電動汽車空調(diào)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的燃油汽車,，它的制冷與供暖的動力驅(qū)動都是來源于汽車電池，它無法像傳統(tǒng)汽車一樣利用發(fā)動機的余熱來減小供暖對電池的消耗,。為了實現(xiàn)更好的制冷和供暖需求,，以及減緩對電池的消耗，所以國內(nèi)外學(xué)者對不同的系統(tǒng)方案進行了很多研究,。下面我們一起來看,。 電動壓縮式制冷——電加熱供暖系統(tǒng)是在夏季通過電驅(qū)動壓縮機實現(xiàn)蒸氣壓縮以此達到制冷效果,，而在冬季由于無法通過傳統(tǒng)汽車利用發(fā)動機運行時產(chǎn)生的余熱實現(xiàn)制熱效果,，所以現(xiàn)在電動汽車廣泛使用的是 PTC 加熱器。但是由于 PTC 加熱器是通過消耗電池來實現(xiàn)電加熱的,，以此在溫度較低的冬季進行供熱時也大大地增加了對于電池的消耗,，這樣就會造成相較于夏季，冬季時電池的消耗導(dǎo)致了行駛路程縮短了約 30%~65%。日本三菱公司在 2010 年研發(fā)的“i-MiEV”電動汽車就采用了 PTC 液體加熱器為其實現(xiàn)供熱,。除此之外他們還在 PTC 液體加熱器的冷卻液通道采用了三維設(shè)計，從而使得該加熱器的熱傳導(dǎo)效率得到了很大的提升,，但是也發(fā)現(xiàn)這一設(shè)計方案導(dǎo)致了電動汽車的整體的能耗增加,，最終導(dǎo)致的結(jié)果是車子的行駛里程被大幅度縮減,。Kim 等人在 2012 年設(shè)計了一個將 PTC 加熱器與熱泵相結(jié)合的制熱系統(tǒng)，通過改變壓縮機轉(zhuǎn)速以及車內(nèi)外溫度,，對實驗結(jié)果制熱量,、壓縮機功率和 COP 進行分析，最后通過采用多工位來控制 PTC 加熱器的性能,，將會更好提高制熱效率和減少能耗,。3、采用 PTC 加熱實現(xiàn)整個系統(tǒng)的供熱 宋海洋等人在 2012 年通過對三種不同的空調(diào)系統(tǒng)的仿真結(jié)果進行對比分析,，最后確定了電動壓縮制冷和電加熱制熱系統(tǒng),，并且采用 PTC 加熱實現(xiàn)整個系統(tǒng)的供熱，隨后對整個系統(tǒng)的運行進行了模擬,，最終得出采用 PTC 加熱可以實現(xiàn)電動汽車對整個供熱系統(tǒng)的要求,。孫西峰等人于 2014 年通過在某一型號的電動汽車的供暖系統(tǒng)就采用了 PTC加熱器來實現(xiàn)電動汽車的整車供暖,。他們首先通過對電動汽車的除霜除霧進行了仿真模擬分析,，隨后設(shè)計并對這一電加熱供暖系統(tǒng)進行了實驗分析，最后驗證了通過采用 PTC 電加熱是可以滿足該型號電動汽車的除霜除霧,。電動汽車空調(diào)系統(tǒng)通過使用 PTC 加熱器雖然很好地滿足整車的供暖,，但是這就會加大對電池的消耗，從而會導(dǎo)致車子的行駛里程減短,。二,、余熱及輔助熱源空調(diào)系統(tǒng)燃料電池電動汽車相較于其它電動汽車，它的電池產(chǎn)熱量更大,，如果能夠?qū)⑦@些余熱收集起來并運用到車子的空調(diào)系統(tǒng)上,，這不僅僅滿足了車內(nèi)人員對車內(nèi)環(huán)境舒適度的要求，而且也大大提升燃料電池的使用效率,。賀啟濱等人在 2007 年對實例的燃料電池客車的余熱利用進行分析討論了其可行性。他們通過負荷計算得出 60 座的燃料電池客車的余熱量約為 200kW,，以及通過熱力計算得到溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)制冷所需的熱量約為 59kW,，通過對比分析得出吸收式制冷系統(tǒng)對于燃料電池客車的余熱利用是可行的。 Javani 等人在 2012 年針對將系統(tǒng)余熱用于兩種不同的空調(diào)系統(tǒng)進行研究,。結(jié)果表明,，當混合動力汽車在采用電動模式的工況下，利用余熱制冷來滿足車內(nèi)環(huán)境的需求很難達到,；當在非電動模式下,，兩種制冷系統(tǒng)通過對于電池預(yù)計廢氣的余熱利用而產(chǎn)生的制冷量均可滿足車內(nèi)的需求；除此之外,，他們發(fā)現(xiàn)在相同的實驗條件下吸收式制冷系統(tǒng)的制冷性能更好,。電動汽車在冬季由于室外溫度較低而這時制熱效果很難達到要求時，這時可以通過增加輔助熱源來提升汽車的制熱性能,。3,、太陽能可作為空調(diào)系統(tǒng)輔助熱源 馬國遠等人在 2001 年實驗分析了以太陽能為輔助熱源的空調(diào)系統(tǒng)。他們將太陽能電池鋪滿在整個汽車車頂來作為汽車的輔助熱源,，他們發(fā)現(xiàn)通過這種方法所產(chǎn)生的電量不僅可以提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷量,，而且還能夠有效地減小空調(diào)系統(tǒng)中的冷負荷峰值。Lee 等人在 2013 年通過對電動客車中采用的復(fù)合熱泵系統(tǒng)實驗研究,，該空調(diào)系統(tǒng)以空氣源制冷，而供暖熱源則是采用電動裝置的廢熱,。實驗分析發(fā)現(xiàn)隨著壓縮機運行時間的增加,，系統(tǒng)的制冷量也隨之增加，但系統(tǒng)的 COP 出現(xiàn)了下降,；在改變室內(nèi)外溫度時,，系統(tǒng)的制冷量均可滿足電動客車所需要的冷負荷。通過以上學(xué)者的研究可以看出利用余熱可以減小對電池消耗,，但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也會隨之增加,，除此之外整車的造價費用也隨之增加。1,、R134a 熱泵空調(diào)系統(tǒng) （1）以 R134a 為工質(zhì)的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)1996 年 Suzuki 等人對開發(fā)的以 R134a 為工質(zhì)的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行了研究，他們研究的目的是為了滿足車內(nèi)空氣質(zhì)量,、舒適度和擋風玻璃的除霜除霧,，并盡可能的減少能耗。最后的實驗結(jié)果表明：車外環(huán)境溫度在-10℃~40℃的條件下,，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)除霜除霧和滿足車內(nèi)舒適度,，并且減小了電動汽車的整體能耗。（2）從電力傳動系統(tǒng)中回收余熱的電動汽車熱管理系統(tǒng)2011 年 Yokoyama 等人研制了從電力傳動系統(tǒng)中回收余熱的電動汽車熱管理系統(tǒng),。該系統(tǒng)是以 R134a 為制冷劑通過熱交換器與電動汽車的冷卻水進行熱連接,，以此將回收的余熱用于車內(nèi)的供暖,。研究結(jié)果表明通過采用這種余熱回收的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，汽車的能耗將從 2000W 降至 580W,，大大降低了汽車本身的能耗,。2013 年李麗等人設(shè)計的以 R134a 為工質(zhì)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，采用了蒸汽壓縮式系統(tǒng)以及冷暖雙模式,，并在變溫度的工況下進行了關(guān)于制熱性能的實驗研究,。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以在短時間滿足車內(nèi)溫度的要求，并且也發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的制熱性受環(huán)境溫度有很大的影響,，單位時間內(nèi)系統(tǒng)的制熱量隨著環(huán)境溫度的降低而減少,。2014 年 Ahn 等人實驗研究的熱泵空調(diào)系統(tǒng),，以空氣和余熱作為熱源,，R134a為制冷劑，他們通過分別進行單空氣熱源,、余熱熱源以及雙熱源模式進行實驗研究。實驗結(jié)果顯示：單空氣源熱泵系統(tǒng)中,，熱泵系統(tǒng)在室外溫度達到-10℃時的制熱能力約為設(shè)計值的 36%,；單余熱熱源熱泵系統(tǒng)中，為了使系統(tǒng)的制熱能力能夠滿足設(shè)計所需的要求值,，則系統(tǒng)的余熱量要增加到 2.5kW,；雙熱源熱泵系統(tǒng)相較于單熱源模式，系統(tǒng)的供熱性能有著很大的提升,，能夠滿足設(shè)計所需要的,。2015 年彭發(fā)展以 R134a 為工質(zhì)針對兩種不同壓縮機的熱泵系統(tǒng)，實驗研究了環(huán)境溫度對這兩種熱泵系統(tǒng)的性能影響,。實驗發(fā)現(xiàn)變排量 161 壓縮機熱泵系統(tǒng)相較于渦旋 86 壓縮機系統(tǒng),，在環(huán)境溫度在-10℃和-15℃的低溫條件下，由于前者的最大排量較大致使最后的制熱效果更好,。隨著國內(nèi)外學(xué)者大量的實驗研究,，以 R134a 為工質(zhì)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)在不斷地發(fā)展進步，該工質(zhì)由于具有更好的制冷效果也被廣泛的應(yīng)用到實際的汽車生產(chǎn)中,。但是隨著人們對環(huán)境保護意識的不斷加強,，后來發(fā)現(xiàn) R134a 具有很高的溫室效應(yīng)和較高的 GWP 值。歐盟最新開始了對 R134a 的禁止使用,，我國這幾年也開始減少對其的使用,，因此更加環(huán)保、清潔的制冷劑成為了研究對象,。2,、CO2 熱泵空調(diào)系統(tǒng) （1）以 CO2 為工質(zhì)的汽車空調(diào)系統(tǒng)1992 年 Lorentzen 和 Pettersen設(shè)計研究了一套以 CO2 為工質(zhì)的汽車空調(diào)系統(tǒng),。實驗研究發(fā)現(xiàn)以 CO2 作為制冷劑會使整個空調(diào)系統(tǒng)的壓力增大，但由于在運行時系統(tǒng)內(nèi)的 CO2 體積流量以及換熱器的體積較小,，可以使汽車空調(diào)安裝應(yīng)用更加便利,，除此之外 CO2 作為制冷劑能夠更好減少制冷劑對環(huán)境帶來的污染。（2）跨臨界 CO2 循環(huán)的最優(yōu)高壓控制算法關(guān)系2008 年 Kim 等人對跨臨界 CO2 汽車空調(diào)系統(tǒng)在不同工況下的性能進行了實驗研究,。他們通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當系統(tǒng)中的蒸發(fā)器和氣體冷卻器的進口空氣溫度依次達到 35℃和 45℃時,，系統(tǒng)的制冷量與 COP 可以達到約 7.5kW、1.7,，并提出了跨臨界 CO2 循環(huán)的最優(yōu)高壓控制算法關(guān)系,，以此來實現(xiàn) COP 最大。（3）以 CO2 為工質(zhì)的可逆冷熱系統(tǒng)反循環(huán)除霜性能2013 年 Steiner 等人研究分析了以 CO2 為工質(zhì)的可逆冷熱系統(tǒng)反循環(huán)除霜性能,。他們通過仿真模型對融霜過程的不同參數(shù)值進行了評估分析,，仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在運行中節(jié)流閥的開度會對融霜的過程有著很大的影響，出現(xiàn)了節(jié)流閥的開度較大時,，該系統(tǒng)融霜過程時間延長,，整體的融霜效率降低。（4）電動汽車 CO2 熱泵系統(tǒng)在寒冷條件下制熱系統(tǒng)性能影響2018 年 Wang 等人通過實驗研究了不同的變量參數(shù)下,，如壓縮機轉(zhuǎn)速,、室內(nèi)外溫度和室內(nèi)風量等對系統(tǒng)制熱性能的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：室內(nèi)外溫度均達到-20℃,，這時系統(tǒng)的制冷量和 COP 分別達到 3.6kW,、3.1；車外溫度在-20℃~10℃的范圍內(nèi),，CO2 熱泵系統(tǒng)在此條件下具有良好的制熱性能,。 CO2 相較于 R134a 來說 GWP 非常小，它會更加的環(huán)保清潔,，但是整體的系統(tǒng)壓力會偏高,，能效偏低。3,、R1234yf 熱泵空調(diào)系統(tǒng) 2011 年 Claudio 等人用 R1234yf 制冷劑代替 R134a 作為工質(zhì)用在汽車空調(diào)系統(tǒng)中進行了實驗測試,。實驗結(jié)果分析得出 R1234yf 系統(tǒng)的制冷量和 COP 要低于R134a 系統(tǒng)，為了實現(xiàn) R1234yf 可以達到與 R134a 相同制冷量和效率,，他們通過數(shù)值模擬得出：當冷凝器表面積增加 20%,，蒸發(fā)器表面積增加 10%時，R1234yf 系統(tǒng)的制冷量與 COP 將會非常接近 R134a 系統(tǒng),。（2）冬季和夏季的條件下R1234yf 汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能2012 年 Lee 和 Jung實驗研究了在冬季和夏季的條件下對 R1234yf 汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能,，并且與 R134a 空調(diào)系統(tǒng)在同樣的實驗條件下的實驗數(shù)據(jù)進行了對比分析。實驗結(jié)果得出:在冬季制熱模式下,，兩個系統(tǒng)的性能相似,，而在夏季制冷模式下,，R1234yf 系統(tǒng)的 COP 下降了約 0.8%~2.7%，系統(tǒng)制冷量下降了約 4%,，但考慮到環(huán)境的保護 R1234yf 將會成為替代物,。（3）增加回熱器、回冷器和提高壓縮機轉(zhuǎn)速可提高R1234yf系統(tǒng)性能2017 年李宴輝等人研究了針對 R1234yf 制冷劑在純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能,。并且通過實驗結(jié)果與 R134a 系統(tǒng)進行了對比分析,，分析結(jié)果表明：R1234yf 系統(tǒng)的制冷量約為 R134a 系統(tǒng)的 92.5%~96.7%，R1234yf 系統(tǒng)的 COP 約為 R134a 系統(tǒng)的 92.9%~94.6%,。后來他們通過仿真模擬發(fā)現(xiàn)可以通過增加回熱器,、回冷器和提高壓縮機轉(zhuǎn)速來達到與 R134a 系統(tǒng)相同的性能。（4）R1234yf 雙熱源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制熱效果更好2019 年葉立等人對其課題組設(shè)計的雙熱源熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行了制熱性能的研究,。他們采用的是以R1234yf 作為工質(zhì),，通過建模仿真研究了在冬季環(huán)境溫度在-10℃~0℃的條件下電動汽車熱泵系統(tǒng)的制熱性能，最后將研究的結(jié)果并與采用 PTC加熱器制熱的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行了對比,。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較下 R1234yf 雙熱源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制熱效果更好一些,，而且對電池的消耗也較低。通過上述的研究可以看出采用 R1234yf 相較于 R134a 來說整體的性能相差不大,，但是 R1234yf 更加的環(huán)保清潔,，除此之外 R1234yf 具有更好發(fā)展前景。因此選用 R1234yf 作為該系統(tǒng)的工質(zhì)更加合適,。
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