正在新能源汽车起色初期，广博采用电加热的形式知足冬季供热需求。商讨证实，正在厉寒地域，这种高能耗的供热形式可导致电动汽车续航里程衰减50%足下。氛围源热泵是一种更高效、节能的门径，不过正在严寒地域，R-134a热泵体例本能随境况温度的低浸而明显衰减，制热量也会紧要亏损。别的，现阶段汽车空调界限广博采用的制冷工质R-134a的环球变暖潜能值高达1300，其坐褥和运用都面对厉苛限定，是以殷切需求一种基于环保工质的新型热泵体例。

CO2是一种纯自然的环保工质，无毒、不成燃、单元容积制冷量大，具有优良的传热特点，是一种很有前景的替换制冷剂。正在制热方面，联系学者对CO2汽车空调样机实行了商讨，结果证实，CO2热泵体例能够取得更高的制热量和制热COP。另一方面，为了取得较好的本能，CO2体例中一样采用中心换热器，晋升本能的同时也带来排气温渡过高的题目。

为处分上述题目，本文安排电动汽车中心冷却式CO2热泵体例，正在模范工况下测试体例本能，验证其可行性。

体例由中心冷却式压缩机、2个车内换热器（车内蒸发器和车内气冷器）、车外换热器、中心换热器、中心冷却器、电子膨胀阀等部件组成，体例道理如图1所示。

2个车内换热器安置于风道内，车外换热器安置于前格栅后，中心冷却器平行安置于车外换热器前。通过体例中三通阀和截止阀的安排，可竣工制冷形式和制热形式切换，切换计划如表1所示。

正在夏令高温工况下，中心冷却器用于压缩机中心冷却：来自第一级压缩腔的排气冷却晚辈入第二级压缩腔实行压缩，以有用低浸压缩机的排气温度，正在好像的极限排气温度节制下，引入中心冷却后压缩机可职责正在更大压比工况，有利于体例职责正在高温制冷工况。

正在冬季低温工况下，车内蒸发器用作中心冷却器：一方面，车内蒸发器对压缩机第一级压缩腔的排气实行冷却，低浸排气温度，维持压缩机而且抬高其功效；另一方面，风道内的氛围先经历车内蒸发器，对制冷剂实行中心冷却的同时接收中心冷却历程的热量，可有用晋升体例的制热量。该体例通过换热器组织优化，两全了电动汽车空间紧凑的特征以及充沛的中心冷却条目，能够很好地确保体例的高效运转。

为测试中心冷却式CO2热泵体例的本能，搭筑了如图2所示的测试平台。压缩机为中心冷却式双转子压缩机，排量为4.5mL；车内蒸发器和车内气冷器均为微通道平行流换热器，并排安置于室内侧受风箱，气流先经历车内蒸发器，然后流过车内气冷器；车外换热器和中心冷却器安置于车头。部件的详尽参数如表2所示。

氛围侧干球温度和湿球温度采用高精度铂电阻丈量，测温精度为±0.01℃；制冷剂侧温度采用铂电阻温度计丈量，精度为±0.2℃；压缩机输入功采用功率计8720丈量，丈量精度为±0.5%。

基于电动汽车空调模范运转工况，展开了制冷和制热本能测试，并与基础跨临界CO2热泵体例（简称基础体例）实行对照，测试工况如表3所示。

正在焓差实行室中能够精确地丈量出换热器进、出口氛围的干、湿球温度和风量，体例制冷量/制热量Q为：

式中，q为被测空调器室内侧测点风量；ha1、ha2永诀为空调器室内侧进、出风氛围焓值；v′为喷嘴前氛围比容；Wn为喷嘴前氛围含湿量。

图3所示为排气温度跟着排气压力的转折环境，个中体例排气压力通过膨胀阀安排。跟着排气压力的升高，中心冷却式体例和基础体例的排气温度都分明上升。不过，中心冷却体例的排气温度的拉长速率分明低于好像压比下基础轮回的拉长速率。正在35℃工况下，中心冷却式体例的排气温度最高不赶上90℃，而基础体例的排气温度正在压力仅为9.72MPa时即抵达102.6℃。正在45℃工况下，中心冷却体例正在12.32MPa排气压力工况下的排气温度仅为105℃，而基础体例的排气温度正在排气压力仅为10.32MPa时就抵达113.6℃。

图4所示为中心冷却式体例与基础体例本能对照。35℃工况下，跟着排气压力的上升，中心冷却式体例的制冷量从1856W推广到2353W，kCOP从1.94上升到2.01，不停增大排气压力时，kCOP起先映现衰减趋向。排气压力为9.45MPa时，体例抵达最优kCOP，其对应的压缩机压比为2.24。

看待基础体例，排气压力和压缩比受最高排气温度限定，对应的职责压力和压缩机压较量中心冷却式体例低。跟着排气压力上升，基础体例的制冷量从1660W推广到2258W，kCOP从1.83推广到2.01，然后跟着排气压力不停推广，体例kCOP降至1.93，基础体例正在排气压力为9.09MPa、压缩比为2.02时取得最佳kCOP。

正在45℃工况下，跟着排气压力的升高，中心冷却式体例制冷量从1568W推广到2068W。这与35℃工况近似，存正在最优kCOP，为1.59。与基础体例比拟，中心冷却式体例能明显晋升45℃工况下体例的制冷量和kCOP，最大制冷量晋升了19.8%，最大kCOP晋升了12.8%。

图5所示为中心冷却式体例和基础体例轮回历程对照。中心冷却起首影响压缩机的压缩历程，席卷压缩机的绝热功效和容积。正在35℃工况下，当排气压力为9.45MPa、压比为2.2时，中心冷却式体例的制冷剂流量为68.2kg/h，比基础体例高17.3%。一方面，因为气冷器中制冷剂流量增大，但风量和气冷器换热面积褂讪，导致气冷器出口温度上升；另一方面，因为中心冷却器平行安置于气冷器前哨，掠过中心冷却器的氛围先被加热一次后再流向气冷器，这会恶化气冷器的换热境况。

进一步地，节俭阀前温度跟着气冷器出口温度同步上升，直接影响节俭后的制冷剂干度，即蒸发器的入口焓值上升，进而影响体例制冷量，这是正在好像排气压力和压比条目下，中心冷却式体例本能较基础体例略差的首要来历。

图6所示为0℃/20℃工况下差异排气压力时中心冷却式热泵体例的制热本能。跟着排气压力从7.65MPa升高到10.25MPa，体例制热量从2216W增大到3212W，其推广的速率慢慢变缓；跟着排气压力升高，压缩机的中心温度和排气温度均分明上升，中心冷却历程和气冷器中的冷却历程的换热温差增大，换热量推广。看待体例制热kCOP，映现先增大后减小的趋向，正在排气压力为9.16MPa时，体例抵达最优本能，最大kCOP为2.2。排气压力升高，体例制热量增大，拉长的趋向慢慢变缓；同时因为压缩机压比增大，耗功推广。当排气压力和压缩较量小时，制冷量的拉长占主导，从而kCOP随排气压力的上升而增大；当排气压力较高时，压缩机耗功的推广占主导，体例kCOP低浸。

图7所示为中心冷却体例和基础体例制热工况下排气形态对照，能够展现，中心冷却式体例的排气温度分明低于基础轮回，这个特征正在低温制热工况愈加明显：-20℃/20℃工况下，看待基础轮回，膨胀阀开度为80%足下时排气温度即抵达110℃，而看待中心冷却式体例，当电子膨胀阀的开度安排至50%足下时其排气温度仍未赶上100℃。因为中心冷却式体例正在低浸排气温度方面的优秀上风，中心冷却式体例的膨胀阀开度能够安排到相对较小的水准，明显晋升对应的排气压力，有利于CO2热泵体例正在大压比工况下职责运转。

图8所示为中心冷却式体例和基础体例正在差异境况温度下的制热本能。看待基础体例，正在0℃/20℃工况下，体例制热量1928W，制热kCOP为1.85；正在-20℃/20℃工况下，体例制热量863W，制热kCOP为1.05。看待中心冷却式体例，正在0℃/20℃工况下，体例制热量为2892W，制热kCOP为2.20，制热量晋升50%，制热kCOP晋升18.9%；正在-20℃/20℃工况下，体例制热量为2003W，制热kCOP为1.70，制热量晋升132.1%，kCOP晋升61.9%。

跟着境况温度的低浸，体例制热量减小。0℃工况下中心冷却式热泵体例的制热量比基础轮回的制热量高50%，而且正在低境况温度工况下中心冷却体例的上风推广到132%。受到压缩机排气温度的限定，-20℃工况下基础轮回的排气压力低至5.8MPa，对应的饱和温度仅为20.6℃，导致气冷器中的换热温差过小，气冷器中的热相易简直仅产生正在过热区域，正在该区域中，CO2的比热容远小于两相区和超临界区域的比热容，导致-20℃工况下基础轮回的制热量过小。

本文安排了合用于电动汽车的中心冷却式CO2热泵体例，基于试验较量了模范制冷和制热工况下中心冷却式热泵体例和基础体例的本能，首要结论如下：

a.中心冷却技艺能够明显改良CO2跨临界体例高温制冷工况功效较低的题目。正在45℃制冷工况下，中心冷却式体例的最大制冷量和最优本能系数较基础体例永诀晋升了19.8%和12.8%。

b.正在制热工况下，当境况温度从0℃降至-20℃时，中心冷却体例的制热量较基础体例抬高50%~132%，本能系数改良18.9%~61.9%。-20℃/20℃工况下，中心冷却式体例本能系数达1.7，排气温度仅为95℃。

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