电动汽车空调系统设计与匹配

发布时间：2024-09-02

２０１１年第１０期农业装备与车辆工程

Ｎｏ．１０２０１１

（总第２４３期）

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（Ｔ０“ｌｙ２４３）

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉ辐ｎ．１６７３—３１４２．２０１１．１０．０１０

电动汽车空调系统设计与匹配

宋长森

（北京理工大学珠海学院，广东珠海５１９０８５）

摘要：与传统空调相比．电动空调具有较好的节能效果。对空调系统制冷负荷与参数匹配计算流程进行了

研究，制冷量、电动压缩机功率、排量进行精确计算，并且合理匹配，有效地减少能量消耗，提高电动汽车的续驶里程。

关键词：参数设计；匹配；节能中图分类号：Ｕ４６９．７２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１６７３—３１４２（２叭１）１０—００３３－０３

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Ｏ引言

表１设计条件

传统汽车的空调系统都是由发动机驱动，汽车的燃油经济性受到很大的影响，一般情况下，开空调与不开空调汽车百公里油耗将会增加ｌ～２Ｌ。随着电动汽车的发展，内燃机将会被电动机取代，传统的空调在电动汽车上无法使用，空调系统又是汽车必不可少的重要组成部分，汽车电动空调的研究与开发势在必行。经过计算分析，与传统空调相比．电动空调具更较好的节能效果【ＩＩ。

２传热系数与综合温度计算

１

设计参数

２．１

车体不透明结构传热系数

轿车结构尺寸，３９１６×１６５０×１４６５，夏季车内舒

由于车体各部分的结构和材料不同，导致传热

适温度为２７℃，冬季温度为１６℃，车内外温差为系数也不相同。为更准确计算空调系统冷热负荷，８℃，车速４０ｋＩｌｌ／ｍ，相对湿度为５０％，人均新鲜空对车体的传热系数进行了分别计算。公式如下：

气量１１ｍ弧。水平和垂直的天空散辐射强度分别为Ｊｐ，ｓ＝４６Ｗ，ｍ２和Ｊｃ，ｓ＝２３Ｗ，ｍ羽。透明（玻璃）总面积３．１９ｍｚ。不透明结构总面积６．９７ｍ２，驾驶室ｋ工哥

‰

Ａｉ翰

内部容积３．１ｍ３。设计条件见表ｌ。

式中砧一车身外表面与空气的对流换热系数，

‰＝１．１６３（４＋１２Ｖ＂２）＝５１．２ｗ（，ｍ２Ｋ）；ｎ，Ｉ——车内

表面与空气的对流换热系数，％＝２９ｗ（，ｍ２Ｋ）；

收稿日期：２０１ｌ－０６．伪

∑趴广一构成车身壁厚各层的导热热阻之和（ａ

作者简介：宋长森（１９６８一）。男。工程师，主要研究方向：电动汽车控制与能源管理。

为车体隔热层的厚度，Ａ广一车体隔热层的导热

系数），车顶、车底和侧围分别１一的钢板和

万方数据

２０１１年第１０期

农业装备与车辆。ｔ程

８ｍｍ、３ｍｍ、６咖的钢板和内装饰板的传热系数分

别为４８．１５Ｗ，（ｍ２Ｋ）和ｏ．０４ｗ（，ｍ２Ｋ）。

计算结果Ｋ顶＝３．９４Ｗ（／ｍ２Ｋ），Ｋ侧＝４．８９Ｗ（，

ｍ２Ｋ），Ｋ底＝７．７５Ｗ（／ｍ２Ｋ）。２．２玻璃对流传热系数

玻璃的传热系数Ａ庐０．７５４ｗ（／ｍ２Ｋ），厚度８＝５ｍｍ，玻璃对太阳辐射的吸收系数ｐｃ＿０．０８，车内空气平均流速ｙＦ２．５ＩＩｌ，ｓ；

玻璃内表面换热系数为网：前窗喁Ｆ１９．７Ｗ（，ｍ２

Ｋ），侧窗吗Ｆ２０．９Ｗ（／ｍ２Ｋ），后窗珥ｌ＿１９．７Ｗ（／ｍ２Ｋ）

当汽车以Ｖ＝４０ｋｍ，Ｉｌ＝１１．１Ｈｌ／ｓ运行时，玻璃外表面换热系数为：前窗‰＝２６Ｗ（／ｍ２Ｋ），侧窗‰＝

４９ｗ（／ｍ２Ｋ），后窗舻３２Ｗ（，ｍ２Ｋ）。

计算结果：Ｋ前玻＝１０．４３Ｗ（，ｍ２Ｋ），Ｋ侧玻＝

４．８９Ｗ（，ｍ２Ｋ），Ｋ后玻＝７．７５Ｗ（，ｍ２Ｋ）２．３玻璃辐射

汽车中午时间向正南方向行驶，前窗为朝阳面．Ｉ＝６８８ｗ，ｍ２。左右侧窗按Ｉ＝５５０ｗ／ｍ２，后窗按Ｉ＝

１８２Ｗ／ｍ划。表达式为：

Ｑ辐射＝（叼｛ｐｃ（ｂ／‰）．，Ｃ

取叼＝ｏ．８５；卜遮阳修正系数，取ｃ＝ｏ．９３；．卜一

式中ｒ太阳辐射通过玻璃的透人系数，一般车窗的太阳辐射量，单位为ｗ，侧窗仁５５０×１．５２＝８３６ｗ，前窗扣６８８×１．１２＝７７０．５６Ｗ，后窗扛１８２×

０．５５＝１００．１Ｗ。

２．４车外综合空气温度

进行空渊制冷负荷计算时．一般认为车外温度和太阳辐射共同作用。

水平面上，Ｚ文，ｚ“，ｓ＝８４３＋４６＝８８９Ｗ，ｍ２；

垂直面上，Ｊ『ｃ＝上，ｚ＋上，ｓ＝１３８＋２３＝１６１Ｗ，ｍ２；计算结果：坛项＝４７．１２℃；如侧＝３７．８℃；坛底＝３７℃。

３制冷、制热负荷计算

３．１

制冷负荷计算

夏季车外温度高于车内，热量会通过车身、车窗、漏风等传人车内，及人体和设备释放的热量等。夏季车身热平衡表达式：

Ｑ冷＝Ｑ车身＋Ｑ玻辐射＋Ｑ玻对流＋Ｑ漏风＋Ｑ人体＋Ｑ电器Ｑ车身＝Ｑ顶＋Ｑ侧＋Ｑ底＋Ｑ后＝４５８．１５（１即

Ｑ玻辐射＝Ｑ前辐射＋Ｑ左右辐射＋Ｑ后辐射＝ｌ５０９．２２（Ｗ）

Ｑ玻对流＝Ｑ前＋Ｑ侧＋Ｑ后＝１８７．０１（聊

Ｑ漏风＝２００（Ｗ）

Ｑ人体＝１１６Ｎ＝１００×５＝５８０（Ｗ），Ｑ电器一１００（即

一３４一

万方数据

Ｑ冷＝３０３４．３８（Ｗ）

Ｑ总＝ａＱ冷＝１．１×３０３４．３８＝３３３７．８ｌ（１即３．２制热负荷计算

冬季车外温度低于车内，热量会通过车身、车窗等传到车外。忽略人体、电器散发热量，冬季车身热平衡表达式：

Ｑ热＝Ｑ车身＋Ｑ漏风＋Ｑ玻对漉

Ｑ车身＝Ｑ顶＋Ｑ侧＋Ｑ底＋Ｑ后＝一１４６２．３８（聊Ｑ玻对漉＝Ｑ翦＋Ｑ侧＋Ｑ后＝一９３５．０７（聊

Ｑ漏风＝一２００（１叨

Ｑ热＝Ｑ车身＋Ｑ玻对流＋Ｑ新＝一２５９７．４３（Ｗ）Ｑ总＝ａＱ热＝１．１×（一２５９７．４４）＝一２８５７．１８（Ｗ）电动空调采暖和除霜采用ＰＴＣ电加热，ＰＩ＇Ｃ

能根据车内温度、风量自动调节发热量，制热负荷小于制冷负荷。只需根据需要选择适合的产品即可。因此，本文不对其进行参数匹配。

４系统参数匹配

汽车空调系统的参数匹配主要是在汽车动力配置方案允许的条件下，由前面计算得到的空调制冷负荷．结合热力循环图．计算电动压缩机功率、冷凝器换热量等空调制冷系统匹配参数。４．１热力循环阁

空调制冷热力循环主要由下列四个过程组成：压缩过程用线段１—２表示；冷凝过程用线段２—３－４表示：节流膨胀过程用线段４—５表示；蒸发过程用线段５—０表示。如图ｌ所示。

图１

空调制冷过程压一焓图

４．２热力循环工况与状态参数

参考传统空调设计，结合电动空调实际情况，制冷剂为Ｒ１３４ａ，冷凝温度６２℃，蒸发温度一１℃，过冷温度０℃，过热温度１０℃。系统的等熵效率为：

叼Ｆ丁ｙ瓦＋６，ｏ＝（一ｌ＋２７３）／（６２＋２７３）＋０．００２５串（一１）

＝０．８ｌ

通过制冷剂热力循环压焓图计算出各丁况点参数值。状态参数见表２。

宋长森：电动汽车空调系统设计与匹配

表２制冷循环各工况点参数嘲

／１ｋＷ

２０１１年ｌＯ月

表３空调系统匹配参数

／ｒ／ｒ正ｎ

／ｋⅫ／ｎｍｒ

脚

４．３系统计算与匹配

根据汽车空调工况以及各工况点参数计算所需压缩机以及热交换器的一些基本参数．计算过

程如下：

５结论

电机功率、冷凝器热负荷与压缩机转速无关，压缩机排量随压缩机转速增大而减小：部件选型

单位制冷量：ｇ庐＾０－＾４＿１０６．０４（１ｄ几ｇ）单位冷凝量：ｇ‘＝＾２＿＾４－ｌ６４．３８（ｋＪ／ｌ【曲制冷剂循环量：Ｇ吐Ｑ，ｇ庐３１．４８

冷凝器热负荷：Ｑ‘＝ＧｇＩ＝５１７４．６８（Ｗ）单位压缩功：形＝＾２一＾。＝４９．０８（ｋＪ，ｋｇ）压缩机压缩功：＾ｋ形Ｃ＝１５４５．０３（ｋＪ）压缩机轴功率：Ｍ＝＾恂庐２２０７．１８（聊

电机功率２．５ｋＷ，压缩机排量５７Ｉｌ浙，冷凝器热负

荷５．５ｋＷ，蒸发器热负荷３．９ｋＷ；实车试验，制冷效果良好；电动空调高效节能，仅占总功率３％左右，电动空调是汽车空调系统的最终选择。

参考文献

【１】闵海涛，等．基于ＡＤＶＩＳＯＲ的电动空调仿真模块开发及性能

仿真ｆＪｌ＿；气车工程，２０１０（４）．

【２】方贵银，李辉．汽车空调技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００２．【３】昊庆，戴细安．微型汽车空调制冷量的简化计算Ⅲ．装备制造

技术．２００６（４）．

【４】阙雄才，陈江平．汽车空调实用技术【Ｍ】．北京：机械工业出版社，

２００３．

制冷系数（ＣＯＰ）：占＝ＬＱ以＝１．９４

压缩机排量：

ｙ。：笪业墼

ｎ＾ｇｏ

其中Ａ——输气系数，一般取０．８＿０．９５；移。——压缩机吸气口处制冷剂蒸汽比体积；ｎ——压缩机转速。

根据上式。可以计算出满足该热力循环的电动压缩机、冷凝器的性能参数（见表３）。

【５】王晓丹．纯电动客车空调系统参数匹配与设计研究【Ｄ】．长春：

吉林大学．２００９．

【６】曹中义．电动汽车电动空调系统分析研究【Ｄ】．武汉：武汉理工

大学。２００８．

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一３５—

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