最近好冷，天天下雪，窝在家里不敢出门，看到在北方做冬季试验的亲们，忍受着零下40多度的超低温，你们需要采采暖呀，把下面这个清新、可耐的小姐姐给你们看看，送送温暖哈，啊哈哈哈哈！
在这个异常寒冷的冬天
需要温暖
今天漫谈君就和大家聊一聊
汽车空调采暖系统及性能试验
传统汽车空调采暖主要是利用发动机的热量来采暖，但随着新能源的发展，电动汽车空调系统工作的能量几乎全部来自蓄电池，作为纯电动汽车耗能的主要系统之一，空调系统的能效水平将直接影响整车经济性和行驶里程，无论是夏季制冷还是冬季制热，空调都是纯电动车的“能耗大户”，尤其是冬季采暖尤其明显，将影响整车续航的三分之一甚至更多，下面由漫谈君给大家带来整车空调采暖相关知识的介绍。
一、传统汽车采暖系统的工作原理采暖系统是汽车空调的热源，利用汽车发动机冷却液或废气的余热等，在加热器芯内进行热交换，加热进入车内的空气，提高车内的温度。汽车上应用最广泛的是非独立式水暖系统，利用发动机冷却液通过加热器时的热交换加热空气， 再通过鼓风机将暖气吹入车内。
二、汽车采暖系统的作用
1
冬季提供暖气
在冬季向车内供暖是汽车采暖系统的基本用途。车内温度过低时车内人员会因为寒冷感到不舒服，对于驾驶人来说，低温下容易四肢僵硬，给行车带来安全隐患。采暖系统向车内提供暖气，提高了车内的舒适度。
2
实现冷暖一体化空调
采暖系统可与制冷系统组合成冷暖一体化空调，通过调节装置将冷热风按比例混合，向车内提供适宜温度的空气，实现全年各个季节对车内的空气温度进行调节。
3
风窗玻璃除雾除霜
冬季和雨天，车窗玻璃全部关闭，车内人员的呼气使车内空气受热，呼气中的水蒸汽与空气中的水蒸汽碰到内外存在温度差且外侧温度较低的玻璃时，容易凝结成雾或霜而影响视线，严重影响行车安全。前风窗玻璃下方通常安有除霜用暖气出风口，吹出的干燥热风可迅速出去前风窗玻璃上的雾或霜。
三、汽车采暖系统的分类1
水暖式采暖系统
水暖式采暖系统主要由加热器、鼓风机、热水阀、通风道等组成。
发动机起动后，温度未达到正常工作温度以前，节温器会关闭水泵与散热器的通道，水泵和发动机冷却液出口通道相连，冷却液处于小循环状态，发动机温度迅速升高。当发动机温度达到工作温度（约为80-90℃）时，节温器接通水泵和散热器的通道，同时关闭水泵与发动机冷却液出口通道，冷却液通过散热器形成大循环。同时，部分高温冷却液进入加热器，并通过热传导和热对流将热量传递给周围的空气，再由鼓风机将加热后的空气吹入车内。在加热器中已释放了热量后的中文冷却液由水泵抽回发动机，如此反复循环。
2
PTC采暖系统
PTC是“正温度系数（Positive Temperature Coefficient）”的英文缩写，由于电动汽车空调系统没有可利用的发动机余热，其制热可通过PTC加热器实现。PTC加热器包括PTC空气加热器和PTC液体加热器两种。
1）PTC空气加热器
采用PTC空气加热器直接加热空气，取代传统车上的暖风芯体。冷空气直接流经加热器表面，加热后送入车内。这种方案成本比较低，但由于PTC接入乘员舱内，存在一定的安全风险。此外，加热器表面温度比较高，容易将周边塑料烤热发出异味，在设计加热器的安装位置时需要留意。
2）PTC液体加热器
采用PTC水加热器间接加热空气。保留传统空调的暖风芯体，外接一套PTC加热循环回路。PTC先把水加热，热水流入暖风芯体与冷空气换热，冷空气被加热后送入乘员舱内。整套回路布置与前舱内，避免了高压接入乘员舱内的安全隐患；加热后的水温不会烤热塑料而发出异味。但这套系统增加了PTC、水泵、管路等零部件，成本较高。
此方案的缺点在于加热模式对蓄电池的消耗较大，在寒冷气候条件下，PTC 加热器的使用可使电动汽车的续驶里程缩短约 30% 到 45%，极大地影响电动汽车的续驶里程，增加电动汽车的生产成本。
3
热泵系统
电动汽车因其节能和环保的优势受到了越来越多的关注，代表了未来汽车的发展方向。纯电动汽车空调系统制冷、供暖和除霜所需能量均来自整车动力电池，是电动汽车功耗的最大辅助子系统。电动汽车没有发动机余热作为供暖热源，需自身具有供暖功能，能够制冷制热双向运行的热泵型空调系统为汽车空调系统的设计提供了新的技术思路。
1）热泵系统的原理
热泵是利用少量高品位能源使热量由低温热源流向高温热源的装置。
制冷模式时，低温低压的气态制冷剂在压缩机内被压缩成高温高压状态，制冷剂通过四通换向阀， 流入外部换热器，向环境放热，变为高压液态流过储液干燥器，除去水分和杂质，经过膨胀阀变成低温低压气液混合态，最后经内部换热器从车室内吸热变为低温低压气态并进入下一个循环，实现制冷功能。
制热模式时，低温低压的气态制冷剂在压缩机内被压缩成高温高压状态，制冷剂通过四通换向阀改变流动方向，流入内部换热器，向车室内空气放热，变为高压液态，然后了流过储液干燥器，除去水分和杂质，再经过膨胀阀转变为低温低压气液混合态，最后经过外部换热器从室外吸热变为低温低压气态并进入下一个循环，实现制热功能。
热泵系统在制热时制热系数（COP）为：
COP=qc/w=(h2-h3)/(h2-h1)
在电动汽车中，可利用电能将环境中的热量送入车室内，得到的热量为消耗的电能与吸收的低位热能之和，因此其能效比大于1。
2）热泵系统的结构（以宝马i3为例）
热泵系统的主要元件有热泵控制器、制冷剂温度传感器和压力-温度传感器、制冷剂截止阀、电控膨胀阀（EXV）、储液干燥器、热泵换热器等组成。
A. 热泵控制器
热泵控制器根据传感器数值执行指令，模拟通道评估制冷剂温度传感器和制冷剂压力-温度传感器信号，控制制冷剂截止阀和制冷剂电控膨胀阀（EXV）等执行器。
B.制冷剂温度传感器和压力-温度传感器
热泵的空调制冷剂管路上有三个温度传感器，两个压力-温度传感器，用于把制冷剂温度和压力值传递给热泵控制器。安装位置如下图所示。
C. 制冷剂截止阀
管路上的四个制冷剂截止阀用于控制制冷剂回路，开关阀门可以引起制冷剂在冷凝器和蒸发器中的不同流向，导致热泵有制冷、加热和混合三种不同的运转模式。制冷剂截止阀只能全开或全关，其中三个阀门在断电时打开，另一个阀门在断电时关闭。在热泵的加热模式，关闭的阀门打开，使制冷剂从冷凝器通过储液干燥器流回电动压缩机。
D. 电控膨胀阀（EXV）
由于使用了热泵，高电压蓄电池冷却回路中的热控膨胀阀(TXV)和组合的膨胀截止阀(ETXV)被三个电控膨胀阀(EXV)取代。这三个阀使用步进电机在0~100%之间控制制冷剂管路。
E. 储液干燥器
带热泵的储液干燥器要满足空调压缩机的进气要求，同时储存润滑用冷冻机油。作为储存罐，储液干燥器能够补偿压缩机长期运转缓慢减少的制冷剂，保证热泵回路的正常工作。
F. 热泵换热器
热泵换热器将高温高压制冷剂的热量传递给暖风加热管路流动的冷却液。
3）热泵系统的应用
当前适用于纯电动汽车的空调系统主要有：电动压缩机驱动制冷与PTC电加热结合的空气调节系统、热电空调系统及热泵空调系统等。因为能效比高、环保等优点，热泵空调技术已经成为未来纯电动汽车乃至新能源汽车的主要研究方向和发展趋势。对于车用热泵空调系统，采用的技术路线主要包括R134a热泵空调系统、CO2热泵空调系统、太阳能辅助热泵空调系统和电加热器混合空调系统。其中比较成熟的技术是R134a热泵空调技术和CO2热泵空调系统。
A.R134a热泵空调系统
下图是独立式电动压缩机驱动形式的热泵空调系统，压缩机由单独电机驱动，电池组分别向动力系统驱动电机和电动压缩机供电。该系统以自然空气为热源，在车内同时安装有冷凝器和蒸发器，通过四通阀等部件进行控制以实现制冷器在车舱内外的双向循环，从而达到制冷、供暖、除霜等功能。新鲜空气从上部进入经加热后从挡风玻璃内部表面吹出除霜，内部循环空气则由下部风道导入经加热向乘客脚部吹出。此种方式不仅比传统的全新鲜空气流动方案节省能耗，而且解决了当外界环境温度较低且车内湿度较大时由车内空气再循环引起的结霜问题。
上述热泵空调系统性能参数如下表所示，其在-10℃到40℃时间均有良好的工作性能。
B. CO2热泵空调系统
CO2作为一种自然工质，其GWP（全球变暖潜能值）仅为1，且由于来源广泛、环保等优势，引起很多研究者的关注。国外许多企业均已研制出CO2汽车空调样机，系统示意图如下图所示。室温的水作为气体换热器和蒸发器的换热流体，通过控制水的流量，可将气体冷却器和蒸发器出口的水温分别保持在73℃和4℃。
有学者研究了用于燃料电池余热回收的CO2热泵型汽车空调，实验用热水供给系统模拟从燃料电池中回收的余热。制冷/制热循环包括一个半密闭式压缩机，超临界压力下的微通道换热器（气体冷却器和车内换热器），微通道蒸发器，内部换热器，膨胀阀和一个集热器。具体的制/制热循环如下图所示：
但CO2热泵型汽车空调压力较高，对系统的控制提出了更高的要求，同时成本也较高。目前热泵的发展方向有：
1. 开发更高效的直流涡旋压缩机
2. 开发控制更精准，更节能的电子膨胀阀
3. 采用高效过冷式平行流冷凝器
4. 改善微通道蒸发结构，使制冷剂蒸发更均匀
四、汽车采暖性能试验1
试验准备
1）检查车辆装配完整性及调整情况，使之符合该车装配技术条件。
2）确认轮胎气压符合车辆使用说明书的相关要求。
3）应布置的主要测点有：驾驶员、副驾驶员及其他乘员的头部和足部温度，环境温度。
2
试验条件
1）试验场地
对于环模试验，必须保证环境模拟风洞能够提供最小110km/h的风速、最小-35ºC的温度、最小80%的相对湿度；对于道路试验，必须选择平均温度能够达到试验要求温度的试验场地。在道路实验开始之前，实验负责人需收集实验前后2天的天气情况。
2）仪器条件
3）试验车辆
试验车外车身颜色选择暗颜色，并且和车内饰的颜色相符。试验车辆应该能够符合当地在道路上行驶的法规要求。试验前通过整车泄漏量，车辆测点准备如下表：
3
试验工况
试验前需保证出风口处于正中、全开位置，试验过程中必须保证车门、车窗一直处于关闭状态。试验前必须清洗车辆、清洁车内外玻璃，并保证车厢内清洁。
1)道路最大制热性能试验工况
试验前在低于-20℃温度情况下冷浸润实验车，直到水温及车内温度都达到-20℃。
注：前期可-25℃冷浸。
2)环模怠速内外循环切换工况
试验前在低于零下二十度温度情况下冷浸润实验车，直到水温及车内温度到达-20℃并且在1min时间内不变化。
注：表2的试验工况可在表1的试验结果不理想的情况下选做。
3）实验过程中变速箱操作
4）最大制热性能试验呼吸点布置
座椅靠背处于垂直位置，头枕处于最低位置时，以座椅表面的正中间一点B为参考点。头部呼吸点A放在距离座椅表面B点700mm、距离头枕250mm处；脚步呼吸点C放在距离前沿地板10mm、距离座椅表面中间点B30mm处。
4
试验方法
1）可在环境舱内进行，环境温度-25℃±3℃或-15℃±2℃。启动发动机至发动机冷却液温度处于稳定状态。打开全部车门及车窗，15min后2至3名试验人员进入车内，关闭车门、车窗及通风孔。
2）汽车用直接挡（无直接挡，用速比最接近1的挡位，自动变速箱采用D挡）以40km/h（乘用车以60km/h）的稳定车速行驶，驾驶员启动全部采暖装置，并调到最大采暖位置，暖风出风模式可调到吹足部模式，同时试验人员开始记录各测点的温度，试验总时间为40min 。
五、风窗玻璃除霜除雾系统性能试验1
A、B和A‘区域的确定
1）A区域是下述从V点向前延伸的4个平面与风窗玻璃外表面相交的交线所封闭的面积。
A. 通过V1和V2点且在X轴的左侧与X轴成13°角的铅垂平面；
B. 通过V1点，与X 轴成3°仰角且与Y轴平行的平面；
C. 通过V2点，与X 轴成1°俯角且与Y轴平行的平面；
D. 通过V1和V2点，向X轴的右侧与X轴成20°角的铅垂平面。
（1）——车辆纵向中间平面的轨迹线；
（2）——通过R点的纵向铅垂平面轨迹线；
（3）——通过V1和V2点的纵向铅垂平面轨迹线。
2）B区域是指由下述4个平面所围成的风窗外表面的面积，且距风窗玻璃透明部分面积边缘向内至少25mm，以较小面积为准（见下图）。
A. 通过V1点，与X轴成7°仰角且与Y轴平行的平面；
B. 通过V2点，与X轴成5°俯角且与Y轴平行的平面；
C. 通过V1和V2点，在X轴的左侧与X轴成17°角的铅垂平面；
D. 以汽车纵向中间平面为基准面，且与C所述平面对称的平面。
3）A‘区域是以汽车纵向中心平面为基准面，与A区域相对称的区域。
（1）——车辆纵向中间平面的轨迹线；
（2）——通过R点的纵向铅垂平面轨迹线；
（3）——通过V1和V2点的纵向铅垂平面轨迹线。
2
试验准备
1）确认发动机润滑油，冷却液，齿轮油牌号符合低温环境要求。
2）对风窗玻璃的内、外表面用含甲醇的酒精或类似去污剂清除油污，待干后用干棉布擦拭干净。
3
试验方法
1）风窗玻璃除霜试验方法
A. 车辆在-18℃±3℃环境里熄火浸置。当发动机冷却液、润滑油温度稳定在试验温度时，用喷枪将0.044g/cm2乘以风窗玻璃面积值的水量均匀地喷射到玻璃外表面上，生成均匀的冰层。车辆继续浸置30min～40min后，1名或2名试验人员进入车内，启动发动机。并将除霜系统的温度控制器和风量调节开关设到“最大” 位置，送风控制器设定到“全除霜”位置。
B. 变速器置于空挡，控制发动机转速不超过最大功率转速的50%。试验人员每隔5min在风窗玻璃内表面上描出除霜面积轮廓图，直至风窗玻璃上的霜全部除净恢复清晰视野。
2）风窗玻璃除雾试验方法
A. 车辆在-3℃±1℃环境里熄火浸置。当发动机冷却液、润滑油温度稳定在试验温度时，把蒸汽发生器（见下图）放入车内，紧挨车辆前排座椅靠背后面的地方。其出气口应在驾驶员座椅的R 点上方580mm±80mm处座椅对称垂直中心平面上；若座椅靠背是可调的则应调至规定角度；若座椅靠背后安放不下，则可将蒸汽发生器放在座椅靠背前最接近上述要求的合适位置。
B. 开启蒸汽发生器，在-3℃±1℃的条件下输出量为“汽车座位数3（70g/h±5g/h ）”。蒸汽发生器工作5min后，1名或2名试验人员进入车辆内前部。蒸汽发生器输出的蒸汽量应按每个进入车内的试验人员减少70g/h±5g/h 。
C. 试验人员进入车内1min后，启动发动机，并将除雾系统的温度控制器和风量调节开关设到“最大”位置，送风控制器设定到“全除雾”位置。
D. 变速器置于空挡，控制发动机转速不超过最大功率转速的50%。试验人员每隔5min描出除雾面积轮廓图，直至风窗玻璃上的雾全部除净恢复清晰视野。
六、结语每一辆汽车能够量产，走近千万家庭，都经历了千锤百炼，凝结了工程师们的心血，零下40多度的冬季试验，地表温度70多度的夏季试验，不仅考验着车子的性能，也考验着工程师们。
在经历了千难万险之后，我们的空调系统就能应付各种天气，保证冬暖夏凉，让大家能够美好出行。
如果觉得《汽车空调系统及性能试验解析！》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！
