新能源汽车空调负荷特性的研究

1、 新能源汽车空调负荷特性的研究 摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，新能源在我国发展十分迅速，通过热平衡法对新能源汽车的稳态负荷特性进行了计算研究，对比了不同季节和不同行驶工况下负荷的变化，并得出了影响负荷的主要因素。结果表明:在研究工况下，随着车速增加，春季、夏季和秋季车身总负荷逐渐减少，而冬季车身总负荷则逐渐增加;春季主要负荷为乘员人体散发的总热量，其占比为329%;夏季主要负荷为门窗玻璃传入的总的热量，其占比为2623%;秋季主要负荷为乘员人体散发的总热量，其占比为3088%;而冬季主要负荷为新风所传入的总热量，其占比为4716%。此外，为了改善整车负荷，针对各季节主要占比的负荷，提出

2、了相应的优化方法。关键词：汽车空调;负荷;热平衡引言与传统燃油汽车一样，电动汽车也需要车载空调系统提供一个舒适的驾驶和乘坐环境，但是由于没有发动机余热，电动汽车需要新的热源用于冬季采暖。与目前市场上普遍采用的电加热采暖系统相比，热泵型电动汽车空调能效更高。于是，研究人员逐渐将目光投向开发适用于电动汽车的高效热泵型空调系统。热泵型电动汽车空调系统热力计算的首要步骤和系统设计定型的主要依据就是明确电动汽车冬季采暖时的热负荷，进而确定空调系统所需提供的制热量。针对汽车负荷方面，对燃油汽车的冷负荷进行了理论和试验分析，提出了较为合理的计算模型。对混合动力车整车的冷负荷进行了理论计算，并将冷负荷分为车身

3、冷负荷、车窗冷负荷、通风冷负荷、人员冷负荷和动力舱冷负荷部分。1电动汽车负荷构成传统的热负荷计算方法已经可以较为准确地计算出电动汽车匀速行驶时稳态的热负荷。当车辆在高温或低温环境中放置一段时间后，车内结构会由于环境的影响吸收（放出）一部分热量qz。计算负荷时，如果考虑车内结构热惯性的影响，将会提高计算结果的准确度。式表明，电动汽车的瞬态负荷q包括车体围护结构传入的热（冷）量qc，通过玻璃表面对流方式传入的热（冷）量qg，通过玻璃表面以辐射方式传入的热量qf,驾乘人员人体热量qp,新风热（冷）量qa，电池包散热量qe，车内其他电器散热量qq，车内结构热惯性qz。电动汽车各部分热负荷如图1所示。q

4、=qc+qg+qf+qp+qa+qe+qq冬季制冷工况下，由于电子元件的散热、玻璃窗的辐射换热等会减少空调所需的制热量，因此冬季考虑空调冷负荷时，车体围护结构的传热量qc、通过玻璃的对流传热热量qg、新风负荷qa是组成冬季空调冷负荷的3个主要组成部分。其他部分，如通过玻璃表面以辐射方式传入的热量qf等，向车内散热会导致冷负荷的减少，因此计算时应考虑这部分的热量，将其从冷负荷总量中扣除。传统夏季、冬季稳态负荷的计算方法考虑了大部分的冷热负荷，据此来估计车辆开始启动时的瞬态负荷时，需考虑修正系数k修的影响，一般该修正系数取值为1.051.15。如果考虑车内结构在汽车开始启动时的热惯性qz，就会使瞬

5、态负荷的计算结果更加精确。热惯性qz是因为车内结构在室内外温差较大时，也会吸收或者放出一部分热量才能达到人体的舒适性温度。车内结构的质量占整车的质量的15%左右，所以这部分能量qz对总负荷的影响较大。2新能源汽车空调负荷特性2.1汽车空调车内外参数确定由试验分析可知，春季人体感到舒适的温度是1821，故先定义车内空气温度为20。夏季人体感到舒适的温度是2426，由舒适转为不太舒适的分界线是28左右。考虑到国内夏季普遍炎热，当车外气温为35时，可把2829作为普通车辆夏季车内设计温度的基础。对于高级车辆，车内空调温度可定在27左右，故先定义车内空气温度为27。秋季人体感到舒适的温度是1821，故

6、先定义车内空气温度为20。冬季人体感到舒适的温度是1625，故先定义车内空气温度为18。车内相对湿度30%或70%均使人感到不舒服，在45%60%之间则较适宜，故定义车内相对湿度为50%。根据人体卫生要求，每人应有q1=kf(t实际tn)的新鲜空气量。考虑到汽车经常会停车开门，新鲜空气得到补充，春季、夏季和秋季按每人11m3/h计算，冬季为满足更高的人体卫生条件，按40m3/h计算。2.2空调参与响应的不确定性分析1）用户响应意愿根据空调用户与电网事前签订的合约规定，在系统调度员对用户下发调度指令后，用户应该响应电网调度并按照合同约定的负荷削减量进行响应。然而，一方面虽然有合同约束，空调用户仍

7、旧属于非强制、自愿响应的范畴，不可避免在参与响应过程中由于用户对收益的理性判断、用户信誉等因素而造成实际响应量有较大不确定性。另一方面，通讯控制失误、突发状况发生等客观因素也会对用户的响应情况产生影响。2)响应量计算在一定的调控手段下，空调负荷的调节量等于空调的基线负荷与实际监测到负荷的差值。其中，空调负荷的基线负荷是基于历史负荷数据预测到的，历史数据提取过程中不良数据或者伪数据的存在必要会给预测结果带来不确定性。此外，基线预测的精度和很多因素有关，比如积温效应。当出现连续多日的高温或低温天气，预测日空调负荷会出现非常规增长，即出现积温效应。是否考虑以及如何处理类似于积温效应这样的影响因素将决

8、定基线预测准确度情况。2.3四季总负荷随车速变化情况春、夏、秋、冬四季负荷随车速变化规律。当室内外温度一定时，春季、夏季和秋季的车身总负荷随着车速的增加而逐渐减少，但减少幅度不大，这是因为随着车速的增加，车体与外环境的对流换热增强，带走的热量增加。春秋季总负荷差异主要在于春秋季的地表辐射量不同、室外湿度不同。春季车身总负荷随车速增加减小幅度为897%，夏季车身总负荷随车速增加减小幅度为902%，秋季车身总负荷随车速增加减小幅度为831%。但冬季的车身总热负荷随车速的增加而逐渐增大，这是因为随着车速的增加，车体与外环境的对流换热增强，车内散失的热量增强，冬季的车身总热负荷增大幅度为1590%。结

9、束语新能源汽车发展，是目前汽车发展的必然趋势，确定新能源汽车的负荷特性是汽车空调设计指导和控制的前提。由上述计算分析可知，在本文研究工况下，春季的整车负荷为144185kw，夏季的整车负荷为293373kw，秋季的整车负荷为157200kw，冬季的整车负荷在385870kw。通过负荷分析可知，春季、夏季和秋季车身总负荷随车速的增加而减少，冬季车身总负荷随车速的增加而增加;当车速一定时，春季、夏季和秋季的车身总负荷都随着环境温度的增加而增大，冬季的车身总负荷都随着环境温度的增加而减少。本文针对四季负荷占比分析得出，为了改善整车负荷，春季和秋季主要降低乘员人体散发的总热量，这个一般很难做到;夏季和冬季主要降低新风所传入的总热量、车身壁面实际传入的总热量