純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)性能研究

【摘要】：由于純電動(dòng)汽車無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻熱源用于冬季車內(nèi)供熱,開(kāi)發(fā)冷暖兩用的熱泵型空調(diào)系統(tǒng),已成為當(dāng)前純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本文基于準(zhǔn)雙級(jí)壓縮循環(huán)原理,結(jié)合工質(zhì)R134a的低溫特性和系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng),解決了R134a熱泵空調(diào)系統(tǒng)低溫環(huán)境工況下高效可靠供熱運(yùn)行技術(shù),為開(kāi)發(fā)適合純電動(dòng)汽車的高效熱泵空調(diào)系統(tǒng)提供了可行的技術(shù)方法。研究成果包括以下幾個(gè)方面:(1)建立了純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。包含混氣型渦旋式電動(dòng)壓縮機(jī)、車外換熱器(冷凝器)、車內(nèi)換熱器(蒸發(fā)器)、電子膨脹閥、混氣換熱器(中間換熱器)以及循環(huán)工質(zhì)R134a熱物性參數(shù)數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)部件之間的耦合性能,形成預(yù)測(cè)該系統(tǒng)性能的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。模擬分析了車外環(huán)境溫度、混氣比率等因素對(duì)純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,二者變化趨勢(shì)相同,吻合較好。(2)設(shè)計(jì)了純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)行工況和實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)中壓補(bǔ)氣和低壓混氣兩種熱泵供熱循環(huán)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)不同工況下對(duì)電動(dòng)汽車制冷、制熱、車外換熱器除霜等多種基本工作模式,通過(guò)壓縮機(jī)降溫增效混氣系統(tǒng)和輔助電加熱器使該系統(tǒng)能夠在室外-20℃超低溫環(huán)境溫度下高效穩(wěn)定地進(jìn)行制熱循環(huán)。(3)設(shè)計(jì)并搭建了純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別完成了電動(dòng)汽車制冷、普通制熱、低溫制熱和車外換熱器除霜等基本工作模式下系統(tǒng)的性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:低溫工況下壓縮機(jī)排氣溫度顯著降低,當(dāng)車外環(huán)境溫度為-20℃時(shí)仍正常運(yùn)行,壓縮機(jī)排氣溫度可有效控制在80℃以下,解決了非混氣熱泵循環(huán)排氣溫度過(guò)高無(wú)法正常工作的情況;系統(tǒng)制熱量明顯提升,在車外環(huán)境溫度為10℃時(shí),非混氣熱泵空調(diào)系統(tǒng)制熱量為4200W左右,混氣型低溫?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng)制熱量在5300W左右,制熱量提高了20%以上;系統(tǒng)低溫工況運(yùn)行效率較高,在車外環(huán)境溫度為-20℃時(shí),系統(tǒng)COP達(dá)1.5左右,高于電加熱供熱、熱電半導(dǎo)體供熱等其他供熱方式。(4)提出了提溫增焓逆循環(huán)快速融霜技術(shù)方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究,在0℃至-20℃的環(huán)境溫度下,利用該快速融霜技術(shù)方法可在50~100秒時(shí)間內(nèi)完成車外換熱器的完全融霜,實(shí)現(xiàn)了快速融霜。(5)依據(jù)模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)純電動(dòng)汽車車載低溫?zé)岜每照{(diào)系統(tǒng),在大型人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)的車載性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該車載系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況、標(biāo)準(zhǔn)制熱工況、低溫制熱工況下均表現(xiàn)出良好的系統(tǒng)性能,并通過(guò)壓縮機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速控制和PTC(正溫度系數(shù)的熱敏電阻)輔助熱源保證了系統(tǒng)在高溫和低溫環(huán)境溫度下車內(nèi)溫度維持在舒適范圍,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)高效節(jié)能與可靠運(yùn)行的統(tǒng)一。 【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)汽車 熱泵 空調(diào)系統(tǒng) 節(jié)能 研究
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U469.72;U463.851
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 主要符號(hào)表8-13
• 1 緒論13-23
• 1.1 研究背景和意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)研究及發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容20-23
• 2 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)分析23-33
• 2.1 系統(tǒng)低溫制熱循環(huán)突出關(guān)鍵影響因素分析23-24
• 2.2 系統(tǒng)低溫制熱循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)方法24-28
• 2.2.1 電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)中壓補(bǔ)氣增焓與低壓混氣增效技術(shù)25-27
• 2.2.2 低流阻平行流微通道換熱器結(jié)構(gòu)與流程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)27-28
• 2.2.3 提溫增焓逆循環(huán)快速融霜技術(shù)28
• 2.3 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)工作原理及理論分析28-30
• 2.3.1 系統(tǒng)組成28-29
• 2.3.2 系統(tǒng)工作原理29
• 2.3.3 系統(tǒng)理論分析29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-33
• 3 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)模擬33-69
• 3.1 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)部件模型33-51
• 3.1.1 壓縮機(jī)數(shù)學(xué)模型33-37
• 3.1.2 冷凝器數(shù)學(xué)模型37-44
• 3.1.3 電子膨脹閥數(shù)學(xué)模型44-45
• 3.1.4 蒸發(fā)器數(shù)學(xué)模型45-50
• 3.1.5 中間換熱器數(shù)學(xué)模型50-51
• 3.2 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)工質(zhì)熱物性參數(shù)模型51-60
• 3.2.1 制冷劑熱物性參數(shù)數(shù)學(xué)模型51-58
• 3.2.2 濕空氣熱物性參數(shù)數(shù)學(xué)模型58-60
• 3.3 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)模型60-62
• 3.4 計(jì)算結(jié)果與分析62-67
• 3.4.1 制冷系統(tǒng)性能模擬分析63-64
• 3.4.2 非混氣型熱泵空調(diào)系統(tǒng)性能模擬分析64-65
• 3.4.3 低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)性能模擬分析65-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 4 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)構(gòu)建69-85
• 4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)69-74
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>69
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)69-74
• 4.2 實(shí)驗(yàn)條件及測(cè)量裝置74-78
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)78-79
• 4.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理79-81
• 4.5 誤差分析81-83
• 4.6 本章小結(jié)83-85
• 5 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)與分析85-111
• 5.1 制冷循環(huán)性能實(shí)驗(yàn)85-87
• 5.1.1 車內(nèi)風(fēng)機(jī)送風(fēng)量對(duì)系統(tǒng)性能的影響85-86
• 5.1.2 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)性能的影響86-87
• 5.2 低壓混氣增效系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)87-93
• 5.2.1 車外環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響87-89
• 5.2.2 混氣比率對(duì)系統(tǒng)性能的影響89-92
• 5.2.3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)性能的影響92-93
• 5.3 中壓補(bǔ)氣增焓系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)93-97
• 5.3.1 車外環(huán)境溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響94-95
• 5.3.2 混氣比率對(duì)系統(tǒng)性能的影響95-96
• 5.3.3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)系統(tǒng)性能的影響96-97
• 5.4 車外平行流微通道換熱器結(jié)霜與融霜性能實(shí)驗(yàn)97-107
• 5.4.1 車外平行流微通道換熱器結(jié)霜性能實(shí)驗(yàn)97-104
• 5.4.2 車外平行流微通道換熱器融霜性能實(shí)驗(yàn)104-107
• 5.5 計(jì)算模型驗(yàn)證107-110
• 5.6 本章小結(jié)110-111
• 6 純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)車載系統(tǒng)開(kāi)發(fā)111-123
• 6.1 車載系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案111-113
• 6.1.1 車載系統(tǒng)優(yōu)化111
• 6.1.2 車載系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境及控制設(shè)備111-113
• 6.1.3 車載系統(tǒng)控制方案113
• 6.2 車載系統(tǒng)測(cè)試方案及數(shù)據(jù)處理113-115
• 6.2.1 車載系統(tǒng)制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)方案114
• 6.2.2 車載系統(tǒng)制熱循環(huán)及車外換熱器融霜實(shí)驗(yàn)方案114
• 6.2.3 車載系統(tǒng)前擋風(fēng)玻璃除霜及除霧實(shí)驗(yàn)方案114-115
• 6.2.4 車載系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理115
• 6.3 車載系統(tǒng)制冷循環(huán)性能實(shí)驗(yàn)115-117
• 6.4 車載系統(tǒng)制熱循環(huán)性能實(shí)驗(yàn)117-120
• 6.5 車載系統(tǒng)車外換熱器自動(dòng)融霜測(cè)試120-121
• 6.6 車載系統(tǒng)前擋風(fēng)玻璃除霜與除霧效果測(cè)試121-122
• 6.7 本章小結(jié)122-123
• 7 結(jié)論與展望123-127
• 7.1 結(jié)論123-125
• 7.2 研究展望125-127
• 致謝127-129
• 參考文獻(xiàn)129-135
• 博士期間發(fā)表的論文及參與的科研工作135-136

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改進(jìn)空冷系統(tǒng)對(duì)熱泵型分體式柜機(jī)性能的影響    余曉明;邵乃宇;徐亮;

適合寒冷地區(qū)使用的熱泵型柜式空調(diào)機(jī)    周啟瑾;

蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組性能評(píng)價(jià)方法探討    鐘瑜;張秀平;賈磊;

熱泵型烤房的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)    孫曉軍;杜傳印;孫其勇;

家用空調(diào)選購(gòu)常識(shí)    徐勤

空調(diào)不制熱 八成原因?yàn)橛脩羰褂貌划?dāng)    空維

“模塊化風(fēng)冷熱泵型”冷水機(jī)組在春蘭問(wèn)世    沈偉剛

怎樣選擇熱泵空調(diào)器類型？    

純電動(dòng)汽車用低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)性能研究    李海軍

電動(dòng)汽車低溫?zé)岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究與分析    殷海艷

單機(jī)二級(jí)滾動(dòng)活塞壓縮機(jī)熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究    劉琦

二氧化碳熱泵雙毛細(xì)管組合節(jié)流特性及系統(tǒng)熱力性能研究    熊濤