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比亞迪純電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)技術(shù)詳解一、熱泵空調(diào)的制冷與采暖 熱泵空調(diào)是一種高效節(jié)能裝置，既可制冷又可制熱，制熱時(shí)以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體，它僅消耗少量的逆循環(huán)功，而可以得到較大的供熱量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。 如圖1所示，熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要包括電動(dòng)壓縮機(jī)、3個(gè)換熱器（車外冷凝器、車內(nèi)冷凝器及車內(nèi)蒸發(fā)器）、2個(gè)電磁閥（制冷電磁閥及采暖電磁閥）、2個(gè)電子膨脹閥（制冷電子膨脹閥及采暖電子膨脹閥）以及制冷劑壓力及溫度傳感器等。
圖1 熱泵空調(diào)制冷原理示意圖
1．制冷原理 熱泵空調(diào)制冷時(shí)，圖1中制冷電磁閥及制冷電子膨脹閥工作。 從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓制冷劑，經(jīng)過(guò)制冷電磁閥后進(jìn)入車外冷凝器，與室外空氣進(jìn)行熱交換后變?yōu)楦邏褐袦匾簯B(tài)，經(jīng)過(guò)制冷電子膨脹閥節(jié)流后進(jìn)入車內(nèi)蒸發(fā)器，吸收車內(nèi)熱量后液態(tài)制冷劑變?yōu)榈蛪旱蜏貧鈶B(tài)回流至壓縮機(jī)，完成制冷循環(huán)。
2．采暖原理 熱泵空調(diào)采暖時(shí)，圖2中采暖電子膨脹閥及采暖電磁閥工作。 從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓制冷劑進(jìn)入車內(nèi)冷卻器并放熱，放熱后制冷劑冷卻成高壓中溫的液體，經(jīng)過(guò)采暖電子膨脹閥節(jié)流后進(jìn)入車外冷凝器，吸收車外環(huán)境的熱量后液態(tài)制冷劑變?yōu)榈蛪旱蜏貧鈶B(tài)，再經(jīng)過(guò)采暖電磁閥回流至壓縮機(jī)，完成采暖循環(huán)。
圖2 熱泵空調(diào)采暖原理示意圖
二、海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng) 2021年9月，比亞迪電動(dòng)3.0平臺(tái)海洋系列首款車型—海豚車上市，該車首次搭載了熱泵空調(diào)系統(tǒng)，對(duì)整車熱管理系統(tǒng)的效能有較大提升。
1．海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)組成 如圖3所示，海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（最大功率6kW）、電子風(fēng)扇、電機(jī)散熱器、車外冷凝器、車內(nèi)冷凝器與車內(nèi)蒸發(fā)器、動(dòng)力電池直冷直熱板、氣液分離器、熱管理集成模塊以及板式換熱器（位于熱管理集成模塊下方）等組成，制冷劑為R1 34a（比亞迪部分純電動(dòng)車型采用R410a）。
圖3 海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)組成
圖4 熱管理集成模塊
圖5 熱管理集成模塊管路連接
2．海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)工作原理 海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理示意圖，如圖6所示。 圖中PT-1、PT-2表示兩個(gè)制冷劑壓力及溫度傳感器，P-1，表示制冷劑壓力傳感器，T-1、T-2表示兩個(gè)制冷劑溫度傳感器。
圖6 海豚車熱泵空調(diào)原理示意圖 海豚車熱泵空調(diào)系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的高壓PTC加熱器，替換為低壓風(fēng)加熱PTC加熱器（1kw），用于極低溫環(huán)境溫度下輔助采暖。海豚車熱泵空調(diào)除了可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)制冷、車內(nèi)采暖功能外，還全球首次實(shí)現(xiàn)了通過(guò)制冷劑對(duì)動(dòng)力電池直接冷卻、直接加熱功能，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器等電驅(qū)單元熱量利用等五大功能，并實(shí)現(xiàn)了整車智能綜合熱管理。 搭載熱泵空調(diào)技術(shù)的海豚車冬季續(xù)航能力提升10％以上，車輛覆蓋了－30～40℃寬域溫度范圍，最低每百干米能耗降至10.3kWh。
（1）空調(diào)采暖 當(dāng)車輛低溫行駛（或停止）時(shí)，打開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)采暖，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)，采暖電子膨脹閥工作、水源換熱電磁閥及空調(diào)采暖電磁閥均打開(kāi)，制冷劑通過(guò)車內(nèi)冷凝器放熱，通過(guò)板式換熱器吸收驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器等電驅(qū)動(dòng)單元的熱量。 極低溫情況下，可以開(kāi)啟PTC加熱器輔助加熱，提高熱泵空調(diào)的適用溫度范圍。 空調(diào)采暖時(shí)，制冷劑的流動(dòng)路線為： 壓縮機(jī)→車內(nèi)冷凝器→采暖電子膨脹閥→水源換熱電磁閥→板式換熱器→空調(diào)采暖電磁閥→氣液分離器→壓縮機(jī)（圖7）。
圖7 空調(diào)采暖 （2）動(dòng)力電池加熱 當(dāng)?shù)蜏丨h(huán)境下充電，為縮短充電時(shí)間，或者是車輛低溫行駛時(shí)，為改善低溫下整車的動(dòng)力性，熱泵空調(diào)工作對(duì)動(dòng)力電池直接進(jìn)行加熱。 此時(shí)，電池電子膨脹閥開(kāi)啟工作，電池加熱電磁閥、水源換熱電磁閥和空調(diào)采暖電磁閥均打開(kāi)，制冷劑通過(guò)板式換熱器吸收電驅(qū)動(dòng)單元余熱，加熱動(dòng)力電池直冷直熱板。 電池加熱時(shí)，制冷劑的流動(dòng)路線為： 壓縮機(jī)→電池加熱電磁閥→動(dòng)力電池直冷直熱板→電池電子膨脹閥→單向閥1→水源換熱電磁閥→板式換熱器→空調(diào)采暖電磁閥→氣液分離器→壓縮機(jī)（圖8）。
圖8 動(dòng)力電池加熱
（3）空調(diào)采暖和動(dòng)力電池同時(shí)加熱 當(dāng)車輛低溫行駛或低溫充電時(shí)，若需要同時(shí)給乘員艙采暖和動(dòng)力電池加熱，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)，采暖電子膨脹閥和電池電子膨脹閥同時(shí)開(kāi)啟工作，水源換熱電磁閥、電池加熱電磁閥及空調(diào)采暖電磁閥均打開(kāi)，吸收電驅(qū)動(dòng)單元余熱，車內(nèi)冷凝器和動(dòng)力電池直冷直熱板放熱，若有必要，可以開(kāi)啟PTC加熱器輔助加熱（制冷劑的流動(dòng)方向參考圖7、圖8）。
（4）空調(diào)制冷當(dāng)車輛高溫行駛（或停止）時(shí)，打開(kāi)空調(diào)系統(tǒng)制冷，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)，制冷電子閥膨脹閥工作，空調(diào)制冷電磁閥及空氣換熱電磁閥均打開(kāi)，制冷劑通過(guò)車外冷凝器放熱，車內(nèi) 蒸發(fā)器 吸收車內(nèi)熱量。 空調(diào)制冷時(shí)，制冷劑的流動(dòng)路線為： 壓縮機(jī)。 車內(nèi)冷凝器→空調(diào)制冷電磁閥→空氣換熱電磁閥→單向閥5→制冷電子膨脹閥→車內(nèi) 蒸發(fā)器 →單向閥4→氣液分離器→壓縮機(jī)（圖9）。
圖9 空調(diào)制冷
（5）動(dòng)力電池冷卻 充電特別是大功率充電時(shí)，為了防止動(dòng)力電池溫度過(guò)高，熱泵空調(diào)工作，對(duì)動(dòng)力電池直接進(jìn)行冷卻； 車輛行駛時(shí)，當(dāng)動(dòng)力電池溫度高于設(shè)定值，熱泵空調(diào)也開(kāi)始工作。 此時(shí)，電池電子膨脹閥開(kāi)啟工作，空調(diào)制冷電磁閥、空氣換熱電磁閥和電池冷卻電磁閥均打開(kāi)。 制冷劑通過(guò)車外換熱器放熱，通過(guò)動(dòng)力電池直冷直熱板吸熱。 動(dòng)力電池冷卻時(shí)，制冷劑的流動(dòng)路線為： 壓縮機(jī)→車內(nèi)冷凝器→空調(diào)制冷電磁閥→空氣換熱電磁閥→單向閥5→單向閥2→電池電子膨脹閥、動(dòng)力電池直冷直熱板→電池冷卻電磁閥、單向閥3→氣液分離器升壓縮機(jī)（圖10）。
圖10 動(dòng)力電池冷卻
（6）空調(diào)制冷和動(dòng)力電池同時(shí)冷卻 車輛充電或者車輛行駛時(shí)，若同時(shí)需要車內(nèi)制冷以及動(dòng)力電池冷卻，熱泵空調(diào)工作，此時(shí)電池電子膨脹閥和制冷電子膨脹閥同時(shí)開(kāi)啟工作，空調(diào)制冷電磁閥、空氣換熱電磁閥和電池冷卻電磁閥均打開(kāi)（制冷劑的流動(dòng)方向參考圖9、圖10）。 來(lái)源：汽車維修與保養(yǎng)
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