新能源汽車空調(diào)供熱分析

1 引言

隨著中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整與“雙碳目標(biāo)”的實現(xiàn)，國家出臺一系列相關(guān)政策大力扶植新能源汽車的發(fā)展。在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》中指出到2025年，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右。

據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全國新能源汽車保有量已達(dá)784萬輛，占汽車總量的2.6%。2021年底，新能源汽車新增占新增汽車總量的11.25%。我國已經(jīng)成為新能源汽車產(chǎn)銷量第一的國家。未來幾年，隨著國家不斷推動新能源汽車的發(fā)展，新能源汽車占比還將會持續(xù)增長。

汽車空調(diào)作為現(xiàn)代汽車不可缺少的組成部分，滿足人們對駕乘環(huán)境舒適度的要求

。新能源汽車主要包括純電動汽車(BEV)、混合動力電動汽車(HEV)和燃料電池電動汽車(FCEV)

。新能源汽車制熱方式的選擇，直接影響新能源汽車的冬季續(xù)航里程。本文對不同類型的新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)冬季供熱進行分析。

2 純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)

純電動汽車驅(qū)動能量完全由電能提供。純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)制熱方式不同，純電動汽車沒有發(fā)動機作為空調(diào)壓縮機的動力源，不能利用發(fā)動機余熱作為汽車空調(diào)冬季制熱熱源

。純電動汽車制熱模式主要有PTC、熱泵等模式。

其他參數(shù)依然保持不變，繼續(xù)使用Forcite模塊，改變壓力為0.02Gpa壓力下，對結(jié)構(gòu)進行分子動力學(xué)模擬分析。仍然先對體系進行一次NVT平衡，再進行NPT體系下進行實驗，經(jīng)過一定時間的實驗后同樣得到了溫度、能量、單胞密度、邊長與角度的變化曲線。

2.1 PTC

PTC熱敏電阻通常是用半導(dǎo)體材料制成，按材質(zhì)的不同可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機高分子PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻阻值能夠隨環(huán)境溫度高低變換而變化，具有節(jié)能、恒溫、安全和使用壽命長等特點。新能源汽車中PTC加熱式暖風(fēng)系統(tǒng)主要有PTC空氣加熱器和PTC水暖加熱器兩種形式。

近年來，由于人們生育時間的推遲以及輔助生殖技術(shù)的發(fā)展，輔助生殖成為受孕困難患者的首要選擇，而促排卵藥物的使用導(dǎo)致越來越多的雙胎妊娠甚至是多胎妊娠發(fā)生[1-4]。與單胎妊娠相比，雙胎妊娠的染色體非整倍體發(fā)生率更高且篩查工作更為復(fù)雜，集中在雙胎的合子性質(zhì)對篩查的影響以及雙胎更容易發(fā)生有創(chuàng)產(chǎn)前診斷的并發(fā)癥等方面[1, 3, 4]。因此，急需一項創(chuàng)傷性小且準(zhǔn)確有效的篩查手段解決雙胎妊娠的產(chǎn)前篩查需求。

當(dāng)冷卻液溫度較高時，電動轉(zhuǎn)換閥打開，被發(fā)動機加熱的冷卻液流經(jīng)電動轉(zhuǎn)換閥、電加熱裝置(不工作)、雙水閥，到達(dá)車內(nèi)換熱器。冷卻液將一部分熱量排向流經(jīng)車外換熱器的空氣后，重新流回發(fā)動機冷卻液循環(huán)中。

Model-X、榮威E50、歐拉黑貓等采用高壓PTC加熱器直接加熱空氣的方式。PTC空氣加熱器利用PTC恒溫特性，當(dāng)系統(tǒng)運行時，車載電池組與PTC加熱器接通，利用電池組電能加熱PTC加熱器來直接加熱冷空氣。如圖1所示，當(dāng)開關(guān)接通時，車載電池組為PTC加熱器供電，PTC加熱器溫度升高，鼓風(fēng)機將氣流吹過PTC加熱器，將熱量送入車廂，為車廂供暖。PTC空氣加熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、加熱溫度高，但具有一定的安全隱患。

2.1.2 PTC水暖加熱器

廣汽埃安系列、哪吒U、歐拉白貓、歐拉好貓等采用的是PTC間接加熱空氣的方式。PTC水暖加熱器利用PTC加熱器先加熱冷卻液，由冷卻液泵將冷卻液泵送到車內(nèi)散熱器，用冷卻液熱量來加熱空氣。如圖2所示，冷卻液由PTC加熱器加熱，流經(jīng)車內(nèi)換熱器，鼓風(fēng)機將氣流吹過車內(nèi)換熱器，將熱量釋放車內(nèi)對車內(nèi)供暖。PTC水暖加熱器能夠避免將大電流和高電壓引入車內(nèi)，具有便于控制和安全性高等特點，但系統(tǒng)相對復(fù)雜，成本較PTC空氣加熱器高。

圖書館作為文化教育的中心，在弘揚傳統(tǒng)文化上啟到傳承的作用，而高校圖書館更是被稱作“大學(xué)的心臟”，對傳播知識文化和促進校園文化建設(shè)方面扮演著不可或缺的重要角色。齊齊哈爾大學(xué)圖書館在2017年9月24日孔子誕辰為契機，以“習(xí)六藝、閱經(jīng)典”為主題開展弘揚中華傳統(tǒng)文化的活動，著力點在于讓高校師生更能夠被傳統(tǒng)文化感染，從而更容易理解孔子六藝，讓更多的學(xué)生能夠用心和傳統(tǒng)文化做交流。

2.2 熱泵

熱泵空調(diào)系統(tǒng)供暖時制冷劑流動方向與制冷時相反，冷凝器與蒸發(fā)器功能互換，熱量從車外搬運到車內(nèi)，完成車廂內(nèi)供暖。家用新能源轎車熱泵系統(tǒng)一般采用三換熱器模式。

比亞迪秦DM-i是一種典型的混合動力電動汽車，相對于純電動汽車，混合動力電動汽車具有兩種動力來源，即可消耗的燃料和可再充電能的儲存裝置。混合動力電動汽車的發(fā)動機在很多駕駛條件下所產(chǎn)生的熱量非常低，無法將冷卻液回路加熱至必要的溫度，所以混合動力電動汽車配備了電加熱裝置，如圖6所示，將電加熱裝置與傳統(tǒng)汽車空調(diào)車內(nèi)換熱器串聯(lián)，通過電加熱裝置加熱后的冷卻液進入車內(nèi)換熱器。

三換熱器熱泵供暖系統(tǒng)在車內(nèi)設(shè)置兩個換熱器。如圖3所示，系統(tǒng)中不設(shè)置四通換向閥，通過閥門的切換來實現(xiàn)制熱與制冷功能的切換。制熱工作時，電磁閥1關(guān)閉，電磁閥2開啟，壓縮機壓縮的高溫高壓制冷劑蒸氣經(jīng)過車內(nèi)換熱器2向車內(nèi)釋放熱量，節(jié)流后經(jīng)過車外換熱器吸收車外熱量后再回到壓縮機，完成供熱循環(huán)。

豐田Mirai是一款燃料電池電動汽車，燃料電池電動汽車以燃料電池系統(tǒng)或燃料電池系統(tǒng)與可充電儲能系統(tǒng)作為動力源。燃料電池電動車因余熱排放量大，冬季供暖采用直接利用電池散出的熱量

。如圖7所示，當(dāng)冬季汽車工作時，冷卻水泵開啟，80℃的冷卻水經(jīng)過燃料電池散熱器對燃料電池進行冷卻，降低到合適溫度。打開截止閥，部分熱水通過車內(nèi)散熱器對車內(nèi)進行供暖，由供暖水泵將供暖部分的水加壓輸送到主管路，與三通閥出口的回流冷卻液一起繼續(xù)對燃料電池進行冷卻。當(dāng)不需要供暖時，關(guān)閉截止閥即可斷開供暖循環(huán)。供暖溫度的高低可通過三通閥的開啟度進行調(diào)節(jié)。豐田Mirai在此基礎(chǔ)上開發(fā)了電堆余熱利用技術(shù)，當(dāng)汽車起步或行駛早期階段，使用電加熱器進行溫度調(diào)節(jié)，當(dāng)燃料電池水溫高于某個水平是，空調(diào)熱回路和燃料電池冷卻回路連接，減少電加熱器的功耗，當(dāng)高速行駛時，僅用燃料電池冷卻回路，無需電加熱器介入。

當(dāng)冷卻液溫度較低時，接線盒電子裝置控制電動轉(zhuǎn)換閥關(guān)閉，阻止發(fā)動機冷卻液流入。電動冷卻液泵將冷卻液泵入電加熱裝置中進行加熱，雙水閥按需求將冷卻液輸送到暖風(fēng)熱交換器中，由鼓風(fēng)機吹出熱風(fēng)，使車內(nèi)溫度升高。

當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時，熱泵制熱量會出現(xiàn)嚴(yán)重的衰減，為了克服熱泵空調(diào)在低溫環(huán)境效率低的問題，純電動汽車采用熱泵空調(diào)系統(tǒng)和PTC共同制熱的方式。當(dāng)剛起動或者環(huán)境溫度較低時，通過PTC加熱器或PTC加熱器輔助熱泵空調(diào)系統(tǒng)供熱，當(dāng)工作一段時間后，再通過熱泵制熱系統(tǒng)供熱。

寶馬i3采用熱泵聯(lián)合PTC模式供暖。如圖4所示，供熱時閥1、3關(guān)閉，閥2、4打開，制冷劑被電動壓縮機壓縮為高溫高壓氣體到達(dá)熱交換器，將熱量釋放給冷卻液。升溫后的冷卻液可被PTC加熱器進一步加熱，流經(jīng)暖風(fēng)換熱器，鼓風(fēng)機將氣流吹過暖風(fēng)換熱器形成熱風(fēng)，對車內(nèi)供暖。降溫后的冷卻液經(jīng)電動冷卻液泵流回?zé)峤粨Q器。經(jīng)熱交換器放熱后的制冷劑經(jīng)熱力膨脹閥1降溫調(diào)壓后流入車內(nèi)換熱器，通過控制熱力膨脹閥2，使車內(nèi)換熱器的壓力提高，鼓風(fēng)機將氣流吹過換熱器，車內(nèi)換熱器繼續(xù)放熱對車內(nèi)供暖。放熱后的制冷劑通過熱力膨脹閥2節(jié)流降壓，低溫低壓的制冷劑通過車外換熱器吸收環(huán)境熱量，再回到電動壓縮機，完成供暖循環(huán)。

2.3 二氧化碳熱泵

大眾ID.4系列與ID.6系列采用二氧化碳熱泵系統(tǒng)供暖。二氧化碳制冷劑的GWP值極低，且具有優(yōu)秀的制冷、制熱能力

，適合在沒有足夠熱源的純電動汽車供熱。如圖5所示，二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)工作時，電磁閥1、2、4關(guān)閉，電磁閥3、5開啟。制冷劑被電動壓縮機壓縮為高溫高壓氣體到達(dá)熱交換器，將熱量釋放給車內(nèi)空氣，經(jīng)熱力膨脹閥1降溫調(diào)壓后流入車內(nèi)換熱器2，使車內(nèi)換熱器2的壓力提高，鼓風(fēng)機將氣流吹過換熱器2，車內(nèi)換熱器2繼續(xù)放熱對車內(nèi)供暖。放熱后的制冷劑通過熱力膨脹閥2節(jié)流降壓，低溫低壓的制冷劑通過車外換熱器吸收環(huán)境熱量，再回到電動壓縮機，完成供暖循環(huán)。

3 混合動力電動汽車空調(diào)系統(tǒng)

2018年1月1日開始實施的《公共圖書館法》中提出“國家鼓勵和支持發(fā)揮科技在公共圖書館建設(shè)、管理和服務(wù)中的作用，推動運用現(xiàn)代信息技術(shù)和傳播技術(shù)，提高公共圖書館的服務(wù)效能。”

智慧教育對于學(xué)生學(xué)習(xí)思維的價值 談及智慧教育，首先考慮到一個充滿智慧的智者是什么樣子，然后思考如何培養(yǎng)出一個智者。智慧這個詞語不是科學(xué)術(shù)語，它存在于生活的方方面面，生活中任何一個小的細(xì)節(jié)都可能是智慧思維的體現(xiàn)，所以可以借助生活中的體驗和個人感悟加深對智慧教育的理解。如說某個人充滿智慧，首先在通常意義上意味著這個人很聰明，頭腦里可以想出常人所不能及的策略辦法。其次，一個擁有智慧的人，他的思維就會潛移默化地運用在人類理想的價值行動之中。即一個人無論怎么聰明，如果他從事一件不符合道德禮儀的事情，就不會視為智慧之舉。因此，智慧教育是一個讓人聰慧并且高尚的統(tǒng)一教育，而其中的思維教育是不可或缺的因素。

2.1.1 PTC空氣加熱器

4 燃料電池電動汽車空調(diào)系統(tǒng)

神經(jīng)出入征為周圍神經(jīng)鞘瘤的常見征象之一，MRI表現(xiàn)通常為在腫塊的上下端可見受累增粗神經(jīng)，這一征象被稱為神經(jīng)出入征[3]，對于周圍神經(jīng)鞘瘤具有重要診斷價值。

5 新能源汽車空調(diào)供熱分析與展望

如表1所示，新能源汽車不同供熱模式各有優(yōu)缺點。相對于傳統(tǒng)燃油汽車供暖采用發(fā)動機余熱供暖，新能源汽車供暖主要采用PTC加熱或者熱泵加熱等方式；新能源汽車供暖系統(tǒng)在控制上更復(fù)雜，不僅要滿足乘員艙的溫度要求，還要滿足整車的熱管理。因此，為了保障新能源車冬季可靠、高效的供暖要從以下幾個方面著手：

首先，新能源汽車冬季通過PTC加熱雖然能滿足汽車的冬季供暖，但是會影響汽車的續(xù)航里程。將新能源汽車尤其是純電動汽車PTC加熱方式替換成更高效的熱泵空調(diào)系統(tǒng)來保障新能源汽車的續(xù)航里程。

“已識乾坤大，猶憐草木青?！遍喿x可以讓你站在云巔之上俯瞰眾生，閱讀也可以讓你與低洼處的小草小花們共舞。閱讀讓你明白萬物生靈皆為平等，萬物生靈都值得我們?nèi)ゾ次贰?/p>

其次，研發(fā)適合新能源汽車的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，借鑒房間空調(diào)器成熟技術(shù)，如雙級壓縮和補氣增焓、二氧化碳熱泵等技術(shù)，來提高低溫環(huán)境下熱泵的運行可靠性和供熱能力。

再次，通過計算機控制技術(shù)，將汽車整個熱管理系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，合理分配熱量，更精確的控制電池、電動機、電控系統(tǒng)及成員艙的溫度分配，在滿足汽車高效運行、滿足人們舒適要求前提下，提高新能源汽車供熱經(jīng)濟性和高效性。

最后，新能源汽車空調(diào)相較于傳統(tǒng)汽車空調(diào)是一個新的課題，空調(diào)熱管理系統(tǒng)還在不斷發(fā)展，市場還未達(dá)到飽和，因此，企業(yè)要重視新技術(shù)的研發(fā)以及人才培養(yǎng)，通過大膽創(chuàng)新來提高新能源汽車供暖新的突破。

6 總結(jié)

隨著新能源汽車時代的到來，新能源汽車正在逐步替代傳統(tǒng)燃油汽車。與傳統(tǒng)燃油汽車供暖不同，新能源汽車冬季供暖即要滿足車內(nèi)人員的溫度需求又要滿足電池、電動機和電控系統(tǒng)的熱管理需求。新能源汽車冬季制熱有多種方式，我們應(yīng)該根據(jù)新能源汽車的自身特點，選擇適合新能源汽車的供暖方式。通過加快新能源汽車熱管理系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)，不斷提高空調(diào)智能化、精細(xì)化的發(fā)展，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，汽車空調(diào)將會越來越節(jié)能、高效、綠色、環(huán)保和安全。

[1]張蕾.汽車空調(diào)(第3版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.1.

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[3]魏秋蘭,王紅,劉濤. 新能源汽車熱泵空調(diào)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2021,46(13)：13-15+22.

[4]凌永成.汽車空調(diào)技術(shù)(第2版)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.6.

[5]徐繼勇.新能源汽車空調(diào)檢測與維修[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2020.11.