純電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)分析

徐國(guó)勝，張強(qiáng)，隋清陽(yáng)

純電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)分析

徐國(guó)勝，張強(qiáng)，隋清陽(yáng)

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 新能源乘用車公司，安徽 合肥 230601）

空調(diào)系統(tǒng)是整車重要的組成部分和能耗部件。純電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下續(xù)駛里程大幅縮減，熱泵空調(diào)系可提升整車電能利用效率，但熱泵空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，增加了布置難度。文章通過(guò)熱泵系統(tǒng)關(guān)鍵零部件及管路走向布置、靜態(tài)及動(dòng)態(tài)間隙校核、裝配工藝性分析和美觀性等多個(gè)維度，結(jié)合具體整車系統(tǒng)案例，總結(jié)了熱泵空調(diào)系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)時(shí)的注意因素和遵循原則，為熱泵空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)提供參考依據(jù)，降低開發(fā)周期。

熱泵空調(diào)；總布置設(shè)計(jì)；純電動(dòng)汽車

1 前言

電動(dòng)汽車乘員艙加熱方案主要分為高壓PTC和熱泵兩種方案。其中PTC加熱分風(fēng)暖和水暖兩種[1-2]，利用PTC加熱空氣和水，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)采暖，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率低，影響車輛續(xù)駛里程高達(dá)30-40%，甚至更多[3]。

熱泵空調(diào)系統(tǒng)，目前主流應(yīng)用為三換熱器式結(jié)構(gòu)[4]，如寶馬i3和日產(chǎn)LEAF，當(dāng)系統(tǒng)以除霜、除濕模式運(yùn)行時(shí)，制冷劑將經(jīng)過(guò)3個(gè)換熱器，空氣通過(guò)內(nèi)部蒸發(fā)器除濕，將空氣冷卻到除霜所需要的溫度，再通過(guò)內(nèi)部冷凝器加熱，送至車室，解決了汽車安全駕駛的問(wèn)題，在除霜時(shí)還能同時(shí)控制出風(fēng)口空氣溫度，系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理圖

本文以配置三換熱器結(jié)構(gòu)熱泵空調(diào)純電動(dòng)車型為例，詳細(xì)介紹熱泵空調(diào)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)，熱泵空調(diào)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括空調(diào)主機(jī)、一體式壓縮機(jī)、室外換熱器、氣液分離器和管路等。

1.室外換熱器 2.氣液分離器 3.吸氣管 4.排氣管 5.管路及膨脹閥 6.制熱管 7.空調(diào)控制器 8.空調(diào)主機(jī) 9.鼓風(fēng)機(jī) 10.消音器 11.一體式壓縮機(jī)

主要部件功能如下：空調(diào)主機(jī)，包括殼體及鼓風(fēng)機(jī)、PTC芯體、蒸發(fā)器和車內(nèi)冷凝器等；鼓風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)將加熱后或冷卻后的空氣吸入乘員艙，PTC芯體負(fù)責(zé)輔助發(fā)熱，蒸發(fā)器和車內(nèi)冷凝器負(fù)責(zé)吸收和提供熱量。一體式壓縮機(jī)，通過(guò)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)渦旋盤壓縮，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力。室外換熱器，制冷時(shí)將壓縮機(jī)排出高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷卻成高壓低溫液體制冷劑；制熱時(shí)將制冷劑由霧狀液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，吸收車外熱量。氣液分離器，負(fù)責(zé)干燥冷媒，案例車型冷媒型號(hào)為R134a。管路由管路及膨脹閥、排氣管、吸氣管、制熱管組成，包括三個(gè)閥體，用來(lái)控制冷媒循環(huán)的通斷，以及一對(duì)高低壓PT傳感器，用于監(jiān)測(cè)冷媒狀態(tài)。

2 關(guān)鍵零部件及管線路布置設(shè)計(jì)

2.1 一體式壓縮機(jī)布置

布置考慮以下幾個(gè)方面：

（1）壓縮機(jī)排氣口朝向不可朝下；

（2）高壓插件不可處于動(dòng)力總成最前方；

（3）壓縮機(jī)接口前方預(yù)留足夠的安裝空間，與驅(qū)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)包絡(luò)X向間隙≥25mm，各插件不能朝上，避免進(jìn)水失效；

（4）壓縮機(jī)與動(dòng)力總成等相對(duì)靜止件間隙≥5mm，與縱梁等相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間隙≥25mm；

（5）壓縮機(jī)安裝方便，插件插拔方便。

本車型壓縮機(jī)通過(guò)支架三點(diǎn)固定在電驅(qū)動(dòng)總成右側(cè)。

1.車體縱梁 2.驅(qū)動(dòng)軸 3.壓縮機(jī)總成 4.電機(jī)總成

2.2 氣液分離器

氣液分離器布置在壓縮機(jī)附近，隱蔽性好的位置，進(jìn)出氣口需帶防錯(cuò)功能，與周邊相對(duì)靜止件間隙≥5mm。本車型布置在右縱梁側(cè)，前組合燈下方。

1.洗滌液壺 2.前組合燈 3.支架 4.氣液分離器

2.3 室外換熱器

布置考慮以下幾個(gè)方面：

（1）與周邊件間隙≥10mm；

（2）與兩側(cè)車身支撐梁間隙≥5mm。

本車型室外換熱器四點(diǎn)固定在前端模塊上，考慮安裝空間及便利性，管路接口布置在換熱器右側(cè)。

1.車身縱梁 2.前端模塊 3.室外換熱器 4.安裝模塊

2.4 空調(diào)管路

布置考慮以下幾個(gè)方面：

（1）盡量布置在隱蔽空間，利用各零部件本身遮擋、固定，整體橫平豎直；

（2）管路設(shè)計(jì)滿足以下基本參數(shù)，轉(zhuǎn)彎處彎曲角度≥90°，彎管最小直線長(zhǎng)度≥15mm，軟管與硬管接頭長(zhǎng)度≥35mm。硬管和軟管與運(yùn)動(dòng)件間隙≥25mm，硬管與靜止件間隙≥5mm，軟管與靜止件間隙≥10mm；

（3）硬管兩固定點(diǎn)間隙大于100mm，小于400mm，安裝固定牢靠，允許管路作微量位移，軟管不能直接與金屬部件相連；避免在軟管上增加固定點(diǎn)；管路連接能保持軟管兩端呈自然狀態(tài)，不能造成扭曲，不能因被連接件的運(yùn)動(dòng)而使軟管偏離其軸線所在的平面；

（4）冷媒加注口正上方400mm（半徑40mm）不得布置遮擋，安裝法蘭面需預(yù)留插拔空間。每個(gè)電磁閥需有固定支架；甩線插件需布置好固定點(diǎn)和操作空間，相近電磁閥插件需做防錯(cuò)處理。

本車型管路按功能分四段，即管路及膨脹閥、排氣管、吸氣管和制熱管。管路及膨脹閥連接主機(jī)內(nèi)蒸發(fā)器、室外換熱器及氣液分離器，走向貼緊前圍板、車身塔包和縱梁，管路上含有兩個(gè)電磁閥、低壓加注口和低壓傳感器接口；排氣管連接制熱管及壓縮機(jī)，布置有消音器；吸氣管連接壓縮機(jī)及氣液分離器，并設(shè)計(jì)軟管用于吸收余量；制熱管連接主機(jī)內(nèi)冷凝器、排氣管和室外換熱器，管路上含有電磁閥及高壓加注口。

1.管路及膨脹閥 2.制熱管 3.排氣管 4.吸氣管

3 靜態(tài)及動(dòng)態(tài)間隙合理性分析

熱泵空調(diào)部件除壓縮機(jī)外，考慮制造公差、裝配公差和部件運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，預(yù)留出足夠安全間隙，推薦間隙設(shè)計(jì)值如表1所示。

表1 熱泵空調(diào)系統(tǒng)部件間隙推薦值

4 裝配工藝性分析

表2 操作方便性間隙推薦值

裝配工藝性考慮總裝車間工位及相關(guān)工具操作便捷性，以及在維修時(shí)拆解方便，盡可能減少關(guān)聯(lián)部件。

本車型熱泵裝配順序：內(nèi)飾工位，乘員艙依次安裝空調(diào)主機(jī)、室內(nèi)溫度傳感器、空調(diào)控制器、風(fēng)道等；前艙安裝溫控中心、氣液分離器、管路及膨脹閥和制熱管。底盤工位，前艙安裝排氣管、吸氣管和室外換熱器。合裝工位，加注冷媒。

預(yù)留出相應(yīng)工具空間或手操空間，推薦間隙設(shè)計(jì)值如表2所示。

5 美觀性分析

熱泵系統(tǒng)布置美觀性也需重點(diǎn)考慮，空調(diào)管路可見部分盡量做到“橫平豎直”和“平行等距”，在車身固定處，盡可能貼緊車身，做到隱蔽，不顯突兀。氣液分離器，消音器等零部件布置，盡可能與周邊部件緊湊，并布置在視野之外，消除前艙雜亂感。方案布置后，聯(lián)合主觀評(píng)價(jià)美觀性，最終確定設(shè)計(jì)方案[5]。最后，增加前艙蓋板遮蔽也是一種可行方案。

6 總結(jié)

新能源純電動(dòng)車型，熱泵空調(diào)具有較好能效利用率，應(yīng)用越來(lái)越普及，主機(jī)廠需建立熱泵空調(diào)的總布置能力，從而提升整車集成水平。本文結(jié)合某車型“三換熱器”型熱泵系統(tǒng)，從間隙合理性、美觀性和裝配性等方面，重點(diǎn)分析了壓縮機(jī)、室外換熱器主要零部件的布置要求，對(duì)后續(xù)車型的開發(fā)提供了一定參考。

[1] 胡志林,張昶,楊鈁等.電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)研究[J].汽車文摘,2019(05):6-11.

[2]陳雪峰,葉梅嬌,黃一波.電動(dòng)汽車熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)述[J].制冷與空調(diào), 2016(16):81.

[3] 李夔寧,鄺錫金,榮正壁等.電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望[J].制冷與空調(diào),2020,20(05):60-70.

[4] 韓光杰.電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016(6):109- 111.

[5] 邵奎偉,王魁博.乘用車進(jìn)氣系統(tǒng)總布置分析[J].汽車工業(yè)研究, 2020(2):24-27.

Analysis of Heat Pump System Layout for Pure Electric Vehicle

Xu Guosheng, Zhang Qiang, Sui Qingyang

（Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. New Energy Vehicle Company, Anhui Hefei 230601）

Air conditioning system is an important part of the whole vehicle and energy consumption components.The driving range of pure electric vehicles is greatly reduced in low temperature environment. The heat pump air conditioning system can improve the energy utilization efficiency. However, the heat pump air-conditioning system is relatively complex, which increases the package difficulty. This paper summarizes the attention factors and principles in the general package of heat pump air-conditioning system, which provides reference for the development of heat pump air-conditioning system of subsequent vehicles, and reduce the development cycle.

Heat pump; Layout design; Pure electric vehicle

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.005

U463.85+1

A

1671-7988(2021)02-13-03

U463.85+1

A

1671-7988(2021)02-13-03

徐國(guó)勝，碩士，工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司新能源乘用車公司，主要研究方向：新能源汽車整車集成技術(shù)。