摘 要：參考《QCT 658-2000汽車空調(diào)整車降溫性能試驗(yàn)方法》國(guó)家法規(guī)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用KULI軟件搭建了混合動(dòng)力汽車的空調(diào)系統(tǒng)冷媒回路仿真模型及電池包冷卻回路仿真模型。通過(guò)仿真試驗(yàn)曲線，混合動(dòng)力汽車運(yùn)行車速為100km/h高速穩(wěn)態(tài)工況下，在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速2000～7000rpm區(qū)間，隨著轉(zhuǎn)速升高，吹面出風(fēng)溫度逐漸降低，而主駕頭部溫度降溫不明顯；壓縮機(jī)優(yōu)先推薦轉(zhuǎn)速6000rpm，7000rpm作為第二選擇。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車 空調(diào)壓縮機(jī) 制冷性能

混合動(dòng)力汽車的空調(diào)系統(tǒng)需要同時(shí)滿足汽車的長(zhǎng)續(xù)航要求、乘員艙內(nèi)的熱舒適性需求以及動(dòng)力電池?zé)岚踩砸?，因此其空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能及其匹配受到廣泛關(guān)注[1-2]。

國(guó)內(nèi)外目前對(duì)于混合動(dòng)力汽車的空調(diào)系統(tǒng)的核心問(wèn)題主要集中在乘員艙空氣調(diào)節(jié)性能要求層面[3-4]。但是對(duì)于混合動(dòng)力汽車來(lái)說(shuō)主要停留在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)部分[5-6]，主要關(guān)注點(diǎn)在冷卻性能達(dá)標(biāo)層面，空調(diào)系統(tǒng)的研究停留在系統(tǒng)層級(jí)[7-8]；沒有進(jìn)一步深入從整車各系統(tǒng)匹配角度分析制冷性能及其節(jié)能潛力[9-10]。因此，對(duì)混合動(dòng)力汽車空調(diào)系統(tǒng)的性能匹配以及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能降耗的潛力進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[11]。

1 典型混合動(dòng)力汽車空調(diào)系統(tǒng)建模

某混合動(dòng)力車型空調(diào)系統(tǒng)主要包括乘員艙降溫及電池包冷卻的冷媒回路（圖1）和電池包冷卻液回路（圖2）。在一維數(shù)值模擬平臺(tái)KULI軟件中對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、熱力膨脹閥、蒸發(fā)器、chiller、電子膨脹閥等零部件子模塊按照混合動(dòng)力汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作特性及熱管理架構(gòu)進(jìn)行連接，分別搭建乘員艙冷媒回路如圖3所示，搭建電池包冷卻回路如圖4所示，空氣側(cè)回路如圖5所示。

仿真工況如表所示1所示。經(jīng)開展整車環(huán)境模擬降溫性能試驗(yàn)，乘員艙頭部溫度仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差小于±0.5℃范圍內(nèi)，符合工程應(yīng)用要求。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

2 壓縮機(jī)有效轉(zhuǎn)速對(duì)汽車高速工況制冷性能影響分析

基于《QCT 658-2000汽車空調(diào)整車降溫性能試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的評(píng)價(jià)要求，為確保電池包工作在最佳工作溫度范圍內(nèi)，采用主駕頭部溫度、空調(diào)箱吹面出風(fēng)溫度及電池包出水溫度三個(gè)參數(shù)作為汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷性能的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)參數(shù)。

混合動(dòng)力汽車的電子壓縮機(jī)常用的轉(zhuǎn)速范圍為2000rpm～8000rpm。本次仿真工況保持汽車車速為100km/h高速穩(wěn)態(tài)工況，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量為450m3/h，冷凝器進(jìn)風(fēng)量為0.85kg/s。根據(jù)前面所述評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到主駕頭部溫度、空調(diào)箱出風(fēng)溫度、蒸發(fā)器出風(fēng)溫度的變化曲線如圖7～圖9所示。

圖7中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)系統(tǒng)高壓壓力過(guò)低，使壓縮機(jī)易出現(xiàn)液擊；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速7000rpm時(shí)在330s空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)不平衡情況，8000rpm和9000rpm時(shí)系統(tǒng)無(wú)法保持平衡狀態(tài)穩(wěn)定工作。所有轉(zhuǎn)速下電池包出水溫度在15～45℃最佳工作溫度區(qū)間內(nèi)，滿足電池包制冷需求。

從圖8可以看出，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在2000～7000rpm中隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升高，蒸發(fā)器出風(fēng)溫度、空調(diào)箱出風(fēng)口溫度與主駕頭部溫度均逐漸降低，制冷性能逐漸增強(qiáng)。8000rpm、9000rpm時(shí)由于系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作，導(dǎo)致主駕頭部溫度等參數(shù)不符合變化趨勢(shì)。

從圖9可以看出，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在2000～7000rpm范圍內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)速升高，吹面出風(fēng)溫度逐漸降低，且每增加1000rpm對(duì)降低溫度的貢獻(xiàn)量逐漸減小，因此在滿足制冷需求的情況下應(yīng)盡量選擇較低的轉(zhuǎn)速。根據(jù)參考溫度13±0.5℃，達(dá)到要求的最低轉(zhuǎn)速范圍為6000 ～7000rpm。

對(duì)主駕頭部溫度而言，當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在6000～7000rpm范圍內(nèi)均滿足達(dá)到25±0.5℃及以下的制冷需求，2000～7000rpm范圍內(nèi)，隨轉(zhuǎn)速升高對(duì)降溫性能帶來(lái)的貢獻(xiàn)量逐漸減小，因此繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速對(duì)性能提高意義不大，應(yīng)盡量選擇較小的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。

綜合以上分析，100km/h時(shí)，優(yōu)先選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速6000rpm，第二選擇為7000rpm。

3 結(jié)論

通過(guò)仿真試驗(yàn)曲線，混合動(dòng)力汽車運(yùn)行車速為100km/h高速穩(wěn)態(tài)工況下：

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)系統(tǒng)高壓壓力過(guò)低，使壓縮機(jī)易出現(xiàn)液擊；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在8000rpm以上系統(tǒng)無(wú)法保持平衡狀態(tài)穩(wěn)定工作。

在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速2000～7000rpm區(qū)間，隨著轉(zhuǎn)速升高，吹面出風(fēng)溫度逐漸降低；主駕頭部溫度降溫不明顯。

汽車在高速工況100km/h時(shí)，壓縮機(jī)優(yōu)先推薦轉(zhuǎn)速6000rpm，7000rpm作為第二選擇。

基金項(xiàng)目：2022年汽車核心軟件研發(fā)重大專項(xiàng)“新能源汽車先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與高效集成控制關(guān)鍵工具鏈研究”，項(xiàng)目編號(hào)：0001KTSJ20230961-01。

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