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应用于北汽福田等客车厂整车的新能源汽车低温变频热泵空调系统

发布时间:2019-05-08 22:25 类别:客车厂

  一、开辟布景2009年1月国度财务部、发改委等配合启动新能源汽车“十城千辆”的示范推广工作,新能源汽车的研发和使用得以飞速地成长。2012年共推广使用1.7万辆,2013-2014年推广使用10.1万

  一、开辟布景

  2009年1月国度财务部、发改委等配合启动新能源汽车“十城千辆”的示范推广工作,新能源汽车的研发和使用得以飞速地成长。

  2012年共推广使用1.7万辆,2013-2014年推广使用10.1万辆,2015年跃升至37.9万辆,2016年出产51.7万辆,持续两年产销量居世界第一,累计推广跨越100万辆,占全球市场保有量50%以上。

  在新能源汽车销量的构成中,纯电动乘用车和纯电动客车的占比别离为50.7%和22.8%,纯电动汽车无疑是新能源汽车产销的主力军。空调系统是电动汽车动力电池的耗损大户。

  研究表白:在冬季,采用PTC制热的电动汽车空调会导致续航里程衰减达50%,极大地障碍了电动汽车在北方低温情况下的使用。

  为了进一步提拔电动汽车空调的能效,提高电动汽车续航里程,高效节能的热泵手艺应运而生。

  国表里厂商纷纷动手开辟车用热泵系统,部门领先者已实现量产。

  然而受手艺限制,当前热泵产物的工作温度凡是在℃附近,即便在近年量产的宝马i3车型上,利用热泵的最低情况温度也只能达到-5℃。因而,必需研能够在低温情况下(-20℃)利用的、高能效比的低温热泵空调。

  低温热泵系统的使用具有诸多手艺瓶颈:

  1、系统机能衰减问题,低温下,热泵系统会呈现能力不足、无法一般运转等现象,现有手艺无法处理,需要另辟门路。

  2、室外换热器结霜问题,汽车空调内常用的平行流换热器的防结霜机能很差,极易呈现冰堵,目前业内尚无无效处理方案。

  3、若何实现整车热能分析操纵确保能效最大化。

  这三个问题是业内公认的手艺瓶颈,亟待处理。

  二、功效立异点及处理的难点问题

  针对上述具有的手艺问题,项目开展响应工作,包罗系统构架优化,低温热泵公用压缩机开辟、防冰堵换热器开辟、外置油分热泵系统开辟及整车分析热办理手艺等。

  1)开辟了三换热器系统架构,无效处理了低温运转情况下除雾问题;针对客车低温热泵空调系统,优化了系统布局,使得系统中换热器在制冷、制热工况下均能实现逆流换热,提高了系统效率。

  图1 热泵空调系统布局形式

  项目先后开辟了三代乘用车热泵空调系统,第三代低温热泵系统可实现-20℃极低温情况启动下系同一般工作,冷启动时30分钟内乘客舱内部情况温度可上升到20℃。系统采用水路轮回传导热量,降低了运转噪声,包管系统除霜时也可持续供热,提高了乘客的舒服性。

  换热器的系统布局能够实现乘客舱回风除雾(先制冷后制热),降低了制热负荷,避免了两换热器系统在除霜/除雾模式与制热模式切换时发生的“闪发凝雾”现象,提高了驾驶的平安性。

  此外,第三代补气增焓低温热泵系统能够在水路轮回上安装辅助PTC加热器,避免HVAC的从头设想,降低了开辟成本。

  经实车路试验证,该乘用车低温热泵系统在冬季运转时可维持乘客舱内接近20℃,整车续航里程相对原车提拔25%,大大改善了车辆冬季运转环境。

  2)针对乘用车低温热泵空调系统,项目开辟了特有的涡旋压缩机,优化了压缩机补气布局,使得系统在-20℃工况下的机能提拔27.1%;针对客车低温热泵空调系统,项目开辟了补气增焓压缩机,使得-20℃下系统能效比提拔34%,制热能力提拔43.5%;在此根本之上,进一步开辟了公用大排量压缩机,使得系统制热能效比进一步提拔20.2%,制热能力提拔84.6%。

  3)研发了5mm小管径换热器,处理了乘用车低温热泵空调系统换热器冰堵问题;且其分量与划一面积的全铝微通道平行流换热器接近,换热能力更优;在客车低温热泵空调系统中,对室外换热器的分液进行了优化,由集流管分液优化为公用分液器分液,无效的处理了低温制热环境下分液不均、换热器结霜的问题。

  在车用热泵系统开辟中,最大的挑战在于室外换热器的结霜问题。在情况温度低于℃且小于湿空气露点温度时,换热器概况在短时间内就会被霜层堵塞,出格是对于目前在乘用车上普遍使用的微通道平行流换热器,因为其百叶窗翅片间距较小,化霜后水分不易流出,再次冷却时易结成冰,发生“冰堵”现象,将完全堵塞空气畅通,使热泵系统无法工作。

  目前量产的BMWi3的热泵系统亦无法冲破该手艺瓶颈,在情况温度-5℃以下就无法一般工作。本项目中立异性地采用了小管径铜管铝翅片布局的室外换热器,无效处理了上述微通道换热器在热泵模式下容易结霜的问题,实现了热泵系统在低温情况下的长时间工作。

  同时,通过管路排布、制冷剂分派器优化来改善换热器机能,使产物的分量、换热能力达到与微通道换热器相当的程度。

  4)采用外置油分手器的热泵系统开辟,处理了低温变频压缩机的回油问题,无效提拔了系统运转的靠得住性。在低温工况下,压缩机润滑油粘度变大,比拟常温工况下更容易滞留在系统中。

  润滑油回油坚苦会导致两方面问题:一方面压缩机因为缺乏润滑油而导致润滑变差,会使压缩机摩擦丧失添加,效率降低、寿命缩短;另一方面,滞留在系统中的润滑油极易逗留在蒸发器中,添加制冷剂和管道之间的热阻,使得换热器机能变差,进一步降低系统机能。

  为处理低温工况下压缩机的回油问题,我们在原有压缩机排气管上添加一个油分手器,确保润滑油能够快速回到压缩机。

  5)开辟了整车空调、电池、电机热办理集成节制系统,可无效操纵电池、电机热源,实现热资本合理操纵,以提拔整车热操纵效率,改善新能源车续航能力。

  三、手艺程度

  当前,国表里同业同类手艺研发环境如下表1和表2所示。

  在研究方面,目前国表里也集中在低温热泵方面,但多集中于理论探究,还未见具体卸车路测。

  表1国外处置相关研究的次要机构

  在贸易化产物方面,目前国内暂无已使用热泵产物;国外已搭载热泵系统的车型如下图所示。由表3中能够看出,目前国外厂商的产物多使用与℃摆布的情况中。温度更低时,受热泵系统机能限制,将会转换为PTC加热。

  表2近几年国外主机厂的热泵空调车型

  从国表里研究现状对比能够看出,本项目所告竣的项目方针处在国际先辈程度;其合作力属于国内前沿。

  项目焦点手艺新能源乘用车低温变频热泵空调系统及新能源客车低温变频热泵空调系统于2017年3月经中国科学院上海科技查新征询核心,认为目前国表里公开文献中未见与该项目手艺特点完全不异的手艺公开,该项目具有新鲜性。经检索,项目分析手艺达到了国际先辈程度。

  焦点产物经合肥通用机电产物检测院无限公司检测,系统制冷能效比EER达到2.64;10℃下系统制热能效比COP1.66;-15℃系统制热能效比1.4。

  2017年3月,中国制冷空调工业协会在上海组织召开了“新能源汽车低温变频热泵空调系统环节手艺开辟与使用”项目手艺功效判定会。判定委员会听取了项目研发工作总结、科技查新等演讲,参观了现场并核阅了相关手艺材料,经会商认为项目合适国度财产政策。项目研究功效达到国际先辈程度,分歧同意通过判定。

  四、社会经济效益

  新能源客车热泵空调系统已在比亚迪汽车、金龙客车、北汽福田等国内出名大型客车厂整车中获得使用,遭到了北京、济南、上海、石家庄等公交集团客户的承认。

  近三年累计实现销量46535台,发卖额181174.5万元,利润54352.4万元,税收9058.7万元。预期2017年将实现发卖100000万元。

  本项目所推广的电动客车热泵空调系统可发生庞大的节能效应,为企业削减大量电费开支,从而发生间接经济效益。以北汽福田电动客车为例,近三年累计发卖跨越4800台热泵型空调,用以代替原车PTC加热器。

  以12米长客车为例,其配备PTC加热器功率凡是为16kW;北京冬季时长共计3个月,每日电动大巴运营8小时,则其整个冬季在取暖方面将花费5.53×107kWh的电能。取热泵空调系统制热时平均能效比为2,则其一年可节流电能2.76×107kWh.取工业谷电电费为0.37元/kWh,则可节流电能约102万元。该部门节流的电能还将削减大量二氧化碳排放。

  按照2014年国度发改委发布的华北地域电网基准线排放因子计较,每kWh电能将形成0.799kg二氧化碳排放。则本项目所发生二氧化碳减排量可达2.2万吨,减排结果十分较着。

  项目焦点内容填补了新能源电动汽车低温热泵空调系统相关手艺的空白,推广了新能源节能手艺,使得新能源电动客车能够在北方地域利用,极大的提高了新能源客车的使用范畴。

  项目手艺功效财产化无力鞭策新能源汽车空调范畴的手艺成长,间接提拔整车的市场所作力,具有严重社会效益和间接经济效益。

  节能与新能源汽车年鉴_供稿:上海加冷松芝

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