汽车常识（三十八）：详解汽车的热泵技术

2023-08-27 03:39:26 来源：个人图书馆-xingqingzl 小 中

当冬季行驶打开基于电加热的空调制热功能时，几乎一半的电量都用于制热，而仅剩一半的电量用于行驶。使用热泵系统制热则行驶里程大幅提升。

(相关资料图)

如下图所示：空调压缩机将高温高压制冷剂气体压入冷凝器，制冷气体从冷凝器流入热力膨胀阀，从热力膨胀阀流出来以后，制冷剂温度会降低一些，然后再流入左边的冷凝器。这两个冷凝器负责给车内加热，使用两个冷凝器可以实现两次加热，使加热效果更好。然后制冷剂会流入下一个热力膨胀阀，从这个热力膨胀阀出来后，制冷剂流入蒸发器，蒸发器中的制冷剂温度低于周围空气温度，制冷剂就会吸收周围空气的热量气化，然后低温低压制冷剂气体再流回压缩机。如此循环往复实现给车内加热。

在这种模式下，制冷剂既流向蒸发器，又流向热交换器，从空气和冷却液中同时吸收热量。相当于将空气和冷却液两种吸热方式串联起来。

车辆运行时，控制单元会根据环境温度，选择不同的工作模式。

上面介绍了热泵空调制热的原理，制冷则与制热相反，不过原理相同，就不再赘述。

氢氟碳化物（HFCs）：HFCs 是目前最常用的制冷剂之一，例如R-410A和R-32。虽然 HFCs 不会破坏臭氧层，但它们属于温室气体，其全球变暖潜势较高。因此，HFCs 在温室气体减排方面仍然存在一定的环保问题。

所以，到目前为止，热泵还难以做到绝对意义上的环保。

07 热泵系统目前的技术难点

目前，新能源汽车热管理系统仍亟需解决热泵系统应用的技术难点如下：

1.热泵系统需要针对不同应用场景进一步优化与简化。热泵技术的应用也在和电池能量密度有强相关性，每kWh电池成本下降速度与热泵每kW成本下降速度在进行比赛，也决定了热泵技术的应用推广速度和深度。目前提出的热泵系统回路控制元件仍显较多，系统控制仍较复杂，系统可靠性不高。

2.电动零部件集成化和模块化需进一步提高。如电子膨胀阀和电池冷却器的集成化、四通换向阀及系统可靠性和耐久性等。

3.热泵工况下系统性能进一步提升。尤其是在-30℃北方使用场景下，R134a/R1234yf系统性能急剧降低，制热量不够、功耗增加，同时车室外换热器在低温工况如（2℃/1℃环境温度）下严重结霜、系统性能恶化等问题。

4.热泵系统成本需进一步降低。新能源汽车热泵系统由于其复杂性和更多零部件，使得其成本相对于常规热管理系统不具备优势。一方面需要进一步加大热泵系统推广力度，以摊薄设计和开发成本，另一方面通过技术改进（如系统优化、低成本替代材料等）和集成化设计与制造来降低成本。

5.CO2热泵系统的研发不够。在环保和热泵等发展趋势下，CO2热泵系统具有天然的制热性能优势，在业界受到越来越多的重视，但其中仍有很多技术问题亟需解决，如制冷和制热性能的平衡考虑、系统高压安全问题、系统关键零部件设计与匹配、制造系统升级转换和改造、售后维修服务系统改造升级等。

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