基于制冷剂注入热泵的高效集成热管理系统

背景介绍

为了应对气候变化和当前的能源危机，大多数国家已经开始推广更换传统燃料汽车。电动汽车（EVs）具有零排放，零噪音的特性，因此受到广大制造商的青睐。集成热管理系统（ITMS）作为保证电动汽车最佳运行的框架，已受到越来越多关注。目前，对ITMS的研究大多集中在机舱和电池的温度控制上，只有少数研究考虑了电机或电控制的热管理。Kexin等[6]设计了一种基于单级压缩热泵系统（SCHPS）的ITMS，通过三通和电磁阀的开关，实现了电池和座舱的加热和冷却。特斯拉的Y型用了一个复杂的ITMS，覆盖了座舱、电池、电机和电控，该系统设置为多种模式，以确保各部件的温度调节和系统的高效运行。但上述研究都是基于SCHPS的，这在一定程度上限制了系统效率。

成果掠影

近期，华南理工大学Jianghong Wu团队通过对热泵系统的实验研究和电气系统的热分析，创新性地开发了一种基于制冷剂注入热泵的高效集成热管理系统，并利用工程系统仿真高级建模环境（AMESim）软件搭建了系统仿真平台，对系统性能进行评估。结果表明，基于中间热交换器的电池冷却稳定性和效率优于双蒸发器设置，可以在 35 ℃ 的环境温度下降低 30% 的能耗。电机热回收及高温电控热管理系统可降低能耗11.98%～56.69%，满足-22.04℃的供暖条件。基于制冷剂喷射热泵的集成热管理系统扩大了高速公路燃油经济性测试 (EPA-420-B-12-001) 的运行范围。在电加热的辅助下，本研究开发的仿真系统可以满足中国宽温度范围的负载要求。相关研究成果以“A refrigerant-injection heat pump-based efficient integrated thermal management system for electric vehicles approaching the wide temperature range in China”为题发表于《Energy Conversion and Management》。

图文导读

图1 不同气候区典型城市的气候数据

图2 较宽的温度覆盖区域图

图3 RIHPS的实验流式路径

图5 热交换器中的热交换过程

图6 电机和电气控制器的热回收方法。(a)在高温下的热回收；(b)中度温度下的热回收；(c)在低温下的热回收

图7 电动汽车的ITMS框架

图8 中国不同冷却系统的覆盖区域

图9 覆盖中国不同供暖系统的覆盖区域

编辑：黄飞