電動(dòng)汽車(chē)冬季負(fù)荷特性研究

張子琦 李萬(wàn)勇 張成全 施駿業(yè) 陳江平（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所 上海 200240）

電動(dòng)汽車(chē)冬季負(fù)荷特性研究

張子琦 李萬(wàn)勇 張成全 施駿業(yè) 陳江平
（上海交通大學(xué)制冷與低溫工程研究所 上海 200240）

純電動(dòng)汽車(chē)在冬季運(yùn)行時(shí)，其采暖負(fù)荷將造成續(xù)航里程嚴(yán)重縮短。因此，確定電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)在冬季時(shí)的負(fù)荷特性對(duì)于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和控制尤為重要。對(duì)此本文使用熱平衡法對(duì)電動(dòng)汽車(chē)穩(wěn)態(tài)負(fù)荷特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn):冬季采暖負(fù)荷主要由新風(fēng)負(fù)荷與車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷構(gòu)成，其中新風(fēng)負(fù)荷占主要部分，該負(fù)荷隨車(chē)速、及鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量的增加而增加。在-20℃環(huán)境中，隨車(chē)速及鼓風(fēng)機(jī)檔位變化，新風(fēng)負(fù)荷占比為56.2%～84.8%?；诖耍M(jìn)一步分析計(jì)算了冬季采暖負(fù)荷及制熱效率對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的里程影響:NEDC工況下，冬季使用PTC取暖將會(huì)使得續(xù)航里程下降20.1%～56.4%，而使用熱泵將顯著延長(zhǎng)續(xù)航里程，當(dāng)熱泵效率為1.7時(shí)，可延長(zhǎng)里程7.4%～13.2%。

熱負(fù)荷；熱泵；電動(dòng)汽車(chē)；續(xù)航里程

傳統(tǒng)燃油車(chē)在為人民生產(chǎn)生活提供極大便利的同時(shí)也造成了巨大的能源消耗［1］和環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)［2］，在重污染時(shí)段，空氣中PM2.5的40%來(lái)源于汽車(chē)尾氣排放。隨著節(jié)能減排和環(huán)保壓力的不斷加大，近幾年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)在全球范圍內(nèi)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展［3］。

受制于電池技術(shù)的瓶頸，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程仍然不能使人滿(mǎn)意，這一點(diǎn)在冬季體現(xiàn)的尤為明顯［4］。汽車(chē)空調(diào)作為保障成員舒適性及安全駕駛的必要設(shè)備，目前已經(jīng)得到廣泛的普及。作為汽車(chē)中能耗最大的輔助設(shè)備，空調(diào)的開(kāi)啟會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程造成極大的影響［5］。在不同的測(cè)試工況及環(huán)境條件下，開(kāi)啟空調(diào)后電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程最大可下降近40% ～60%［6］，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車(chē)的使用。為此，精確測(cè)定電動(dòng)汽車(chē)的空調(diào)負(fù)荷，并以此指導(dǎo)汽車(chē)空調(diào)的設(shè)計(jì)和控制就顯得尤為重要。不少學(xué)者曾在該方面做出努力［7-10］，但多使用計(jì)算流體力學(xué)的手段加以仿真，且研究對(duì)象多為夏季熱負(fù)荷，對(duì)冷負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)研究以及冬季冷負(fù)荷對(duì)續(xù)航里程的影響探究則幾乎沒(méi)有。

本文使用熱平衡法對(duì)電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)冬季的穩(wěn)態(tài)負(fù)荷進(jìn)行了研究。文章分為三部分:第一部分分析了冬季電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)的負(fù)荷構(gòu)成，提出負(fù)荷的測(cè)定方法及原理；第二部分選取了某一品牌的純電動(dòng)汽車(chē)作為測(cè)試對(duì)象，對(duì)負(fù)荷各組成部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并擬合負(fù)荷與其影響條件的數(shù)學(xué)關(guān)系；第三部分分析了在不同冬季環(huán)境條件和NEDC測(cè)試工況下，電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)負(fù)荷對(duì)其續(xù)航里程的影響。

1　電動(dòng)汽車(chē)冬季負(fù)荷特性

在傳統(tǒng)燃油汽車(chē)中，汽車(chē)空調(diào)的負(fù)荷主要由以下部分構(gòu)成［11］:新風(fēng)負(fù)荷、太陽(yáng)輻射熱負(fù)荷、車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)艙傳熱及由人體散熱、車(chē)內(nèi)電子器件散熱等構(gòu)成的其他負(fù)荷，如圖1所示。其中，占主要部分的為新風(fēng)負(fù)荷、太陽(yáng)輻射熱負(fù)荷和車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷，這三種負(fù)荷占夏季總負(fù)荷的90%以上。對(duì)于冬季行駛的純電動(dòng)汽車(chē)，其冷負(fù)荷主要由車(chē)體導(dǎo)熱負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷構(gòu)成。下文將分別介紹這兩種負(fù)荷的測(cè)試方法。

圖1　汽車(chē)空調(diào)主要熱負(fù)荷構(gòu)成Fig.1 Sketch of vehicle heat load

1.1車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷測(cè)定原理

在汽車(chē)空調(diào)運(yùn)行時(shí)，車(chē)內(nèi)外會(huì)維持一定的溫差。由此，熱量會(huì)在車(chē)內(nèi)外通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞，從而給空調(diào)造成一部分的負(fù)荷。汽車(chē)圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常由多層構(gòu)成，每層性質(zhì)各不相同，且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，使得計(jì)算車(chē)體導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)的難度非常大。然而，對(duì)于熱負(fù)荷計(jì)算而言，關(guān)注更多的是維持車(chē)內(nèi)外一定溫差時(shí)所需的熱量，因此可測(cè)定整個(gè)車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合傳熱系數(shù)，以便計(jì)算維持一定溫差時(shí)所需的熱量。根據(jù)傳熱學(xué)已知:

式中:Qcond為車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏熱量，W；A為車(chē)體外表面積，m2；ΔT為車(chē)內(nèi)外溫差，K。

若將汽車(chē)車(chē)身整個(gè)當(dāng)做一個(gè)整體，則車(chē)內(nèi)環(huán)境、車(chē)體、大氣環(huán)境之間發(fā)生的傳熱系數(shù)可用綜合傳熱系數(shù)K表示。當(dāng)車(chē)內(nèi)環(huán)境固定時(shí)，該傳熱系數(shù)的大小將隨車(chē)速變化，即:

式中:k為車(chē)體對(duì)流換熱系數(shù)，W/（m2·K）；v為車(chē)速，km/h。

對(duì)于確定的車(chē)型，其表面積已經(jīng)固定。因此，式（2）可化為:

即:

式中:Q為車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷，W；K為導(dǎo)熱系數(shù)，W/K；ΔT為圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)溫差，K。

對(duì)于確定的車(chē)型，若在實(shí)驗(yàn)中給定車(chē)體內(nèi)部的熱源發(fā)熱量，并測(cè)定車(chē)內(nèi)外的平均溫差，即可計(jì)算出車(chē)體綜合傳熱系數(shù)K，由此可反推不同工況下維持車(chē)內(nèi)外固定溫差所需要的熱量Q。

1.2新風(fēng)負(fù)荷測(cè)定原理

新風(fēng)負(fù)荷是構(gòu)成車(chē)輛冷熱負(fù)荷的主要部分之一。在車(chē)輛行駛時(shí)，在車(chē)速和HVAC內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)的作用下，車(chē)體內(nèi)外會(huì)出現(xiàn)壓差。由于車(chē)體縫隙和限壓閥的存在，在壓差的作用下會(huì)導(dǎo)致車(chē)內(nèi)的空氣泄漏至車(chē)外，帶走一部分的熱量，造成一部分負(fù)荷。此外，為出于駕駛安全考慮，車(chē)內(nèi)的二氧化碳及有害氣體濃度不可高于一定值，這就要求汽車(chē)空調(diào)在運(yùn)行時(shí)必須保證一定的新風(fēng)量。易知:

式中:Qf，air為新風(fēng)負(fù)荷，W；m為車(chē)體新風(fēng)質(zhì)量，kg/s；ΔH為車(chē)體內(nèi)外側(cè)空氣焓差，J/kg。

而車(chē)體的新風(fēng)量將隨車(chē)內(nèi)外壓差變化而變化，即:

式中:m為車(chē)體新風(fēng)質(zhì)量，kg/s；Δp為車(chē)內(nèi)外的壓差，Pa。

因此，若測(cè)定不同車(chē)內(nèi)外風(fēng)速及空調(diào)工作狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)外壓差，再使用風(fēng)量測(cè)量裝置測(cè)定不同壓差下的風(fēng)量，即可測(cè)得不同工況下車(chē)體的新風(fēng)量。

1.3輻射負(fù)荷、電池散熱及其他

太陽(yáng)輻射是汽車(chē)空調(diào)的主要負(fù)荷之一，夏季車(chē)體由于太陽(yáng)輻射所獲得的熱量可占總負(fù)荷的30%以上；冬季的太陽(yáng)輻射將降低車(chē)體取暖負(fù)荷。本文中，為保證負(fù)荷的設(shè)計(jì)值可以滿(mǎn)足最?lèi)毫訔l件下的需求，故沒(méi)有考慮太陽(yáng)輻射的計(jì)算。

電池散熱也是電動(dòng)汽車(chē)熱負(fù)荷中應(yīng)當(dāng)考慮的因素之一。為保證電池的正常工作，電池包的溫度應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)［12］。該溫度范圍隨電池的類(lèi)型及工藝不同而略有區(qū)別，但總體溫度范圍在30～40℃［13］，與車(chē)廂內(nèi)部溫度相差較??；且車(chē)體地板通常覆蓋有共聚物材料的地氈［14］，導(dǎo)熱性能較差。為簡(jiǎn)化負(fù)荷模型，本文將忽略電池散熱通過(guò)地板傳入車(chē)體內(nèi)的熱量。

2　各負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析

2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

實(shí)驗(yàn)選取的待測(cè)車(chē)型為中國(guó)某國(guó)產(chǎn)品牌純電動(dòng)汽車(chē)，其基本參數(shù)如表1所示。

表1　被測(cè)車(chē)輛基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of tested vehicle

熱負(fù)荷實(shí)驗(yàn)在風(fēng)洞中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖如圖2所示。待測(cè)車(chē)輛放置于環(huán)模之中，實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境側(cè)條件由風(fēng)洞提供。車(chē)內(nèi)共布置12個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，車(chē)內(nèi)平均溫度由溫度測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值求得。車(chē)內(nèi)共布置2個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，車(chē)外左右各布置一個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，車(chē)內(nèi)外壓差由內(nèi)外壓力測(cè)點(diǎn)的平均值之差確定。各個(gè)測(cè)量參數(shù)及精度如表2所示。根據(jù)Moffat R J［15］提出的不確定度計(jì)算方法，可得各個(gè)參數(shù)的不確定度，如表3所示。

圖2　溫度、壓力測(cè)點(diǎn)分布示意圖Fig.2 Sketch of tem perature and pressure measurement points

表2　被測(cè)參數(shù)測(cè)試精度及范圍Tab.2 Measure parameters and accuracy

表3　被測(cè)參數(shù)不確定度Tab.3 Uncertainty ofmeasurements

2.2車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中車(chē)體內(nèi)部溫度測(cè)量點(diǎn)按前文所述進(jìn)行設(shè)置。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將所有車(chē)窗、車(chē)門(mén)關(guān)閉，并將空調(diào)模式調(diào)整至內(nèi)循環(huán)。電加熱置于前后排座位之上，開(kāi)啟空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)，并將HVAC模式調(diào)整為吹面模式，使得車(chē)內(nèi)溫度的不均勻度盡可能降低。待各個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值穩(wěn)定后，記錄電加熱功率，并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱實(shí)驗(yàn)的測(cè)試工況如表4所示。

表4　測(cè)試工況Tab.4 Test conditions

圖3　不同測(cè)試工況下的車(chē)內(nèi)均溫Fig.3 Average cabin tem perature under different test conditions

實(shí)驗(yàn)中車(chē)內(nèi)平均溫度的變化如圖3所示。從圖中可以看出，在不同的環(huán)境風(fēng)速下，前排平均溫度低于后排平均溫度。原因在于車(chē)窗作為車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱的主要途徑，前窗的面積要遠(yuǎn)大于后窗，且車(chē)內(nèi)氣流分布使得前排電加熱的熱量更容易被帶到后排。對(duì)比不同車(chē)速下的車(chē)內(nèi)平均溫度可以看出，隨著車(chē)速的上升，車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合導(dǎo)熱系數(shù)成上升趨勢(shì)。表5中列出了不同測(cè)試工況下的車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。

表5　車(chē)身導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果Tab.5 Result of overall heat conduction rate

2.3新風(fēng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中的壓力測(cè)點(diǎn)按照前文所述布置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整空調(diào)模式為全新風(fēng)模式，并按照實(shí)驗(yàn)需求調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的檔位。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試工況及內(nèi)外壓差如圖4所示。

圖4　不同工況下車(chē)內(nèi)外壓差Fig.4 Pressure difference under different testing conditions

由圖可知，在新風(fēng)模式下，車(chē)內(nèi)外壓差隨車(chē)速的上升而上升，鼓風(fēng)機(jī)的啟停對(duì)于壓差的大小有很大的影響。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)處于最大檔時(shí)，車(chē)內(nèi)外壓差在50～75 Pa之間變動(dòng)，而鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉時(shí)，則為7.5～22 Pa。對(duì)結(jié)果進(jìn)行擬合，有:

鼓風(fēng)機(jī)最小檔時(shí):

鼓風(fēng)機(jī)最大檔時(shí):

車(chē)內(nèi)外壓差與車(chē)速成近似線(xiàn)性的關(guān)系。

依據(jù)上個(gè)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的不同車(chē)速和空調(diào)狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)外壓差值進(jìn)行新風(fēng)量的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)將所有車(chē)門(mén)關(guān)閉，新風(fēng)風(fēng)門(mén)關(guān)閉，鼓風(fēng)機(jī)也處于關(guān)閉狀態(tài)。使用風(fēng)量臺(tái)還原測(cè)得的壓差值，同時(shí)進(jìn)行一定的差值，以獲得更為準(zhǔn)確的曲線(xiàn)。

由流體力學(xué)可知，流體流經(jīng)狹縫時(shí)，其流量和壓差的0.5次方成正比:

式中:QV為流體的體積流量，m3/h；Δp為狹縫兩側(cè)的壓差，Pa；K′為修正系數(shù)；C為常數(shù)。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理，可得到新風(fēng)量和內(nèi)外壓差之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5　車(chē)體新風(fēng)量與車(chē)身內(nèi)外壓差關(guān)系Fig.5 Relation between pressure difference and fresh air volume

因此，車(chē)內(nèi)外新風(fēng)量和壓差的對(duì)應(yīng)關(guān)系式為:

由式（10）可以看出，該直線(xiàn)在縱軸上的截距為負(fù)值。這是由于車(chē)體的圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身具有一定密封性，車(chē)內(nèi)外需具有一定的壓差才能構(gòu)成空氣泄漏。由此，即可計(jì)算不同工況下由新風(fēng)造成的負(fù)荷。盡管在實(shí)驗(yàn)中僅測(cè)試了30～90 km下車(chē)內(nèi)外壓差與車(chē)速的關(guān)系，但根據(jù)Knibbs L D等［16］的工作可知，同一種空調(diào)狀態(tài)下車(chē)內(nèi)新風(fēng)量與車(chē)速成線(xiàn)性關(guān)系，因此可以將結(jié)果外推到0～120 km/h。

3　電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷分析及其對(duì)續(xù)航里程的影響

3.1電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷計(jì)算

3.1.1車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱部分

在上文的工作中，測(cè)定了不同車(chē)速下的車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)綜合傳熱系數(shù)。從測(cè)試結(jié)果可知，對(duì)于不同的車(chē)速，車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱綜合傳熱系數(shù)變化非常?。ㄜ?chē)速?gòu)?0 km/h變化到90 km/h時(shí)僅增加9%），且由于車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱在整體熱負(fù)荷中所占比例較小，因此出于簡(jiǎn)化計(jì)算考慮，不同車(chē)速下車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱綜合傳熱系數(shù)取為30 km/h和90 km/h下的平均值，即:

3.1.2新風(fēng)負(fù)荷

由上文的工作可知，對(duì)于不同工況下車(chē)內(nèi)外的壓差與車(chē)速成線(xiàn)性關(guān)系。在鼓風(fēng)機(jī)最小檔時(shí)參見(jiàn)式（7），鼓風(fēng)機(jī)最大檔時(shí)參見(jiàn)式（8），車(chē)體新風(fēng)量與車(chē)內(nèi)外壓差的關(guān)系如式（10）所示。

因此，新風(fēng)負(fù)荷可轉(zhuǎn)化為車(chē)速v的函數(shù)式。車(chē)速和時(shí)間之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此:

3.2電動(dòng)汽車(chē)冬季熱負(fù)荷計(jì)算

至此，可建立電動(dòng)汽車(chē)?yán)湄?fù)荷與車(chē)速的關(guān)系。當(dāng)車(chē)內(nèi)溫度維持恒定時(shí)，車(chē)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如內(nèi)飾、座椅等）將與空氣達(dá)到熱平衡，因此車(chē)身熱容所造成的負(fù)荷不在計(jì)算范圍之內(nèi)。綜合前文結(jié)論，可知:

上文分別實(shí)驗(yàn)測(cè)定了汽車(chē)空調(diào)的主要熱負(fù)荷，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了各項(xiàng)熱負(fù)荷隨其控制參數(shù)的表達(dá)式。根據(jù)表達(dá)式，可以計(jì)算不同環(huán)境因素下汽車(chē)空調(diào)熱負(fù)荷對(duì)于汽車(chē)?yán)锍虜?shù)的影響。

以NEDC循環(huán)工況為例，車(chē)速和時(shí)間之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可得:

圖6　NEDC測(cè)試工況車(chē)速-時(shí)間關(guān)系圖Fig.6 v-t relationship of NEDC

對(duì)一個(gè)NEDC循環(huán)中的熱負(fù)荷耗功進(jìn)行計(jì)算，即可對(duì)空調(diào)耗功對(duì)里程的影響進(jìn)行評(píng)估。計(jì)算工況見(jiàn)表6。

表6　冬季冷負(fù)荷計(jì)算條件Tab.6 Calculation conditions of w inter

根據(jù)計(jì)算，即可得到冬季不同風(fēng)速下的電動(dòng)汽車(chē)?yán)?熱負(fù)荷及其構(gòu)成。冬季工況見(jiàn)表7。

由計(jì)算結(jié)果可以看出，冬季冷負(fù)荷中最主要的部分是新風(fēng)負(fù)荷。隨車(chē)速及新風(fēng)風(fēng)門(mén)的變化，電動(dòng)汽車(chē)冬季冷負(fù)荷的變化范圍為2 974～8 577W，其中新風(fēng)負(fù)荷所占比例為56.2%～84.8%?？紤]到外界環(huán)境溫度較低時(shí)，車(chē)窗表面溫度常常低于車(chē)內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，因此車(chē)窗時(shí)常出現(xiàn)凝霧。在傳統(tǒng)燃油車(chē)和使用PTC加熱的純電動(dòng)汽車(chē)中，車(chē)窗除霧常使用引入大量新風(fēng)降低車(chē)內(nèi)空氣濕度的方式，此舉會(huì)造成大量的新風(fēng)負(fù)荷，使得車(chē)輛續(xù)航里程縮短。因此，使用熱泵取暖時(shí)，除其制熱COP明顯高于PTC加熱取暖方式之外，三換熱器系統(tǒng)還可具有內(nèi)氣循環(huán)除霧的功能，可以大大降低新風(fēng)負(fù)荷（降低至僅有車(chē)身圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷，1 302W）。這也是采用熱泵系統(tǒng)取暖的優(yōu)勢(shì)所在。

表7　冬季負(fù)荷計(jì)算結(jié)果Tab.7 Heating load of w inter

3.3負(fù)荷對(duì)續(xù)航里程影響及熱泵的節(jié)能效果

據(jù)前文推導(dǎo)，可以計(jì)算冬季冷負(fù)荷對(duì)續(xù)航里程的影響。計(jì)算的環(huán)境條件如表6所示，取PTC的電加熱效率為1，熱泵取暖的效率取為1.7，計(jì)算采用NEDC循環(huán)工況（圖6）。計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8　空調(diào)風(fēng)門(mén)狀態(tài)與NEDC里程Tab.8 Relative range under different AC conditions

由計(jì)算結(jié)果可以看出，純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)啟空調(diào)后將會(huì)對(duì)續(xù)航里程造成非常明顯的影響。冬季工況取暖時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程將會(huì)下降20.1%～56.4%，嚴(yán)重影響車(chē)輛使用。而使用熱泵后，由于能量消耗減少，續(xù)航里程將會(huì)有所延長(zhǎng)，延長(zhǎng)范圍為7.4% ～13.2%，且隨熱負(fù)荷的增加，其延長(zhǎng)里程的效果也更好。

4　結(jié)論

本文分析了純電動(dòng)汽車(chē)冬季冷負(fù)荷的構(gòu)成，提供了一種實(shí)驗(yàn)測(cè)定冬季冷負(fù)荷的方法，擬合了不同負(fù)荷與車(chē)速、太陽(yáng)輻射之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，并分析了不同工況下各個(gè)負(fù)荷的相對(duì)大小及其對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及計(jì)算，可以得到如下結(jié)論:

1）對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)，冬季負(fù)荷由新風(fēng)負(fù)荷和車(chē)體圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱負(fù)荷構(gòu)成，新風(fēng)負(fù)荷同樣占主要部分；冷負(fù)荷將隨環(huán)境條件及空調(diào)狀態(tài)的變化而改變，隨空調(diào)選取的新風(fēng)模式不同，冷負(fù)荷的變化范圍為2 974～8 577 W，新風(fēng)負(fù)荷占負(fù)荷總量的56.2% ～84.8%。

2）NEDC工況下，冬季取暖將會(huì)對(duì)車(chē)輛續(xù)航里程造成明顯影響。在不同的空調(diào)風(fēng)門(mén)和鼓風(fēng)機(jī)狀態(tài)下，冬季使用 PTC取暖將會(huì)使得續(xù)航里程下降20.1%～56.4%。

3）使用熱泵將明顯增加電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程。增加的效果將隨熱泵COP的上升而增加，當(dāng)COP為1.7時(shí)，上升范圍為7.4%～13.2%。

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Chen Jiangping，male，Ph.D.，professor，School of Mechanical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，+86 21-34206775，E-mail:jpchen70@aliyun.com.Research fields:CO2trans-critical cycle，aerodynamic noise，mobile air conditioning system，mobile thermalmanagement.

A Study on Heat Load Character of EV in Cold Climate

Zhang Ziqi LiWanyong Zhang Chengquan Shi Junye Chen Jiangping
（Institute of Refrigeration and Cryogenics，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai，200240，China）

Due to heating demands，the range of Electric Vehicles（EVs）will significantly decreasewhen used in cold climate.A study on character of EV heating load is present in this paper，and a new experimentalmethod of heating load evaluation is provided.The heating load of EV was experimentally evaluated and modeled.The ventilation load is responsible formostof the heating load.Under-20℃the ventilation load accounts for56.2%-84.4%of total load，which is changed with vehicle velocity and blower level.Then the effectof heating load on EV NEDC rangewas calculated.It can be concluded that the PTC heaterwill cause a 20.1%-56.4%decrease in NEDC range，while using heat pump tomeet the requirement of heating will greatly improve the NEDC range.A 7.4%-13.2%extension can be achieved with a heat pump COP of1.7.

heat load；heat pump；electric vehicle；range

About the

TB657.5；U469.72

A

0253-4339（2016）05-0039-06

10.3969/j.issn.0253-4339.2016.05.039

2015年11月22日

簡(jiǎn)介

陳江平，男，博士，教授，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，（021）34206775，E-mail:jpchen70@aliyun.com。研究方向:二氧化碳跨臨界循環(huán)、氣動(dòng)噪聲、車(chē)用換熱器、車(chē)輛熱管理等。