基于辅助散热与余热回收的车辆一体化CO₂热管理系统性能优化研究

摘要

为在紧凑的车辆空间内实现高效的热管理，本文设计了一种车辆一体化CO₂热管理系统，该系统通过阀的切换和水-气体冷却器的多样化利用，可起到余热回收与辅助散热的双重作用，实现对电机、电池与乘员舱热管理的同时，进一步提高CO₂热泵空调系统性能．通过仿真平台AMESim搭建系统仿真模型，并经实验验证了模型的可靠性，研究了将电机与电池纳入热管理CO₂空调热泵系统的影响．结果表明：制热模式下，水-气体冷却器可起到余热回收的作用，在冷却电机、电池的同时，利用二者的发热量提高系统制热能效；该模式下，电机、电池热负荷升高，水-气体冷却器换热量提高，系统的蒸发温度提高，对制热量和性能系数有可观增益，且环境温度越低，该增益效果越强．在-20℃/20℃的工况下，回收16 kW的余热可使系统制热量和性能系数分别提高21.42%、11.13%，但过高的电机、电池热负荷将使系统蒸发温度进一步提高至超过环境温度，室外换热器将向环境放热，从而抑制系统性能的提升效果；制冷模式下，水-气体冷却器可起到辅助散热的作用，在冷却电机与电池的同时，减少室外换热器的散热负担，辅助其散热从而提高系统制冷能效；该模式下，水-气体冷却器的换热量与电机热负荷负相关，压缩机功耗降低，系统制冷量和性能系数可分别提高2.84%、3.96%.

关键词

二氧化碳热泵空调系统 / 电动汽车 / 水-气体冷却器 / 余热回收 / 辅助散热