混合动力汽车高速工况下制冷性能影响分析

摘 要：参考《QCT 658-2000汽车空调整车降温性能试验方法》国家法规评价标准，运用KULI软件搭建了混合动力汽车的空调系统冷媒回路仿真模型及电池包冷却回路仿真模型。通过仿真试验曲线，混合动力汽车运行车速为100km/h高速稳态工况下，在压缩机转速2000～7000rpm区间，随着转速升高，吹面出风温度逐渐降低，而主驾头部温度降温不明显；压缩机优先推荐转速6000rpm，7000rpm作为第二选择。

关键词：混合动力汽车 空调压缩机 制冷性能

混合动力汽车的空调系统需要同时满足汽车的长续航要求、乘员舱内的热舒适性需求以及动力电池热安全性要求，因此其空调系统的制冷性能及其匹配受到广泛关注[1-2]。

国内外目前对于混合动力汽车的空调系统的核心问题主要集中在乘员舱空气调节性能要求层面[3-4]。但是对于混合动力汽车来说主要停留在发动机冷却系统部分[5-6]，主要关注点在冷却性能达标层面，空调系统的研究停留在系统层级[7-8]；没有进一步深入从整车各系统匹配角度分析制冷性能及其节能潜力[9-10]。因此，对混合动力汽车空调系统的性能匹配以及空调系统节能降耗的潜力进行研究具有重要的现实意义[11]。

1 典型混合动力汽车空调系统建模

某混合动力车型空调系统主要包括乘员舱降温及电池包冷却的冷媒回路（图1）和电池包冷却液回路（图2）。在一维数值模拟平台KULI软件中对压缩机、冷凝器、热力膨胀阀、蒸发器、chiller、电子膨胀阀等零部件子模块按照混合动力汽车空调系统的工作特性及热管理架构进行连接，分别搭建乘员舱冷媒回路如图3所示，搭建电池包冷却回路如图4所示，空气侧回路如图5所示。

仿真工况如表所示1所示。经开展整车环境模拟降温性能试验，乘员舱头部温度仿真结果与试验结果误差小于±0.5℃范围内，符合工程应用要求。试验结果如图6所示。

2 压缩机有效转速对汽车高速工况制冷性能影响分析

基于《QCT 658-2000汽车空调整车降温性能试验方法》国家标准中的评价要求，为确保电池包工作在最佳工作温度范围内，采用主驾头部温度、空调箱吹面出风温度及电池包出水温度三个参数作为汽车空调系统制冷性能的客观评价指标监测参数。

混合动力汽车的电子压缩机常用的转速范围为2000rpm～8000rpm。本次仿真工况保持汽车车速为100km/h高速稳态工况，鼓风机风量为450m3/h，冷凝器进风量为0.85kg/s。根据前面所述评价指标，得到主驾头部温度、空调箱出风温度、蒸发器出风温度的变化曲线如图7～图9所示。

图7中压缩机转速为2000rpm时系统高压压力过低，使压缩机易出现液击；压缩机转速7000rpm时在330s空调系统出现不平衡情况，8000rpm和9000rpm时系统无法保持平衡状态稳定工作。所有转速下电池包出水温度在15～45℃最佳工作温度区间内，满足电池包制冷需求。

从图8可以看出，压缩机转速在2000～7000rpm中随着压缩机转速升高，蒸发器出风温度、空调箱出风口温度与主驾头部温度均逐渐降低，制冷性能逐渐增强。8000rpm、9000rpm时由于系统不能稳定工作，导致主驾头部温度等参数不符合变化趋势。

从图9可以看出，压缩机转速在2000～7000rpm范围内，随着转速升高，吹面出风温度逐渐降低，且每增加1000rpm对降低温度的贡献量逐渐减小，因此在满足制冷需求的情况下应尽量选择较低的转速。根据参考温度13±0.5℃，达到要求的最低转速范围为6000 ～7000rpm。

对主驾头部温度而言，当压缩机转速在6000～7000rpm范围内均满足达到25±0.5℃及以下的制冷需求，2000～7000rpm范围内，随转速升高对降温性能带来的贡献量逐渐减小，因此继续增加转速对性能提高意义不大，应尽量选择较小的压缩机转速。

综合以上分析，100km/h时，优先选择压缩机转速6000rpm，第二选择为7000rpm。

3 结论

通过仿真试验曲线，混合动力汽车运行车速为100km/h高速稳态工况下：

压缩机转速为2000rpm时系统高压压力过低，使压缩机易出现液击；压缩机转速在8000rpm以上系统无法保持平衡状态稳定工作。

在压缩机转速2000～7000rpm区间，随着转速升高，吹面出风温度逐渐降低；主驾头部温度降温不明显。

汽车在高速工况100km/h时，压缩机优先推荐转速6000rpm，7000rpm作为第二选择。

基金项目：2022年汽车核心软件研发重大专项“新能源汽车先进动力系统设计与高效集成控制关键工具链研究”，项目编号：0001KTSJ20230961-01。

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