%，曾發(fā)布補(bǔ)氣增焓低溫?zé)岜孟到y(tǒng)；格力2018年也發(fā)布了搭載雙極增焓技術(shù)的車載熱泵系統(tǒng)；3）龍頭廠商率先應(yīng)用熱泵技術(shù)。榮威EI5為首款采用熱泵技術(shù)的自主車型（2018年銷量2.6萬），在室外-7℃，車內(nèi)設(shè)置20℃時，熱泵空調(diào)相對于傳統(tǒng)空調(diào)續(xù)航可以增加15Km，明顯降低了功耗；榮威光之翼MARVELX也搭載了全工況熱泵空調(diào)系統(tǒng)，依靠吸收環(huán)境熱能和電能轉(zhuǎn)化的雙重能量升溫。在-7℃環(huán)境下，高效的熱泵空調(diào)相較其他空調(diào)要節(jié)能37.5%，可使續(xù)航里程提升15-30%；此外PHEV車型中長安CS75也開始裝配熱泵空調(diào)技術(shù)黃國強(qiáng).汽車熱管理產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)路徑探索[J].制冷與空調(diào),2022,22(03):78-83.。新能源汽車使用熱泵空調(diào)為行業(yè)趨勢。熱泵空調(diào)有著遠(yuǎn)高于PTC的制熱能效，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。技術(shù)成長初期，熱泵空調(diào)存在著高成本和低溫低效率的問題。但國外車型搭載熱泵空調(diào)經(jīng)驗已超過5年，隨著空調(diào)管路設(shè)計的優(yōu)化、壓縮機(jī)能效的提升、更優(yōu)良的制冷劑（如CO2）的應(yīng)用與成本下降，未來熱泵空調(diào)應(yīng)用于電動車型上的前景廣闊。國內(nèi)政策上也獲得了相應(yīng)的支持，在2018版的黃國強(qiáng).汽車熱管理產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)路徑探索[J].制冷與空調(diào),2022,22(03):78-83.3.熱泵空調(diào)故障診斷研究車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)中常見的故障為：壓縮機(jī)內(nèi)泄漏故障；冷凝器側(cè)空氣流量不足故障，即冷凝器管路出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致空氣側(cè)流量降低；蒸發(fā)器側(cè)空氣流量不足故障，即蒸發(fā)器管路出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致空氣側(cè)流量降低；液體管路阻塞故障，即液體管路變形或干燥器過濾器結(jié)垢；制冷劑充注量不足或充注量過多。故障原因主要集中在壓縮機(jī)、制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等方面。如筆者所參與的搭載雙層流HVAC的上市車型來對標(biāo)車的測試工作。對于競品車讀不到總線數(shù)據(jù)的問題，可以通過增加傳感器的布置，如通過冷卻回路布置流量計來測量不同工況的流量、通過測量電流判斷水泵的大概轉(zhuǎn)速以及鼓風(fēng)機(jī)的檔位、通過測量管壁溫度判斷冷媒回路的吸氣排氣溫度蒸發(fā)溫度等信息、通過測量進(jìn)出口水溫判斷PTC的加熱能力及換熱效率……，雙層流HVAC進(jìn)風(fēng)箱分為上下2個葉輪，其中上部葉輪可以導(dǎo)入新鮮外氣，下部葉輪可以導(dǎo)入車內(nèi)的內(nèi)氣。低濕度的外氣通過外循環(huán)風(fēng)門，經(jīng)上層葉輪流入DEF風(fēng)道吹出。車內(nèi)的內(nèi)氣通過內(nèi)循環(huán)風(fēng)門，經(jīng)過葉輪內(nèi)部導(dǎo)流槽進(jìn)入下層葉輪，由吹腳風(fēng)道吹出。HVAC分配箱通過隔板分為上下兩層，將內(nèi)外氣分開，內(nèi)氣從下層經(jīng)吹腳風(fēng)道吹出，可用于整車采暖；外氣濕度較低，從上層經(jīng)除霜風(fēng)道吹出，吹向玻璃防止起霧。在-20℃采暖測試過程中發(fā)現(xiàn)打開雙層流空調(diào)之后暖風(fēng)芯體進(jìn)風(fēng)溫度下層進(jìn)風(fēng)溫度與乘員艙溫度相當(dāng)，上層進(jìn)風(fēng)溫度與環(huán)境溫度相當(dāng)，混合之后出風(fēng)溫度較未開雙層流空調(diào)增加10℃左右，明顯提高了乘員艙的舒適性，同時在降低電動車制熱能耗提升續(xù)航里程上有明顯效果，同時在燃油車上也可以減少能量損失，降低整車油耗。而對于車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)而言，由于壓縮機(jī)由高壓電動機(jī)驅(qū)動，所以在高壓系統(tǒng)的電路檢查與處理時，必需由經(jīng)過車輛高壓系統(tǒng)操作培訓(xùn)的專業(yè)維修人員來操作，操作時要做好安全防護(hù)措施，嚴(yán)格按照安全維修操作規(guī)程對高壓系統(tǒng)斷電后方可進(jìn)行。鼓風(fēng)機(jī)與風(fēng)門電機(jī)電路的控制傳統(tǒng)電路基本一樣，熱泵空調(diào)系統(tǒng)故障診斷思路與傳統(tǒng)汽車空調(diào)差異不大，可用故障診斷儀讀取故障碼對相應(yīng)模塊進(jìn)行檢查。4.總結(jié)熱泵空調(diào)系統(tǒng)擁有良好的低溫啟動制熱功能，在室外極低溫情況下依然可以提供較大的制熱量并維持較高的COP。所以熱泵空調(diào)系統(tǒng)將是未來電動汽車熱泵空調(diào)的發(fā)展方向。但是熱泵系統(tǒng)需要在電動汽車領(lǐng)域大規(guī)模推廣，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