摘要：針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在低溫環(huán)境中因制熱而導(dǎo)致續(xù)航里程減少及傳統(tǒng)的R134a需要被替代的問(wèn)題，提出一種以R290為制冷劑，將耦合二次回路系統(tǒng)和補(bǔ)氣增焓技術(shù)的新解決方案。實(shí)驗(yàn)研究了系統(tǒng)的充注量、補(bǔ)氣增焓技術(shù)、環(huán)境溫度和余熱回收功率對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的影響。結(jié)果表明：使用R290替代R134a，充注量約為R134a的42.5%。在-20°C工況下，R290系統(tǒng)開(kāi)啟補(bǔ)氣后，系統(tǒng)的制熱量和COP分別上升25.0%和15.3%，與熱負(fù)荷的差距由33.3%降至16.7%。若同時(shí)使用余熱回收，可以滿(mǎn)足車(chē)體熱負(fù)荷需求。對(duì)不同熱泵系統(tǒng)進(jìn)行比較，R290補(bǔ)氣+二次回路系統(tǒng)的續(xù)航里程改善效果僅次于CO2熱泵系統(tǒng)，比典型的R290系統(tǒng)制熱量高33.3~37.4%。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；補(bǔ)氣增焓；二次回路；R290；余熱回收

引言

電動(dòng)汽車(chē)在低溫環(huán)境運(yùn)行時(shí)，熱管理系統(tǒng)需要給車(chē)內(nèi)環(huán)境提供足夠的熱量，以保證舒適的環(huán)境。最典型的制熱方式是采用PTC加熱，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制，但制熱能效低（0.95），會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程損失超過(guò)50%。Lee等人指出一個(gè)典型的熱泵循環(huán)加熱效率超過(guò)300%，遠(yuǎn)高于用PTC加熱。因此，開(kāi)發(fā)一種高效的電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)，減少對(duì)續(xù)航里程的影響是非常迫切的。

目前，應(yīng)用在汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑以R134a為主，但它屬于高GWP制冷劑，在很多國(guó)家和地區(qū)被限制使用。與此同時(shí)，汽車(chē)行業(yè)的所有制造商尚未就下一代制冷劑的選擇達(dá)成一致。Yadav等人報(bào)告了與21世紀(jì)制冷劑相關(guān)的研究，并對(duì)這些制冷劑進(jìn)行了全面的研究，包括它們?cè)陔妱?dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中的使用。其中，R290和R1234yf被評(píng)估為21世紀(jì)的制冷劑中最有希望的替代品。R290的主要缺點(diǎn)是它屬于A3級(jí)制冷劑，具有易燃性風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)令人鼓舞的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC60335-2-40ED7（2022）的新提案已經(jīng)發(fā)布，它將家用空調(diào)/熱泵的丙烷最大充注質(zhì)量維持在988克左右，新標(biāo)準(zhǔn)的修訂將有助于加速R290的普及。Palm[8,9]等討論了將冷凝器/蒸發(fā)器用波紋釬焊式板式換熱器取代，通過(guò)二次流體將熱量輸送到乘客艙。緊湊的二次回路設(shè)計(jì)可以有效減少系統(tǒng)的充注量，使系統(tǒng)的安全性大大提高。

為了提高熱泵系統(tǒng)在低溫下的制熱性能和續(xù)航里程，補(bǔ)氣增焓技術(shù)越來(lái)越受到重視。Han等測(cè)試了帶補(bǔ)氣的R410a熱泵系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在-20/20°C的工作條件下，帶補(bǔ)氣的熱泵系統(tǒng)的COP為1.6，比不帶補(bǔ)氣的系統(tǒng)提高了14.5%。Bahman[11]等發(fā)現(xiàn)，在以R407C為制冷劑的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中使用補(bǔ)氣后，系統(tǒng)的壓縮機(jī)排氣溫度降低了5°C，制冷量和COP分別增加了12.7%和3.1%。早期的研究主要集中在補(bǔ)氣的應(yīng)用上。然而，由于電動(dòng)汽車(chē)為熱泵系統(tǒng)提供的安裝空間有限以及R290的易燃性，有必要使用二次回路系統(tǒng)進(jìn)行熱傳遞針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在寒冷氣候因制熱而導(dǎo)致續(xù)航里程減少以及傳統(tǒng)制冷劑R134a替代的問(wèn)題，提出一種將補(bǔ)氣增焓技術(shù)和二次回路系統(tǒng)進(jìn)行耦合解決低溫性能不足和可燃性制冷劑安全性的方案。對(duì)R290和R134a做了大量的低溫性能對(duì)比測(cè)試，同時(shí)與不同熱泵系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

1實(shí)驗(yàn)原理及方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

熱泵系統(tǒng)由制冷劑回路和2個(gè)冷卻液回路組成，如圖1所示。制冷劑回路主要由帶補(bǔ)氣的電動(dòng)壓縮機(jī)、水冷冷凝器、補(bǔ)氣增焓模塊、電子膨脹閥（閥1和閥2）、chiller等部件組成。從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓制冷劑氣體先進(jìn)入水冷冷凝器與室內(nèi)循環(huán)冷卻液進(jìn)行熱交換，冷凝為過(guò)冷液體經(jīng)過(guò)蒸汽噴射裝置被分補(bǔ)氣支路和主路，補(bǔ)氣支路在補(bǔ)氣裝置中與主路制冷劑進(jìn)行換熱，使主路制冷劑進(jìn)一步過(guò)冷，之后進(jìn)入壓縮機(jī)補(bǔ)氣口。主路的制冷劑經(jīng)過(guò)電子膨脹閥2節(jié)流降壓，在冷卻器中與室外循環(huán)冷卻液換熱，吸熱蒸發(fā)后回到壓縮機(jī)，完成熱泵循環(huán)。冷卻液回路主要由水泵、膨脹水箱、室內(nèi)換熱器和室外換熱器部件組成，分為室內(nèi)側(cè)和室外側(cè)兩個(gè)回路。在兩個(gè)回路分別設(shè)置水泵1和水泵2驅(qū)動(dòng)兩邊的冷卻液（均為50%的乙二醇溶液）在室內(nèi)熱交換器和室外熱交換器與空氣進(jìn)行熱交換。

圖1熱泵系統(tǒng)示意圖

制冷劑在水冷冷凝器和chiller中與冷卻液進(jìn)行換熱，被加熱的冷卻液可以將熱量傳遞給乘客艙或者電池包。在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，將電池包與電機(jī)產(chǎn)生的余熱收集起來(lái)用于提高蒸發(fā)側(cè)的水溫，改善熱泵系統(tǒng)的制熱性能。熱泵系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架如圖2所示。

圖2熱泵系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架

二次回路系統(tǒng)中主要系統(tǒng)部件的參數(shù)如表1所示，其中水冷冷凝器和chiller均為板式換熱器；補(bǔ)氣增焓模塊由一個(gè)補(bǔ)氣閥EXV1和板式換熱器組成。焓差室的環(huán)境工況由環(huán)境控制系統(tǒng)控制，提供特定的環(huán)境溫度(-20°C、-10°C)和濕度(50%)。焓差室包括室內(nèi)和室外兩個(gè)環(huán)境室，每個(gè)環(huán)境室都有用來(lái)調(diào)節(jié)空氣流量的風(fēng)洞。室內(nèi)換熱器和室外換熱器分別被放置在室內(nèi)和室外風(fēng)洞的入口處。

在系統(tǒng)的關(guān)鍵位置都布置了相應(yīng)的傳感器，以測(cè)量其溫度、壓力和流量等參數(shù)，其中制冷劑、冷卻液和空氣的溫度由鉑金電阻溫度傳感器測(cè)量，精度為±0.15°C，壓力傳感器得精度為0.25%，質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的精度為0.15%，測(cè)量壓縮機(jī)輸入功率的功率計(jì)精度為0.01%。

表1熱泵系統(tǒng)中的主要組成部分

1.2實(shí)驗(yàn)工況

R290和R134a系統(tǒng)的充注量、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度、室內(nèi)風(fēng)量以及補(bǔ)氣閥的開(kāi)度都顯示在表2。

表2工況設(shè)置

1.3數(shù)據(jù)處理

兩個(gè)系統(tǒng)的制熱量均由冷卻液側(cè)制熱量確定，如公式（1）所示，COP由公式（2）確定。R290和R134a所有的熱物性參數(shù)均來(lái)自NISTREFPROP。制熱量和COP的不確定度用公式（3）和公式（4）來(lái)確定。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1充注量的影響

測(cè)試的第一步是確定R134a和R290系統(tǒng)的最佳充注量。在環(huán)境溫度為-10°C、轉(zhuǎn)速為8500rpm工況下，進(jìn)行充注量實(shí)驗(yàn)。R134a系統(tǒng)的最初充注量設(shè)置為550g，R290系統(tǒng)最初充注量設(shè)置為150g，然后以25~30g的增量向系統(tǒng)中充注制冷劑，直到最佳的制熱量。

圖3不同充注量下的熱泵系統(tǒng)性能特性

圖3記錄了R134a和R290兩個(gè)系統(tǒng)的充注量引起的性能參數(shù)變化。以R290充注過(guò)程為例，當(dāng)充注量低于200g時(shí)，水冷冷凝器的過(guò)冷度幾乎為0°C，通過(guò)主閥和補(bǔ)氣閥的制冷劑均為氣相制冷劑，這就意味著系統(tǒng)的制冷劑質(zhì)量流量較低。隨著制冷劑的不斷充注，在240→310g區(qū)間，壓縮機(jī)的排氣壓力穩(wěn)定在2.4MPa左右，調(diào)節(jié)補(bǔ)氣閥的開(kāi)度，制熱量從7453W增加到最大值7870W，補(bǔ)氣過(guò)熱度維持在7°C左右，制熱效果達(dá)到最佳。再繼續(xù)加注制冷劑至330g，壓縮機(jī)的排氣壓力和制熱量有所下降，這是由于系統(tǒng)的制冷劑超過(guò)系統(tǒng)負(fù)荷，液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。因此，對(duì)于該系統(tǒng)R290合適的充注量區(qū)間為270~320g，利用類(lèi)似的方法確定了R134a的最佳充注量為710~830g，制熱量的最大值為4370W。使用R290替代R134a，充注量約為R134a的42.5%。

2.2補(bǔ)氣增焓模塊

2.2.1最佳中間壓力

由于壓縮機(jī)內(nèi)的中間壓力測(cè)量困難，大多數(shù)研究認(rèn)為注入壓力近似為中間壓力。帶補(bǔ)氣增焓的熱泵系統(tǒng)與雙級(jí)壓縮系統(tǒng)原理相似，在理論最佳中間壓力的選取上采用了雙級(jí)壓縮的理論公式，即補(bǔ)氣的熱泵系統(tǒng)的理論最佳中間壓力等于壓縮機(jī)的吸入壓力與排氣壓力的幾何平均值，如公式4所示。無(wú)量綱的中間壓力，即相對(duì)中間壓力被定義為實(shí)際的中間壓力與理論最佳中間壓力的比值，如公式5所示。Ma等人利用熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析了中間壓力對(duì)性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最佳相對(duì)中間壓力值在1.1~1.3之間。

圖4是-20°C環(huán)境溫度，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為6750rpm時(shí)，中間壓力對(duì)兩種制冷劑系統(tǒng)制熱量、壓縮機(jī)排氣溫度和補(bǔ)氣過(guò)熱度的影響。隨著中間壓力的增加，制熱量呈現(xiàn)先上升后下降，排氣溫度先下降后上升，因此存在某個(gè)中間壓力值使系統(tǒng)的性能到達(dá)最佳。如果中間壓力過(guò)低，那么補(bǔ)氣的流量就太小，導(dǎo)致系統(tǒng)的制熱性能提升不明顯；而如果中間壓力過(guò)高，那么噴氣的流量就會(huì)過(guò)大，其過(guò)熱度接近0°C，這會(huì)導(dǎo)致液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，顯著地降低制熱性能，并使得壓縮機(jī)處于一個(gè)不安全運(yùn)行的狀態(tài)。

圖4在-20°C環(huán)境溫度下的中間壓力

圖4中虛線為通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的R290和R134a的最佳中間壓力。其中，R290的最佳中間壓力為0.34MPa；R134a的最佳中間壓力為0.21MPa。通過(guò)公式5求得R290的理論最佳中間壓力為0.31MPa；R134a的理論最佳中間壓力為0.17MPa。由公式6求得的R290系統(tǒng)的相對(duì)中間壓力值為1.1；R134a系統(tǒng)的相對(duì)中間壓力值為1.2。R290和R134a的相對(duì)中間壓力值所在的區(qū)間與相關(guān)研究的最佳相對(duì)壓力的范圍類(lèi)似，表明本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳中間壓力是在一個(gè)合理區(qū)間內(nèi)。

對(duì)于每一個(gè)工況，系統(tǒng)都有一個(gè)最佳中間壓力，在此時(shí)具有最佳的制熱性能。在下文的研究中，均選取各工況的最佳中間壓力所對(duì)應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行分析。

2.2.2對(duì)制熱性能的影響

如圖5所示，開(kāi)啟補(bǔ)氣后，系統(tǒng)的制熱量得到明顯的提升。R290系統(tǒng)的制熱量分別上升13.7%(-10°C)和25.0%(-20°C);R134a系統(tǒng)的制熱量分別上升20.1%(-10°C)和20.3%(-20°C)?？梢园l(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度越低，補(bǔ)氣增焓使R290系統(tǒng)制熱量提升更明顯。在-20°C的極端工況下，開(kāi)啟補(bǔ)氣后R290和R134a的COP分別提升15.3%和7.2%，均能達(dá)到2.0以上，遠(yuǎn)高于使用PTC電加熱的效率。

當(dāng)環(huán)境溫度很低時(shí)，熱泵可能無(wú)法提供足夠的熱量來(lái)滿(mǎn)足車(chē)廂的熱負(fù)荷，關(guān)于熱負(fù)荷的標(biāo)定是基于的工作。在工況（-20°C&6750rpm）中，開(kāi)啟補(bǔ)氣增焓后R290系統(tǒng)的制熱量雖然不能完全滿(mǎn)足相關(guān)研究對(duì)車(chē)體熱負(fù)荷的要求，但間隙越來(lái)越小，平均由33.3%降低至16.7%。

圖6顯示，系統(tǒng)開(kāi)啟補(bǔ)氣后，R290系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度下降8.3~18.5°C，R134a制冷劑系統(tǒng)壓縮機(jī)排氣溫度下降7.1~11.6°C。前者平均排氣溫度比后者低4.8~8.6°C。蒸發(fā)溫度為-37°C時(shí)，兩者相差最大，為18.6°C；當(dāng)蒸發(fā)溫度為-27°C時(shí)，二者相差最小，為4.8°C。

圖5不同環(huán)境溫度下的制熱量和COP

圖6不同蒸發(fā)溫度下的排氣溫度

2.3環(huán)境溫度的影響

根據(jù)圖7中R290和R134a的P-h圖，當(dāng)環(huán)境溫度為-10°C和-20°C時(shí)，R290系統(tǒng)的冷凝壓力分別為2.31MPa和0.92Mpa；R134a系統(tǒng)的冷凝壓力分別為1.42MPa和0.63Mpa。R290系統(tǒng)的冷凝壓力高于R134a系統(tǒng)的冷凝壓力，較高的冷凝壓力有助于提高水冷冷凝器的制熱量。環(huán)境溫度由-10°C降低至-20°C時(shí)，R290系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力由0.17MPa降至0.14MPa；R134a系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力由0.067Mpa降至0.046Mpa。R134a系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力下降31.3%,R290系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力下降僅17.6%。P-h圖同時(shí)還顯示了環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致中間壓力發(fā)生變化。R290的中間壓力由0.73MPa降為0.35MPa；R134a的中間壓力由0.37MPa降為0.21MPa。中間壓力的降低，導(dǎo)致補(bǔ)氣支路的流量降低，與主路制冷劑的換熱量降低，R290系統(tǒng)補(bǔ)氣支路與主路的換熱量由1595W降為775W；R134a系統(tǒng)補(bǔ)氣支路與主路的換熱量818W降為339W。

圖7兩種制冷劑在-20°C和-10°C的P-h圖

2.4余熱回收測(cè)試

在工況（-20°C&6750rpm）中測(cè)試R290系統(tǒng)的性能時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)僅依靠補(bǔ)氣增焓技術(shù)，不能完全達(dá)到取消PTC輔助供熱的目的；二次回路的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是低壓的冷卻液系統(tǒng)可以很容易延伸到車(chē)身的各處熱源，我們希望在開(kāi)啟補(bǔ)氣的基礎(chǔ)上，通過(guò)二次回路的余熱回收技術(shù)，達(dá)到僅靠熱泵系統(tǒng)供熱的目的。在測(cè)試中，我們用PTC加熱冷卻液來(lái)模擬動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)在工作過(guò)程中的產(chǎn)熱。

如圖8所示，在-20°C的環(huán)境溫度下，不進(jìn)行余熱回收時(shí)，系統(tǒng)的制熱量為4350W，冷卻液的溫度為-26°C；當(dāng)PTC的功率為1000W時(shí)，系統(tǒng)的制熱量為5620W，冷卻液的溫度為-18°C，制熱量提高25%，冷卻液的溫度提高8°C。一般而言，在實(shí)際駕駛場(chǎng)景中，參考的研究結(jié)果，收集電池和電機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生的余熱，一般都超過(guò)了1200W。當(dāng)PTC功率為2600W時(shí)，制熱量可達(dá)6000W，可以基本滿(mǎn)足-20°C環(huán)境溫度中對(duì)車(chē)體熱負(fù)荷的要求；因此，在電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)中使用帶有余熱回收的二次回路系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)啟補(bǔ)氣增焓，可以完全擺脫PTC僅依靠熱泵系統(tǒng)供熱。

圖8帶PTC系統(tǒng)的制熱量和冷卻液溫度

2.5二次回路+補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)整體評(píng)估

為了全面比較在極端溫度下不同架構(gòu)的電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)的制熱性能以及續(xù)航狀態(tài)，我們將文獻(xiàn)公開(kāi)的純電汽車(chē)熱泵性能測(cè)試數(shù)據(jù)與二次回路+補(bǔ)氣系統(tǒng)進(jìn)行比較。熱泵行駛里程影響分析基是基于的工作;WLTC是確定輕型車(chē)輛能耗和電動(dòng)里程的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)循環(huán)。表3展示WLTC循環(huán)進(jìn)行車(chē)輛續(xù)航測(cè)試的相關(guān)信息。當(dāng)汽車(chē)熱泵的制熱性能可以不滿(mǎn)足車(chē)輛的熱負(fù)荷時(shí)，便需要打開(kāi)PTC輔助供熱，以滿(mǎn)足車(chē)內(nèi)熱負(fù)荷.PTC的計(jì)算公式如公式7，這時(shí)熱泵系統(tǒng)的功率由壓縮機(jī)功率和PTC功率兩部分共同組成（忽略風(fēng)扇的功率），如公式8；車(chē)輛的行駛距離如公式9.

四種策略都是在-20°C的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試的，如表4所示。由圖9可以發(fā)現(xiàn)，策略（1）的CO2熱泵系統(tǒng)的制熱量比車(chē)體的熱負(fù)荷高6.2~25.3%;策略（3）當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為6750rpm提升至8500rpm，制熱量與車(chē)體熱負(fù)荷間距由-16.7%減小至9.7%；策略（2）和策略（4）當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提升至最高時(shí)，也無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)體的制熱量需求。

表3WLTC循環(huán)續(xù)航測(cè)試參數(shù)

當(dāng)熱泵系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，車(chē)輛的行駛里程為94km，當(dāng)僅使用PTC時(shí)，續(xù)航里程會(huì)衰減52.4%；四個(gè)策略的熱泵系統(tǒng)工作后，車(chē)輛里程均有改善。策略（1）@6000rpm的行駛里程為69.2km，改善32.1%，是8個(gè)工況中改善最好的，這得益于CO2在低溫下優(yōu)良的制熱性能。對(duì)比采用R290的策略（2）和（3），在相似的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下，策略（3）的制熱量較策略（2）高33.3%-37.4%，續(xù)航里程改善0.8%-5.4%。這是由于策略（3）的補(bǔ)氣增焓技術(shù)使得系統(tǒng)的制熱量顯著增加，而續(xù)航里程提升程度不明顯是由于策略（3）是二次回路系統(tǒng)，相較于策略（2）的直接式熱泵系統(tǒng)，COP會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降。策略（4）R134a的改善率最低，不到20%。

圖9-20°C環(huán)境溫度下不同熱泵框架性能變化

R1234yf和R134a具有相似的加熱性能，即使采用補(bǔ)氣增焓技術(shù)，依然需要PTC補(bǔ)充熱量。R290在沒(méi)有采取補(bǔ)氣技術(shù)時(shí)，制熱量雖較R134a有長(zhǎng)足的提升，但依然不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求；采用補(bǔ)氣增焓技術(shù)后（合適的余熱回收），在沒(méi)有PTC的情況下依然在極端溫度提供足夠的制熱量。

表4不同熱泵策略下的運(yùn)行參數(shù)

3結(jié)論

隨著各國(guó)對(duì)全球環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)中最常見(jiàn)的制冷劑R134a將被其他更環(huán)保的制冷劑取代。此外，R134a熱泵系統(tǒng)在寒冷氣候下的低熱效率導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)行駛里程嚴(yán)重衰減，這也成為其發(fā)展的主要障礙。許多研究開(kāi)始側(cè)重于更安全、更有效地應(yīng)用R290。本文研究了VPI技術(shù)、環(huán)境溫度、余熱回收、空氣流量、充氣質(zhì)量和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)丙烷熱泵系統(tǒng)加熱性能的影響。結(jié)果表明，在無(wú)PTC輔助加熱的情況下，SL+VPI在丙烷熱泵中的應(yīng)用可以滿(mǎn)足-20°C低環(huán)境溫度下的要求。集中設(shè)計(jì)的熱泵系統(tǒng)占用更少的空間，丙烷循環(huán)回路變得更短，從而減少其電荷質(zhì)量。

在工況(-10C@8500rpm)下確定了R290和R134a系統(tǒng)的最佳充注量分別為310g和730g，使用R290替代R134a，充注量約為R134a的42.5%。

在工況(-20°C@6750rpm)下，R290系統(tǒng)開(kāi)啟補(bǔ)氣增焓后，系統(tǒng)的制熱量和COP上升25.0%和15.3%，與車(chē)體熱負(fù)荷之間的間距由33.3%降低至16.7%；在二次回路中使用余熱回收裝置后，可以消除與車(chē)輛熱負(fù)荷之間的間距，擺脫PTC輔助供熱，僅靠熱泵自身的制熱量就可以滿(mǎn)足車(chē)輛熱負(fù)荷需求。

比較了不同的熱泵架構(gòu)對(duì)續(xù)航里程的改善情況。結(jié)果表明,在-20°C環(huán)境中,R290二次回路+補(bǔ)氣增焓系統(tǒng)改善程度僅次于低于CO2熱泵系統(tǒng)，比典型的R290系統(tǒng)制熱量高33.3%-37.4%.考慮到CO2的高工作壓力以及高溫環(huán)境下制冷效果差，R290二次回路+補(bǔ)氣增焓系統(tǒng)是最富有競(jìng)爭(zhēng)力的候選系統(tǒng)。

作者：季志遠(yuǎn)，王海民，王傳偉，林浩

作者單位：上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，上海市多相流與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；東風(fēng)商用車(chē)有限公司