深度混合动力汽车热泵空调可行性研究

【摘要】：提高空调的使用效率有利于提高深度混合动力汽车的经济性，由于深度混合动力汽车的发动机运行比例低于60%，使汽车无法通过发动机获得足够的余热用于采暖，不能沿用传统燃油汽车的空调系统来制冷制热。常见的解决方法有在制冷系统上加装PTC热敏电阻进行采暖、运用储热式制冷采暖空调系统的热储能进行采暖、通过加装燃油加热器式进行采暖，以及以热泵形式进行采暖等。 市面上主流方法是加装PTC热敏电阻，本文则设计一套热泵空调系统，比加装PTC热敏电阻的空调系统更加节能。为此本文以加装PTC热敏电阻空调的深度混合动力汽车代表车型普锐斯为研究对象，通过实车测试获取深度混合动力汽车运行能耗、采暖系统能耗，电动机发热情况和电池发热情况，以及深度混合动力汽车工作模式和其转换过程的要素，在此基础上模拟将车辆PTC采暖替换成热泵采暖空调系统，计算车辆在不同外界环境温度下的采暖能耗，与原车的PTC采暖能耗进行经济性对比，由此来评测深度混合动力汽车应用热泵采暖空调后对汽车的经济性的影响。 通过对该款深度混合动力汽车在不同环境温度下，当电池电量固定为5.2kWh时，以车速40km/h定速行驶100公里数和30公里时，PTC热敏电阻采暖与热泵采暖的空调能耗差、车辆油耗差对比研究发现：当温度逐渐下降时，PTC热敏电阻采暖比热泵采暖更耗能耗油。特别是在低温区间，选用热泵采暖系统比PTC采暖系统更加有效地提高深度混合动力汽车的经济性。 由于混合动力汽车空调系统的使用情况受到电池蓄电量的影响，本文还以该款深度混合动力汽车为研究对象，对比选用蓄电量为5.2kWh、8kWh、11.58kWh和18KWh电池为驱动电源，在以车速40km/h定速行驶30公里时的PTC采暖空调和热泵采暖空调的经济性。对比发现随着蓄电量增加，发动机的运行时间逐步下降，使得PTC采暖系统和热泵采暖系统的深度混合动力汽车的经济性都随之提升。但由于热泵采暖系统比PTC采暖系统更节能，使得在定行程内，热泵采暖系统深度混合动力汽车的发动机运行时间比PTC采暖系统的发动机运行时间更短，由于油费单价远远比用电单价高，因此存在一个电池蓄电量，在该电池蓄电量下选用热泵采暖系统深度混合动力汽车车辆相对于选用PTC采暖系统的深度混合动力汽车，经济性达到最大值。此后，随着PTC采暖系统车辆的发动机运行时间进一步减少，两者经济性又趋于下降。 但由于本文设计的热泵系统还回收蓄电池的热量，而蓄电池发热量随着蓄电量的增加而增加，因此热泵系统的COP值随蓄电池可回收热量增加而提高，因此热泵采暖系统相对PTC采暖系统的经济性又随着电池蓄电量的增加而提升。 综合以上几种不同情况下的经济性对比，可以发现在低于18℃开始采暖的深度混合动力汽车，运用热泵采暖空调系统均比采用PTC采暖空调系统节能，更能有效提高深度混合动力汽车的经济性。 【关键词】：深度混合动力汽车 热泵空调 PTC采暖 经济性
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7;U463.851
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 前言11-13
• 1.2 深度混合动力汽车工作原理13-18
• 1.2.1 混合动力汽车的分类13-16
• 1.2.2 深度混合动力汽车驱动形式的分类16-18
• 1.3 深度混合动力汽车空调特性18-19
• 1.4 深度混合动力汽车空调系统研究现状19-21
• 1.5 本文研究内容和意义21-24
• 1.5.1 研究内容21
• 1.5.2 本文研究意义21-22
• 1.5.3 拟采用研究方法22-24
• 第二章 深度混合动力汽车热泵空调机理分析24-31
• 2.1 深度混合动力汽车运行模式24-25
• 2.2 热泵系统的工作原理25-27
• 2.2.1 热泵的结构原理25-26
• 2.2.2 热泵空调系统的能效比26-27
• 2.3 深度混合动力汽车运行模式与热泵空调匹配设计27-31
• 第三章 深度混合动力汽车空调采暖负荷、制冷负荷计算及系统设计31-53
• 3.1 实验车辆基础物理参数测量31-32
• 3.2 深度混合动力汽车制冷负荷计算32-39
• 3.3 深度混合动力汽车采暖负荷计算39-42
• 3.4 深度混合动力汽车除霜除雾热负荷计算42-44
• 3.5 电池热负荷计算44-45
• 3.6 电动机及其控制器热负荷计算45-46
• 3.7 深度混合动力汽车热泵空调设备选型46-53
• 第四章 深度混合动力汽车采暖能耗测试实验53-59
• 4.1 实验车辆与测试仪器53
• 4.1.1 实验车辆53
• 4.1.2 测试仪器53
• 4.2 能耗测试实验方案和试验步骤53-59
• 4.2.1 实验方案53-54
• 4.2.2 试验过程54-59
• 第五章 热泵采暖空调与电加热采暖经济性对比分析59-77
• 5.1 深度混合动力汽车百公里采暖经济性分析59-66
• 5.2 深度混合动力汽车上班距离采暖经济性分析66-71
• 5.3 不同电池蓄电量的采暖经济性分析71-77
• 结论与展望77-79
• 结论77
• 展望77-79
• 参考文献79-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81-82
• 致谢82-83
• 附件83

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