车用CO2热泵型热管理系统研究进展车用热泵空调技术课件.pptx

1、车用车用CO2热泵型热管理系统研究进展热泵型热管理系统研究进展0301CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4热泵系统对标热泵系统对标02CO2换热器设计开发换热器设计开发CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结碳达峰、碳中和背景碳达峰、碳中和背景下下CO2热热泵型泵型热热管理管理系系统机遇统机遇碳碳中和中和背背景景下下的制的制冷冷剂剂替替代代为实现双碳目标，制冷剂替代迫在为实现双碳目标，制冷剂替代迫在眉眉睫；睫；蒙特利尔议定书基加利修正案蒙特利尔议定书基加利修正案生生效；效；第一届含氟气体今年第一届含氟气体今年9月月15

2、日召日召开开；新新能源能源智智能能汽汽车的车的发发展展演演进进电动汽车成为第三空间，不再是简电动汽车成为第三空间，不再是简单单交通交通工工具；具；演演进成为服务体系和生态系统平台；进成为服务体系和生态系统平台；普通消普通消费费者将者将共共享技术享技术进进步带步带来来的高品的高品质质、高、高端端产产品品13422CO2环保、低温制环保、低温制热热性性能优能优势势CO2自然工质自然工质,GWP=1,对环境友好，不可燃；对环境友好，不可燃；CO2车用热泵低温制热能效优车用热泵低温制热能效优势势；跨临界循环、高滑移温度、容积制跨临界循环、高滑移温度、容积制热热量大；量大；CO2量产条件日益量产条件日益

3、成成熟熟ID4的全球量产促进了国内的全球量产促进了国内外外零部零部件件产业产业链链发展；发展；造车新势力聚焦投入造车新势力聚焦投入CO热热泵泵系统；系统；资本市场成资本市场成“热系统热系统”转型升级强转型升级强劲劲引擎；引擎；团队团队CO2车用空调车用空调/热热泵泵研发研发经经验验Daimler 2017Lorentzen 1993RACE-Project 1994-1997Volkswagen 2021Audi A8 4N 2018IMAC课题组成果课题组成果2003大众桑塔纳大众桑塔纳2009长安长安2017上汽大众上汽大众2018鼎汉列车鼎汉列车2020宇通客车宇通客车2021ID4对标

4、及对标及 面向量产的研发面向量产的研发 压缩机8000 RPM，在-20 全新风工况达到5.6 kW制热量、40.4 的出风温度和1.8 COPh；与常规热泵系统相比，串联式热泵可以提升COP与制热量达30%以上；与R134a补气增焓相比，制热量提高51%，-20度工况，出风温度提高20.5；CO2串联式高效热泵串联式高效热泵性性能优势能优势CO2车用高效热泵系车用高效热泵系统统研制研制高效热泵系统架构，大幅度提升高效热泵系统架构，大幅度提升CO2低温低温系系统能效统能效利用利用AC模式下的室内蒸模式下的室内蒸 发器发器(EVA)，从压缩机从压缩机 排排出的出的制制冷冷剂剂先先流流动动第第 一

5、一气冷器气冷器IGC，再流过再流过 第第二气冷器二气冷器EVA串联式热泵新架构常规热泵架构Wang D,Yu B,Li W,et al.Heating performance evaluation of a CO2 heat pump system for an electrical vehicle at cold ambient temperaturesJ.Applied Thermal Engineering,2018,142:656-664.单一内部气冷器换热面 积受限，高负荷工况换 热效率较低CO2车用高效热泵系车用高效热泵系统统研制研制可视化探索系统充注量可视化探索系统充注量特特性与

6、性与影影响规响规律律，有，有效效改改 进最优高压控制方法，进最优高压控制方法，确确保系保系统统动态动态高高效运效运行行CO2车用高效热泵系车用高效热泵系统统研制研制率先与上汽大众、率先与上汽大众、F供应商共同供应商共同开发开发CO2整车整车控控制系制系统统，冬，冬季季极寒极寒路路试效试效果果优异优异2017年底与上海大众建立了面向 VW的R744热泵空调包含整车厂，科研单位，系统厂，压缩机厂的 四方联合研究开发项目CO2客车、列车热泵客车、列车热泵空空调系统调系统自主开发国内第一套自主开发国内第一套CO2客车热泵空调系统，已完成装车测试。客车热泵空调系统，已完成装车测试。(-20 制热制热CO

7、P 2.5，制热，制热量量 25 kW)自主开发的自主开发的CO2列车热泵空调系统出口欧洲，应用于德国联邦铁列车热泵空调系统出口欧洲，应用于德国联邦铁路路CO2车用热泵研发学车用热泵研发学术术研究研究基基础础团队自2001年起，IJR、ATE、ENERGY等国际期刊发表超过50篇关于CO2车用空调系统的研究论文申请专利超过20余项，培养超过10位涉及CO2系统研究方向的硕士生、博士生1.Song X,Lu D,Lei Q,et al.Experimental study on heating performance of a CO2 heat pump system for an electr

8、icbusJ.Applied Thermal Engineering,2021,190:116789.2.Song X,Lu D,Lei Q,et al.Energy and exergy analyses of a transcritical CO2 air conditioning system for an electric busJ.Applied Thermal Engineering,2021,190:116819.3.Wang D,Yu B,Li W,et al.Heating performance evaluation of a CO2 heat pump system fo

9、r an electrical vehicle at cold ambient temperaturesJ.Applied Thermal Engineering,2018,142:656-664.（谷歌引用 38次）4.Yu B,Yang J,Wang D,et al.An updated review of recent advances on modified technologies in transcritical CO2refrigeration cycleJ.Energy,2019,189:116147.（谷歌引用 38次）5.Wang D,Yu B,Hu J,et al.Hea

10、ting performance characteristics of CO2 heat pump system for electrical vehicle in a cold climateJ.international journal of refrigeration,2018,85:27-41.（谷歌引用 58次）6.Wang D,Zhang Z,Yu B,et al.Experimental research on charge determination and accumulator behavior in trans-critical CO2 mobile air-condit

11、ioning systemJ.Energy,2019,183:106-115.0201CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4 热泵系统对标热泵系统对标CO2换热器设计开发换热器设计开发03CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结CO2蒸发器的设计开发蒸发器的设计开发246.75250蒸发器的性能确保整车降温性能的关键；蒸发器的性能确保整车降温性能的关键；最优化设计扁管参数与流程，提高高负荷工况下的换热性能；最优化设计扁管参数与流程，提高高负荷工况下的换热性能；1000080006000400020000工况1工况3换热量

12、（W）EVA性能Bench1工况2A-sampleCO2室外换热器的设室外换热器的设计计开发开发119651196911960119373623368537363780140001200010000800060004000200001.001.261.602.06换热量/W流程制冷剂侧优化：流程参数AC-GCHP-EVA结构设计：耐高压、低流阻、低油滞留量结构设计：耐高压、低流阻、低油滞留量最优化设计气冷器扁管参数以及翅片参数，性能最优；最优化设计气冷器扁管参数以及翅片参数，性能最优；最佳平衡设最佳平衡设计计AC高负荷性能高负荷性能/低负荷性能低负荷性能/低温低温HP性能；性能；1196511

13、664373636003500014000120001000080006000400020000.871.10换热量/W翅片空气侧最优匹配11791AC-GC1.00HP-EVA爆爆破压破压力力 425bar425barCO2室外换热器的设室外换热器的设计计开发开发9000100001100012000130001400014换热量（W）2室外风速(m/s)OGC-AC性能Bench1Bench2A-sample0100020003000400050000-20换热量（W）OGC-HP性能-10室外温度()Bench1A-sample内部气冷器的设计开内部气冷器的设计开发发制冷剂进 口室内换热

14、 器空气流向制冷剂出 口蒸发器优化设计气冷器结构，提高传热性能、出风均匀性；优化设计气冷器结构，提高传热性能、出风均匀性；最优化串联式匹配性能，提高系统制热性能最优化串联式匹配性能，提高系统制热性能1000020005000400030006000工况2换热量（W）IGC性能工况1Bench1A-sample70006000500040003000200010000工况2换热量（W）IGC与EVA串联性能工况1Bench1A-sampleIGCIGC单体单体IGC+EVAIGC+EVA串联串联0201CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4 热泵系统对标热泵系统对标CO2换热器设计开发换热

15、器设计开发03CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结CO2热泵控制器设计热泵控制器设计与与开发开发 基于基于AUTOSARAUTOSAR的软件架构的硬件平台的软件架构的硬件平台 COCO2 2多温区热多温区热域域控制控制器器CO2热泵控制策略设热泵控制策略设计计与开发与开发以以CO2低温热泵系统低温热泵系统性能性能最最优为优为第第一一前前提提：HP制热量、COP最优化 AC制热量、COP最优化 除湿模式COP最优化 兼兼容客容客户户复复杂杂功功能能模式模式需需求求：HP制热模式、HP除湿 AC模式、电池冷却 化霜模式 电池加

16、热模式 余热回收模式 快速制冷/制热 压缩机供热模式 0201CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4 热泵系统对标热泵系统对标CO2换热器设计开发换热器设计开发03CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结ID4 CO2热泵系统对标热泵系统对标ACCUACCU/IHIHX X空空调调箱箱膨膨胀胀阀阀压压缩缩机机内内部气部气冷冷器器室室外换外换热热器器蒸蒸发发器器管路管路ChilChill le er rID4ID4对标对标零零件件获获取取2021.04-2021.06ID4 CO2热泵系统对标热泵系统对标实车管路实车管路系

17、系统统安装安装2021.07-2021.08ID4 CO2热泵系统对标热泵系统对标执行器驱动执行器驱动2021.08-2021.09对标对标实验实验 2021.09-2021.100501001502000.05.010.015.020.0T_cproSH_accuCharge curve(-10/-10)280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580Charge amount(g)SH_acciT_cproID4 CO2热泵系统对标热泵系统对标FANOGCEVAPEXV1IGCBatteryE-Compresso

18、rACCU/IHXASV2EXV2PTCWPTCHVACEXV3RadiatorINV ERTERMOTORPT 5Pump_motorTRVCHARG ERDC/DCTV2TV1Pump_batteryASV3ASV1ASV4ASV5 PT 1PT4PT3PT20201CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4 热泵系统对标热泵系统对标CO2换热器设计与开发换热器设计与开发03CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结CO2实验测试平台实验测试平台自主研自主研制制CO2热热泵泵系统系统综综合性合性能能试验试验台台，用，用于于

19、CO2热热泵泵零部零部件件/系系统统性能性能实实验验CO2实验测试平台实验测试平台自主研自主研制制CO2热热泵泵系统系统综综合性合性能能试验试验台台，用，用于于CO2热热泵泵零部零部件件/系系统统性能性能实实验验CO2实验测试平台实验测试平台典型实验测试项目及实典型实验测试项目及实验验工况工况:OGC AC单体性能测试 OGC HP单体性能测试 OGC AC单体性能测试 OGC HP单体性能测试 IGC HP 单体性能测试 EVA HP 单体性能测试 EVA AC 单体性能测试 COMP 单体性能测试 ACCU 单体性能测试 Chiller 单体性能测试Ref inlet PMPa712.51

20、2.5Ref inlet TC70150145Ref mass flowkg/h90198110Air inlet TC254555Air Vel.m/s222OGC-ACOGC-HPEVA-ACRef outlet PMPaA2.52Ref outlet TC-7-15Ref flowkg/h120100Air inlet TC0-10 Air Vel.m/s22Ref valve inlet PMPaA12Ref valve inlet TC30Ref outlet PMPaA3.5Outlet SHC5Air inlet TC40RH%40 Air flowm3/h500CO2模型仿真平

21、台模型仿真平台自主开发自主开发CO2 系统仿真平台系统仿真平台软件功能：）CO2汽车空调系统零部件单体性能计算 CO2汽车空调/HP系统稳态性能计算（With or without IHX CO2热泵系统稳态性能计算CO2汽车空调系统充注量计算 用途：预测系统零部件性能 指导零部件结构参数优化设计 预测系统性能预测 系统设计优化CO2跨临界系统循环商用软件商用软件CO2模型仿真平台模型仿真平台CO2模型仿真平台模型仿真平台CO2模型仿真平台模型仿真平台-模型模型应应用用模型应用：传热特性、温度场的分布解析模型应用：传热特性、温度场的分布解析零部件结构参数的改进设计优化零部件结构参数的改进设计优

22、化0201CO2热系统研发基础热系统研发基础04ID4 热泵系统对标热泵系统对标CO2换热器设计开发换热器设计开发03CO2控制系统研发控制系统研发05CO2实验实验/仿真平台仿真平台06CO2车用热泵系统总结车用热泵系统总结CO2车用热泵系统开车用热泵系统开发发总结总结新能源汽车逐渐演进成为生态系统平台，提升用车体验和价值的核心理念新能源汽车逐渐演进成为生态系统平台，提升用车体验和价值的核心理念 驱驱动热管理系统技术的不断颠覆、迭代、升级。动热管理系统技术的不断颠覆、迭代、升级。面向电动车的面向电动车的CO2热热管管理技术有助于降低制冷剂碳排放、延长冬季续航里程，理技术有助于降低制冷剂碳排放、延长冬季续航里程，正面临着前所未有的发展机遇；正面临着前所未有的发展机遇；课题组历经课题组历经15年研发积累年研发积累CO2热泵技术，克服了能效提升、系统最优控制热泵技术，克服了能效提升、系统最优控制 等等技术难点，成功应用于乘用车、客车、列车等技术难点，成功应用于乘用车、客车、列车等