目前，电动车的制热众人采用正温度系数（PositiveTemperatureCoefficient，PTC）加热器或者热泵计划，也有PTC 与热泵同时运用的体例。PTC加热方法直接将电能转化

目前，电动车的制热众人采用正温度系数（PositiveTemperatureCoefficient，PTC）加热器或者热泵计划，也有PTC 与热泵同时运用的体例。PTC加热方法直接将电能转化成热能，能效应用率较低，表面上本能系数（Coefficient of Performance，COP）最大值为1；而热泵空调则正在能效比上具有更大的上风。若采用R134a 或R1234yf 举动热泵的制冷剂，体例正在低温工况下（-5℃以下）全体本能将大幅衰减，不单COP低落，以至或者影响旅客舱的安适性。CO2举动一种自然工质，无毒无害，无可燃性，本钱低廉，已被平常使用于热水器和超市制冷等规模。CO2既适合新环保目标的划定，也餍足低温制热工况的条件，国表里稠密学者已对其作了大宗表面与测验磋议，对CO2 正在汽车空调上的使用供应了有力维持。为了磋议CO2热泵体例正在汽车空调规模使用的可行性，本文应用Dymola 软件对采暖本能举行了仿真估计和预测，验证了仿真结果的凿凿性。正在电动车上换装CO2 热泵体例，举行冬季低温情况采暖测验，评判采暖本能和对电动车续航里程的影响。

CO2 的热物理性子与氟利昂制冷剂不同较大。图1 所示为CO2 与R134a 温熵图比照。R134a 制冷剂正在冷凝进程时应用相变潜热放热，相变阶段温度维持褂讪。CO2 正在放热进程中处于超临界形态，没有相变潜热区，温度涌现大幅滑移。这一温度滑移的存正在有利于换热的充足举行，升高了CO2 热泵的换热效用。

CO2制热的另一大上风为低温下的能量密度较大。图2所示为R134a和CO2 正在差异蒸发温度下的密度率的比照。假设两者过热度相像，以蒸发温度为5 ℃时两种制冷剂的密度为基准，设密度率为1.0，轨范化取得差异蒸发温度下两种介质各自的密度率。由图2 可知，跟着蒸发温度低落，CO2与R134a的密度率差值增大。当蒸发温度为-25℃时，CO2的密度率约比R134a高24%。制冷剂质料流量和体例换热量均跟着压缩机进口密度的升高而补充。-20℃时，CO2的潜热焓差比R134a高33%，气体比热容比R134a高50%，即单元质料的CO2比R134a有更大的吸热量。于是低温工况下，与R134a热泵比拟，CO2热泵的采暖才气更强。

为了磋议CO2热泵体例正在实车上的采暖本能，将一辆电动车从R134a制冷团结PTC制热的空调体例，改良成了CO2 热泵空调体例。图3 所示为该CO2热泵空调体例道理。通过电子阀的通断改良制冷剂流向，达成夏日制冷、冬季采暖与除湿三大性能。

图4所示为CO2热泵体例采暖形式温焓图。图4中，1-2为压缩机压缩进程，设制冷剂质料流量为m，各点制冷剂焓值判袂为h1、h2、h3 和h4，则压缩机对制冷剂做功：

平常情景下h1 大于h3，故CO2 热泵体例的COP大于1。因为PTC 加热方法的最大效用为1，于是CO2 热泵体例的COP 常常大于PTC 体例。后续将应用搭载CO2 热泵的电动车与PTC 采暖电动车的能耗比照，验证CO2 热泵对电动车续航的晋升。采用 Dymola 软件对该CO2 热泵体例举行了一维体例仿真明白，以预测其制热本能。该软件可餍足众规模物理体例的修模与仿真作事，并能够举行二次开荒。以 Dymola 的热力学库为基本，修设CO2 热泵体例模子。蕴涵压缩机、室内换热器、室外换热器、电子膨胀阀、气液分袂器、管途等部件。通过输入各部件几何数据、压缩机流量、换热器进风温度、换热器进风量和电子膨胀阀流利面积等参数，对CO2 热泵体例工况举行一维仿真估计。体例中运用的换热器是平行流微通道换热器，Dymola 采用一维有限元手段将其划分为众个离散网格，团结几何数据举行本能估计。室外换热器中制冷剂侧传热系数采用Gnielinski-Dittus-Boelter 闭系式，室内换热器中制冷剂侧传热系数采用KIND 等闭系式，制冷剂压降系数采用SWAMEE等闭系式，气氛侧传热系数采用WANG 等的测验闭系式。正在差异室外温度工况下，界说进风形式为外轮回，即空调箱与室外换热器的进风温度均为情况温度，对CO2 热泵体例举行模仿估计。设空调箱内风量为220 kg/h，室外换热器风量为1.8 kg/s，通过医治压缩机转速与电磁阀开度参数修树，使出风温度到达50 ℃掌握。仿线 所示。

由表1可知，正在低温情况（-20~-10 ℃）下，CO2 热泵体例有才气制热，并供应到达50 ℃的热风，可餍足大片面地域的冬季车内的制热需求。CO2体例制热COP 永远大于2，说明CO2 热泵体例能够有用朴实冬季空调能耗，有助于补充电动车冬季续航里程。

通过测验手段验证仿真的凿凿性。将一辆纯电动车的空调体例改装为CO2 热泵体例，所用各部件的几何数据和本能参数与Dymola 模子修树类似。正在车辆空调脚部出风口布点丈量出风温度，测试仪表适合《QC/T 657—2000 汽车空调制冷装备试验手段》的划定。正在环模室差异室外温度条款下，举行车辆采暖测验，进风形式为外轮回，压缩机转速、电子膨胀阀开度、换热器风量等参数设定与之前Dymola仿真估计的参数修树类似，待出风温度稳固跋文实数据，并估计取得制热量和COP。仿线 所示。

由表2知，出风温度与制热量的仿线%之内，可睹仿真结果能够较正确地预测CO2热泵体例采暖本能。差错或者源于仿真模子差错，也或者来自仿真体例输入参数与实车现实数据的差错。COP的仿线%规模内，注明仿真所运用的压缩机模子差错较大，后续应一连厘正和优化。于是应用Dymola仿真能够较为凿凿地预测热泵体例的制热才气，验证了仿真的牢靠性。正在后续作事中，能够通过仿真手法辅助达成体例的优化，以加疾开荒作事。跟着情况温度的升高，CO2 热泵体例的COP 从1.98 升高至3.01，估计跟着室外温度一连升高这一效用还可进一步升高，可睹冬季CO2 热泵的采暖效用较高，对电动车续航里程升高有主动用意。前述装有CO2热泵体例的纯电动车，正在黑龙江省黑河地域举行冬季道途测验，验证CO2热泵体例正在现实低温情况下的动态采暖本能，并与PTC采暖电动车和古代燃油车举行采暖本能及续航里程比照。所选用的3辆测验车判袂为CO2热泵体例电动车、PTC采暖电动车和古代燃油车，3辆车的车身空间巨细相像。测验前最初反省车辆形态，随后举行布点和数采装备衔接调试。正在每辆测验车的空调出风口与座椅头部职位判袂陈设OMEGA的K型热电偶（丈量精度±0.1℃），用于气氛温度搜集。每个丈量位点陈设两个热电偶，取两者均匀值为所测位点温度值。留心避免热电偶头部与风道壁面或座椅联贯触，不然会影响丈量凿凿性。温度数据搜集仪器和软件选用imc Device 和imc FAMOS，采样频率为100Hz，测试仪表适合QC/T 657—2000的划定。因为冬季采暖工况下，汽车空调要紧通过脚部出风口出风，于是应用脚部出风口出风温度均匀值与头部温度均匀值来评判汽车空调的采暖本能与旅客安适性。当情况温度约为-20℃时，举行车辆采暖本能比照测验。测验条款是先将车辆于-20℃情况中室外无光照安置10h，测验时开启数采装备，启动车辆，空调体例调至外轮回和最大制热形式。测验车最初维持时速50km/h行驶30min，然后泊车怠速15min。每辆车内乘员数相称，测验中全程连续搜集出风口和头部各测点气氛温度值。当情况温度为-5℃时，举行CO2热泵车与PTC车的采暖本能比照测验。其他测验条款与前述测验条款相像。为定量较量CO2热泵和PTC对电动车续航里程的影响，正在室外温度-5℃下对CO2 热泵电动车与PTC 采暖电动车举行了续航里程比照途试。测验发端前两车均处于满电形态，正在-5℃室外无光照条款下安置10h，测验时，同时启动车辆，开启丈量修筑，两车沿途以50km/h的速率经由相像道途行驶，车内旅客数类似，PTC车空调设定为主动形式（车内倾向温度设为22℃），通过医治压缩机转速与电子膨胀阀开度，左右CO2热泵本能，维持两车单元岁月制热量相称（风量与出风温度均相称），比照其续航里程。电动车正在续航里程盈利50km 掌握时会进入ECO（Ecology，Conservation，Optimization）形式，此时空调体例将吃亏一片面安适性，通过低落空调能耗来升高续航里程。两车均维持匀速行驶直至电池耗尽，记实车辆进入ECO形式时的总行驶里程和电量耗尽时的总行驶里程，举行比照。举动参考，正在室外温度-20℃下也测试并记实了CO2热泵体例车的续航里程数据。正在室外温度-20℃下举行采暖比照测验，原委数据统治，取得3 辆车空调脚部出风温度与头部温度随岁月的转变，如图5 所示。

测验发端30min后，古代车、CO2热泵车和PTC车的脚部出风温度判袂为51.9、42.2 和32.0℃，头部温度判袂为23.5、17.3 和15.1℃；45min后，三者脚部出风温度判袂为42.9、43.0和35.3℃，头部温度判袂为22.8、23.9和19.2 ℃。比照可睹CO2热泵的制热才气彰着强于PTC 制热，而且正在研商怠速的情景下与燃油车的制热才气相当。

古代车怠速时，带动机转速低落，带动机冷却水供应的热量省略，导致采暖本能低落。由图6可知，出风温度和头部温度正在30min后均有彰着低落。无论是CO2热泵体例照样PTC体例的电动车，采暖本能都不受车速的影响，于是怠速时温度弧线走势无转变。比照测验数据，可知各车的最大采暖本能从高到低递次为燃油车、CO2热泵车、PTC车。平常行车研商到旅客舱的安适性，空调左右面板并不会设定正在最大制热形式，而是通过主动左右（Auto）形式将车内温度左右正在一个旅客感到最为安适的规模内。正在低温工况-20℃下，CO2热泵体例的制热本能能够餍足旅客舱的安适性需求。

图6所示为正在室外温度-5℃下，CO2热泵与PTC体例采暖本能的比照。正在测验发端45min后，CO2热泵车和PT车的脚部出风温度判袂为69.6℃和54.8℃，头部温度判袂为41.4℃和33.2℃。于是正在室外温度-5℃下，CO2热泵体例采暖才气仍明显优于PTC体例。

图7所示为CO2热泵体例与PTC体例电动车的续航里程比照测验结果。正在室外温度为﹣5℃下，两车判袂能手驶157km和127km落后入ECO形式，能手驶198km和175km后电量耗尽。可睹CO2热泵体例为车辆正在平常形式下补充了23.6%行驶里程，约30km，全程共补充续航里程23km。因为正在ECO形式下制热量低落，而热泵体例的COP大于PTC体例，于是朴实的能源比拟平常形式会省略。研商到乘员舱安适性条件，评判车辆平常形式

正在低温工况-20℃下，CO2热泵体例车能手驶137km落后入ECO形式，177km后电量耗尽，此时其续航才气如故优于-5℃室外温度下的PTC电动车。对比测验说明了比拟PTC体例，CO2热泵更为节能，正在冬季低温工况下可明显补充电动车续航里程。

结论本文通过Dymola软件仿线热泵体例的采暖本能举行了预测，并应用低温情况下的实车采暖测验结果验证了仿线热泵电动车与PTC电动车和古代燃油车举行冬季途试比照，磋议CO2热泵的低温制热才气与其对电动车续航里程的影响，取得如下结论：1）应用Dymola软件搭修了CO2热泵体例模子，估计和预测热泵体例的制热本能，并与测验结果举行比照，仿真取得的制热量和出风温度差错不大于5%；2）正在电动车上测试了CO2热泵体例的制热本能，并与古代车和PTC制热电动车举行了比照。正在-20℃下举行采暖测验，45min后CO2车的脚部出风温度和头部温度判袂比PTC制热电动车高7.7℃和4.7℃，比古代车高0.1℃和1.1℃，CO2 车采暖本能优于PTC车，并与古代车研商怠速的归纳采暖本能邻近；3）正在实车上磋议了CO2热泵体例对车辆续航里程的影响，通过与PTC车的比照测试，取得正在-5℃情况下以平常形式行驶时，CO2热泵电动车比拟PTC电动车可补充23.6%续航里程，约30km。

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