論文信息：基于熱泵的純電動汽車熱管理系統(tǒng)的實驗研究和仿真分析，田鎮(zhèn)
純電動汽車熱管理系統(tǒng)的實驗研究
純電動汽車熱管理系統(tǒng)實驗工況的設定參考三個國家標準《QC/T 658-2000 汽車空調整車降溫性能試驗方法》、《GBT 21361-2008 汽車用空調器》和《QC 658-2009-T汽車空調制冷系統(tǒng)性能道路試驗方法》。制冷模式下太陽輻射強度為 1000 Wm-2，相對濕度為 50%，循環(huán)方式使用外循環(huán)，車內/外風機皆開最高檔。制熱模式下太陽輻射強度為 0，相對濕度為 50%，循環(huán)方式使用外循環(huán)，車內/外風機皆開最高檔。實驗順序按照環(huán)境溫度由低到高，壓縮機轉速由低到高，車速由低到高，每個工況點預熱時間為 20 min，測試時間為 10 min。
1.實驗研究制冷劑的充注量
充注量較少會使得蒸發(fā)器過大，造成面積的浪費，同時壓縮機吸氣溫度過高，排氣溫度過高。充注量較大會使得壓縮機功耗增加，同時進入冷凝器的量過大，壓縮機排氣壓力升高，導致液態(tài)制冷劑回流。
制冷劑充注量實驗工況為：環(huán)境溫度為 7℃，相對濕度為 50%，電動渦旋壓縮機轉速為 3500 rpm，蒸發(fā)器出口為飽和狀態(tài)，冷凝器的過冷度為 10℃；空調模式：吹面、外循環(huán)、風機最大、車窗關閉。根據工程經驗，制冷劑充注量設定 350，400，450和 500 g，測量參數為系統(tǒng)冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、車內換熱器出風溫度、制熱量、耗電量以及 COP。
從上面幾張圖可以得到，制熱COP在400g時為最佳。需要注意的是，該數值僅對該確定系統(tǒng)有效。
2.研究多因素對系統(tǒng)的影響
自變量：環(huán)境溫度、電子膨脹閥開度、車速、壓縮機轉速、電機熱負荷和電池熱負荷
因變量：系統(tǒng)制冷/熱量、耗電量、車內出風溫度、電機回路冷卻液溫度、電池回路冷卻液溫度。
2.1 電子膨脹閥開度
由制冷循環(huán)壓焓圖可知，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間壓差變大，系統(tǒng)的制冷量降低，壓縮機耗功增加，系統(tǒng) COP 減??；隨著壓縮機轉速的增大，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的差距變大，而通過電子膨脹閥開度的調節(jié)能夠減緩這種差距，使得系統(tǒng)獲得較高的 COP。
實驗部分結論：相同壓縮機轉速下，隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)的 COP減小；不同壓縮機轉速下，系統(tǒng)獲得最佳 COP 時所對應的電子膨脹閥開度速也不同。高壓縮機轉速下，在較低開度范圍內系統(tǒng) COP 較大；壓縮機轉速較低時，可適當增大電子膨脹閥的開度，以獲得較大系統(tǒng) COP。制冷工況下，純電動汽車熱管理系統(tǒng)最佳過熱度范圍是 21~28℃，該范圍內系統(tǒng)制冷 COP 提升 7.8%~21.7%
對于制熱性能，隨著壓縮機轉速的增大，系統(tǒng)冷凝壓力增大而系統(tǒng)蒸發(fā)壓力下降，冷凝壓力和蒸發(fā)壓力均隨著電子膨脹閥開度的增大而升高。較高的壓縮機轉速雖然能夠獲得較大的制熱量和較高的出風溫度，但是耗能的增加超過了制熱量的增加，這與制冷工況測試結果是一致的；因此，在能夠保證車內負荷需求時，系統(tǒng)應該盡可能地運行在低壓縮機轉速下。隨著電子膨脹閥開度的增大，壓縮機轉速為 2000 rpm 時，系統(tǒng)制熱 COP由 2.07 增大到 2.31；壓縮機轉速為 3500 rpm 時，系統(tǒng)制熱 COP 由 1.79 增大到 1.93；壓縮機轉速為 5000 rpm 時，系統(tǒng)制熱 COP 由 1.55 增大到 1.63。系統(tǒng)獲得最大 COP時，所對應的過熱度范圍是 5~10℃。因此，存在最佳過熱度使得系統(tǒng) COP 提升5.2%~11.6%。
2.2 車速
車速小時，進風速度由車速和風扇狀態(tài)影響，車速大時，僅由車速決定。
2.3 電池回路
為了研究電池冷卻回路開啟對熱管理系統(tǒng)制冷性能的影響，在實驗臺架上采用PTC 電加熱器來模擬車輛運行過程中動力電池所產生的熱量。通過調整 PTC 電加熱器的發(fā)熱片個數來調整發(fā)熱量，考慮實際運行的極限值，設定電池發(fā)熱量為 1000 W。當電池冷卻回路開啟時，一部分制冷劑通過板式換熱器與電池冷卻回路進行熱交換。
電池冷卻回路開啟后，車內換熱器的出風溫度升高。系統(tǒng)COP降低。電池回路制冷劑流量占系統(tǒng)總流量的30%。
采用制冷劑冷卻電池回路的目的是為了保證動力電池能夠在安全溫度下（20~40℃）高效運行。
2.4 電機廢熱回收
冬季制熱工況下，為了保證熱泵系統(tǒng)能夠在低溫環(huán)境中高效運行，擬對驅動電機在車輛運行過程中產生的廢熱進行熱回收。在實驗臺架中采用 PTC 電加熱模擬驅動電機產生的熱量，冷卻液與制冷劑通過板式換熱器進行熱交換；此時板式換熱器與熱泵系統(tǒng)的車外換熱器即蒸發(fā)器并聯，形成雙熱源（空氣源和電機廢熱熱源）熱泵系統(tǒng)。
相比于無廢熱回收，電機廢熱量為 500 W 和 1000 W 時，壓縮機轉速為 2000 rpm，系統(tǒng)制熱 COP 分別提高了 19%和 26.6%；壓縮機轉速為 3500 rpm，系統(tǒng)制熱 COP 分別提高了 21.3%和 29.3%；壓縮機轉速為 5000 rpm，系統(tǒng)制熱 COP 分別提高了 20.6%和 27.6%。?
