R134a與R1234yf汽車制冷系統(tǒng)的充注量及性能試驗(yàn)研究

R134a與R1234yf汽車制冷系統(tǒng)的充注量及性能試驗(yàn)研究

0臭氧切換的原因上一代汽車空調(diào)壓制裝置為r12，由于破壞頂層氧氣，被置換為r134a。但隨著科技技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)R134a具有較大的溫室效應(yīng)潛質(zhì)GWP(GlobalWarmingPotential)1熱管理系統(tǒng)的介紹新能源汽車制冷系統(tǒng)一般可分為乘員艙制冷和動(dòng)力電池包制冷，采用電動(dòng)壓縮機(jī)空調(diào)制冷系統(tǒng)2制冷劑流量檢測(cè)本文通過(guò)搭建單空調(diào)制冷系統(tǒng)臺(tái)架，如圖2所示，在儲(chǔ)液罐和膨脹閥之間的管路上串聯(lián)了一個(gè)制冷劑質(zhì)量流量計(jì)，用于檢測(cè)制冷劑回路的流量。試驗(yàn)臺(tái)架搭建在焓差實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行兩種工質(zhì)分別是R134a和R1234yf的系統(tǒng)加注量試驗(yàn)，并進(jìn)行單空調(diào)側(cè)制冷性能試驗(yàn)。2.1系統(tǒng)框架注入試驗(yàn)2.1.1試驗(yàn)條件臺(tái)架加注量試驗(yàn)時(shí)，分別進(jìn)行了工質(zhì)R134a和工質(zhì)R1234yf兩種制冷劑的測(cè)試。冷凝器進(jìn)風(fēng)的風(fēng)速、溫度和濕度由焓差室控制，空調(diào)箱側(cè)風(fēng)量則通過(guò)向鼓風(fēng)機(jī)輸入額定的電壓進(jìn)行風(fēng)量控制，鼓風(fēng)機(jī)側(cè)空氣溫度和濕度由焓差實(shí)驗(yàn)室控制，具體試驗(yàn)條件參數(shù)見(jiàn)表1。一般汽車空調(diào)系統(tǒng)加注量試驗(yàn)起始加注量為350g，但試驗(yàn)臺(tái)架串聯(lián)了一個(gè)流量計(jì)，該流量計(jì)容量大約140g，因此兩種工質(zhì)的加注量試驗(yàn)初始加注量設(shè)定為500g，之后每次間隔25g增加。2.1.2系統(tǒng)制冷劑注意事項(xiàng)試驗(yàn)主要是要得到制冷劑在冷凝器進(jìn)口處的壓力曲線、冷凝器出口過(guò)冷度曲線、蒸發(fā)器出口過(guò)熱度曲線等，確定制冷劑的平衡段。而冷凝器進(jìn)口處壓力是試驗(yàn)設(shè)備直接采集值，冷凝器出口過(guò)冷度是冷凝器出口制冷劑壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度與冷凝器出口管壁溫度之差，蒸發(fā)器出口過(guò)熱度是蒸發(fā)器出口管壁溫度與蒸發(fā)器出口制冷劑壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度之差。如圖3是工質(zhì)R134a的加注量曲線結(jié)果，第一個(gè)拐點(diǎn)在625g，第二個(gè)拐點(diǎn)在675g,625g～675g為系統(tǒng)制冷劑加注量的平衡段，取中點(diǎn)原則，確定試驗(yàn)臺(tái)基于工質(zhì)R134a的最佳加注量為650g。如圖4是工質(zhì)R1234yf的加注量曲線結(jié)果，第一個(gè)拐點(diǎn)在550g，第二個(gè)拐點(diǎn)在600g,550g～600g為系統(tǒng)制冷劑加注量的平衡段，取中點(diǎn)原則，確定試驗(yàn)臺(tái)基于工質(zhì)R1234yf的最佳加注量為575g。2.1.3系統(tǒng)制冷劑注意事項(xiàng)空調(diào)系統(tǒng)的加注量主要與系統(tǒng)高壓側(cè)液態(tài)段的容積相關(guān)，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)高壓側(cè)液態(tài)段容積越大，理論上系統(tǒng)的加注量越大。而系統(tǒng)制冷劑的加注質(zhì)量與對(duì)應(yīng)壓力的液態(tài)制冷劑密度相關(guān)。圖5是兩種工質(zhì)飽和液態(tài)在相對(duì)壓力1.2Mpa～1.8Mpa區(qū)間的密度曲線，該區(qū)間內(nèi)，工質(zhì)R1234yf的飽和液態(tài)密度是R134a的0.89。因此在相同容積、相當(dāng)壓力下，R1234yf的加注質(zhì)量也是R134a的0.89倍左右。與實(shí)際臺(tái)架測(cè)試結(jié)果吻合。2.2單因素制冷性能試驗(yàn)2.2.1s1234yf添加量臺(tái)架制冷性能試驗(yàn)時(shí)，R134a加注量為650g,R1234yf加注量為575g。兩種工質(zhì)分別進(jìn)行4種不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速工況下的性能測(cè)試，每個(gè)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的冷凝器進(jìn)風(fēng)風(fēng)速如表2所示，其余試驗(yàn)條件參數(shù)見(jiàn)表3。2.2.2轉(zhuǎn)速對(duì)充放電性能的影響臺(tái)架制冷性能測(cè)試了四種不同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下的系統(tǒng)制冷能力。制冷功率結(jié)果如圖6，結(jié)果顯示：1）系統(tǒng)制冷能力隨著壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速提升性能跟隨提升，但性能提升與轉(zhuǎn)速不成線性關(guān)系，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速越高，性能提升放緩。2)R1234yf制冷劑相比R134a在相同壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下的制冷能力更弱。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min以上時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提升，R1234yf相對(duì)于R134a的制冷功率減率降低，到6000r/min時(shí)，衰減率為2.8%。3）系統(tǒng)制冷劑質(zhì)量流量測(cè)試結(jié)果如圖7，隨著轉(zhuǎn)速的提升，制冷劑流量的提升并不是呈線性提升的，高轉(zhuǎn)速下繼續(xù)提升壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)制冷劑流量的提升有限，這也是影響制冷性能提升的主要原因。2.2.3不同轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)cop的變化一般來(lái)說(shuō)，汽車制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)COP是一個(gè)重要的考察項(xiàng)，所謂COP是指系統(tǒng)制冷總功率與壓縮機(jī)消耗功率的比值。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速提升，壓縮機(jī)COP呈下降趨勢(shì)，如圖8。而相同轉(zhuǎn)速下，采用R1234yf工質(zhì)系統(tǒng)，其壓縮機(jī)COP略低于采用R134a工質(zhì)的系統(tǒng)。結(jié)合圖6中二者的性能結(jié)果，說(shuō)明當(dāng)同一個(gè)硬件系統(tǒng)的制冷劑由R134a切換成R1234yf時(shí)，要使其制冷性能不衰減，勢(shì)必提升相應(yīng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，其結(jié)果是壓縮機(jī)COP降低，熱管理系統(tǒng)能耗加大。3整個(gè)汽車測(cè)試3.1電池強(qiáng)制冷卻整車試驗(yàn)時(shí)，分別進(jìn)行了工質(zhì)R134a和工質(zhì)R1234yf兩種制冷劑對(duì)電池強(qiáng)制冷卻時(shí)的測(cè)試，考慮單因素對(duì)比，試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉空調(diào)側(cè)膨脹閥，Chiller充當(dāng)制冷回路中的蒸發(fā)器，Chiller內(nèi)部制冷劑與電池冷卻液（乙二醇溶液，以下稱冷卻液）進(jìn)行氣液換熱。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行原理如圖9。3.2一般試驗(yàn)條件整車試驗(yàn)選擇高溫快充工況進(jìn)行驗(yàn)證，在環(huán)境模擬試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行，詳細(xì)試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表4。3.3臺(tái)架性能測(cè)試本文通過(guò)測(cè)試電池冷卻液進(jìn)、出Chiller的水溫溫度，以及冷卻液回路的流量，計(jì)算出冷卻水經(jīng)過(guò)Chiller前后的換熱量，結(jié)果顯示：1)R134a工質(zhì)系統(tǒng)，Chiller側(cè)冷卻液的換熱量平均值為2.8kW，而R1234yf系統(tǒng)的冷卻液側(cè)換熱量為2.3kW。工作全程的換熱功率曲線如圖10。說(shuō)明R134a比R1234yf系統(tǒng)制冷效果在整車上表現(xiàn)更好，與臺(tái)架測(cè)試趨勢(shì)一致。2）壓縮機(jī)能耗結(jié)果顯示：兩種制冷劑全程的壓縮機(jī)消耗電功率相當(dāng)，功率曲線如圖11。3）計(jì)算系統(tǒng)COP,R134a系統(tǒng)比R1234yf系統(tǒng)的COP更高，如圖12。全過(guò)程平均COP值，R134a系統(tǒng)為1.82，而R1234yf為1.64。說(shuō)明R134a系統(tǒng)制冷效率更高，其結(jié)論與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果一致。4將不同工質(zhì)作為充放電劑的加大切換能力本文為了研究R134a與R1234yf兩種工質(zhì)作為汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑的差異，進(jìn)行了系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)，和整車試驗(yàn)。本文的臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果顯示：工質(zhì)R134a的最佳加注量為650g,R1234yf的最佳加注量為575g。而工質(zhì)R1234yf的飽和液態(tài)密度是R134a的0.89，因此在相同容積、相當(dāng)壓力下，R1234yf的加注質(zhì)量也是R134a的0.89倍左右。與實(shí)際臺(tái)架測(cè)試結(jié)果吻合。硬件系統(tǒng)及試驗(yàn)條件相同情況下，兩種工質(zhì)作為制冷劑，R1234yf相比R134a性能衰減在2.8%～7.8%。整車試驗(yàn)時(shí)，對(duì)比兩種工質(zhì)的制冷系統(tǒng)對(duì)電池冷卻回路的制冷性能，結(jié)果顯示相同工況下R134a的制冷能力更佳，C