摘要本文先容了正在寒凉气象下应用热泵体例的同化动力汽车（HV）的热料理。HV的一个便宜是通过电机和发起机的耦合和优化管制供给车辆体例的高效能。然而，正在古板的

本文先容了正在寒凉气象下应用热泵体例的同化动力汽车（HV）的热料理。HV的一个便宜是通过电机和发起机的耦合和优化管制供给车辆体例的高效能。然而，正在古板的HV中，正在寒凉气象下会寓目到燃油经济性降落，由于应用发起机将热量通报到座舱会下降车辆体例的效能。正在这项咨议中，热泵与发起机相联结，用于热料理，以删除燃油经济性降落。热泵配有一个电动压缩机。发起机和热泵出现的热量被输送到发起机和座舱，由于发起机须要敏捷预热以删除排放，座舱须要热量以供给热舒坦性。为管制来自觉动机和热泵的热流，找到了一种管制发起机和热泵以下降燃油消费的最佳本事。为此，应用一维热力车辆模子实行优化，并正在原型车辆上衡量优化体例的燃油经济性，与古板HV比拟，优化体例的燃油经济性抬高了10%。

各式要素都市影响燃油经济性降落，包含境况温度的改变。正在炎夏的气象下，消费能量来冷却客舱，但正在寒凉气象下，热能被输送到发起机以删除排放，同时也被输送到座舱以供给热舒坦性。图1显示了境况温度对内燃机（ICE）车辆和HV燃油经济性退化的影响，寒凉气象下的燃油经济性退化大于炎夏气象，更加是同化动力汽车。

为了抬高寒凉气象下的燃油经济性，开荒了一种带有热泵的体例，该体例能够有用地将电能转换为热能，通过缩短发起机停机岁月来抬高高压燃油经济性。正在古板HV中，发起机怠速会出现热量，正在不须要能量实行驾驶或为蓄电池充电时，热量会通报到发起机和座舱，图2（a）。正在这种情形下，发起机的劳动效能十分低，然而，如图2（b）所示，正在HV中应用热泵可通过删除发起机怠速岁月来出现热量，从而抬高发起机效能。

图3显示了古板HV的冷却液回道，这是与带热泵的优化体例的燃油经济性实行对比的基准体例。正在古板体例中，来自觉动机的废热被输送到发起机和加热器芯，以供给热舒坦性。图4显示了提出的冷却液回道，该回道带有水冷冷凝器，热泵出现的热量通过制冷剂输送到该冷凝器，冷却液回道应用堵截阀管制来自觉动机和热泵的热流，堵截阀正在集成冷却液回道和独立冷却液回道之间切换。正在集成冷却液回道中，来自觉动机的废热和热泵出现的热量正在统一回道中应用，正在独立冷却液回道中，发起机冷却液回道与热泵冷却液回道分散，况且两者之间没有热量通报。为了下降燃油消费并维持寒凉气象下客舱旅客的热舒坦性，找到了一种管剃发动机废热和热泵出现的热量以预热发起机并加热客舱的最佳本事。该体例的便宜是，与古板体例比拟，发起机中断冷却液温度较低，所以发起机中断岁月更速。正在古板体例中，目的发起机中断冷却液温度由座舱的热舒坦性决心，正在5°C的境况温度下冷启动时，目的发起机中断冷却液温度约为60°C。可是，正在带热泵的体例中，目的发起机中断冷却液温度由发起机排放确定并修设为40°C，而座舱的热舒坦性由热泵供给。然而，正在带有热泵的体例中，热泵消费的电能或许导致燃油经济性下降，所以，最小化热泵的电力消费是优化的枢纽。

古板体例和带热泵的体例的冷却液回道修设有一维贸易软件，并与车辆模图（5）型相联结，模子中的同化动力体例采用第四代Prius。热泵有一个与境况氛围实行热量互换的蒸发器，以及一个水冷式冷凝器。蒸发器的尺寸与古板体例中的冷凝器一样，水冷式冷凝器不是亚冷式冷凝器，电动压缩机是由Denso修筑的ES27。正在一维模子中，算计了压缩机的电功率以及水冷式冷凝器和蒸发器的加热才气，这三个参数随境况条款（如境况温度和速率）而改变。

优化管制体例须要研讨对同化动力汽车燃油经济性有影响的参数，如图6所示。燃油经济性由发起机转速和扭矩决心，正在HV管制体例中实行了优化，用于优化的条款包含车速、发起机中断岁月和压缩机电功率。发起机停机岁月正在很大水准上取决于发起机冷却液温度。压缩机的电功率受水冷冷凝器的加热才气的影响，水冷冷凝器用于取得与古板体例中一样的进口加热器芯冷却液温度。另外，因为电道的切换，发起机冷却液温度和进气加热器芯温度互相影响，所以，应小心发起机冷却液温度和进气加热器芯温度。这两个温度之间的相干导致图7所示的三个别例阶段，阶段1是发起机冷却液温度抵达40°C以实现发起机预热的阶段；阶段2是空调胀风机接通以加热座舱且目的加热器芯冷却液温度逾越发起机冷却液温度的阶段，目的加热器芯冷却液温度修设为与古板体例中一样的温度，以取得一样的座舱加热器本能；阶段3是发起机冷却液温度升高的阶段逾越目的加热器芯冷却液温度。正在这三个阶段中，咨议了冷却液回道之间切换的岁月、发起机和热泵的热量操纵形式以及每个冷却液回道的流量，以最大限制地下降燃油消费。热泵热料理的优化题目如图6所示。

优化评估须要领略燃油经济性和单个冷却液温度的影响，如表1所示，对比了冷却液回道固定到集成冷却液回道和冷却液回道固定到独立冷却液回道的情形。发起机停机冷却液温度修设为40°C，这对付两种情形下的发起机排放都是需要的。管制热泵的压缩机转速，以取得与古板体例一样的入口加热器芯温度，如图9所示。情形1中，加热器芯的冷却液流速为10 L/min，排气热再轮回为6 L/min，以避免冷却液欢腾，发起机须要18L/min的流量，由于骨气门中的流量被增加到加热器芯和EHR的流量中。情形2中加热器芯的冷却液流速为10 L/min，与情形1一样，发起机的冷却液流速下降到3 L/min，即最小冷却液流速。两种情形下的初始荷电状况（SOC）均修设为60%。图10显示了这两种情形的结果。图10（d）中所示的车辆能量显示瞬时燃油消费量乘以较低的热值，与蓄电池消费的功率相加。两种情形下车辆能量的区别证实，正在给定的岁月内，哪些情形能够用较少的能量实行管制。正在第1阶段，应用发起机余热预热发起机的独立回道具有更好的燃油经济性，由于发起机流速越低，发起机冷却液温度上升越速，从而发起机停机岁月越短。比拟之下，正在集成电道中，因为发起机的废热被输送到加热器，所以下降了功耗，但发起机中断岁月越速，对燃油经济性的影响就越大；正在第2阶段，独立回道具有更好的燃油经济性，由于热泵出现的座舱热量只会下降压缩机的电功率；正在第3阶段，集成电道具有更好的燃油经济性，由于座舱热量由发起机的废热供给，热泵不须要出现热量。本案例咨议供给了热料理的简陋优化，但也提出了假若热泵无法满意入口加热器芯的目的冷却液温度，正在第2阶段会发作什么的题目。这个题目实用于十分低的境况温度，由于热泵的容量跟着境况温度的降落而下降，为了取胜这个题目，选拔了集成电道，修设了更高的发起机停机温度，并将发起机余热与热泵出现的热量联结起来，以抵达入口加热器芯的目的温度。

如图11所示，应用热泵出现热量比应用发起机更有用。所以，发起机停机冷却液温度应正在满意目的温度的界限内尽或许低。比如，正在-5°C的境况温度下，以最大容量运转的热泵不适当入口加热器芯的目的温度。所以，如表2所示，集成电道用于未来自热泵的热量与来自觉动机的废热相联结，以抵达该目的温度。发起机停机冷却液温度的参数咨议如图12所示。这些结果证实，通过联结发起机和热泵，满意目的温度的最低发起机停机冷却液温度为50℃。

为了总了案例咨议，依据热泵的容量和发起机的废热容量优化了热料理，如图13所示。发起机余热容量过剩或不够之间的区别决心了发起机余热是否可以抵达座舱加热器本能的目的。一样的界说实用于热泵的过剩和欠缺容量之间的区别。依据发起机预热条款、发起机劳动点（发起机转速和发起机扭矩）和目的进气加热器芯温度推断废热容量是否过量或不够。如图14所示，热泵的容量高度依赖于境况温度，由于它从境况氛围中泵出热量。热泵的过剩或不够容量由境况温度决心，由于座舱的目的加热器本能也由境况温度决心。另外，因为前端蒸发器结霜或压缩机中的机油再轮回删除，热泵不行正在十分低的温度下应用。

应用第四代Prius修筑了一辆原型车，以验证优化体例，并将燃油经济性与古板体例实行对比。除了通过咨议一维热模子创造的优化管制外，还对该体例的高压管制实行了优化，并同步了发起机和热泵的开启岁月。HV管制的优化涉及扩大蓄电池充电的目的功率，以取得更速的发起机停机岁月。图22和23显示了发起机和热泵启动同步的精确音信。正在加热器芯冷却液温度抵达40°C之前，空调胀风机不会掀开。所以，假若加热器芯冷却液温度抵达40°C的岁月没有转化，则正在空调胀风机掀开之前，无论加热器芯的温升更速或更慢，加热器本能都不会转化。使发起机接通与热泵接串通步可删除能量耗损，由于热泵的能量直接由发起机出现，而无需应用蓄电池。

到目前为止，咱们的小心力限制于具有与古板高压体例一样的座舱加热器本能，并抬高燃油经济性。然而，热泵的另一个特质是敏捷预热，由于热泵可以将电能敏捷转换为热能。所以，与应用发起机余热的古板加热体例比拟，座舱的加热速率更速。图17显示了燃油经济性改进与抵达中性热舒坦的相对岁月之间的相干。如图所示，当燃油经济性与古板同化动力体例一样时，抵达中性热舒坦的岁月删除一半，燃油经济性和热舒坦性的均衡点能够依据用户的喜爱实行优化。

结论通过应用一维热力车辆模子，找到了正在寒凉气象下管制高压发起机和热泵并最小化燃油消费的最佳本事。冷却液回道之间的切换转化了发起机和热泵的热流，这种热料理可下降发起机停机冷却液温度，缩短发起机停机岁月，从而抬高燃油经济性。发起机冷却液温度和进气加热器芯温度之间的相干导致三个别例阶段。阶段1是发起机冷却液温度抵达40°C以实现发起机预热的阶段；阶段2是空调胀风机接通以加热座舱且目的加热器芯冷却液温度逾越发起机冷却液温度的阶段；目的加热器芯冷却液温度修设为与古板体例中一样的温度，以取得一样的座舱加热器本能；阶段3是发起机冷却液温度逾越目的加热器芯冷却液温度的阶段。正在这三个阶段中，咨议了冷却液回道之间切换的岁月、发起机和热泵的热量操纵形式以及每个冷却液回道的流量，以最大限制地下降燃油消费。优化的管制体例随热泵的热容量而改变。依据热泵的热容量和目的加热器的本能，管制体例分为三种形式。假若热泵的热容满意目的加热器本能（形式A），座舱加热应用热泵的热容，目的发起机中断冷却液温度由发起机排放确定。假若热泵的热容不适当目的加热器本能（形式B），座舱加热将应用热泵的热容和发起机的余热，而且目的发起机中断冷却液温度应尽或许低，同时仍适当目的。假若因为前端蒸发器结霜（形式C）而无法应用热泵，则座舱加热应用发起机的余热，该体例与古板同化动力体例一样。这三种形式厉重由境况温度决心，热泵容量和目的加热器本能高度依赖于境况温度。咱们应用原型车辆验证了该体例。除了通过咨议一维热模子创造的优化管制外，还对同化动力体例管制实行了优化，并同步发起机和热泵的开启岁月，以删除电池中的能量耗损。结果证实，正在5°C的境况温度下，发起机停机岁月缩短300秒，燃油经济性抬高10%。

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