电动汽车空调系统制冷量的计算探讨范文

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摘要：电动空调系统是电动汽车除开动力电机外的最大耗能部件,在设计时,应尽可能地降低能耗以保障续航里程,我们探索以不同方法来计算电动空调系统的制冷量。

关键词:电动汽车；电动空调系统；热负荷计算；制冷量

一、设计参数

车型长宽高为2550×1400×1600(mm),额定乘员4人,驾驶室内容积2.8m3;前窗为夹层玻璃,面积0.74㎡,水平夹角65°;后窗、侧窗为钢化玻璃,面积分别为0.54㎡和0.78㎡,夹角均为90°;顶棚、底板面积分别为1.92㎡和2.8㎡;侧面面积为3.72㎡,夹角为90°;夏季车内温度27℃,室外温度35℃,车速40km/h,车内湿度50%,室外湿度70%,车内气流0.3m/s。

二、空调制冷量计算的方法

（一）标准参考法

参考《JT/T216-2006客车空调系统技术条件》[1],额定乘员数人均制冷量按性能C级要求不小于1900kJ/h(528W),则4人制冷量不小于2112W,在设计中,加以必要修正系数r=1.1～1.2，取r=1.15,此车空调制冷量初始确定为：Q0=2428.8(W)

（二）经验简化计算公式法

[2]Q0=kQT=(A1×N×K1+A2×V×K2+A3×S×K3)×A4×A5Q0为空调制冷量,单位Wk修正系数,k=1.05～1.15,取1.05QT为总热负荷,单位WA1为乘员制冷因素值，取580W/人N为额定乘员数A2为车内空间制冷因素值,取450W/m³V为车内容积,单位m³A3为太阳热辐射制冷因素值,取900W/㎡S为所有窗、门玻璃面积总和,单位㎡A4为密封保温效果因素值,范围1～1.08,取1.03A5为气候条件因素值,对湿热区、极热区、常热区,取1.04K1、K2、K3为经验得的重要系数,分别取0.82、0.1、0.08带入式中,得Q0=2448.3(W)

（三）车身稳态热负荷计算法

[3][4]计算式:QT=Q玻+Q车+Q风+Q人+Q电其中:Q车=Q顶+Q侧+Q底,Q玻=Q辐射+Q对流

1)以太阳辐射及对流方式通过门窗玻璃传入的热负荷辐射得热计算式:Q辐射=K玻F玻(tH-tB)K玻为玻璃传热系数,取6.4W/(㎡K);F玻为玻璃总面积;tH为室外温度;tB为车内温度。Q辐射=105.5(W)对流得热计算式:Q对流=(η+ραB/αH)USη为太阳辐射通过玻璃的透入系数,取0.84ρ为太阳辐射通过玻璃的吸收系数,取0.08αB为内表面放热系数,取16.7W/(㎡K)αH为车外空气与外表面对流放热系数,取40.6W/(㎡K)S为玻璃遮阳系数,取0.77U为车窗的太阳辐射量,U=F′IG+(F玻-F′)ISF′为玻璃阳面投影总面积,F′=0.74×cos65°=0.313(㎡)IG为太阳直射辐射强度,取1000W/㎡IS为太阳散射辐射强度,取41.7W/㎡U=385.8(W);Q对流=259.3(W)则，Q玻=Q辐射+Q对流=364.8(W)

2)通过车身传入车厢的热负荷在稳态传热条件下,车身壁面传热负荷计算式为:K车F车(tM-tB)tM为车身表面综合温度,tM=tH+ε(IG+IS)/(αH+K车)ε为车身表面吸收系数,与车身颜色有关,按黑色取0.9K车为车身各部分的综合传热系数,取4.4W/(㎡K)a)车顶棚得热量综合温度tM顶=tH+ε(IG+IS)/(αH+K车)=55.8(℃),Q顶=243.3(W)b)车身侧面得热量车身侧面的传热,太阳直射强度及散射强度可取半值,则车身侧面的综合温度tM侧=tH+ε(IG+IS)/2(αH+K车)=45.4(℃),Q侧=350.3(W)c)车底板得热量车底板表面温度综合温度tM底=tH+(2～3)℃=38(℃),Q底=135.5(W)因此，车身总热负荷为:Q车=Q顶+Q侧+Q底=738(W)

3)新风产生的漏热量Q风=NV风ρ空(h0-h1)N为乘员人数;V风为新风量，取11m3/h.人;ρ空为空气密度,取1.13kg/m3;h0为室外空气的焓值,h1为室内空气的焓值。此工况下,车室外空气相对湿度为70％,车室内空气的相对湿度为50％,查H-D图,得h0=99.89kJ/kg,h1=55.7kJ/kg。Q风=610.3(W)4)乘员发热量额定乘员人均发热量按116W,考虑到乘坐的人群,群集系数取φ=0.89Q人=Nφ×116=413(W)5)电器工作产生的热量，按Q电≈100(W)计综合以上,整车热负荷为:QT=2226.1(W)制冷量Q0=kQT,k为修正系数,k=1.05～1.15,取1.1,则Q0=2448.7(W)。

三、结束语

以上三种计算方法结果比较相近,相差在5%内,方案一及方法二可简化计算过程,适合现场方案讨论初定,方法三适合精准的设计计算。设计人员可酌情采用合适的计算方法,匹配各空调部件、试制空调系统样机进行台架性能实验,根据实验结果进行必要的修正后,进行实车整车制冷性能验证,以满足国家标准、行业标准或客户要求为准。电动汽车空调系统的设计,原则上在满足安全驾驶的提前下,尽可能减少电池能耗，保障整车的续航里程。

参考文献：

[1]CSIC-JT.客车空调系统技术条件:JT/T216-2006[S].2006.

[2]吴庆,戴细安.微型汽车空调制冷量的简化计算[J].装备制造技术,2006(04).

[3]孙伟,魏成龙,朱敏.汽车空调系统的整车热负荷计算[J].华东科技:学术版,2017(7).

[4]宋长森.电动汽车空调系统设计与匹配[J]，农业装备与车辆工程.2011年第10期.

作者：潘仕琅 单位：柳州易舟汽车空调有限公司