電動(dòng)汽車幾種加熱方案設(shè)計(jì)解析匯報(bào)

1、電動(dòng)汽車幾種加熱方案解析本文介紹燃油加熱、電加熱、熱泵加熱幾種針對(duì)純電動(dòng)汽車的加熱方案，并對(duì)幾種方案進(jìn)行對(duì)比分析。節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今世界共同倡導(dǎo)的主題，純電動(dòng)汽車將成為未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。汽車作為一種便捷的代步工具，其乘坐舒適性也是關(guān)鍵因素。純電動(dòng)汽車取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的余熱作為熱源，這對(duì)純電動(dòng)汽車駕駛室采暖來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為其他加熱方式帶來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。目前，可以考慮燃油加熱方式、電加熱方式和熱泵加熱方式來(lái)解決純電動(dòng)汽車駕駛室采暖的問(wèn)題。1燃油加熱方式1.1燃油加熱器工作原理啟動(dòng)燃油加熱器后，油泵開(kāi)始從燃油箱取油，并將燃油輸送到加熱器中，燃油通過(guò)霧化裝置被霧化成可燃

2、的油氣混合體由火花塞點(diǎn)燃。水循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻液在流經(jīng)加熱器時(shí)被加熱，然后流入暖風(fēng)芯體，從而為駕駛室提供充足的熱源，為乘員提供舒適的環(huán)境，滿足除霜除霧法規(guī)的要求。1.2實(shí)施方案增加燃油加熱器、燃油箱、 油泵、 油管、 進(jìn)氣消聲器、進(jìn)氣管、 排氣消聲器、 排氣管、水泵、 水管，使燃油加熱器、水泵、 水管與原車暖風(fēng)芯體形成封閉的水循環(huán)系統(tǒng)。燃油加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。1.3優(yōu)點(diǎn)1）顯著提高純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程。在環(huán)境溫度-10 C,城市路況下行駛 1h,使用燃油加熱比使用電加熱大大提高了純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖2。rEp.ttr4IZ “用加沖遊嘲策靖坦黑睥；列咒譏加2）可延長(zhǎng)電池的使用壽

3、命。 采用燃油加熱方式對(duì)駕駛室加熱不消耗電池的電能，因此在相同的行駛里程下，使用燃油加熱方式比使用電加熱方式電池的放電深度低。根據(jù)鋰電池的特性， 電池壽命取決于放電深度，放電深度越低， 可使電池的充放電次數(shù)增加，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。 圖3為電池使用壽命與放電深度之間的關(guān)系。1 QKJOOOOOLOtJDUUO 岐對(duì)怫林亦耳心L池的便'11事金HXHJO 1000 *100j (in1.4缺點(diǎn)1） 燃油加熱系統(tǒng)消耗燃油，產(chǎn)生尾氣排放2） 燃油加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量較多,3） 為了滿足純電動(dòng)汽車碰撞法規(guī)的要求，與純電動(dòng)汽車零排放的理念相違背。增加成本較高， 降低了電動(dòng)汽車的實(shí)用性

4、。 燃油加熱系統(tǒng)需要突破以下課題：燃油箱的布置位置和防護(hù)措施（制定純電動(dòng)汽車整車布置方案時(shí)，會(huì)優(yōu)先考慮電池包的布置， 這對(duì)燃油箱的布置帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。燃油箱布置在前機(jī)艙不滿足前碰法規(guī)要求，且燃油加注不方便； 燃油箱布置在行李艙下方，很難滿足后碰法規(guī)的要求）；燃油管路走向， 應(yīng)確保燃油管路遠(yuǎn)離高壓線束；做好燃油管路的防護(hù)及碰撞斷油措施，防止因碰撞引起燃油泄漏。2電加熱方式2.1 PTC的概念及功能原理電加熱方式多為使用 PTC加熱。PTC是PositiveTemperature Coefficient 的縮寫(xiě)，意思 是正的溫度系數(shù)， 泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC

5、是指正溫度系數(shù)熱敏電阻， 簡(jiǎn)稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻， 超過(guò)一定的溫度 （居里溫度） 就是PTC加熱器的功率將突然降低到最小值, 性，PTC加熱器具有恒溫發(fā)熱、無(wú)明火、2.2低電壓風(fēng)暖加熱2.2.1 實(shí)施方案時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高而陡增。也使溫度回到其居里溫度以下。就因?yàn)檫@個(gè)特使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。FTtMr*圖4為低電壓風(fēng)暖加熱方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 機(jī)艙增加水泵、 水管、三通閥與暖風(fēng)芯體、 電機(jī)、 散熱器水箱形成封閉的水循環(huán)系統(tǒng)，HVAC結(jié)構(gòu)中增加低電壓風(fēng)暖加熱器。低電壓風(fēng)暖加熱器在空調(diào)HVAC中的布置示意圖見(jiàn)圖 5，安裝位置實(shí)物圖見(jiàn)圖 6。當(dāng)開(kāi)啟空調(diào)

6、控制器采暖開(kāi)關(guān)時(shí)，三通閥B改變冷卻液走向， 使冷卻液通過(guò)暖風(fēng)芯體， 根據(jù)車內(nèi)溫度傳感器的控制溫度、車內(nèi)溫度、水泵開(kāi)啟溫度、三通閥 A的控制溫度、冷卻液溫度來(lái)控制PTC與暖風(fēng)芯體的工作狀態(tài)。 當(dāng)斷開(kāi)空調(diào)控制器采暖開(kāi)關(guān)時(shí)， 三通閥B再次 改變冷卻液走向， 使冷卻液不通過(guò)暖風(fēng)芯體。222 優(yōu)點(diǎn)由于暖風(fēng)芯體用的是冷卻液余熱，可以節(jié)省低電壓風(fēng)暖加熱器的功率輸出，還分擔(dān)了一部分電機(jī)冷卻功能，降低了散熱器水箱的功率輸出。缺點(diǎn)1） 對(duì)沿用件的改動(dòng)量比較大，改動(dòng)成本較高。2） 使用低電壓風(fēng)暖加熱器，要求沿用原車空調(diào)暖風(fēng)機(jī)的下部有一定的整改空間，但是增加PTC輔助加熱裝置會(huì)使得暖風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)總成的殼體有所變動(dòng)。若要

7、在加熱暖風(fēng)芯體下面增加PTC輔助裝置，那么殼體下部的風(fēng)道和吹腳風(fēng)道都應(yīng)該下移。3）需重新更改控制電路 進(jìn)行控制，控制復(fù)雜，4）PTC布置在駕駛艙，2.3高電壓風(fēng)暖加熱2.3.1 實(shí)施方案，增加控制元器件及部分管路, 成本增加很多。存在一定的安全隱患。使控制器能夠?qū)λ眉叭ㄩy圖7為高電壓風(fēng)暖加熱方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。去掉原車進(jìn)出水管與暖風(fēng)芯體，用與原車暖風(fēng)芯體等大小、 等安裝方式的風(fēng)暖 PTC替代暖風(fēng)芯體，然后改變相關(guān)的控制電路，對(duì)PTC芯體1）不需要改動(dòng)HVAC吉構(gòu)。2）高電壓風(fēng)暖加熱器不像低電壓風(fēng)暖加熱器會(huì)受到功率輸出能力等諸多因素的限制, 以提供非常強(qiáng)勁的功率輸出及高效率的加熱。3）直接對(duì)空氣加

8、熱，駕駛室溫升速度快。233缺點(diǎn)1） 要使空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)滿足除霜除霧的法規(guī)及采暖要求，PTC的加熱電功率至少需要 3000 W或者更大。這個(gè)功率相對(duì)于總的電池容量來(lái)說(shuō)是非常巨大的消耗體，嚴(yán)重影響了純電動(dòng)車的續(xù)駛里程。2） 3 000 W以上加熱功率的 PTC布置在HVAC內(nèi)存在安全隱患。高電壓風(fēng)暖PTC工作電壓范圍一般在250450 V （ DQ,需要做好高電壓絕緣措施，EN60335要求高電壓產(chǎn)品的絕緣（圖8），這等級(jí)要做到大于等于 2 000 V。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮多層絕緣的安全措施就使產(chǎn)品本身的成本大大提高，給產(chǎn)品應(yīng)用帶來(lái)了困難。an膚崔槪巣3）高電壓風(fēng)暖加熱器布置在HVAC內(nèi)，需要對(duì)

9、高電壓風(fēng)暖加熱器做隔熱措施,壓風(fēng)暖加熱器溫度高時(shí)，HVAC殼體會(huì)產(chǎn)生異味，影響駕駛室空氣品質(zhì)。2.4高電壓水暖加熱2.4.1 實(shí)施方案圖9為高電壓水暖加熱方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在機(jī)艙增加高電壓水暖加熱器、管，與原車暖風(fēng)芯體形成封閉水循環(huán)系統(tǒng)。否則高電水箱、水泵、水鳳門昭橋曽睹TUM戟詩(shī)空謁RVAU ”眉?jí)罕靖貭€為比票妲黏曲I2.4.2 優(yōu)點(diǎn)1） 高電壓器件布置在機(jī)艙，使得高電壓安全性得以保證，在保證其效能情況下提供一個(gè)最高安全度的優(yōu)化解決方案。2） 水暖加熱，工作時(shí)無(wú)異味。3）不需要改變HVAC吉構(gòu)。4） 由于制動(dòng)能量回收或者其他因素導(dǎo)致電池電量過(guò)多時(shí)，高電壓水暖加熱器可將多余的電能轉(zhuǎn)化為熱能，儲(chǔ)存在

10、水循環(huán)系統(tǒng)中，防止由于電池過(guò)充電帶來(lái)的危險(xiǎn)。5） 高電壓系統(tǒng)不像12V系統(tǒng)會(huì)受到功率輸出能力的諸多限制，可以提供非常強(qiáng)勁的功率 輸出及高效率的加熱能力。6）在一個(gè)純電子化的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，功率不受其他因素的影響，而是由溫度管理系統(tǒng)方便地進(jìn)行調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)溫度的精確控制。243缺點(diǎn)1） 結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 增加零部件較多，給機(jī)艙布置帶來(lái)困難。2）水暖加熱速度較慢。3）水暖PTC加熱器電功率大約 5.5 kW這個(gè)功率相對(duì)于總的電池容量來(lái)說(shuō)是非常巨大的 消耗， 嚴(yán)重影響了電動(dòng)車的續(xù)駛里程。3熱泵加熱方式熱泵加熱是在電動(dòng)壓縮機(jī)制冷回路的基礎(chǔ)上，增加電磁閥控制制冷劑流向，通過(guò)蒸發(fā)冷凝器從周圍環(huán)境中吸收熱量，

11、通過(guò)內(nèi)部冷凝器向駕駛室釋放熱量，使駕駛室溫度升高，滿足除霜除霧的法規(guī)要求，為乘員提供舒適的環(huán)境。3.1實(shí)施方案增加電動(dòng)壓縮機(jī)、電磁閥、內(nèi)部冷凝器、蒸發(fā)冷凝器、單向閥、電子膨脹閥及優(yōu)化后管路結(jié)構(gòu)，從而形成封閉的制冷劑循環(huán)回路，其中內(nèi)部冷凝器替換原車暖風(fēng)芯體。熱泵制熱模式見(jiàn)圖10。 - 丄 f 宦 屠呼即I皿 口t科廣甲 El ITU 限怦!£! 啟制活SI盤(pán)!3.2優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)效率高，根據(jù)目前的電動(dòng)壓縮機(jī)技術(shù)，0 C時(shí)熱泵系統(tǒng)的 COP為2.5 , -5 C時(shí)熱泵系統(tǒng)的COP為2.0 ,因此， 在產(chǎn)生相同熱量的前提下，使用熱泵加熱方式比使用電加熱方式消耗的電能更少，可增加車輛的續(xù)駛里程。3

12、.3難點(diǎn)1） 關(guān)鍵零部件技術(shù)不成熟：電動(dòng)壓縮機(jī)、內(nèi)部冷凝器、蒸發(fā)冷凝器、制冷管路用電 磁閥等核心零部件尚在研發(fā)之中。對(duì)于蒸發(fā)冷凝器來(lái)說(shuō)，降低內(nèi)部壓力是提高產(chǎn)品最大換熱能力的關(guān)鍵因素；合理的翅片尺寸可降低蒸發(fā)冷凝器結(jié)霜的風(fēng)險(xiǎn)。2）控制技術(shù)不成熟：熱泵式空調(diào)控制技術(shù)，尤其是車用電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)的變轉(zhuǎn)速控制算法和電磁閥的控制（空調(diào)模式與熱泵模式之間相互轉(zhuǎn)換）算法不成熟。3）熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件數(shù)量多，機(jī)艙布置困難。4） 成本增加很多，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。5） 隨著環(huán)境溫度降低 ，熱泵系統(tǒng)的COP®會(huì)有所下降。 當(dāng)環(huán)境溫度低于-10 C時(shí)，電 動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速需要達(dá)到 8 000 r/min 以上才能維持熱平衡。 當(dāng)電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 8 000r/min以上時(shí)， 噪聲很大，很難達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，故此熱泵加熱方式受溫度范圍限制較大。4幾種方案的對(duì)比分析將以上幾種方案從高電壓安全性、效率、制熱能力、與燃油車部件的通用性、成本、最大優(yōu)點(diǎn)和最大缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，見(jiàn)表1。陀電R員坯 申卑 a 3?貳婦 曲爭(zhēng) &II*M甩貶R靂-彌復(fù)他1?由毎 S? 43 4 呼5總結(jié)以上幾個(gè)方案各有優(yōu)勢(shì)：使用燃油加熱方式在提供舒適環(huán)境的同時(shí)，不影響純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，