电动汽车热泵空调系统应用开发及R134a与R1234yf的对比-三花

版权所有：三花中央研究院严禁外泄清洁能源绿色科技杭州三花研究院有限公司2016/02电动汽车热泵空调系统应用开发及R134a与R1234yf的对比版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄纲要
背景
热泵空调系统原理
热泵系统零部件
热泵系统的应用开发
R1234yf与R134a系统性能试验比较2版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄3电动汽车以车载电源为动力，用电机驱动车辆行驶，没有燃油汽车用来采暖的发动机余热，故不能延用燃油汽车的取暖系统。电动汽车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即采用热泵型空调系统或电加热型系统，热泵空调系统相对于电加热型系统具有更好的节能性，使得电动汽车具有更长的续驶里程。热泵空调系统利用制冷剂循环回路改变制冷剂的流动方向而选择性地执行车舱通风、采暖、制冷和除湿的功能，通过电动压缩机驱动制冷剂循环流动，在采暖、制冷和除湿运行中通过不同的制冷剂循环实现各自的功能。背景版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄4热泵空调系统原理BlowerBlowerRecirairADEVAPERATORTXVCompHPcoilPEATSOV1SOV2EXVABCFreshairSOV1SOV2CoolingOpenCloseHeatingCloseOpen版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄5暖风芯体室内冷凝器冷凝器总成热泵换热器电动涡旋压缩机传统压缩机关键零部件电子膨胀阀气液分离器版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄6最大制冷试验4.744.423.943.422.992.602.282.894.114.925.505.830.002.004.006.008.0010.0012.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.0001000200030004000500060007000coolingcapacity[KW]DAT[℃]/systemCOPCompspeed[rpm]SystemmaxcoolingcapacitysystemCOP@43℃DAT@43℃coolingcapacity@43℃Insidetemperature&humidity:43℃&50%；Outsidetemperature:43℃；Insideairflow:360m³/h；Outsideairspeed:3m/s.制冷性能试验版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄70.05.010.015.020.025.030.001000200030004000500060007000ventouttemperature[℃]compressorspeed[rpm]Ventouttemperature@cooling43×43&50%43×27&50%38×38&50%38×27&50%27×27&50%21×21&56%Maxcoolingcapacity@differenttestconditionOutdoor/indoorT(℃)&humidity(%)Compspeed(rpm)coolingcapacity(kw)COPVentouttemperature(℃)43×43&50%60005.832.614.143×27&50%40003.482.765.638×38&50%50005.473.2811.338×27&50%40003.523.074.727×27&50%30003.224.685.421×21&56%20002.254.56.3制冷性能试验版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄制热性能试验81.81kw2.16kw2.64kw3.12kw3.65kw-0.93.58.112.618.52.39.916.124.930.936.143.612.818.727.436.244.851.526.933.246.455.8-20.0-10.00.010.020.030.040.050.060.00.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.000100020003000400050006000700080009000Supplyairtemperature[℃]Heatingcapacity[kw]CompspeedHPACsystemheatingperformanceheatingcapacity@-20℃heatingcapacity@-10℃heatingcapacity@0℃heatingcapacity@10℃supplyairtemperature@-20℃supplyairtemperature@-10℃supplyairtemperature@0℃supplyairtemperature@10℃制热能力在-10℃以上，系统最大制热量能达到5kw，当环境温度低于-10℃时，最大制热量＜5kw，-20℃时为3.65kw。结论版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄制热性能试验901234560100020003000400050006000700080009000systemcopcompspeed[rpm]HPACsystemheatingperformancesystemcop@-20℃systemcop@-10℃systemcop@0℃systemcop@10℃HVACairflow:250m³/hHPAirspeed：3m/s;制热COPPTCefficiency＜1版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄除霜性能试验10Condition:ambient2C(db)80%rel.40’70’100’110’120’FrostformationDefrost1minuteallfrostremoved.30’版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄控制逻辑——人机界面11空调控制器显示面板空调控制器操作面板版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄1205101520251234567DAT[℃]TempLevelA/Ccontrollercoolingtest@differentambientDAT@43℃DAT@38℃DAT@21℃HVACblowersetting@level543℃：Outside：43℃&3m/s；Inside：32℃&50%RH38℃：Outside：38℃&3m/s；Inside：27℃&50%RH21℃：Outside：21℃&3m/s；Inside：21℃&56%RH
制冷模式下的出风温度线性度05101520251234567DAT[℃]TempLevelA/Ccontrollercoolingtest@differentairflow5档airflow3档airflow1档airflowoutdoor:38℃&3m/sindoor:27℃&50%RH控制标定结果——制冷模式版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄132.21kw2.59kw2.88kw3.24kw3.61kw024681012-15-551525354555012345678Heatingcapacity[kw]Venttemperature[℃]HeatingtemplevelHPACsystemtestperformancewithA/Ccontrollerventtemperature-18venttemperature-10venttemperature0venttemperature10heatingcapacity-18heatingcapacity-10heatingcapacity0heatingcapacity100123456012345678systemcopheatingtemplevelsystemcop-18systemcop-10systemcop0systemcop10控制标定结果——制热模式版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄142017年1月1日起欧洲禁止生产和销售的新汽车使用GWP150的制冷剂，而R134a的GWP则高达1430，因此需要寻找更高效和更环保的替代制冷剂。R1234yf是目前已明确被接受的替代工质。我们已在台架上对替代制冷剂R1234yf进行了相关试验。项目R134aR1234yf化学式CH2FCF3CH2=CFCF3GWP14304ODP00毒性低毒(A)低毒(A)可燃性不可燃(1)低可燃(2L)R134a与R1234yf物性对比制冷剂R1234yf与R134a的对比版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄15R1234yf性能试验-制冷试验R134a与R1234yf制冷性能对比（直接替代R1234yf，压缩机和TXV不变）冷凝器蒸发器进风量（m/s）进风温度（℃）进风量（m/s）进风温度（℃）RH（%）工况12383603850工况23433602750R1234yf的制冷量比R134a制冷量要低5%~10%R134aR1234yf0.001.002.003.004.005.006.007.002000300040005000Coolingcapacity[kW]/COPCompspeed[RPM]CoolingCapacity&COPcoolingcapacityofR134acoolingcapacityofR1234yfsystemcopofR134asystemcopofR1234yf工况1工况2R134aR1234yf00.511.522.533.544.5200030004000Coolingcapacity[kw]/copCompspeed[RPM]Coolingcapacity&copcoolingcapacityofR134acoolingcapacityofR1234yfsystemcopofR134asystemcopofR1234yf版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄R1234yf性能试验-制冷试验160510152025302000300040005000Temperature[℃]CompspeedEvaporatingsuperheatR134aR1234yf0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.050.02000300040005000temperature[℃]compspeed[rpm]condenserouttemperatureR134aR1234yf工况1@38℃版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄17R1234yf性能试验-制热试验冷凝器蒸发器进风量（m/s）进风温度（℃）进风量（m/s）进风温度（℃）RH（%）工况13-10250-10NA工况23-20250-20NAR134a与R1234yf制热性能对比（直接替代R1234yf，压缩机和TXV不变）0123456300040005000600070008300heatingcapacity[kw]/copcompspeed[rpm]heatingcapacityofR134aheatingcapacityofR1234yfsystemcopofR134asystemcopofR1234yf00.511.522.533.544.540005000600070008300heatingcapacity[kw]/systemcopcompspeed[rpm]heatingcapacityofR134aheatingcapaicityofR1234yfsystemcopofR134asystemcopofR1234yf版权所有：三花控股集团有限公司严禁外泄总结18
对电动汽车热泵空调系统进行了应用开发。使用R134a制冷剂时，制冷能力与效率比传统空调更优；制热能力能满足环境温度-10C以上的应用，效率远高于纯电加热。非常适合于环境在-10C以上的非高寒地区的应用，达到节约电能增加里程的好处。
在R134a系统上直接替代使用R1234yf，发现制冷能力比R134a低5~10%，制热能力与R134a相当，在低冷凝压力时略好，在高冷凝压力时略差。未来通