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东风汽车公司技术中心电动汽车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心2016-2-23东风汽车公司技术中心目录新能源汽车的发展趋势纯电动车对空调系统的要求电动车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势纯电动车燃料电池车各车型的对比分析混合动力车纯电动车的特点：车辆所有能源均来自于车载电池；行驶动力全部来自车载电机；动力源既可以集中也可以分散，整车设计的灵活性提高；传统汽车底盘概念被颠覆（离合器、变速箱、转向、制动）；更适合于网络控制、自动驾驶等技术的应用能源使用效率极大提高，可以高达90%没有排放物，更加环保；东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势特斯拉宝马I3东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势LEAFI-MiEV纯电动车目前存在的问题：目前的电池能量密度偏低（180wh/Kg)，导致整车单次可携带的能量受到限制；锂离子动力电池组的使用温度范围窄(0℃~35℃），需要同时为其开发冷却、加热系统以适应整车大温度范围（-20℃~45℃）的使用；充电功率提升会损害电池使用寿命甚至导致热失控；快充功率一般不能超过100Kw，单次充电时间约30分钟以上，使用不便；目前，电池容量可做到40Kw.h左右，续驶里程通常在180Km左右；结论：目前动力电池是电动车发展的主要瓶颈。燃料电池车的特点：行驶动力全部来自车载电机，与纯电动车的区别仅在于能源储存方式；燃料电池实际上是一个发电机，利用氢气或者甲烷等气体的化学能产生电能；目前在续航里程和加注燃料时间等性能上优于纯电动车；需要使用质子交换膜并以稀有贵金属为催化剂，导致燃料电池成本高昂；需要随车配备高压氢气罐（70MPa）；能源转化效率约为50%，其余能量转化为热能，可以做为空调热源回收利用；氢燃料电池的排放物为水，环保性能好；目前缺乏经济高效地生产并储存氢气的工业方法；加氢站的建设需要大量投入，必须依赖政府的决策支持才能落实。东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势丰田米拉混合动力车的特点：同时配备内燃机动力系统和动力电池电机系统，动力来源多样化；发动机带动发电机发电，可以在缺电状态下给动力电池充电，增加续航里程；有多种驱动运行方式，可以保留传统内燃机汽车的很多特点；由于内燃机可以始终运行于高效工况，所以相比传统车节油效果明显；解决了纯电动车的续驶里程短和充电难的问题；系统相对复杂，但技术成熟度较高；由于能源来自燃油，所以仍然存在排放问题；东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势比亚迪唐荣威E550氢燃料电池车推广存在困难：燃料电池成本昂贵，导致整车性价比很低；需要建立完整的氢气制造供应体系，代价高昂且可能仍存在排放问题；需要多次转化能源形式，总能源使用效率低，导致使用成本明显高于电动车；混合动力车存在缺陷：功能冗余，系统复杂，导致生产制造成本下降空间有限，维修保养费用高；仍然使用燃油，使用成本高于电动车，且无法彻底解决排放问题；纯电动车是未来的发展趋势：在市内短途行驶和固定线路行驶方面已经具有优势；动力电池技术正在快速发展，预期续驶里程、充电时间长等问题将得到极大缓解并可以完全解决，之后应会占据压倒性优势。东风汽车公司技术中心新能源汽车的发展趋势东风汽车公司技术中心纯电动车对空调系统的要求电动车空调系统目前采用的技术方案电池热管理对空调系统的要求使用温度范围对空调系统的要求续驶里程对空调节能的要求纯电动车对空调系统的要求东风汽车公司技术中心电动车空调系统目前采用的技术方案采用电动压缩机，取代皮带轮压缩机驱动控制器与压缩机集成式设计——体积、安装、冷却、可靠性驱动电机为无刷永磁无位置传感器的直流电机——效率、调速采用高压PTC加热器为热源PTC空气加热器直接替换暖风散热器——效率较高但高压进入驾驶舱采用PTC水加热器保留暖风散热器——安全但效率低、成本高空气PTC加热器PTC水加热器电动压缩机电池热管理对空调系统的要求：整车通常要求在-20℃至45℃能正常工作电池的高效工作温度范围是0℃~35℃；温度过低导致性能下降——可使用电量和放电功率下降温度过高导致不可逆损耗甚至热失控——起火爆炸电池工作过程中也会持续产生热量必须配备制冷系统给电池降温——风冷、制冷剂直冷、水冷应该配备电池加热系统——低温充电、低温用电高可靠性东风汽车公司技术中心纯电动车对空调系统的要求纯电动车对空调系统的要求东风汽车公司技术中心续驶里程对空调系统节能的要求电动车本身就存在续驶里程偏短的缺点驱动电机常用功率在10KW左右，且为断续运行，平均消耗功率在6Kw左右空调系统用电功率保持稳定，且在运行初期耗电功率更大夏季由于空调系统的运行，整车续驶里程将减少至70%冬季由于空调系统的运行，整车续驶里程将减少至50%要求空调系统减少功率消耗，最大限度保证整车的续驶里程采用空调自动控制技术，并且控制策略应考虑节能采用高效压缩机、低冷凝压力、回热器等节能技术降低低温制热能耗，采用低温热泵技术，实现在-20℃环境下，COP＞2.0纯电动车对空调系统的要求东风汽车公司技术中心车辆使用温度范围对空调系统的要求要满足电池温度管理系统的要求——抛锚、安全问题电池温控的目标为25±5℃在正常行驶和充电两种状态下都要能正常运行高温环境下给电池降温带走电池产生的热量，避免电池热失控低温环境下给电池加热，保证其充放电性能，提高整车可用性要满足乘员舱温度舒适性要求——舒适性问题在45℃的环境温度下消耗最小的功率使驾驶舱维持舒适温度在-20℃的环境温度下消耗最小的功率使驾驶舱维持舒适温度东风汽车公司技术中心电动车空调系统的发展趋势一、节能二、环保四、可靠三、智能电动车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心节能空调系统已经是电动车上仅次于行驶系统的第二大能源消耗大户续驶里程目前还是电动车的短板，尤其是低温工况下热泵系统是必然的发展趋势——解决低温制热的节能问题常规热泵系统已经在LEAF、宝马I3等车型上得到应用——-5℃以上已有吸气补焓的热泵空调系统在开发，以适应低温工况——-15℃以上采用二氧化碳热泵空调系统是电动车最终必然的选择能够解决低温制热问题，满足-20℃甚至更低温度制热的需求，COP＞2.0全年平均运行效率高，在35℃以下的运行效率优于其他热泵系统目前尚需解决高温环境下制冷效率偏低的问题电动车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心环保HFC-134a由于温室效应将被禁止使用气候变化大会及蒙特利尔议定书的推动欧盟2017年完全禁止使用HFC-134a美国将于2021年禁止使用HFC-134a中国已经在调研HFC-134a的用量，为后续制冷剂替代工作做准备潜在替代制冷剂应用分析可燃制冷剂不适合用于车辆上——安全性问题（R290、R600a、R152a）HFO-1234yf的热泵制热性能不满足要求——低温工况-20℃采用二氧化碳为制冷剂的热泵空调系统是电动车最终必然的选择在环保制冷剂中安全性、低温制热性能、可靠性、成本等方面都有优势气体冷却器压缩机气液分离器蒸发器膨胀阀回热器HVACUnit二氧化碳空调系统的优点东风汽车公司技术中心二氧化碳制冷剂的热力性能换热系数高——可降低制冷剂侧换热面积粘性系数低——流动阻力低运行压力高——提升部件的耐压性能单位体积制冷量大——减少压缩机排量临界温度点31.1℃—跨临界循环系统—热泵优势二氧化碳空调系统的发展方向——各种节能技术回热换热器技术——降低排气压力和压缩机耗功、提升制冷量两级压缩带中间冷却技术——提升绝热压缩效率，降低排气温度膨胀机技术——回收膨胀功、提升单位质量制冷量二氧化碳压焓图电动车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心智能化热泵系统运行工况复杂多变——手动控制很难达到最优运行电池热管理与乘员舱舒适性的协调充电、行驶工况兼顾制冷、制热工况的转换空调系统电动化发展趋势电动压缩机、鼓风机、电动水泵得到普遍运用阀类部件电动化——电子膨胀阀、电动换向阀传感器的普遍使用——热电偶、压力传感器等与整车互联通讯的要求与整车控制器、BCM等进行信息交互CAN网络架构通讯电动车空调系统的发展趋势东风汽车公司技术中心可靠性空调系统失效后的严重后果电池热失控，导致起火、爆炸——安全性问题低温下电池放电功率降低，行驶功能受限——抛锚故障低温下无法进行充电——整车功能失效可靠性应考虑的问题机械方面——汽车上的振动、制冷剂脉冲压力、高低温冲击、耐压密封性化学方面——IP防护等级、盐雾腐蚀、汽车上可能用到的各种液体电气方面——电磁兼容性、高压电安全、功率器件的耐压、耐流、耐温性可能用到的方法故障诊断与报警降级运行模式维持必要的功能电动汽车空调发展趋势东风汽车公司技术中心电动车空调系统的发展需要我们共同努力！谢谢聆听！