楊小龍，馬自會(huì)，楊林，任國(guó)鋒，夏彬彬

?

基于熱泵的純電動(dòng)轎車(chē)熱管理集成開(kāi)發(fā)

楊小龍1，馬自會(huì)1，楊林2，任國(guó)鋒2，夏彬彬2

(1. 湖南大學(xué)汽車(chē)車(chē)身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙，410006；2. 上海交通大學(xué)汽車(chē)電子技術(shù)研究所，上海，201100)

針對(duì)現(xiàn)有純電動(dòng)轎車(chē)空調(diào)制冷、制熱與電池及電機(jī)的熱管理相對(duì)分開(kāi)，沒(méi)有有效地統(tǒng)一集成管理的問(wèn)題，利用熱泵技術(shù)，提出一種綜合考慮電池、電機(jī)的整車(chē)熱管理系統(tǒng)，即制冷時(shí)兼顧電池冷卻，制熱時(shí)回收利用電機(jī)廢熱的整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)。并結(jié)合某款純電動(dòng)轎車(chē)，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)其整車(chē)熱管理進(jìn)行建模及仿真分析。研究結(jié)果表明：整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)可為車(chē)內(nèi)、電機(jī)及電池提供良好的熱環(huán)境，特別是對(duì)于冬季制熱模式，與PTC(positive temperature coefficient)熱電阻相比，純電動(dòng)轎車(chē)采用熱泵系統(tǒng)時(shí)，其制熱運(yùn)行時(shí)的整車(chē)電能消耗可降低16.4%，續(xù)駛里程可提高18.3%。

純電動(dòng)轎車(chē)；整車(chē)熱管理系統(tǒng)；熱泵；耗電量；續(xù)駛里程

在常規(guī)車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛的所有輔助附件中，空調(diào)系統(tǒng)消耗的能量最高[1]。對(duì)于純電動(dòng)轎車(chē)，冬季制熱時(shí)由于可用的余熱很少，在不考慮降低人體熱舒適性的情況下，為了獲取純電動(dòng)合理的自主性，必須對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，配備制冷/制熱系統(tǒng)，提高車(chē)內(nèi)熱舒適性[2?3]。目前純電動(dòng)轎車(chē)夏季制冷仍采取傳

統(tǒng)空調(diào)的方式，冬季制熱則有基于帕爾帖效應(yīng)、回收逆變器、電池包熱量及PTC(positive temperature coefficient)輔熱、燃油燃燒加熱、車(chē)頂布置太陽(yáng)能以及熱泵等方案[4?6]。同時(shí)，在純電動(dòng)轎車(chē)行駛過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電池發(fā)熱功率較高，必須對(duì)其采取合理、有效的熱管理措施，以保證電機(jī)及電池的安全、高效地運(yùn)行。由于在現(xiàn)有的純電動(dòng)轎車(chē)中將車(chē)內(nèi)環(huán)境、電機(jī)及電池的熱管理三者相對(duì)獨(dú)立，沒(méi)有統(tǒng)一協(xié)調(diào)地進(jìn)行集成化綜合管理，使得總體熱管理效果較差，且能耗較高。熱泵具有節(jié)能、高效的工作特性，可實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)環(huán)境冷暖一體化調(diào)節(jié)，在純電動(dòng)轎車(chē)上具有很大的應(yīng)用潛力[7?8]。開(kāi)展對(duì)純電動(dòng)轎車(chē)熱泵系統(tǒng)的研究，并利用熱泵技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)集成車(chē)內(nèi)、電機(jī)及電池的熱環(huán)境于一體的綜合熱管理系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，本文作者針對(duì)某款純電動(dòng)轎車(chē)，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立熱管理系統(tǒng)模型，集成車(chē)內(nèi)制冷/制熱、冬季模式電機(jī)熱回收及夏季模式電池冷卻等整車(chē)綜合熱管理一體化的解決方案。通過(guò)仿真分析，研究系統(tǒng)的制冷與制熱效果，并研究熱管理系統(tǒng)對(duì)電機(jī)、電池及整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能的影響，驗(yàn)證基于熱泵的整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)的可行性與優(yōu)越性。

1 純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)的熱管理系統(tǒng)中主要有3種熱環(huán)境即車(chē)內(nèi)熱環(huán)境、驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱環(huán)境和動(dòng)力電池?zé)岘h(huán) 境。目前現(xiàn)有純電動(dòng)轎車(chē)對(duì)上述3種熱環(huán)境的管理相對(duì)獨(dú)立，管理效果較差，總體能耗較高。由于熱泵具有節(jié)能、高效、制冷/制熱一體化的工作特性，故基于熱泵技術(shù)，設(shè)計(jì)一種在制熱模式下回收電機(jī)冷卻液廢熱，在制冷模式下冷卻電池的熱泵空調(diào)型整車(chē)綜合熱管理方案，系統(tǒng)采取R134a作為制冷工質(zhì)。熱管理系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)原理圖

從圖1可以看出：純電動(dòng)轎車(chē)熱管理系統(tǒng)在冬季制熱過(guò)程中，從車(chē)外環(huán)境空氣中獲取熱量的同時(shí)，還通過(guò)熱泵循環(huán)回路和電機(jī)冷卻回路間的板式換熱器回收驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻液的熱量，這2種熱量以制冷工質(zhì)為載體，通過(guò)車(chē)內(nèi)換熱器向車(chē)內(nèi)釋放熱量，從而提升熱泵系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)的制熱效果，降低系統(tǒng)制熱功耗。在夏季制冷過(guò)程中，一方面，熱管理系統(tǒng)像傳統(tǒng)空調(diào)一樣，可以對(duì)車(chē)內(nèi)制冷，降低車(chē)內(nèi)溫度，滿(mǎn)足乘員的熱舒適性要求；另一方面，還能對(duì)電池進(jìn)行熱管理，當(dāng)電池溫度較高時(shí)，電池冷卻回路側(cè)相應(yīng)閥門(mén)打開(kāi)，制冷工質(zhì)通過(guò)板式換熱器產(chǎn)生制冷量，并與電池冷卻液進(jìn)行熱交換，循環(huán)進(jìn)行冷卻電池，使其維持在合理的溫度范圍內(nèi)。純電動(dòng)轎車(chē)熱管理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)共有4種工作模式，如圖2所示。

圖2 熱管理系統(tǒng)工作模式

熱管理系統(tǒng)在默認(rèn)下處于待機(jī)狀態(tài)，左、右兩側(cè)分別為夏季和冬季工作模式。設(shè)amb為環(huán)境溫度(K)，Mcoolant為電機(jī)冷卻回路中進(jìn)入板式換熱器的冷卻水溫度(K)，Bcoolant為電池冷卻回路中進(jìn)入板式換熱器的冷卻水溫度(K)，ON_cal為電池冷卻液溫度超限的下限(K)，OFF_cal為電池冷卻液安全溫度的上限(K)。

2 純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)熱管理系統(tǒng)建模

根據(jù)熱管理系統(tǒng)方案，建立基于熱泵技術(shù)的熱管理系統(tǒng)模型，主要由熱泵空調(diào)模塊、冬季電機(jī)熱回收模塊、夏季電池冷卻模塊3部分組成。

2.1 熱泵空調(diào)建模

熱泵工作原理與傳統(tǒng)空調(diào)的工作原理類(lèi)似，只是根據(jù)制冷/制熱的需要，在回路中通過(guò)四通換向閥對(duì)制冷工質(zhì)進(jìn)行流向切換，內(nèi)、外換熱器對(duì)調(diào)[9]。本文在若干工況實(shí)驗(yàn)測(cè)得各點(diǎn)的溫度、壓力、風(fēng)速等基礎(chǔ)上，通過(guò)以下熱模型得出制冷/制熱量。具體計(jì)算式如下：

(2)

(3)

(5)

式中：為換熱器側(cè)風(fēng)速(m/s)；為換熱器的迎風(fēng)面積(m2)；下標(biāo)A為ext時(shí)表示外部換熱器，為int時(shí)表示內(nèi)部換熱器；下標(biāo)B為in時(shí)表示進(jìn)口處，為out時(shí)表示出口處；為溫度(K)；為壓力(kPa)；為焓(J/kg)；為外部換熱器的換熱量(W)；為管路中制冷工質(zhì)的質(zhì)量流量(kg/s)；為內(nèi)部換熱器的換熱量，即制冷/制熱量(W)。

根據(jù)上述工況實(shí)驗(yàn)及熱模型，可以得出一定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下制冷/制熱量隨電子膨脹閥開(kāi)度的變化，見(jiàn)圖3。從圖3可以看出：電動(dòng)壓縮機(jī)和電子膨脹閥作為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對(duì)系統(tǒng)制冷/熱量的影響很大。下面以電動(dòng)壓縮機(jī)為主，電子膨脹閥為輔，采取黑箱模型法，建立熱泵模型，通過(guò)模型的控制系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速，查表計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)時(shí)制冷/熱量。由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)制冷/制熱量的影響很大，因而對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的控制尤為重要。本文電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速采取PID控制算法，由相關(guān)溫度信號(hào)及當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)決定，即

在制冷模式下，

在制熱模式下，

(a) 制冷量；(b) 制熱量

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速/(r?min?1)：1—2 000；2—3 000；3—3 500；4—4 000；5—5 000；6—6 000。

圖3 一定壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下制冷/制熱量隨電子膨脹閥開(kāi)度的變化

Fig. 3 Refrigerating/heating capacity changed with the opening of EXV under fixed rotational speed of compressor

對(duì)于車(chē)內(nèi)溫度計(jì)算模塊，將車(chē)內(nèi)溫度響應(yīng)看作1個(gè)慣性加延遲環(huán)節(jié)。將整個(gè)車(chē)廂作為閉口(封閉)系統(tǒng)，即車(chē)室內(nèi)外只進(jìn)行熱量交換，根據(jù)熱力系統(tǒng)及傳熱理論得

圖4 熱泵系統(tǒng)模型

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)熱回收模塊

由于在轎車(chē)行駛過(guò)程中，整車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率損失較大(經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車(chē)速為90 km/h時(shí)，其功率損失高達(dá)3 kW以上)，其中機(jī)械損失和其他附件損失相對(duì)電機(jī)整體損失較小，故不予考慮。損失主要表現(xiàn)為繞組損失和鐵心損失，并最終轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出去。其中，電機(jī)功率損失的計(jì)算模型可表示如下。

對(duì)于銅損，

對(duì)于鐵損，

總損失為

tol=Cu+Fe(12)

式中：I為繞組中的電流(A)；R繞組隨溫度變化的電阻(Ω)；a及′a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本文取a=1.5，′a=2.0；Fe為比耗損(W/kg)；f為軛部鐵心質(zhì)量(kg)；t為齒部鐵心質(zhì)量(kg)。由于電機(jī)功率損失較高，在冬季制熱過(guò)程中，通過(guò)冷卻回路和制熱回路間的板式換熱器進(jìn)行熱回收，以R134a為熱載體，通過(guò)車(chē)內(nèi)換熱器放出熱量。在電機(jī)液冷(熱回收)過(guò)程中，冷卻液在電機(jī)內(nèi)部流動(dòng)與電機(jī)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行對(duì)流換熱(見(jiàn)式(13))，然后冷卻液流過(guò)板式換熱器將熱量傳遞給制冷工質(zhì)，這樣往復(fù)循環(huán)。對(duì)流換熱和熱回收的換算關(guān)系如下：

式中：為電機(jī)冷卻液攜帶的熱量(W)；Motor為接觸面積(m2)；為傳熱系數(shù)(W/(m2·K))；?t為平均溫差(K)；為熱泵系統(tǒng)回收冷卻液的熱量(W)；為換熱器的等效熱交換系數(shù)。在熱回收過(guò)程中，根據(jù)電機(jī)冷卻液溫度，調(diào)節(jié)電子膨脹閥M的開(kāi)度，控制熱回收系統(tǒng)的R134a流量。建立電機(jī)熱回收模型，如圖5所示。

(a) 電機(jī)熱回收結(jié)構(gòu)；(b) 熱回收模型

2.3 電池冷卻模塊

對(duì)于動(dòng)力電池采取合理的熱管理措施，可以有效改善電池組的性能，延長(zhǎng)使用壽命，提高電池組的可靠性和安全性[10]。依據(jù)整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在夏季熱泵制冷過(guò)程中，當(dāng)電池溫度較高時(shí)，啟動(dòng)電池冷卻回路。此回路采取制冷工質(zhì)冷卻的方式，將一部分制冷量引入電池側(cè)的板式換熱器，從而保證電池冷卻水在板式換熱器出口溫度維持在26~32 ℃。在BEV運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)力電池發(fā)熱模型為[11?13]：

(16)

(17)

(19)

(20)

式中：為電流(A)；為電池體積(m3)；oc為電池平衡電動(dòng)勢(shì)(V)；為電池工作電壓(V)；為電池?zé)岷纳?W)；eff為等效熱阻(K/W)；為電池冷卻液初始溫度(K)；batt為電池包平均溫度(K)；batt_col為冷卻水在電池端的出口溫度(K)；為車(chē)載電池包發(fā)熱對(duì)冷卻水的加熱功率(W)；為從制冷循環(huán)過(guò)來(lái)與冷卻水換熱的冷卻量(W)；為有效冷卻量(W)；為電池側(cè)換熱器熱交換系數(shù)；為水的比熱容(J/kg)；水的質(zhì)量(kg)；冷卻水溫度(K)。

根據(jù)上述建立電池?zé)崂鋮s系統(tǒng)模型，如圖6所示。同樣，根據(jù)電池側(cè)板式換熱器的冷卻水出口溫度，調(diào)節(jié)電子膨脹閥B的開(kāi)度，控制電池冷卻系統(tǒng)的R134a流量。

(a) 電池冷卻結(jié)構(gòu)；(b) 冷卻系統(tǒng)模型

2.4 熱泵系統(tǒng)與整車(chē)的集成

由于轎車(chē)在行駛過(guò)程中，其運(yùn)行工況復(fù)雜多變，為了更好地開(kāi)展仿真研究，將已建立的熱管理系統(tǒng)集成到整車(chē)模型中。根據(jù)表1所示的某純電動(dòng)轎車(chē)主要技術(shù)參數(shù)及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在ADVISOR中根據(jù)原車(chē)參數(shù)重新編制M腳本文件，建立整車(chē)仿真模型，如圖7所示。

圖7 純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)模型

表1 純電動(dòng)轎車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

Table 1 Main technical parameters of battery electric vehicle

3 熱管理系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析

根據(jù)前面建立的純電動(dòng)轎車(chē)整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)模型，結(jié)合典型工況進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)化仿真，考查系統(tǒng)在典型工況下的制冷、制熱效果以及系統(tǒng)冬季對(duì)電機(jī)熱回收和夏季對(duì)電池?zé)崂鋮s時(shí)的整車(chē)性能。研究帶有電機(jī)廢熱回收的熱泵制熱與PTC熱電阻制熱系統(tǒng)的性能，分析不同制熱方案對(duì)整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能影響，驗(yàn)證整車(chē)綜合熱管理系統(tǒng)的可行性與有效性。

3.1 仿真工況的確定

根據(jù)上述建立的整車(chē)綜合熱管理模型，采取標(biāo)準(zhǔn)的城市循環(huán)工況(CYC_UDDC)。在冬季制熱模式下，車(chē)外環(huán)境溫度分別為?20，?15，?10，?5和0 ℃；在夏季制冷模式下，車(chē)外環(huán)境溫度分別為30，35，40和45 ℃。在這些典型條件下開(kāi)展純電動(dòng)轎車(chē)熱管理系統(tǒng)的仿真研究。其中，冬季制熱模式車(chē)內(nèi)目標(biāo)溫度設(shè)定為22 ℃，夏季制冷模式車(chē)內(nèi)目標(biāo)溫度設(shè)定為25 ℃，仿真時(shí)間為1個(gè)UDDC循環(huán)時(shí)間。

3.2 結(jié)果分析

圖8所示為熱泵系統(tǒng)制冷的車(chē)內(nèi)實(shí)際溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。從圖8可以看出：在制冷模式中45，40，35和30 ℃環(huán)境溫度下，在剛開(kāi)始的4 min左右，車(chē)內(nèi)溫度穩(wěn)步下降，然后車(chē)內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的車(chē)內(nèi)穩(wěn)態(tài)溫度分別為25.5，25.2，24.9和24.7 ℃；環(huán)境溫度越高，對(duì)應(yīng)的到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，這是由于熱負(fù)荷較大；在溫度系統(tǒng)趨于穩(wěn)定狀態(tài)下，實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的最大溫度偏差都保持在5%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的熱管理要求。

環(huán)境溫度/℃：1—30；2—35；3—40；4—45。

圖9(a)所示為不同環(huán)境溫度下，電池冷卻水在板式換熱器出口處的溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。其中，在仿真過(guò)程中的冷卻液初始溫度近似為環(huán)境溫度。從圖9(a)可以看出：在上面幾種情形下，電池冷卻液溫度在下降一段時(shí)間后均穩(wěn)定地維持在28 ℃左右，滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)電池散熱的需求。

圖9(b)所示為不同環(huán)境溫度下，電池SOC隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。從圖9(b)可以看出：隨著環(huán)境溫度的上升，電池SOC的下降速率加快。這是由于轎車(chē)在行駛過(guò)程中環(huán)境溫度較高，電池發(fā)熱量較大，使得制冷系統(tǒng)需要供給較大的制冷量來(lái)冷卻電池，造成能耗加大。

(a) 冷卻水出口溫度；(b) 電池SOC

圖10 所示為不同工況下的熱泵制熱曲線(xiàn)。從圖10可以看出：熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)后，在環(huán)境溫度分別為?20，?15，?10，?5和0 ℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的車(chē)內(nèi)溫度都有4 min左右的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間，經(jīng)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)震蕩幅度逐漸減小，車(chē)內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定；同時(shí)，由于控制器的參數(shù)整定中設(shè)有溫度誤差死區(qū)，車(chē)內(nèi)溫度逐漸穩(wěn)定在22 ℃左右，即穩(wěn)態(tài)時(shí)的車(chē)內(nèi)溫度分別為21.3，21.6，21.7，21.9和22.4 ℃。實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度的最大溫度偏差都保持在5%以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境的熱管理要求。

環(huán)境溫度/℃：1—?20；2—?15；3—?10；4—?5；5—0。

圖11所示為制熱模式下，整車(chē)仿真過(guò)程中BEV的累計(jì)電量消耗及其SOC(state of charge)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。從圖11可以看出：與純電動(dòng)轎車(chē)單獨(dú)使用PTC熱電阻制熱方式相比，采取熱泵系統(tǒng)制熱時(shí)，整車(chē)動(dòng)力電池的累計(jì)耗電量均低于PTC熱電阻制熱時(shí)的耗電量且電池SOC也均維持在較高值；隨著環(huán)境溫度提高，與PTC熱電阻相比，熱泵制熱下的整車(chē)?yán)塾?jì)耗電量分別下降11.8%，13.3%和15.4%，動(dòng)力電池SOC最大節(jié)省量也逐漸增大，分別為11.4%，13.2%和16.1%。這主要是由于隨著環(huán)境溫度上升，熱泵系統(tǒng)從外界環(huán)境中獲取的熱量增加，即使在?20 ℃時(shí)，熱泵系統(tǒng)仍表現(xiàn)出高效、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

(a) 環(huán)境溫度為?20 ℃時(shí)的累積耗電量；(b) 環(huán)境溫度為?20 ℃時(shí)的電池SOC；(c) 環(huán)境溫度為?10 ℃時(shí)的累積耗電量；(d) 環(huán)境溫度為?10 ℃時(shí)的電池SOC；(e) 環(huán)境溫度為?5 ℃時(shí)的累積耗電量；(f) 環(huán)境溫度為?5 ℃時(shí)的電池SOC；(g) 環(huán)境溫度為0 ℃時(shí)的累積耗電量；(h) 環(huán)境溫度為0 ℃時(shí)的電池SOC

1—熱泵系統(tǒng)；2—PTC系統(tǒng)。

圖11 電池電量消耗及SOC隨時(shí)間的變化

Fig. 11 Battery’s power consumption and SOC changed with time

純電動(dòng)轎車(chē)使用PTC熱電阻制熱和熱泵制熱及制冷時(shí)，其100 km耗電量(即純電動(dòng)轎車(chē)行駛100 km所消耗的電量)、續(xù)駛里程及熱泵COP(coefficient of performance)的仿真結(jié)果如表2和表3所示。從表2和表3可見(jiàn)：與PTC制熱相比，純電動(dòng)轎車(chē)采用熱泵系統(tǒng)時(shí)的100 km耗電量降低16.4%，續(xù)駛里程提高18.3%；同時(shí)，隨著環(huán)境溫度上升，熱泵系統(tǒng)從環(huán)境中獲取的熱量逐漸增加，使得純電動(dòng)轎車(chē)制熱系統(tǒng)的COP也逐漸提高。

通過(guò)上述分析可知：在制熱過(guò)程中，與PTC相比，熱管理系統(tǒng)在滿(mǎn)足熱舒適性要求的同時(shí)，表現(xiàn)出較佳的經(jīng)濟(jì)性能，提高了純電動(dòng)轎車(chē)的續(xù)駛里程。

表2 制熱方式下(設(shè)定22 ℃)的整車(chē)經(jīng)濟(jì)性參數(shù)

Table 2 BEV’s economical efficiency in heating mode at 22 ℃

表3 制冷方式(設(shè)定25℃)的整車(chē)經(jīng)濟(jì)性參數(shù)

Table 3 BEV’s economical efficiency in refrigeration mode at 25 ℃

4 結(jié)論

1) 針對(duì)現(xiàn)有純電動(dòng)轎車(chē)中的車(chē)內(nèi)環(huán)境、電機(jī)及電池的熱管理三者相對(duì)獨(dú)立，總體熱管理效果較差且能耗較高的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于熱泵技術(shù)的整車(chē)集成化綜合熱管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)化仿真研究，分析了系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)制冷/制熱效果以及冬季電機(jī)熱回收和夏季電池冷卻對(duì)整車(chē)性能的影響。

2) 熱管理系統(tǒng)可為車(chē)內(nèi)、電機(jī)及電池營(yíng)造良好的熱環(huán)境。特別是對(duì)于冬季制熱模式，與PTC熱電阻相比，純電動(dòng)轎車(chē)采用熱泵系統(tǒng)時(shí)，其制熱運(yùn)行時(shí)的整車(chē)電能消耗可降低16.4%，續(xù)駛里程可提高18.3%。表明基于熱泵的熱管理系統(tǒng)更加節(jié)能、高效。

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(編輯 陳燦華)

Thermal management system of electric vehicle based on heat pump

YANG Xiaolong1, MA Zihui1, YANG Lin2, REN Guofeng2, XIA Binbin2

(1. State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body,Hunan University, Changsha 410006, China;2. Institute of Automotive Electronic Technology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 201100, China)

For most current electric vehicles (EV), the thermal management of refrigeration, heating, battery and motor are separated and not effectively integrated. An integrated thermal management system which considers the whole EV as one was proposed based on heat pump technology. It cools battery in refrigeration mode and uses the waste heat of motor in vehicle heating mode. One real electric car was chosen as prototype. A simulation model of the prototype thermal system was set up and its performance was analyzed based on experiment data. The results show that the integrated vehicle thermal management system can provide a good thermal environment for the cabin, motor and battery. Specially for heating mode in winter, when equipped with heat pump, the power consumption of EV reduces by 16.4%, and the driving range increases by 18.3% compared to the positive temperature coefficient(PTC) heater.

battery electric vehicle; vehicle thermal management system; heat pump; power consumption; driving range

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.08.042

TK1

A

1672?7207(2016)08?2855?09

2015?08?26；

2015?10?22

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAG03B01)(Project(2013BAG03B01) supported by the National Science and Technology Support Program)

楊林，博士，從事汽車(chē)電子控制研究；E-mail：yanglin@sjtu.edu.cn