電動(dòng)汽車在低溫下續(xù)航里程大幅縮水嚴(yán)重影響了其在嚴(yán)寒地區(qū)的推廣應(yīng)用。針對此行業(yè)難題，本研究提出了一種適用于嚴(yán)寒地區(qū)的輕型商用電動(dòng)汽車間接式熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的五通閥設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高度集成化，能夠滿足低溫環(huán)境下車輛各個(gè)子系統(tǒng)的熱需求。在此基礎(chǔ)上建立了整車熱管理系統(tǒng)的一維仿真模型，并通過臺架試驗(yàn)進(jìn)行了模型驗(yàn)證。通過實(shí)車環(huán)境倉實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提出的熱管理系統(tǒng)低溫性能指標(biāo)，并與傳統(tǒng)PTC供暖進(jìn)行了采暖性能與采暖能耗的對比。結(jié)果顯示，所提出的熱管理系統(tǒng)能夠滿足輕型商用電動(dòng)汽車低溫下的采暖需求，在-5℃條件下，平均腳部吹風(fēng)溫度可達(dá)到32.3℃。相比于傳統(tǒng)PTC，熱泵系統(tǒng)具有較好的節(jié)能效果，能夠降低50%以上的系統(tǒng)能耗，提升約15%的續(xù)航里程。研究結(jié)果可為后續(xù)優(yōu)化控制策略提供參考。

關(guān)鍵詞

熱泵空調(diào)；整車熱管理；系統(tǒng)性能；控制策略

主要內(nèi)容

隨著可再生能源占比的不斷提升，新能源汽車的推廣有望實(shí)現(xiàn)真正的“綠色交通”，是順利達(dá)成我國“雙碳”計(jì)劃目標(biāo)的有效手段之一。發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為我國的國家戰(zhàn)略。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的2023年汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，新能源汽車銷量同比增長36.7%，創(chuàng)下歷史新高。然而，相較于乘用車的快速發(fā)展，商用車在電動(dòng)化轉(zhuǎn)型中仍有較大的提升空間。其中，輕型商用車包括輕卡和皮卡等，主要承載市內(nèi)物流及城際物流，其電動(dòng)化轉(zhuǎn)型對降低城市空氣污染與碳排放具有更重要的意義。    

目前，輕型商用電動(dòng)汽車在我國東北、西北等冬季寒冷地區(qū)的推廣難度較大，其冬季續(xù)航里程衰減嚴(yán)重的問題是導(dǎo)致在這些地區(qū)推廣難度大的重要因素之一。電動(dòng)汽車冬季續(xù)駛里程衰減嚴(yán)重主要是由于低溫下動(dòng)力電池容量降低，以及低溫下整車供熱能耗過高所致。目前，電動(dòng)商用車主要通過PTC（Positive Temperature Coefficient，正溫度系數(shù)電阻加熱器）加熱以及熱泵空調(diào)系統(tǒng)供熱。與PTC加熱相比，熱泵空調(diào)能夠吸收環(huán)境中的熱量為乘員艙加熱，因此在相同制熱功率下能耗更低。

 然而，不同熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能效差異較大，作為電動(dòng)汽車中除電機(jī)外耗能最大的子系統(tǒng)，熱泵的能源轉(zhuǎn)換效率對車輛續(xù)航里程至關(guān)重要。針對如何提高熱泵系統(tǒng)在低溫時(shí)的能效以及優(yōu)化整車熱管理方案，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。季宏增等基于熱泵系統(tǒng)制熱性能試驗(yàn)，提出了一種在制熱低效率范圍的熱泵PTC耦合制熱策略。相較于單一熱泵制熱，-10℃環(huán)境溫度下車內(nèi)目標(biāo)溫度為20℃時(shí)，調(diào)節(jié)過程中能耗最多降低9.4%，穩(wěn)定后降低2.8%。Hosoz和Direk建立了一套R134a熱泵空調(diào)系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)進(jìn)行了變溫度和變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)性能測試。測試發(fā)現(xiàn)，在制熱模式下，系統(tǒng)?損失隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而減小。此外，華若秋等詳細(xì)研究了電子膨脹閥的開度變化對系統(tǒng)冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、過冷度、制熱量、壓縮機(jī)功耗和性能系數(shù)的影響，通過改變電子膨脹閥的開度，可以有效調(diào)節(jié)熱泵出風(fēng)溫度，從而獲得較高的能效比。Haddad等人提出了一種基于遺傳算法的控制策略，以優(yōu)化熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)并降低其能耗。該控制策略的能耗相比于電動(dòng)客車默認(rèn)控制器，熱泵系統(tǒng)的能耗降低了36%。

對于純電動(dòng)汽車，環(huán)境溫度和系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素會對熱管理性能產(chǎn)生影響。與傳統(tǒng)乘用車不同，商用車因其高負(fù)載、復(fù)雜的使用路況以及電池電機(jī)的余熱價(jià)值較高，對熱管理性能提出了更高的要求。因此，開展商用車熱管理系統(tǒng)的相關(guān)研究具有重要意義，這將大大提升純電動(dòng)商用車的熱泵空調(diào)性能，為用戶提供更舒適的駕駛環(huán)境。為提高純電動(dòng)汽車的能效，整體性能以及在低溫環(huán)境下的續(xù)航能力，本研究設(shè)計(jì)了一套集成式商用車熱管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能夠有效回收和再利用電機(jī)產(chǎn)生的余熱，同時(shí)提升了系統(tǒng)的集成度，降低了整車質(zhì)量和制造成本。此外，利用AMEsim和Matlab聯(lián)合仿真技術(shù)建立了整車熱管理系統(tǒng)一維仿真模型，分析了低溫下的制熱性能，并通過臺架實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。最后，對實(shí)車進(jìn)行了低溫環(huán)境倉試驗(yàn)，驗(yàn)證了集成式熱管理系統(tǒng)的制熱能力的性能指標(biāo)。最后對比了熱泵模式和傳統(tǒng)PTC模式在采暖性能和能耗方面的差異。研究結(jié)果為進(jìn)一步提高純電動(dòng)輕型商用車采暖性能提供參考。

1純電動(dòng)輕型商用車熱管理系統(tǒng)   

1.1 熱管理系統(tǒng)架構(gòu) 

為降低熱管理系統(tǒng)的空間占有率，目前純電動(dòng)車正朝著集成化和智能化的發(fā)展不斷進(jìn)步。本研究提出了一套純電動(dòng)輕型商用車集成式熱管理系統(tǒng)，以便根據(jù)不同工況靈活調(diào)整熱管理策略。如圖1所示，熱管理系統(tǒng)的原理圖展示了其與多個(gè)子系統(tǒng)相互耦合關(guān)系。通過系統(tǒng)間協(xié)作，該系統(tǒng)滿足熱管理需求，以適應(yīng)環(huán)境和工況的變化。該系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、電子膨脹閥、暖風(fēng)芯體、車外換熱器、三通閥、五通閥、水泵、氣液分離器等部件組成。當(dāng)系統(tǒng)處于制熱工況時(shí)，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)制冷劑，進(jìn)入板式換熱器1，高溫制冷劑與板式換熱器1中的冷卻液進(jìn)行熱量交換。

      經(jīng)過加熱的冷卻液在水泵的作用下將熱量從空調(diào)箱內(nèi)的暖風(fēng)芯體吹入乘員艙，以達(dá)到為乘員艙供暖的目的。同時(shí)經(jīng)過板式換熱器1的冷媒經(jīng)電子膨脹閥1后進(jìn)入冷凝器與室外空氣進(jìn)行熱交換。從冷凝器排出的低溫低壓制冷劑進(jìn)入氣液分離器，最后被壓縮機(jī)吸入。當(dāng)系統(tǒng)和處于制冷工況時(shí)，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)制冷劑，經(jīng)電子膨脹閥1進(jìn)入冷凝器與室外空氣進(jìn)行熱量交換，之后制冷劑流入電子膨脹閥3，經(jīng)過節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收乘員艙內(nèi)的熱量，在進(jìn)入氣液分離器，最后回到壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)的制冷循環(huán)。

      不同模式的切換以及電機(jī)的余熱回收通過控制圖中五通閥的通斷實(shí)現(xiàn)。電池的制熱和冷卻主要依靠板式換熱器與冷媒進(jìn)行熱量交換，而水泵則驅(qū)動(dòng)冷卻液進(jìn)行間接熱量傳遞。同時(shí)，電機(jī)余熱回收模式將熱泵系統(tǒng)耦合至電機(jī)模塊，有效提高制冷劑的溫度和壓力，減少壓縮機(jī)的功耗，從而降低能耗。   

（a）制冷模式

(b) 制熱模式

圖1 熱管理系統(tǒng)原理圖

1.2 AMESim模型的建立   

本研究建立了整車熱管理系統(tǒng)一維仿真模型，如圖2所示。本系統(tǒng)采用的壓縮機(jī)排量為34 cm3/r,最大壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為8000 rpm，其他零部件信息如表1所示。由于側(cè)重點(diǎn)在于系統(tǒng)性能的研究，故采用等效的壓縮機(jī)排氣效率、等熵效率、機(jī)械效率替代壓縮機(jī)模型。為了更準(zhǔn)確地模擬系統(tǒng)的性能，本研究已對各換熱部件進(jìn)行了標(biāo)定；同時(shí)，對模型進(jìn)行了簡化，忽略了各部件之間以及連接管路之間的熱交換，將制冷劑在壓縮機(jī)中的壓縮過程簡化為絕熱壓縮，將制冷劑在電子膨脹閥的膨脹過程簡化為絕熱膨脹。

      為了簡化仿真分析過程，在AMEsim軟件中構(gòu)建的壓縮機(jī)模型主要關(guān)注于容積效率、等熵功率和機(jī)械效率三個(gè)關(guān)鍵因素。為確保模型的準(zhǔn)確性，這三個(gè)重要參數(shù)均是通過現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義的。等熵效率記作 ：

                      (1)                          

其中，為制冷劑排氣焓值，單位為kJ/kg;  為制冷劑吸氣焓值，單位為kJ/kg;  為經(jīng)壓縮機(jī)等熵壓縮的理論焓差。

換熱器內(nèi)部的制冷劑質(zhì)量流量記作  :

         (2)

其中， 為質(zhì)量流量系數(shù)，無量綱；為換熱器流通制冷劑的有效面積，單位為m2;  制冷劑通過換熱器前后的壓力差，單位為Pa。

電子膨脹閥的質(zhì)量流量記作：

           (3)

其中， 為電子膨脹閥的有效流通面積，單位為m2；為制冷劑密度，單位為kg/m3；為制冷劑流過電子膨脹閥進(jìn)出口處的壓力差，單位為Pa。

表1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 AMESim系統(tǒng)仿真模型

1.3 熱管理系統(tǒng)控制策略   

    在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，需要對整車性能進(jìn)行驗(yàn)證，有別于燃油車系統(tǒng)相比，純電動(dòng)車的熱管理系統(tǒng)存在高度耦合，因而需要更為復(fù)雜的控制策略。為了降低熱管理系統(tǒng)能耗的同時(shí)保證低溫下的采暖性能，采用以熱泵為主、PTC加熱為輔的控制策略，按不同的工況和目標(biāo)溫度，制定熱泵與PTC的能量耦合模式。具體工作策略如下：當(dāng)環(huán)境溫度介于-5℃至20℃，通過熱泵模式進(jìn)行乘員艙加熱；當(dāng)環(huán)境溫度＜-5℃，且電機(jī)出水水溫＜-3℃時(shí)，PTC與熱泵模式同時(shí)制熱；當(dāng)環(huán)境溫度＜-5℃，且電機(jī)出水水溫＜-12℃時(shí)，熱泵模式退出。具體邏輯圖如圖3所示。

整車熱管理方案包含對乘員艙、電池和電機(jī)/電控系統(tǒng)的控制回路，但各個(gè)子系統(tǒng)間對溫度的需求不同，因此對各子系統(tǒng)基于其確定的物理特性，采用分層式控制策略。同時(shí)建立溫控優(yōu)先級仲裁模塊以解決溫控沖突，從而執(zhí)行相應(yīng)的控制策略以實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的功能模式[7]?；谌梭w的舒適性要求，乘員艙的溫度在冬季控制在18℃至25℃的范圍內(nèi)；考慮到電池活性以及充放電效率和環(huán)境溫度，電池的溫度控制在20℃至35℃范圍內(nèi)；電機(jī)在工作過程中要需確保其溫度低于其最高警戒溫度130℃，設(shè)定其工作溫度達(dá)到80℃是啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)。

圖3 制熱工況控制策略

2 結(jié)果與分析  

2.1 模型驗(yàn)證  

     為了驗(yàn)證模型仿真的準(zhǔn)確性，本研究對環(huán)境溫度為-5℃、外循環(huán)條件下的仿真數(shù)據(jù)與臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。臺架性能試驗(yàn)如圖4所示。仿真分析中將壓縮機(jī)的壓縮過程簡化為絕熱壓縮，但實(shí)際過程中并非理想狀態(tài)，因此仿真數(shù)據(jù)略高于試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由圖5可知，雖然壓縮機(jī)功耗和壓縮機(jī)吸氣壓力存在一定偏差，但變化趨勢基本保持一致；隨著時(shí)間的增加，兩者均呈現(xiàn)增大趨勢，且相對誤差在10%以內(nèi)。因此，在后續(xù)的開發(fā)中可依靠仿真分析進(jìn)行系統(tǒng)輔助優(yōu)化，從而加快開發(fā)進(jìn)程。    

圖4 臺架性能試驗(yàn)

(a) 壓縮機(jī)功耗

   (b) 壓縮機(jī)吸氣壓力

       圖5 仿真與試驗(yàn)對比

2.2 仿真結(jié)果分析  

本研究首先對在環(huán)境溫度-5℃、外循環(huán)、相對濕度為50%，日照為400W/m2條件下的雙制熱（電池+乘員艙）工況進(jìn)行仿真分析。同時(shí)，擬定PTC開啟功率為2 kW。

圖6(a)可知，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在前期呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢。大約在t=300s時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定（5700 rpm），此時(shí)壓縮機(jī)的排氣溫度為115.6℃，排氣壓力為18.6 bar。此后壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低至5500 rpm，壓縮機(jī)排氣溫度和排氣壓力分別降低到106.8℃, 15.5bar。在本系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，每降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速100 rpm，壓縮機(jī)排氣溫度可降低4.4℃。

(a)壓縮機(jī)吸排氣參數(shù)

 (b) 乘員艙、暖風(fēng)芯體和電池進(jìn)出水溫    

(c) 壓縮機(jī)和PTC功率

圖6 -5℃下各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

由圖6(b)可知，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增大以及PTC的作用，暖風(fēng)芯體的出風(fēng)溫度也不斷上升。在t=2000s時(shí)，暖風(fēng)芯體的出風(fēng)溫度達(dá)到25.8℃，乘員艙內(nèi)的溫度為17.6℃，滿足了冬季采暖的需求。同時(shí)，電池水溫隨著時(shí)間穩(wěn)步提升。如圖6(c)所示，壓縮機(jī)功率先逐漸上升之后略微下降，最后趨于穩(wěn)定在2200 W。PTC功率則為2000 W。

本研究對環(huán)境溫度為-25℃條件下的乘員艙和電池制熱進(jìn)行研究。由于在-25℃的低溫環(huán)境下，壓縮機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)主要依靠PTC進(jìn)行工作。

(a)電池進(jìn)出水溫度

(b)  暖風(fēng)芯體參數(shù)變化

圖7 -25℃下各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

如圖7所示，PTC功率為8000 W, 暖風(fēng)芯體進(jìn)水溫度在t=150s左右升高至最大值，約為58.7℃，之后略微下降，最后在t=3600s時(shí)為42.5℃。同時(shí)，出風(fēng)溫度首先上升到41.3℃，之后略微下降，最后在t=3600s時(shí)為29.6℃。同樣的，電池進(jìn)出水溫度表現(xiàn)出相同的規(guī)律，仿真停止時(shí)電池進(jìn)水溫度為39.4℃、電池出水溫度25.3℃。在仿真分析過程中各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)均穩(wěn)定在正常的工作范圍，可以滿足純電動(dòng)輕型商用車的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

3 實(shí)車低溫采暖性能分析  

3.1  實(shí)驗(yàn)裝置與測試條件  

對裝有本文所提出的新型熱管理系統(tǒng)的輕型商用電動(dòng)汽車進(jìn)行環(huán)境倉實(shí)驗(yàn)，如圖8所示。本研究驗(yàn)證了該熱管理系統(tǒng)在低溫環(huán)境下的采暖性能，并與傳統(tǒng)PTC系統(tǒng)進(jìn)行性能指標(biāo)、能耗對比。

圖8 實(shí)車環(huán)境倉實(shí)驗(yàn)    

實(shí)驗(yàn)前首先檢查了車輛的狀態(tài)，確認(rèn)整車氣密性滿足設(shè)計(jì)要求，且通風(fēng)進(jìn)氣口與排氣口均無阻塞。同時(shí)，實(shí)車已完成制冷劑的充注實(shí)驗(yàn)，充注量為950 g。隨后，對車艙內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布置與采集設(shè)備的連接與調(diào)試。在每輛實(shí)驗(yàn)車的出風(fēng)口、頭部和腳部布置了K型熱電偶（測量精度±0.1℃），用于溫度采集。實(shí)驗(yàn)前車輛充滿電，按實(shí)驗(yàn)工況達(dá)到SOC要求，提前浸車至電池溫度、油液溫度與環(huán)境溫度相同。由于冬季采暖工況下，汽車空調(diào)出風(fēng)口主要通過腳部出風(fēng)口出風(fēng)，因此本研究主要考察了腳部出風(fēng)溫度平均值和腳部溫度的平均值，以評價(jià)汽車空調(diào)制熱性能。

3.2  低溫制熱性能分析  

在環(huán)境溫度為-5℃ ，空氣濕度為50%，開啟吹腳模式進(jìn)行實(shí)車采暖實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得到了實(shí)車腳部出風(fēng)溫度和腳部溫度隨時(shí)間的變化，如圖9所示。

(a) 腳部出風(fēng)溫度

(b) 腳部溫度

圖9 -5℃下的采暖性能

由圖9(a)可以看出在t=0s到t=1700s時(shí)間段內(nèi)空調(diào)腳部出風(fēng)溫度上升速率相對較快快，由-5℃上升到38℃左右，平均上升速率為0.03℃/s。此后，由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，腳部出風(fēng)溫度略微下降，之后逐漸趨于穩(wěn)定，主駕和副駕的腳部出風(fēng)溫度分別穩(wěn)定在31.6℃、32.4℃。同樣腳部溫度也表現(xiàn)出相同趨勢，如圖9(b)可知，平均腳部溫度在前期由-5℃逐漸上升到23.6℃，平均升溫速率為0.03℃/s，之后略微降低，最后主駕和副駕的平均腳部溫度分別穩(wěn)定在23.7℃、23.3℃。同時(shí)，也可以看出主駕和副駕的平均腳部出風(fēng)溫度差值較小，能夠滿足乘員的舒適性，且目標(biāo)熱管理系統(tǒng)可以滿足-5℃下的低溫采暖需求。

3.3熱泵模式與PTC供暖模式對比  

為更好地比較上述設(shè)計(jì)的輕型商用電動(dòng)汽車熱泵模式與傳統(tǒng)PTC供暖模式的性能指標(biāo)與能耗，本研究在環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室選取環(huán)境溫度為-5℃，車速為0 km/h，開啟吹腳出風(fēng)模式及最大風(fēng)量的工況下，分兩組對實(shí)驗(yàn)樣車進(jìn)行能耗測試。一組為搭載了目標(biāo)熱管理系統(tǒng)的純熱泵運(yùn)行模式，另一組為傳統(tǒng)PTC模式作為對比。

       (a) 腳部出風(fēng)溫度    

      (b) 腳部溫度

圖10 -5℃熱泵模式與PTC模式性能比較

 實(shí)驗(yàn)開始前，車輛均處于滿電狀態(tài)，其他實(shí)驗(yàn)條件與制熱性能實(shí)驗(yàn)保持一致，全程持續(xù)采集出風(fēng)口的空氣溫度值。如圖10所示，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，得到了PTC能耗與僅熱泵系統(tǒng)的腳部溫度和腳部出風(fēng)溫度隨時(shí)間的變化。

在前期（t=0 s到t=1600 s），由于PTC的作用，升溫速率較熱泵模式更快。之后在PTC的作用下，腳部吹風(fēng)溫度穩(wěn)定在30.2℃。相反，熱泵系統(tǒng)雖然前期升溫速率較慢，但在t=1600s后，腳部出風(fēng)溫度明顯較高，最后穩(wěn)定在32.5℃。同樣，腳部溫度表現(xiàn)出相同的規(guī)律；在t=1600s后，熱泵系統(tǒng)的平均腳部溫度明顯高于PTC系統(tǒng)，二者的平均腳部溫度分別穩(wěn)定在23.3℃和20.6℃。

本研究對熱泵系統(tǒng)下與PTC系統(tǒng)的能耗進(jìn)行了對比，如圖11所示。能耗達(dá)到1 kW·h時(shí)，PTC系統(tǒng)耗時(shí)約720 s，熱泵系統(tǒng)耗時(shí)約3600 s。這表明，在消耗相同能量的情況下，熱泵系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間明顯優(yōu)于PTC系統(tǒng)?？梢钥闯?，采用熱泵模式能夠相比PTC模式提升續(xù)航里程。

  （a）功率

   (b) 能耗

圖11 -5℃下PTC加熱與熱泵系統(tǒng)功率與能耗對比

在測試的全過程中R134a壓縮機(jī)的功率和能耗始終維持在較低水平。當(dāng)測試終止時(shí)，其能耗僅達(dá)到約1.1 kW·h，上升速率約為0.33 W/s，顯示出較高的節(jié)能效果。然而，目前冬季制熱仍主要依賴PTC加熱。PTC在低溫工況下的加熱功率較大，導(dǎo)致能耗相對增加。PTC在1小時(shí)內(nèi)消耗的能量高達(dá)3800 W，上升速率約為1.05W/s，是熱泵模式能耗的3.2倍。此外，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，兩者的比值呈逐漸增大趨勢。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)熱泵系統(tǒng)在冬季采暖過程中更加節(jié)能，并顯著提高輕型商用車的續(xù)航里程。

4 結(jié)論  

本研究提出了一種適用于輕型商用電動(dòng)汽車的熱泵型熱管理系統(tǒng)，建立了整車熱管理系統(tǒng)的一維仿真模型，并通過臺架試驗(yàn)進(jìn)行模型的驗(yàn)證。通過對實(shí)車進(jìn)行低溫環(huán)境倉實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了目標(biāo)熱管理系統(tǒng)的采暖性能指標(biāo)，并與傳統(tǒng)PTC供暖模式的采暖性能和能耗進(jìn)行對比，總結(jié)出如下結(jié)論：

提出的熱管理系統(tǒng)在輕型商用電動(dòng)汽車上具有良好的應(yīng)用效果，能夠使車輛適應(yīng)寬溫域，同時(shí)有效提高電池模組和乘員艙內(nèi)溫度。具體而言，在環(huán)境溫度為-5℃的條件下，平均腳部出風(fēng)溫度和平均腳部溫度分別達(dá)到約32.3℃和23.5℃。

研究表明，熱泵系統(tǒng)對能耗的影響顯著，相較于PTC供暖模式，熱泵更加節(jié)能。PTC供暖模式的能耗上升速率約為熱泵模式的3.2倍，且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，這一比值有逐漸增大的趨勢。這也說明熱泵系統(tǒng)在冬季更加節(jié)能，并能顯著提高輕型商用車的續(xù)航里程。   

建立的整車熱管理系統(tǒng)一維仿真模型能夠較準(zhǔn)確的模擬地低溫下的采暖性能。在環(huán)境溫度為-5℃時(shí)，相比與傳統(tǒng)的PTC供暖模式，熱泵模式能夠降低50%以上的系統(tǒng)能耗，并提升約15%的續(xù)航里程。研究結(jié)果為后續(xù)優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的制熱效率提供參考。    

王鋒軍,滕海旭,羅睿林,等.輕型商用電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng)制熱性能仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究[J/OL].汽車工程學(xué)報(bào),1-11[2024-09-24].