论文信息：基于热泵的纯电动汽车热管理系统的实验研究和仿真分析，田镇
纯电动汽车热管理系统的实验研究
纯电动汽车热管理系统实验工况的设定参考三个国家标准《QC/T 658-2000 汽车空调整车降温性能试验方法》、《GBT 21361-2008 汽车用空调器》和《QC 658-2009-T汽车空调制冷系统性能道路试验方法》。制冷模式下太阳辐射强度为 1000 Wm-2，相对湿度为 50%，循环方式使用外循环，车内/外风机皆开最高档。制热模式下太阳辐射强度为 0，相对湿度为 50%，循环方式使用外循环，车内/外风机皆开最高档。实验顺序按照环境温度由低到高，压缩机转速由低到高，车速由低到高，每个工况点预热时间为 20 min，测试时间为 10 min。
1.实验研究制冷剂的充注量
充注量较少会使得蒸发器过大，造成面积的浪费，同时压缩机吸气温度过高，排气温度过高。充注量较大会使得压缩机功耗增加，同时进入冷凝器的量过大，压缩机排气压力升高，导致液态制冷剂回流。
制冷剂充注量实验工况为：环境温度为 7℃，相对湿度为 50%，电动涡旋压缩机转速为 3500 rpm，蒸发器出口为饱和状态，冷凝器的过冷度为 10℃；空调模式：吹面、外循环、风机最大、车窗关闭。根据工程经验，制冷剂充注量设定 350，400，450和 500 g，测量参数为系统冷凝压力、蒸发压力、车内换热器出风温度、制热量、耗电量以及 COP。
从上面几张图可以得到，制热COP在400g时为最佳。需要注意的是，该数值仅对该确定系统有效。
2.研究多因素对系统的影响
自变量：环境温度、电子膨胀阀开度、车速、压缩机转速、电机热负荷和电池热负荷
因变量：系统制冷/热量、耗电量、车内出风温度、电机回路冷却液温度、电池回路冷却液温度。
2.1 电子膨胀阀开度
由制冷循环压焓图可知，冷凝压力和蒸发压力之间压差变大，系统的制冷量降低，压缩机耗功增加，系统 COP 减小；随着压缩机转速的增大，冷凝压力和蒸发压力之间的差距变大，而通过电子膨胀阀开度的调节能够减缓这种差距，使得系统获得较高的 COP。
实验部分结论：相同压缩机转速下，随着环境温度的升高，系统的 COP减小；不同压缩机转速下，系统获得最佳 COP 时所对应的电子膨胀阀开度速也不同。高压缩机转速下，在较低开度范围内系统 COP 较大；压缩机转速较低时，可适当增大电子膨胀阀的开度，以获得较大系统 COP。制冷工况下，纯电动汽车热管理系统最佳过热度范围是 21~28℃，该范围内系统制冷 COP 提升 7.8%~21.7%
对于制热性能，随着压缩机转速的增大，系统冷凝压力增大而系统蒸发压力下降，冷凝压力和蒸发压力均随着电子膨胀阀开度的增大而升高。较高的压缩机转速虽然能够获得较大的制热量和较高的出风温度，但是耗能的增加超过了制热量的增加，这与制冷工况测试结果是一致的；因此，在能够保证车内负荷需求时，系统应该尽可能地运行在低压缩机转速下。随着电子膨胀阀开度的增大，压缩机转速为 2000 rpm 时，系统制热 COP由 2.07 增大到 2.31；压缩机转速为 3500 rpm 时，系统制热 COP 由 1.79 增大到 1.93；压缩机转速为 5000 rpm 时，系统制热 COP 由 1.55 增大到 1.63。系统获得最大 COP时，所对应的过热度范围是 5~10℃。因此，存在最佳过热度使得系统 COP 提升5.2%~11.6%。
2.2 车速
车速小时，进风速度由车速和风扇状态影响，车速大时，仅由车速决定。
2.3 电池回路
为了研究电池冷却回路开启对热管理系统制冷性能的影响，在实验台架上采用PTC 电加热器来模拟车辆运行过程中动力电池所产生的热量。通过调整 PTC 电加热器的发热片个数来调整发热量，考虑实际运行的极限值，设定电池发热量为 1000 W。当电池冷却回路开启时，一部分制冷剂通过板式换热器与电池冷却回路进行热交换。
电池冷却回路开启后，车内换热器的出风温度升高。系统COP降低。电池回路制冷剂流量占系统总流量的30%。
采用制冷剂冷却电池回路的目的是为了保证动力电池能够在安全温度下（20~40℃）高效运行。
2.4 电机废热回收
冬季制热工况下，为了保证热泵系统能够在低温环境中高效运行，拟对驱动电机在车辆运行过程中产生的废热进行热回收。在实验台架中采用 PTC 电加热模拟驱动电机产生的热量，冷却液与制冷剂通过板式换热器进行热交换；此时板式换热器与热泵系统的车外换热器即蒸发器并联，形成双热源（空气源和电机废热热源）热泵系统。
相比于无废热回收，电机废热量为 500 W 和 1000 W 时，压缩机转速为 2000 rpm，系统制热 COP 分别提高了 19%和 26.6%；压缩机转速为 3500 rpm，系统制热 COP 分别提高了 21.3%和 29.3%；压缩机转速为 5000 rpm，系统制热 COP 分别提高了 20.6%和 27.6%。
