摘要：空調(diào)系統(tǒng)是乘用車(chē)一個(gè)主要能量消耗部件。相比于傳統(tǒng)乘用車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)缺少用于乘員艙加熱的足夠的余熱，主要采用電能實(shí)現(xiàn)乘員艙冬季加熱和前擋風(fēng)玻璃的除霜除霧功能，因而在低溫環(huán)境下，電動(dòng)汽車(chē)用于乘員艙加熱的電能消耗尤為明顯，大幅度縮減電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)駛里程。另外，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，動(dòng)力電池可能需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行冷卻。相反，在低溫環(huán)境下，如果采用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，動(dòng)力電池和動(dòng)力電子設(shè)備的余熱則可被回收用于乘員艙加熱。從不同方面對(duì)車(chē)用空調(diào)系統(tǒng)采用熱泵技術(shù)和采用電加熱技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)對(duì)比。最后基于電動(dòng)汽車(chē)全年的空調(diào)系統(tǒng)能量消耗，對(duì)兩種空調(diào)暖通系統(tǒng)（HVAC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，介紹電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)車(chē) 熱泵 空調(diào) 能量消耗 空調(diào)暖通

1 前言

車(chē)用空調(diào)系統(tǒng)不僅影響乘用車(chē)駕乘舒適性，而且也牽涉到安全性和能耗問(wèn)題。尤其對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，空調(diào)系統(tǒng)在駕乘舒適性和續(xù)駛里程方面起著平衡的作用。由于電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程直接影響用戶的認(rèn)可度，因而提高空調(diào)工作效能、減少能量消耗成為空調(diào)研發(fā)的重點(diǎn)。尤其在寒冷氣候條件下，乘員艙加熱需求功率較大，傳統(tǒng)車(chē)可采用發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱進(jìn)行乘員艙加熱，而電動(dòng)汽車(chē)則不具備相應(yīng)的條件。采用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)通常采用高壓正溫度系數(shù)熱敏電阻（Positive Temperature Coefficient,PTC）進(jìn)行乘員艙加熱，極大的縮減了電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程。另外對(duì)于電動(dòng)車(chē)的除濕和除霧模式，空調(diào)系統(tǒng)需要首先把乘員艙的空氣溫度降低以實(shí)現(xiàn)水的析出，然后需要啟用PTC進(jìn)行空氣再加熱以維持乘員艙舒適溫度，尤其對(duì)于濕度較大的地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電能的消耗也極為明顯。熱泵空調(diào)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)車(chē)用空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)熱量由低溫區(qū)向高溫區(qū)的轉(zhuǎn)移，具有能效比（Coefficient Of Performance,COP）高的特點(diǎn)，節(jié)約電能消耗。本文從熱泵空調(diào)系統(tǒng)的原理和節(jié)能效果等方面，說(shuō)明其相對(duì)于傳統(tǒng)車(chē)用空調(diào)的優(yōu)勢(shì)。

2 熱泵空調(diào)系統(tǒng)概述

2.1 電動(dòng)汽車(chē)乘員艙加熱方案介紹[1]

目前電動(dòng)汽車(chē)乘員艙加熱方案主要分為高壓PTC加熱和熱泵加熱方案，而高壓PTC加熱又分為風(fēng)暖PTC和水暖PTC兩種，下面逐一進(jìn)行介紹。
2.1.1 風(fēng)暖PTC加熱方案
電動(dòng)汽車(chē)風(fēng)暖PTC加熱方案如圖1所示。其主要是在傳統(tǒng)車(chē)加熱方案的基礎(chǔ)上，把乘員艙暖風(fēng)芯體替換為風(fēng)暖PTC，采用電能進(jìn)行加熱。其特點(diǎn)是出風(fēng)較快，溫度感知明顯，但由于PTC表面工作溫度較高，流經(jīng)PTC的氣流較為干燥，舒適性略差，另外作為高壓部件，與空調(diào)三廂集成在乘員艙內(nèi)，存在一定的安全隱患。

圖1 風(fēng)暖PTC加熱方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]
2.1.2 水暖PTC加熱方案
電動(dòng)汽車(chē)水暖PTC加熱方案如圖2所示。其主要是在傳統(tǒng)車(chē)加熱方案的基礎(chǔ)上，把發(fā)動(dòng)機(jī)熱源替換為水暖PTC，采用電能進(jìn)行加熱，保留傳統(tǒng)車(chē)暖風(fēng)芯體回路。其特點(diǎn)是暖風(fēng)芯體表面加熱溫度適中，舒適性較好，但由于暖風(fēng)芯體加熱回路熱容較大，乘員艙的溫升速率相對(duì)于風(fēng)暖PTC要慢，目前一些車(chē)型配有遠(yuǎn)程控制功能，可通過(guò)提前控制其工作，彌補(bǔ)這一缺陷。

圖2 水暖PTC加熱方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]
在布置方面，管路改動(dòng)較小，高壓PTC可靈活布置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙，安全性高。
2.1.3 熱泵加熱方案
圖3所示為一種典型的電動(dòng)汽車(chē)熱泵空調(diào)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主要從傳統(tǒng)空調(diào)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。在乘員艙有制冷需求時(shí)，空調(diào)按照傳統(tǒng)空調(diào)回路進(jìn)行工作，空調(diào)冷媒先后流經(jīng)空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器進(jìn)行制冷；而在空調(diào)有制熱需求時(shí)，空調(diào)冷媒回路先后流經(jīng)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮、室內(nèi)冷凝器放熱，然后經(jīng)由電子膨脹閥進(jìn)入室外冷凝器進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，旁通室內(nèi)蒸發(fā)器進(jìn)入空調(diào)壓縮機(jī)，形成完整熱泵循環(huán)。此時(shí)，室內(nèi)冷凝器起到與乘員艙熱交換的作用，使高壓高溫壓縮氣體經(jīng)由換熱相變作用，變成高壓液體，然后在室外冷凝器進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，把外界的熱量傳遞至室內(nèi)，因而被稱(chēng)作熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

圖3 熱泵加熱方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[1]
熱泵空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷和制熱功能，但需在傳統(tǒng)空調(diào)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，因而增加了一定的布置難度和成本。熱泵系統(tǒng)具有COP高的特點(diǎn)，但其工作溫度范圍受到冷媒工質(zhì)和空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，通常在-15℃以上可實(shí)現(xiàn)較好的性能，在極端寒冷條件下，其COP下降明顯，仍需借助于高壓PTC進(jìn)行輔助。
目前在圖3熱泵拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，也出現(xiàn)了一種間接回路熱泵系統(tǒng)，其通過(guò)板式熱交換器實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)出口冷媒工質(zhì)與乘員艙制熱回路之間的熱交換，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可避免高壓冷媒在乘員艙內(nèi)部發(fā)生泄露風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可減少冷媒量的需求，節(jié)約成本。

2.2 熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作特點(diǎn)

熱泵空調(diào)可實(shí)現(xiàn)消耗較小的能量，實(shí)現(xiàn)較大的制熱量，因而其COP較傳統(tǒng)PTC高很多，下面就熱泵系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)COP影響因素進(jìn)行介紹。
2.2.1 熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作原理

圖4 熱泵空調(diào)系統(tǒng)理論壓焓圖
圖4 所示為熱泵空調(diào)系統(tǒng)的理論壓焓圖，對(duì)于制冷和制熱循環(huán)，空調(diào)系統(tǒng)都要經(jīng)過(guò)這一相變循環(huán)過(guò)程。在每一循環(huán)過(guò)程中，空調(diào)冷媒工質(zhì)的狀態(tài)都包含液相、氣液兩相和氣相三種狀態(tài)，經(jīng)過(guò)不同狀態(tài)之間的變化，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞過(guò)程。
熱泵系統(tǒng)的工作路徑，主要包括在壓縮機(jī)內(nèi)部進(jìn)行氣相的壓縮，高溫高壓氣體經(jīng)由乘員艙內(nèi)部冷凝器進(jìn)行熱交換，把熱量傳遞給乘員艙進(jìn)行制熱，冷媒工質(zhì)發(fā)生相變，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，經(jīng)由膨脹閥把高壓液態(tài)泄壓為低壓氣液態(tài)，流經(jīng)外部蒸發(fā)器進(jìn)行吸熱過(guò)程形成低壓氣態(tài)，進(jìn)一步流經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)行升壓，完成整個(gè)循環(huán)。
2.2.2 熱泵空調(diào)系統(tǒng)COP影響因素
從圖4上可以看出，乘員艙的換熱量包括外界蒸發(fā)器吸熱量和壓縮機(jī)做功能量?jī)刹糠?。圖5所示為空調(diào)熱泵系統(tǒng)COP計(jì)算示意圖，表示為乘員艙制熱量與空調(diào)系統(tǒng)消耗功的比值。由于空調(diào)系統(tǒng)是一密閉系統(tǒng)，可認(rèn)為整個(gè)循環(huán)過(guò)程空調(diào)冷媒工質(zhì)流量不變，其熱量變化對(duì)應(yīng)單位質(zhì)量焓值的變化。理論上熱泵系統(tǒng)COP應(yīng)始終大于1，但在實(shí)際循環(huán)中，由于空調(diào)管路與外界存在熱交換過(guò)程，在熱泵循環(huán)的各階段均存在一定的能量損失，因而難以保證COP始終大于1。

圖5 熱泵空調(diào)系統(tǒng)COP計(jì)算示意圖
如圖5所示，狀態(tài)4所對(duì)應(yīng)溫度為空調(diào)系統(tǒng)冷凝溫度，其大小取決于乘員艙內(nèi)溫度，狀態(tài)1所對(duì)應(yīng)溫度為空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)溫度，其大小取決于外界環(huán)境溫度。

式（1）中h2為空調(diào)冷媒經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的狀態(tài)2對(duì)應(yīng)的焓值,h4為空調(diào)冷媒經(jīng)冷凝器冷凝后的狀態(tài)4對(duì)應(yīng)的焓值,h1為壓縮機(jī)進(jìn)口狀態(tài)1對(duì)應(yīng)的焓值。
從COP計(jì)算公式可以看出，熱泵系統(tǒng)的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度影響熱泵空調(diào)系統(tǒng)的COP大小，乘員艙內(nèi)溫度越高，熱泵循環(huán)冷凝溫度越高，乘員艙換熱過(guò)程的焓變?cè)叫?，COP也會(huì)減小；而外界環(huán)境溫度越高，熱泵循環(huán)蒸發(fā)溫度越高，外界吸收熱量越多，可提高COP的值。
熱泵空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)COP隨換熱邊界條件的變化趨勢(shì)如圖6所示。從圖上可以看出，外界環(huán)境溫度越高，熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度越高，有利于COP的提升；而乘員艙溫度越高，不利于乘員艙內(nèi)部熱交換，因而COP隨著乘員艙溫度的提升而降低。
在極端寒冷環(huán)境條件下，熱泵循環(huán)蒸發(fā)溫度較低，外界熱交換較為困難，COP較低，其耗能與高壓PTC相當(dāng)，此時(shí)需借助于高壓PTC進(jìn)行輔助加熱。

圖6 熱泵空調(diào)系統(tǒng)COP影響因子示意圖[1]

2.3 熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用案例

由于電動(dòng)汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)能量消耗直接影響電動(dòng)汽車(chē)冬季續(xù)駛里程，為了優(yōu)化整車(chē)能量消耗，緩解電動(dòng)汽車(chē)用戶里程焦慮，熱泵空調(diào)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)上逐漸得到推廣和應(yīng)用。
國(guó)外主要主機(jī)廠應(yīng)用熱泵系統(tǒng)較早，技術(shù)也相對(duì)較為成熟，目前寶馬、奔馳和大眾等已在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品上應(yīng)用熱泵系統(tǒng)，如圖7所示。

圖7 熱泵空調(diào)系統(tǒng)國(guó)外應(yīng)用案例
近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠也開(kāi)始熱泵系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，目前上市的產(chǎn)品如一汽奔騰B30EV、上汽榮威Ei5和榮威Marvel X都已經(jīng)應(yīng)用了熱泵空調(diào)系統(tǒng)，而長(zhǎng)安CS75 PHEV則是國(guó)內(nèi)第一款應(yīng)用熱泵空調(diào)系統(tǒng)的PHEV車(chē)型。

3 熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果分析

3.1 熱泵模式

韓國(guó)翰昂系統(tǒng)（Hanon Systems）、現(xiàn)代汽車(chē)美國(guó)技術(shù)中心（Hyundai America Technical Center）和美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory）聯(lián)合對(duì)Kia Soul BEV車(chē)型進(jìn)行熱泵系統(tǒng)能量消耗的試驗(yàn)研究[2]。
試驗(yàn)針對(duì)高壓PTC加熱和熱泵系統(tǒng)加熱兩種不同加熱方式進(jìn)行對(duì)比。在不同環(huán)境溫度下，不同加熱方式對(duì)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程的影響如圖8所示。
從圖8上可以看出，單純采用高壓PTC加熱，整車(chē)?yán)m(xù)駛里程平均將縮減50%左右，而采用熱泵系統(tǒng)（HP）進(jìn)行乘員艙加熱，相對(duì)于PTC加熱方式，整車(chē)?yán)m(xù)駛里程可提升35%左右。

圖8 熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程的影響[2]
在不同環(huán)境溫度下，空調(diào)系統(tǒng)能量消耗對(duì)比如圖9所示?？梢钥闯觯谥械铜h(huán)境溫度下，熱泵空調(diào)系統(tǒng)較高壓PTC加熱，可平均節(jié)約45%的能量，而在較低溫環(huán)境下，節(jié)能優(yōu)勢(shì)降低。

圖9 熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)HVAC能耗的影響[2]
John J.Meyer的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了熱泵空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)采用高壓PTC加熱具有明顯優(yōu)勢(shì)，可大幅度節(jié)約整車(chē)制熱能耗，提升整車(chē)?yán)m(xù)駛里程[2]。

3.2 除濕模式

除濕模式是熱泵系統(tǒng)的另一典型應(yīng)用。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)需要首先把乘員艙的空氣溫度降低以實(shí)現(xiàn)水的析出，然后采用PTC進(jìn)行空氣再加熱以維持乘員艙舒適溫度，尤其在濕度較大的地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電能的消耗較為明顯。而熱泵空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)用較少的能量對(duì)乘員艙內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻和再加熱，節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。
奧地利的虛擬汽車(chē)研究中心（Virtual Vehicle Re?search Center）對(duì)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的除濕模式應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究[1]。
熱泵空調(diào)系統(tǒng)除濕模式工作示意圖如圖10所示。以工況1（溫度15℃，濕度80%）作為基礎(chǔ)，空調(diào)系統(tǒng)首先對(duì)乘員艙空氣進(jìn)行冷卻至工況2（溫度5℃，濕度100%），使空氣中的飽和水蒸氣析出，然后再進(jìn)行加熱至人體舒適溫度，如工況3（溫度30℃，濕度20%），至此完成除濕循環(huán)。
傳統(tǒng)空調(diào)與熱泵空調(diào)的區(qū)別主要在于加熱方式的不同，傳統(tǒng)空調(diào)采用高壓PTC進(jìn)行再加熱，完全消耗電能，而熱泵空調(diào)可采用在冷卻過(guò)程中吸收的熱量進(jìn)行再加熱，可大大減少再加熱過(guò)程的能量消耗。

圖10 熱泵空調(diào)系統(tǒng)除濕模式工作路徑圖[1]
在實(shí)際除濕模式下，乘員艙濕空氣先后經(jīng)歷了焓降和焓增的過(guò)程，在工況1至工況2的焓降過(guò)程，包含潛熱焓與顯熱焓的下降，而在工況2至工況3的焓增過(guò)程中，又包含了顯熱焓的增加。而有一部分顯熱焓的下降和增加，不能反映到最終的氣體狀態(tài)變化中，但其的確需要消耗能量來(lái)完成整個(gè)除濕過(guò)程，尤其對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，這一部分顯熱焓的增加完全需要消耗電能來(lái)實(shí)現(xiàn)。
而反映到最終空氣狀態(tài)變化的實(shí)際有效焓變過(guò)程為工況1（溫度15℃，80%濕度），通過(guò)焓降釋放潛熱至虛擬工況4（溫度15℃，50%濕度），經(jīng)過(guò)再加熱進(jìn)行焓增到工況3（溫度30℃，20%濕度），完成除濕模式。
為了有效評(píng)價(jià)熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)在除濕模式下的能量消耗的差異，在此引入了除濕模式下的COP計(jì)算方法，采用除濕過(guò)程有效焓值變化與實(shí)際能量消耗的比值進(jìn)行表示，如公式2和3所示。

公式2表示傳統(tǒng)空調(diào)除濕COP，其有效功采用有效除濕路徑的熱焓變化，消耗功采用壓縮機(jī)實(shí)際消耗功和高壓PTC再加熱消耗功；公式3表示熱泵空調(diào)除濕COP，其有效功與傳統(tǒng)空調(diào)相同，消耗功采用壓縮機(jī)實(shí)際消耗功，式中Q?sens,heat代表圖10中的單位質(zhì)量氣流由狀態(tài)2加熱至狀態(tài)3所需要消耗的熱量，Q?sens,cool代表單位質(zhì)量氣流由狀態(tài)4冷卻至狀態(tài)2所需要消耗的制冷量，Q?lat,cool代表單位質(zhì)量氣流由狀態(tài)1冷卻至狀態(tài)4所需要消耗的制冷量，PCompressor代表壓縮機(jī)消耗功率，Pel,heat代表PTC加熱消耗功率。
熱泵空調(diào)在除濕模式下，與傳統(tǒng)空調(diào)COP的對(duì)比如圖11所示?？梢钥闯?，針對(duì)不同的空調(diào)出風(fēng)設(shè)定溫度，其COP有所差異，在低的出風(fēng)溫度下，熱泵空調(diào)在對(duì)空氣冷卻過(guò)程中所吸收的熱量，足以滿足再加熱需求，而在較高的出風(fēng)溫度下，熱泵空調(diào)需要額外熱源實(shí)現(xiàn)再加熱過(guò)程，兩系統(tǒng)COP差距也逐步縮小。

圖11 熱泵空調(diào)系統(tǒng)除濕模式COP對(duì)比[1]

3.3 余熱回收模式

熱泵空調(diào)系統(tǒng)可通過(guò)精確控制，實(shí)現(xiàn)不同部件熱量的轉(zhuǎn)移。尤其在低溫環(huán)境下，乘員艙有制熱需求，而電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或電池有散熱需求，則可實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)和電池回路的余熱回收利用，以優(yōu)化整車(chē)能量消耗。
奧迪對(duì)Audi Q7 e-tron PHEV車(chē)型進(jìn)行了5℃環(huán)境溫度條件下的相關(guān)試驗(yàn)研究[3]，如圖12和圖13所示。

圖12 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)加熱能量流[3]

圖13 熱泵空調(diào)系統(tǒng)加熱能量流[3]
傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)加熱能量流如圖12所示，乘員艙加熱需求完全由高壓PTC實(shí)現(xiàn)，而采用熱泵系統(tǒng)在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有散熱需求時(shí)，回收0.9 kW熱能，以優(yōu)化整車(chē)能量消耗。

3.5 年均節(jié)能分析

基于奧地利虛擬汽車(chē)研究中心的研究結(jié)果，建立熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制冷模式、熱泵模式和除濕模式的仿真模型，對(duì)比熱泵空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的年均節(jié)能效果。
選擇北歐的三個(gè)城市作為模擬城市，分別為奧地利的格拉茲、希臘的雅典和芬蘭的赫爾辛基。以這三個(gè)城市一年的車(chē)輛駕駛數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和氣象條件統(tǒng)計(jì)作為基礎(chǔ)，其中包括每小時(shí)的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度和日照強(qiáng)度，對(duì)全年的空調(diào)系統(tǒng)能量消耗進(jìn)行仿真計(jì)算。

圖14 熱泵空調(diào)系統(tǒng)年均電量消耗對(duì)比[1]
熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年均電量消耗對(duì)比結(jié)果如圖14所示。結(jié)果表明，熱泵空調(diào)較傳統(tǒng)空調(diào)能耗整體可下降40%左右，除濕模式能耗可降低70%以上，在選定的三個(gè)城市，熱泵空調(diào)系統(tǒng)年均電量消耗可節(jié)約270～560 kW·h。

4 熱泵空調(diào)系統(tǒng)成本分析

4.1 成本增加

由于熱泵空調(diào)系統(tǒng)需要在傳統(tǒng)空調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，系統(tǒng)的部件和成本也需要相應(yīng)的增加，熱泵空調(diào)系統(tǒng)成本分解如表1所示[4]。
表1 熱泵空調(diào)系統(tǒng)成本分解[4]

由表1可以看出，熱泵空調(diào)系統(tǒng)整體相較于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)需增加成本1 000元左右。

4.2 成本回收周期估算

基于電動(dòng)汽車(chē)低溫續(xù)駛里程衰減統(tǒng)計(jì)結(jié)果，假設(shè)傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)消耗功率為NEDC驅(qū)動(dòng)能量的80%，熱泵空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)節(jié)能40%，充電樁充電效率85%，電價(jià)0.8元/kW·h，駕駛時(shí)間2小時(shí)/天，90天/年，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能量消耗滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36980—2018《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率限值》，可推算出電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用熱泵空調(diào)系統(tǒng)的成本回收周期估算，如圖15所示。

圖15 熱泵空調(diào)系統(tǒng)成本回收周期估算
從圖15上可以看出，熱泵空調(diào)系統(tǒng)成本回收周期隨著整車(chē)整備質(zhì)量的增加而下降，平均在3年左右。

5 結(jié)論

（1）熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有能效比高，便于整車(chē)能量集成的特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的電動(dòng)車(chē)型。相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)，可提升冬季續(xù)駛里程35%左右。在極端寒冷條件下，因熱泵能效比下降，需采用高壓PTC進(jìn)行輔助。

（2）熱泵空調(diào)系統(tǒng)可通過(guò)精確控制，采用不同的熱源，實(shí)現(xiàn)熱泵模式、除濕模式和余熱回收等多種模式，與整車(chē)能量管理集成度較高。傳統(tǒng)熱泵模式較傳統(tǒng)高壓PTC加熱可實(shí)現(xiàn)40%左右的節(jié)能，而除濕模式可實(shí)現(xiàn)70%左右的節(jié)能，另外在某些特殊工況下，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)余熱回收利用，提升電動(dòng)汽車(chē)能量利用效率。

（3）熱泵空調(diào)相對(duì)于傳統(tǒng)空調(diào)需要額外增加一些部件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，成本增加1 000元左右，按照行駛習(xí)慣和用電價(jià)格估算，成本回收周期大約在3年左右。