热泵型纯电动汽车空调融霜特性探讨

崔厚明

摘 要 近年来以电力为驱动的汽车行业进步深入人心，针对电动汽车的配置方面也有了巨大的关注。对于汽车的舒适度也不断的提高，对于汽车空调也有了更高的需要。对于传统的汽车空调来看，电动汽车需要制热系统，将原来的简单的汽车空调系统进行改造，多数电路都会发生改变。如：多出一套制冷的转换系统、电路与构件的安装。热泵型汽车空调的难点在于制热功能，热泵型汽车空调在低温的环境运行时，车外换热器会出现结霜现象，车外换热器正在制热的状态下出现的结霜将会变成水，由于该车外换热器的通道排水性较差，将会导致汽车空调进入除霜状态，直接影响汽车空调的运行能力。本文对热泵纯电动汽车空调在在室外温度较低情况下下运行时，车外换热器发生结霜而影响系统的问题作出解析。通过实验研究对汽车空调的性能作出汽车空调结霜的规律。

关键词 热泵;电动汽车空调;空调结霜

前言

汽车发展的历史已经有着150年了，现今的汽车大部分以燃烧石油等其他不可在生能源为提供动力，对环境的影响也造成较为恶劣的影响，对人的身心健康也带来严重的损伤。纯电动的汽车发行，因为能源提供较为低廉，行驶中的舒适度较高，对环境的影响较低的特点，在市场上广受期待。与传统的汽车相比，纯电动汽车的车内环境也十分重要。在冬季的空调使用上由于车内的纯电动的机器没有制热的效果[1]。常规电动汽车基本采用PTC的加电供暖，但是由于汽车的能量提供较低，供暖必将影响汽车的行驶路程。对于热泵汽车空调系统，在汽车结霜的情况下会影响到汽车的空调制热效果。如何优化汽车空调的除霜，是提升汽车空调性能的重要因素。

1热泵电动汽车空调实验方案确定

目前的电动汽车的空调基本采用了准双级循环热泵技术开发的带混气的热泵电动汽车空调，具有压缩机、车外风冷换热器、单向阀、主膨胀阀、车内风冷换热器、四通阀等。热泵型汽车空调的外侧微通道换热器与翅片外侧微通道分布在换热器的翅片到汽车架的底部，翅片通过钎焊连接与扁管连接在一起。热泵型汽车空调需要注入制冷剂，通过设计方案的要求，注入适当压力的制冷剂。在标准试验室中对试验样机开始测试，标准试验室可以对室内室外的温度进行控制，对出现的误差需要在合理可控的范围内对实验结果有着可靠性[2]。

2结霜实验

当汽车空调转换器的温度低于0度时，车内外的空气湿度较高，环境中的温差就会对空气中的水分等产生较高的析出现象。在汽车换热器上出现结霜，当霜层增厚时就会影响到换热器的气体流通，导致换热器的进出气变小，同时对换热器的能量损耗也会加大，对换热器的中的通风效应影响也会加大。不同温度环境下的空调出现的结霜也不尽相同。在汽车空调的开启后车外的换热器出现结霜现象，就需要在每个温度对换热器进行记录。

在开启空调后，热泵系统开始运行，由于车外的换热器处于温差环境较大的地方中，车外第一个换热器会首先出现结霜现象。因为车外的换热器采用平行流换热器，其通道面积较小，对换热器的运行有限制，所以通过观察换热器查看结霜效果。

工况1：热泵运行10分钟后，由于温度继续降低，由于霜层的增厚条件下车外换热器下部霜层增厚，外换热器的通风效果降低。

工况2：热泵运行90分钟左右的结霜现象，车外换热器的表面通道结霜较多，汽车空调进入除霜功能。

当周围环境过低时，除霜效果大大降低。实验中空调的运行基本稳定[3]。

3不同室外侧工况下新型外侧微通道换热器结霜情况

在室外侧工况可以调节的情况下，进行温度的恒定调节（20℃/15℃）恒定，对配置新型外侧微通道换热器的热泵型汽车空调进行制热性能试验。实验中的不同负荷下对压缩机的运行频率进行调节。按照一个完整结霜周期内的平均制热能力对热泵型汽车空调的制热能力进行标定。新型外侧微通道换热器的结霜时间长短与试验工况、翅片的亲水性、空气流通等因素有关。试验在空气流动速度、翅片亲水性能、空调通气窗口开窗角恒定的条件下。外侧微通道换热器结霜温度区间主要集中在-15与7℃（其中7℃时结霜时间较长），结霜速度最快在0℃左右，在满足制热能力的需求下，外微侧通道在30分钟就会出现结霜现象;在室外侧干/湿球温度-15℃/-20℃工况下，换热器表面长达五小时未发生结霜现象。在温度极低的情况下由于空气中湿度低，结霜就会降低或者形成微小的冰霜，结霜量极少，难以观察到结霜。在0℃左右的工况下，在试验中发现，压缩机的运行频率高，空调更容易发生结霜现象。主要原因是在这种环境中蒸发的温度较低，同等条件下外侧微通道换热器中制冷剂的吸气量提高。因此，对于新型外侧微通道换热器除霜的排水能力在0℃左右的测试尤为重要。从热泵型空调舒适性考虑，空调产品要求除霜时间一般控制在3分钟内。换热器的排水不够顺畅，会导致内部压力过大对内部的温度流动造成影响。

4结论

通过试验研究了热泵型汽车空调制热模式下结霜以及除霜的特性，得出以下结论：1）制热状态下最易结霜的工况为室外干/湿球温度为0℃/0℃附近，此工况下结霜周期在30分钟左右;2）热泵型汽车空调出現结霜现象很快，但是随着温度降低结霜会出现停止;3）外侧微通道换热器可有效促进除霜水的排出，虽然在制热状态下具有一定的优势，但是制冷具有一定的劣势，需要努力研究提高其换热效率的方法。根据结霜的方式结合空气动力可以对相关空气中的水分子进行研究。在结霜阶段，当温度处于0℃以下时，水珠会瞬间结冰对于制热机的运行有着难以消除结霜的现象。

参考文献

[1] 张文嵘，刘丽娜，钱程，楼军.热泵型纯电动汽车空调系统特性[J].制冷学报，2018，39（6）：109-114.

[2] 王长明.基于纯电动汽车的热泵型空调系统动态特性分析[J].内燃机与配件，2018（23）：190-191.

[3] 周光辉，陈通，刘寅，李海军，刘亚芳.热泵型纯电动汽车空调融霜特性研究[J].低温与超导，2015，43（11）：54-58.