新能源汽車空調供熱分析

1 引言

隨著中國能源結構的調整與“雙碳目標”的實現(xiàn)，國家出臺一系列相關政策大力扶植新能源汽車的發(fā)展。在《新能源汽車產業(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)會調查數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全國新能源汽車保有量已達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%。我國已經成為新能源汽車產銷量第一的國家。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系統(tǒng)冬季供熱進行分析。

2 純電動汽車空調系統(tǒng)

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

。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，對結構進行分子動力學模擬分析。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體材料制成，按材質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雜，集中在雙胎的合子性質對篩查的影響以及雙胎更容易發(fā)生有創(chuàng)產前診斷的并發(fā)癥等方面[1, 3, 4]。因此，急需一項創(chuàng)傷性小且準確有效的篩查手段解決雙胎妊娠的產前篩查需求。

當冷卻液溫度較高時，電動轉換閥打開，被發(fā)動機加熱的冷卻液流經電動轉換閥、電加熱裝置(不工作)、雙水閥，到達車內換熱器。冷卻液將一部分熱量排向流經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，當開關接通時，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空氣加熱器具有結構簡單、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，流經車內換熱器，鼓風機將氣流吹過車內換熱器，將熱量釋放車內對車內供暖。PTC水暖加熱器能夠避免將大電流和高電壓引入車內，具有便于控制和安全性高等特點，但系統(tǒng)相對復雜，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“大學的心臟”，對傳播知識文化和促進校園文化建設方面扮演著不可或缺的重要角色。齊齊哈爾大學圖書館在2017年9月24日孔子誕辰為契機，以“習六藝、閱經典”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，讓更多的學生能夠用心和傳統(tǒng)文化做交流。

2.2 熱泵

熱泵空調系統(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，完成車廂內供暖。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?；旌蟿恿﹄妱悠嚨陌l(fā)動機在很多駕駛條件下所產生的熱量非常低，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)汽車空調車內換熱器串聯(lián)，通過電加熱裝置加熱后的冷卻液進入車內換熱器。

三換熱器熱泵供暖系統(tǒng)在車內設置兩個換熱器。如圖3所示，系統(tǒng)中不設置四通換向閥，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關閉，電磁閥2開啟，壓縮機壓縮的高溫高壓制冷劑蒸氣經過車內換熱器2向車內釋放熱量，節(jié)流后經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，當冬季汽車工作時，冷卻水泵開啟，80℃的冷卻水經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，部分熱水通過車內散熱器對車內進行供暖，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。當不需要供暖時，關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節(jié)。豐田Mirai在此基礎上開發(fā)了電堆余熱利用技術，當汽車起步或行駛早期階段，使用電加熱器進行溫度調節(jié)，當燃料電池水溫高于某個水平是，空調熱回路和燃料電池冷卻回路連接，減少電加熱器的功耗，當高速行駛時，僅用燃料電池冷卻回路，無需電加熱器介入。

當冷卻液溫度較低時，接線盒電子裝置控制電動轉換閥關閉，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熱交換器中，由鼓風機吹出熱風，使車內溫度升高。

當環(huán)境溫度低于-10℃時，熱泵制熱量會出現(xiàn)嚴重的衰減，為了克服熱泵空調在低溫環(huán)境效率低的問題，純電動汽車采用熱泵空調系統(tǒng)和PTC共同制熱的方式。當剛起動或者環(huán)境溫度較低時，通過PTC加熱器或PTC加熱器輔助熱泵空調系統(tǒng)供熱，當工作一段時間后，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，流經暖風換熱器，鼓風機將氣流吹過暖風換熱器形成熱風，對車內供暖。降溫后的冷卻液經電動冷卻液泵流回熱交換器。經熱交換器放熱后的制冷劑經熱力膨脹閥1降溫調壓后流入車內換熱器，通過控制熱力膨脹閥2，使車內換熱器的壓力提高，鼓風機將氣流吹過換熱器，車內換熱器繼續(xù)放熱對車內供暖。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熱交換器，將熱量釋放給車內空氣，經熱力膨脹閥1降溫調壓后流入車內換熱器2，使車內換熱器2的壓力提高，鼓風機將氣流吹過換熱器2，車內換熱器2繼續(xù)放熱對車內供暖。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、管理和服務中的作用，推動運用現(xiàn)代信息技術和傳播技術，提高公共圖書館的服務效能。”

智慧教育對于學生學習思維的價值 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術語，它存在于生活的方方面面，生活中任何一個小的細節(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系統(tǒng)

神經出入征為周圍神經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，這一征象被稱為神經出入征[3]，對于周圍神經鞘瘤具有重要診斷價值。

5 新能源汽車空調供熱分析與展望

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系統(tǒng)來保障新能源汽車的續(xù)航里程。

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其次，研發(fā)適合新能源汽車的熱泵空調系統(tǒng)，借鑒房間空調器成熟技術，如雙級壓縮和補氣增焓、二氧化碳熱泵等技術，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，將汽車整個熱管理系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調，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濟性和高效性。

最后，新能源汽車空調相較于傳統(tǒng)汽車空調是一個新的課題，空調熱管理系統(tǒng)還在不斷發(fā)展，市場還未達到飽和，因此，企業(yè)要重視新技術的研發(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

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)技術的研發(fā)，不斷提高空調智能化、精細化的發(fā)展，結合互聯(lián)網的快速發(fā)展，汽車空調將會越來越節(jié)能、高效、綠色、環(huán)保和安全。

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

[2]中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB/T19596—2017電動汽車術語[S].北京：中國標準出版社2017.9

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

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

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