摘要：为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能，本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台，实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10～0℃的低温工况下的制热性能，分析了压缩机转速(～r/min)、HVAC总成进风量(～m3/h)和环境温度对该热泵系统性能的影响，最后通过推导公式，估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明：随着压缩机转速的增加，压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加，而COP下降；当保持压缩机转速和环境温度不变时，HVAC总成进风量从m3/h增至m3/h，制热量增加约13.3%～26.0%，COP增加约0.03～0.80；在其他条件不变时，当环境温度从-10℃升至0℃，热泵空调系统的制热量增加约60.9%～71.0%，COP增加约0.51～0.63；通过公式进行计算，当环境温度为-10～0℃时，在达到相同制热量条件下，热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%～20.8%。

近年来，电动汽车的销量在全球范围内逐渐增加，但其销量仍不到新车总销量的1%。根据目前市场上电动汽车的表现，可靠性和行驶里程是两个主要问题。汽车空调作为保障成员舒适性及安全驾驶的必要设备，目前已经得到广泛的普及。作为汽车中能耗最大的辅助设备，空调的开启会对电动汽车的续航里程造成极大的影响。电动汽车采用PTC(positivetemperaturecoefficient，正温度系数)加热器制热，具有改造简单、可靠性高的优势。但在冬季使用PTC取暖将会使得续航里程下降20.1%～56.4%，而使用热泵将明显增加续航里程，当热泵效率达到1.7时，续航里程增加7.4%～13.2%，因此在电动汽车上采用热泵系统成为研究与应用的热点。

电动汽车的热泵空调系统主要用于制冷、供暖、通风、挡风玻璃的除霜、除雾和车外换热器除霜等。在不同环境温度下，使用热泵替代PTC，可节省17%～52%的能耗。李丽等设计了一款蒸气压缩式热泵空调系统用于电动汽车，通过四通阀的转换来实现制冷和制热模式的切换，分别在环境温度为35℃和-15℃下进行了实验测试，测得系统的制冷量和制热量分别为2.95kW和2.63kW。QinFei等设计了一款三换热器蒸气压缩式热泵系统，研究了其在低温环境下的制热性能表现。基于车内挡风玻璃水汽凝结除雾的需求，在全新风和-20、-15、-10℃三种低温工况条件下进行了测试，结果表明，在环境温度-20℃工况下，COP最高超过了1.7。

电动汽车上应用热泵系统具有一定的优势，越来越多的学者对影响电动汽车热泵系统性能的因素进行了研究。J.M.SaizJabardo等研究了工质充注量对Ra空调系统的流量、换热量和COP的影响，指出系统存在最佳的工质充注量。TianChangqing等通过建立稳态数学模型，研究了压缩机转速、环境温度和进风量对Ra热泵空调系统的性能影响，结果表明较高的压缩机转速、较高的环境温度和较大的进风量能更好的发挥热泵的性能。张耘等研究了Ra/R32混合制冷剂对电动汽车空调系统制热性能的影响,结果表明,相对于Ra系统,混合制冷剂空调系统制热量增加约14.0%～17.1%,COP提升4.3%～14.0%。武卫东等研究了压缩机转速对电动汽车热泵空调的制冷性能的影响，结果表明较，高转速虽然能达到较快降温的效果，但不利于整体能效的提高。华若秋等研究了EXV开度对纯电动汽车热泵空调性能的影响，结果表明，冷凝器出口过冷度较大时,通过改变EXV开度可有效调节热泵出风温度,且在开度较小时增大EXV开度有利于获得较高的COP。

综上所述，电动汽车使用热泵空调系统相比于PTC加热器具有提高续航里程的优势，但热泵空调系统的制热性能受到多种因素影响，因此本文通过实验研究了压缩机转速、HVAC总成进风量以及环境温度对热泵系统性能的具体影响，并对电动汽车开启空调系统后的续航里程进行了估算，对热泵空调系统相比于PTC加热器对于电动汽车续航里程的影响进行具体分析。

本文设计的热泵系统为三换热器热泵系统，包括一个电动涡旋压缩机、三个微通道换热器、一个电子膨胀阀、一个带截止功能的热力膨胀阀、一个气液分离器、两个电磁阀和两个质量流量计。各部件的具体参数如表1所示。该系统实验在汽车空调焓差室中进行，焓差室由室内和室外两部分构成，通过独立的环境控制系统来控制室内换热器和室外换热器的入口参数。系统原理如图1所示，系统具有冷却和加热的基本功能，通过切换两个电磁阀(SV1和SV2)的通断来改变制冷剂流向，调整电子膨胀阀(EXV)与热力膨胀阀(TXV)状态来保证制冷制热回路的正常工作。在制冷模式时，打开SV1，关闭SV2。制冷剂从压缩机进入室外换热器，再通过TXV进入室内蒸发器。热空气在室内蒸发器中被冷却，被冷却后的气体流向乘员舱内，达到冷却乘员舱的目的。在制热模式时，打开SV2，关闭SV1，同时，完全关闭TXV。制冷剂从压缩机排出后进入室内冷凝器，冷空气通过室内冷凝器表面与高温制冷剂完成换热，形成一个温暖的客舱。然后制冷剂通过质量流量计m2、EXV、室外换热器和气液分离器，再返回压缩机。该系统中仍然使用Ra作为制冷剂。

表1系统部件规格

Tab.1Specificationofsystem

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