谷曉陽,蘇林,李康等.電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)熱氣旁通除霜的試驗(yàn)研究[J].流體機(jī)械,2023,51(05):1-8+15.

摘 要：

針對(duì)電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng)室外換熱器結(jié)霜會(huì)使系統(tǒng)性能嚴(yán)重衰減且不穩(wěn)定性加劇等問題，在研究目前汽車上普遍使用的逆循環(huán)除霜模式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并搭建了應(yīng)用于電動(dòng)汽車的熱氣旁通除霜系統(tǒng)，試驗(yàn)研究了兩種模式在不同環(huán)境工況下的除霜性能，分析了兩種除霜模式的運(yùn)行特性，并估算了兩種除霜模式下的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程。結(jié)果表明：在5~-5℃的環(huán)境工況下，逆循環(huán)除霜用時(shí) 80~400s，除霜過程平均功耗 618~1008W；熱氣旁通除霜用時(shí) 350~600s，系統(tǒng)功耗1383~1621W。相比于逆循環(huán)除霜，熱氣旁通除霜用時(shí)增加 200~270s，功耗上升 613~765W，續(xù)航里程減少1.9%~3.8%，但在除霜過程中有利于保證乘員艙內(nèi)的舒適性。在室外環(huán)境溫度低于 0℃時(shí)，除霜過程中關(guān)閉室外換熱器風(fēng)機(jī)，能減小空氣側(cè)換熱損失，提高除霜效率。

0 引言

近些年清潔能源及其發(fā)電技術(shù)已得到了快速的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得電能驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車受到了越來越多的關(guān)注［1-2］。電動(dòng)汽車與燃油汽車動(dòng)力系統(tǒng)的不同，導(dǎo)致二者的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在差異。在寒冷天氣中，電動(dòng)汽車可用廢熱不足，必須依靠額外熱源實(shí)現(xiàn)供暖。采用正的溫度系數(shù)（Positive?Temperature?Coefficient，PTC）電加熱器成為了電動(dòng)汽車的常用供暖方案，但其制熱效率低，能源消耗大，嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程［3］。近年來，高效節(jié)能的熱泵空調(diào)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車上得到了越來越多的應(yīng)用［4］。然而，熱泵空調(diào)系統(tǒng)仍存在一些問題，在冬季低溫高濕環(huán)境下，室外換熱器容易結(jié)霜。覆蓋在換熱器表面的霜層增加了傳熱阻力而且會(huì)使換熱器流通風(fēng)量減小，系統(tǒng)中的制冷劑流量減少不僅導(dǎo)致系統(tǒng)制熱能力下降，更會(huì)使壓縮機(jī)壓比增大，排氣溫度升高，大幅降低系統(tǒng)能效。此外，過高的排氣溫度會(huì)使?jié)櫥头纸馓蓟?，?yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)損壞無法運(yùn)行［5-8］。因此，對(duì)室外換熱器進(jìn)行除霜尤為重要。

目前，熱泵空調(diào)機(jī)組大體上有壓縮機(jī)停機(jī)、電加熱、熱水噴淋、逆循環(huán)和熱氣旁通 5 種有效的除霜方法。壓縮機(jī)停機(jī)除霜以環(huán)境空氣作為除霜熱源，壓縮機(jī)停止工作后，室外風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使空氣流過室外換熱器表面來達(dá)到除霜的目的［9］，該方法除霜耗時(shí)較長(zhǎng)，且只適合環(huán)境溫度不低于1?℃的工況；電加熱除霜是在室外換熱器表面安裝電熱絲［10］，利用電熱絲通電發(fā)熱除霜，此方式除霜熱量容易散失到空氣中從而導(dǎo)致除霜效率較低，并且電加熱絲的使用壽命有限，會(huì)造成一定的安全隱患；熱水噴淋除霜是將熱水噴淋到室外換熱器表面進(jìn)行除霜，受制于低成本和連續(xù)的熱水來源，這種除霜方法應(yīng)用場(chǎng)景十分受限；逆循環(huán)除霜通過對(duì)制冷劑流向進(jìn)行改變，室外換熱器充當(dāng)冷凝器，室內(nèi)換熱器充當(dāng)蒸發(fā)器［11］，壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑經(jīng)過室外換熱器冷凝放熱實(shí)現(xiàn)除霜，該方法成本低、無需改造且易控制，車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)多采用此除霜方式，但低溫制冷劑流經(jīng)室內(nèi)換熱器會(huì)吸收熱量，使得乘員艙舒適性較差；熱氣旁通除霜中壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑通過旁通管送入室外換熱器，利用制冷劑的顯熱和部分潛熱實(shí)現(xiàn)除霜，該方式需要系統(tǒng)中額外附加旁通管與控制閥，但運(yùn)行中制冷劑不經(jīng)過室內(nèi)換熱器，對(duì)室內(nèi)溫度影響較小，因此可能更加適用于電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)中。

HUANG 等［12］在空氣- 水熱泵中研究了熱氣旁通除霜的動(dòng)態(tài)特性，討論了熱氣旁通除霜在不提供熱量的情況下使融霜后的液態(tài)制冷劑蒸發(fā)的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)離開空冷盤管的液態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)的作用下閃蒸成飽和氣體，在測(cè)試中沒有發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)液擊。LIANG 等［13］針對(duì)空氣源熱泵熱水器傳統(tǒng)逆循環(huán)除霜的弊端提出了顯熱除霜法并且制定了控制策略，發(fā)現(xiàn)該方法可避免逆循環(huán)對(duì)制冷系統(tǒng)造成的不利沖擊，且縮小了供水溫度的波動(dòng)范圍，可以提高熱舒適性。陳恩林等［14］設(shè)計(jì)了一種帶熱氣旁通除霜的空調(diào)系統(tǒng)并建立了數(shù)值模型，分析了旁通閥不同開度下除霜過程中車室內(nèi)換熱量、出風(fēng)溫度、蒸發(fā)壓力以及壓縮機(jī)吸氣溫度的變化趨勢(shì)。潘樂燕等［15］設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了結(jié)霜和除霜實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了在實(shí)車上判斷除霜開始以及化霜完成的方法。

目前，關(guān)于熱氣旁通除霜的研究還主要集中在家用或商用空氣源熱泵系統(tǒng)，針對(duì)電動(dòng)汽車熱泵的研究很少。因此，本文設(shè)計(jì)并搭建了一套具有熱氣旁通除霜功能的車用R134a 熱泵系統(tǒng)，以除霜時(shí)長(zhǎng)、功耗為指標(biāo)，通過試驗(yàn)研究了熱氣旁通模式在不同環(huán)境溫度下的除霜性能，并進(jìn)一步與逆循環(huán)除霜進(jìn)行對(duì)比；最后對(duì)兩種除霜模式下的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程進(jìn)行了估算，分析了除霜方式對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的具體影響。研究結(jié)果可為電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)除霜方式的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在汽車空調(diào)焓差實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，布局示意如圖 1 所示。焓差室的內(nèi)、外兩個(gè)環(huán)境室由獨(dú)立的空調(diào)機(jī)組控制環(huán)境的溫濕度，所設(shè)計(jì)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、室外換熱器、節(jié)流裝置、氣液分離器、四通換向閥和電磁閥等組成。該系統(tǒng)具有制熱、制冷、逆循環(huán)除霜、熱氣旁通除霜 4 種模式。在制熱模式下電磁閥 2，4 開啟，電磁閥 1，3 關(guān)閉。制冷劑被壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入室內(nèi)換熱器，高溫高壓的制冷劑在室內(nèi)換熱器內(nèi)與空氣進(jìn)行換熱，被加熱的空氣吹向乘員艙來達(dá)到制熱的效果，完成換熱后的過冷液態(tài)制冷劑經(jīng)過電子膨脹閥 1 被節(jié)流，再進(jìn)入室外換熱器，與通過室外換熱器的空氣完成換熱，最后通過氣液分離器回到壓縮機(jī)。逆循環(huán)除霜模式運(yùn)行時(shí)，電磁閥 2，3 開啟，電磁閥 1，4 關(guān)閉，壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑通過四通閥進(jìn)入室外換熱器進(jìn)行除霜，完成放熱的制冷劑冷凝為制冷劑液體，經(jīng)過熱力膨脹閥節(jié)流后進(jìn)入室內(nèi)換熱器，與流經(jīng)室內(nèi)換熱器的空氣完成換熱后經(jīng)過四通閥和氣液分離器回到壓縮機(jī)。在熱氣旁通除霜模式下，電磁閥 1 開啟，電磁閥 2，3，4 關(guān)閉，制冷劑被壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓制冷劑后通過電磁閥 1 進(jìn)入旁通管路中，經(jīng)過電子膨脹閥 2 進(jìn)行節(jié)流后進(jìn)入室外換熱器，在室外換熱器內(nèi)放熱達(dá)到融化霜層的目的，最后制冷劑通過四通閥與氣液分離器回到壓縮機(jī)。系統(tǒng)中所充注的制冷劑為R134a，使用的各零部件詳細(xì)參數(shù)見表 1。試驗(yàn)中采用鉑電阻和壓力傳感器測(cè)量各測(cè)點(diǎn)制冷劑的溫度與壓力，采用科式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)中制冷劑質(zhì)量流量，使用功率計(jì)測(cè)量壓縮機(jī)功率，各數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行采集與處理。

1.2 試驗(yàn)方法

系統(tǒng)首先運(yùn)行熱泵模式，室外換熱器作為蒸發(fā)器，當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水蒸氣就會(huì)在蒸發(fā)器表面凝結(jié)，當(dāng)蒸發(fā)器表面溫度進(jìn)一步降低至水的冰點(diǎn)溫度時(shí)，凝結(jié)的液滴開始凍結(jié)。之后周圍空氣中的水蒸氣不斷在凍結(jié)的液滴上凝華結(jié)霜，霜層逐漸增長(zhǎng)并慢慢覆蓋整個(gè)蒸發(fā)器表面［16］，此時(shí)需要對(duì)蒸發(fā)器除霜。在每組工況結(jié)霜完成后，分別運(yùn)行逆循環(huán)模式以及熱氣旁通模式進(jìn)行除霜。每次除霜運(yùn)行前，觀察流經(jīng)換熱器的風(fēng)阻值保證室外換熱器的結(jié)霜程度相同。試驗(yàn)中記錄完整的結(jié)霜- 除霜周期內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并采用攝像機(jī)拍攝室外換熱器表面的結(jié)霜和除霜情況，在不同工況下，保持?jǐn)z像機(jī)位置和拍攝角度不變，同時(shí)保證光線明暗程度一致。在工況設(shè)計(jì)上，環(huán)境濕度選擇室外換熱器易結(jié)霜的高濕工況，同時(shí)考慮到汽車冬季為防止擋風(fēng)玻璃結(jié)霧，空調(diào)箱多以全新風(fēng)模式運(yùn)行，因此試驗(yàn)中室內(nèi)換熱器送風(fēng)溫濕度與環(huán)境溫濕度保持一致，具體工況見表 2。

1.3 圖像處理

本文采用MATLAB 對(duì)試驗(yàn)過程中拍攝的室外換熱器結(jié)霜和化霜過程圖片進(jìn)行處理，從而獲取換熱器表面的霜覆蓋率FCR（Frost?Coverage?Ratio），處理過程如圖 2 所示。其中步驟 3 對(duì)灰度圖進(jìn)行去噪聲處理，是為了消除圖像數(shù)字化時(shí)所混入的噪聲。步驟 4 通過對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，使其成為黑白圖像，進(jìn)而通過統(tǒng)計(jì)圖片中的白色像素（值 1）個(gè)數(shù)和黑色像素（值 0）個(gè)數(shù)，計(jì)算出白色像素的占比，即為FCR。

1.4 數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)制熱量取室內(nèi)換熱器空氣側(cè)換熱量，系統(tǒng)功耗取壓縮機(jī)與風(fēng)機(jī)功耗之和，計(jì)算式如下。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 

2.1 結(jié)霜特性分析

圖 3 示出在環(huán)境溫度為 2?℃的工況下，F(xiàn)CR、系 統(tǒng) 制 熱 量 及 暖 通 空 調(diào)（Heat?Ventilation?Air?Condition，HVAC）總成出風(fēng)溫度隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的變化情況。隨著蒸發(fā)器表面開始結(jié)霜，熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制熱量與HVAC 總成出風(fēng)溫度逐漸降低，這是因?yàn)閾Q熱器表面被霜層覆蓋，導(dǎo)致空氣與換熱器表面對(duì)流換熱減弱，制冷劑吸熱減少，低壓側(cè)制冷劑的溫度與壓力降低，壓縮機(jī)的排氣溫度和排氣壓力也隨之降低，最終導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的制熱量降低和HVAC 出風(fēng)溫度降低。而FCR 隨著熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行逐漸增加，如圖 3 虛線框中所示，在結(jié)霜至 20min 后，F(xiàn)CR 進(jìn)入較平緩增長(zhǎng)的階段。這是因?yàn)榇穗A段中，蒸發(fā)器表面的霜層進(jìn)入一個(gè)加厚致密的過程，對(duì)比 20，40min 的室外換熱器照片，室外換熱器上的其他流程表面沒有霜的產(chǎn)生，所以在這一時(shí)間段內(nèi)FCR 增加不明顯，但是制熱量等參數(shù)依然保持較大幅度下降。此現(xiàn)象和朱建民等［17］試驗(yàn)得出的結(jié)霜量先呈現(xiàn)線性快速增長(zhǎng)后緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)一致。當(dāng)FCR 達(dá)到 0.659 時(shí)，相比于室外換熱器未結(jié)霜的情況，HVAC 出風(fēng)溫度降低了 9℃，制熱量減少1.13kW，可見蒸發(fā)器表面結(jié)霜，對(duì)系統(tǒng)的制熱性能造成了嚴(yán)重影響。

2.2 除霜特性分析

圖 4 示出在環(huán)境溫度為 2?℃的工況下，熱氣旁通除霜時(shí)室外換熱器表面霜層變化過程。圖4（a）中箭頭代表室外換熱器的進(jìn)出口位置以及制冷劑的流動(dòng)方向，虛線用以區(qū)分室外換熱器的流程分布。圖 4（b）示出對(duì)拍攝到的室外換熱器照片采用MATLAB 進(jìn)行圖像處理后，得到的二值化霜層分布。從圖中可以看出，在除霜開始啟動(dòng)時(shí)，換熱器FCR 達(dá)到 65.9%，隨著除霜的進(jìn)行，換熱器FCR 不斷下降，直至 400?s 時(shí)，換熱器FCR 僅為 0.81%，此時(shí)可認(rèn)為除霜已完成。

為了探究除霜時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行特性，利用壓焓圖分析了系統(tǒng)在不同時(shí)間點(diǎn)下的熱力學(xué)循環(huán)如圖 5 所示。圖 5（a）示出熱氣旁通除霜模式時(shí)，系統(tǒng)在 2 個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的熱力學(xué)循環(huán)。熱氣旁通除霜模式具有以下 3 個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程：1-2，壓縮機(jī)對(duì)制冷劑的壓縮過程；2-3，制冷劑通過電子膨脹閥的節(jié)流過程；3-1，制冷劑在蒸發(fā)器中的放熱除霜過程。從圖中可以看出，熱氣旁通除霜發(fā)生在制冷劑的單相過熱氣體區(qū)，對(duì)比除霜 40，80?s時(shí)的壓縮機(jī)吸氣壓力（1，1'）和壓縮機(jī)排氣壓力（2，2'），可以看出，隨著熱氣旁通除霜的進(jìn)行，壓縮機(jī)吸氣和排氣壓力均升高，這是因?yàn)殡S著除霜的進(jìn)行，3-1 過程的換熱量逐漸減小，壓縮機(jī)吸氣溫度逐漸升高所導(dǎo)致。升高的吸排氣壓力在除霜后期會(huì)使流經(jīng)室外換熱器的制冷劑發(fā)生部分液化，但在氣液分離器內(nèi)會(huì)迅速閃蒸為飽和氣態(tài)，試驗(yàn)中沒有出現(xiàn)壓縮機(jī)濕壓縮現(xiàn)象。圖 5（b）示出在逆循環(huán)除霜模式下，系統(tǒng)在 2 個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的熱力學(xué)循環(huán)。與熱氣旁通除霜不同，逆循環(huán)除霜具有 4 個(gè)熱力學(xué)循環(huán)過程：1-2，壓縮機(jī)做功壓縮制冷劑；2-3，制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器（原熱泵中）后放熱除霜；3-4，制冷劑經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓；4-1，制冷劑通過冷凝器（在逆循環(huán)中作為蒸發(fā)器）蒸發(fā)吸熱，其中 2-3 為除霜的發(fā)生過程。對(duì)比不同時(shí)刻的循環(huán)過程發(fā)現(xiàn)，隨著除霜的進(jìn)行，系統(tǒng)中各狀態(tài)點(diǎn)壓力均逐漸降低，這是因?yàn)殡S著霜層的融化，換熱器換熱增強(qiáng)所至。對(duì)比兩種模式的運(yùn)行特點(diǎn)可以看出，熱氣旁通除霜避免了從室內(nèi)吸取熱量，因此會(huì)使乘員艙內(nèi)溫度波動(dòng)較小。

2.3 除霜時(shí)長(zhǎng)分析

圖 6 示出 2 種除霜模式的除霜時(shí)長(zhǎng)均隨著環(huán)境溫度的升高而逐漸減少，原因?yàn)椋海?）隨著環(huán)境溫度的升高，在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，壓縮機(jī)排氣溫度升高［18］，進(jìn)入室外換熱器的制冷劑溫度升高，制冷劑與霜的換熱量增加；（2）由于環(huán)境溫度的升高，導(dǎo)致附著在室外換熱器表面的霜層與空氣的換熱量增加，同樣提高了除霜速率。在環(huán)境溫度 5~-5℃下，逆循環(huán)除霜用時(shí) 80~400s，熱氣旁通除霜用時(shí)350~600s，在不同環(huán)境溫度下逆循環(huán)除霜整體時(shí)長(zhǎng)小于熱氣旁通除霜。在環(huán)境溫度為 2℃時(shí)，二者除霜時(shí)長(zhǎng)的差距最大，逆循環(huán)除霜比熱氣旁通除霜用時(shí)少 300s，但是隨著環(huán)境溫度的降低，兩種除霜模式的除霜時(shí)長(zhǎng)差距逐漸縮小。從 0~-5℃，熱氣旁通除霜用時(shí)增加了36.4%，逆循環(huán)除霜用時(shí)增加了 150%。說明隨著環(huán)境溫度的降低，逆循環(huán)除霜速率衰減更快，逆循環(huán)除霜相比于熱氣旁通除霜的優(yōu)勢(shì)不再明顯。

2.4 除霜功耗及室外換熱器空氣側(cè)換熱分析

在除霜過程中，霜層的融化能量來源包括系統(tǒng)做功（壓縮機(jī)功耗、鼓風(fēng)機(jī)功耗）以及室外側(cè)空氣換熱兩大部分。圖 7 示出在環(huán)境溫度為 2?℃的工況下，逆循環(huán)除霜（RCD）與熱氣旁通除霜（HGBD）兩種模式的系統(tǒng)總功耗以及室外換熱器空氣側(cè)換熱量的變化情況。

隨著除霜模式的運(yùn)行，逆循環(huán)除霜的總功耗先迅速降低，之后進(jìn)入一段較為平緩的階段，這是因?yàn)殡S著除霜的開始，系統(tǒng)管路中的制冷劑溫度仍較高，壓縮機(jī)啟動(dòng)瞬間的吸氣溫度較高，導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗較高，而當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一小段時(shí)間后，這種現(xiàn)象迅速消失，致使壓縮機(jī)功耗有一段迅速降低。與逆循環(huán)除霜不同，熱氣旁通除霜隨著時(shí)間的進(jìn)行，總功耗不斷上升，這是因?yàn)橹评鋭┰谑彝鈸Q熱器中與霜完成換熱后直接進(jìn)入了壓縮機(jī)，隨著除霜的進(jìn)行，霜層不斷減少，制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的溫度與壓力越來越高，在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，壓縮機(jī)功耗不斷上升。兩種除霜模式的室外空氣側(cè)換熱量均不斷降低，在除霜末期，更是達(dá)到負(fù)值，這是因?yàn)殡S著除霜的進(jìn)行，霜層不斷融化，空氣流經(jīng)換熱器與霜的換熱不斷減少，與高溫制冷劑的換熱量增加，空氣通過換熱器逐漸被加熱，因而空氣側(cè)換熱量出現(xiàn)負(fù)值。

在除霜過程中，壓縮機(jī)功耗及室外空氣側(cè)換熱量均是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，為了更直觀地分析兩種模式的除霜功耗，計(jì)算了不同工況下兩種除霜模式在除霜時(shí)間內(nèi)的平均功耗和平均空氣換熱量，計(jì)算結(jié)果如圖 8 所示。

從圖中可見，隨著環(huán)境溫度的升高，兩種除霜模式平均功耗均逐漸增加，在環(huán)境溫度為-5~5℃時(shí)，逆循環(huán)除霜平均功耗 618~1008W，熱氣旁通除霜平均功耗 1383~1621W，熱氣旁通除霜平均功耗比逆循環(huán)高 123.9%~60.8%，隨著環(huán)境溫度的升高，兩種除霜模式的平均功耗差距逐漸縮小。此外，隨著環(huán)境溫度的升高，兩種除霜模式的空氣側(cè)換熱量均逐漸增加。在環(huán)境溫度為 5℃時(shí)，逆循環(huán)除霜與熱氣旁通除霜空氣側(cè)平均換熱量分別達(dá)到231，50W，此時(shí)空氣側(cè)換熱有利于霜層融化。但在環(huán)境溫度低于 0℃時(shí)，通過換熱器表面的空氣不僅沒有為霜的融化提供熱量，相反與換熱器內(nèi)部制冷劑發(fā)生換熱，使室外空氣側(cè)平均換熱量出現(xiàn)了一個(gè)較大的負(fù)值。因此，在環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，應(yīng)關(guān)閉室外換熱器風(fēng)機(jī)，有利于減小空氣側(cè)換熱損失，提高除霜效率。

2.5 除霜方式對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程影響分析

續(xù)航里程是純電動(dòng)汽車的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此通過理論推導(dǎo)對(duì)兩種除霜模式下的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程進(jìn)行了估算，分析了不同除霜方式對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的影響。在-5~5℃的環(huán)境溫度下，兩種除霜模式的除霜功耗以及除霜時(shí)長(zhǎng)在整個(gè)結(jié)霜- 除霜周期占比見表 3。

電動(dòng)汽車相對(duì)續(xù)航里程計(jì)算式為［19］：

對(duì)市場(chǎng)上電動(dòng)汽車進(jìn)行調(diào)查，選取市面電池容量 75kW·h，標(biāo)定續(xù)航里程 550km 的一款電動(dòng)汽車。根據(jù)GB/T38146.1-2019《中國(guó)汽車行駛工況第 1 部分：輕型汽車》，采用CLTC-P 測(cè)試工況，CLTC-P 行駛工況包含 3 個(gè)速度區(qū)間，分別為低速、中速和高速，共耗時(shí) 1800s，理論試驗(yàn)里程為 14.48km，期間最高車速為114km/h，平均速度為28.96km/h。根據(jù)式（7）和表 3，計(jì)算出兩種除霜模式下電動(dòng)汽車的續(xù)航里程如圖 9 所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，使用熱氣旁通除霜的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程低于逆循環(huán)除霜。在-5~5℃環(huán)境工況下，熱氣旁通除霜相比逆循環(huán)除霜續(xù)航里程衰減 3.8%~1.9%。隨著環(huán)境溫度升高，兩種除霜模式的續(xù)航里程差距逐漸縮小。

3 結(jié)論

（1）熱氣旁通除霜發(fā)生在制冷劑的單相過熱氣體區(qū)，避免了從室內(nèi)吸取熱量，與逆循環(huán)除霜相比，除霜過程中乘員艙內(nèi)溫度波動(dòng)較小。 

（2）熱氣旁通模式整體除霜時(shí)長(zhǎng)大于逆循環(huán)除霜。在環(huán)境溫度5~ -5℃下，相比于逆循環(huán)除霜，熱氣旁通模式除霜時(shí)長(zhǎng)增加 270~200s。隨著環(huán)境溫度降低，逆循環(huán)除霜速率衰減更快，兩種模式的除霜時(shí)長(zhǎng)差距逐漸縮小。

（3）熱氣旁通除霜過程中的系統(tǒng)平均功耗大于逆循環(huán)除霜。在環(huán)境溫度-5~5℃下，相比于逆循環(huán)除霜，熱氣旁通除霜功耗增加 765~613W。隨著環(huán)境溫度升高，兩種模式除霜過程中平均功耗差距逐漸縮小。 

（4）使用熱氣旁通除霜的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程低于逆循環(huán)除霜。在-5~5℃環(huán)境工況下，熱氣旁通除霜相比逆循環(huán)除霜續(xù)航里程減少3.8%~1.9%。隨著環(huán)境溫度升高，兩種除霜模式的續(xù)航里程差距逐漸縮小。 

（5）在環(huán)境溫度低于 0℃時(shí)，除霜過程中室外換熱器空氣側(cè)換熱量出現(xiàn)負(fù)值，除霜時(shí)應(yīng)關(guān)閉室外換熱器風(fēng)機(jī)，有利于減小空氣側(cè)換熱損失，提高除霜效率。