第一章 绪论
1.1 前言
虽然纯电动车被视为汽车节能环保领域里最佳的选择，但是纯电动车的应用受电池技术的制约，无论是在续航里程上，或者是能量充注速度上，远远无法满足人们的需求。我国城市里和公路上严重缺乏充电桩等相应配套措施，要建设到满足电动汽车需要的配套设备最少需要十年时间，这使得电动汽车无法在我国短时间内得到普及。作为兼顾纯电动汽车和燃料汽车两者优点的混合动力汽车，不但实现以电能为驱动源的环保特性，降低了汽车尾气污染物的排放，也满足在无法充电地区可以用燃油作为驱动源的目的，成为了我国现阶段节能环保汽车的最佳选择。随着人们对汽车的舒适性要求日益提高，汽车空调系统成为了汽车里必不可少的设备。汽车空调起到了对汽车车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化等最用，同时汽车空调能耗也占汽车电器设备能耗的最大部分[1、2]。由于深度混合动力汽车的发动机运行时间占汽车总行驶时间的比例低于 60%，不像传统燃油汽车可以持续利用发动机的余热对车厢内进行采暖。为了满足深度混合动力汽车制冷、采暖和除霜的要求，研究和开发具备制冷和采暖双向运行工况的高效混合动力汽车空调势在必行。目前市面上常见的深度混合动力汽车的空调制冷采暖系统一般是复合型的。常见是在传统汽车空调的基础上引入一套采暖设备，这套采暖设备一方面在发动机工作时通过水暖系统把发动机余热输入到车厢为汽车提供暖气，另一面方面在发动机不工作时通过其他加热系统对车厢空气进行加热采暖。市场上关于深度混合动力汽车制冷采暖系统主要有加装 PTC 热敏电阻式制冷采暖空调系统、储热式制冷采暖空调系统、加装燃油加热器式的制冷采暖空调系统和热泵式制冷采暖系统。
…………
1.2 深度混合动力汽车工作原理
混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称 HEV)是指车辆同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动）的汽车，如图 1-5。在混合动力系统中，每种动力源都最大地发挥其自身的优点，同时弥补另一种动力源的不足之处，即通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控（如图 1-5 所示），而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而实现汽车整体燃油经济性的提升和污染排放的降低。混合动力汽车的动力系统主要是由辅助动力系统、控制系统、电池组、驱动系统等部分组成。混合动力汽车一般选用能够满足汽车巡航基本需要的 发动机，同时依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加扭矩。让汽车在保持整体性能的同时，又提高了总体的工作效率效率。为了降低油耗提高能源的利用效率，混合动力车还设计了一套回收制动能量的系统。在传统的汽车中，每当司机踩制动踏板制动时，这种惯性能量本来可用来给汽车加速的能量最终作为热量被挥散到空气当中。而混合动力车却能通过回收系统回收大部分制动能量，并将其暂时贮存到蓄电池组以供加速时再用。当司机想要获得最大的加速度时，汽车的 发动机就和电动机一同并联工作，以提供可与强大的汽油 发动机相当的起步扭矩。在对加速性要求不太高的工况时，混合动力车可以单独依靠电动机行驶，或者单独靠 发动机行驶，或者二者结合以获得最佳的效率。
………….
第二章 深度混合动力汽车热泵空调机理分析
2.1 深度混合动力汽车运行模式
深度混合动力汽车采用的是发动机和电动机双动力源的结构方案[6]，典型工况包括正向行驶时，纯电动、发动机驱动、混合驱动、制动等动力模式；逆向行驶除电量不足时采用混合动力，一般为电动模式；滑行时，动能回收，具有为电池充电的动力模式；为了更好地分析运行模式对深度混合动力汽车空调系统的影响，现在将制动、滑行时的回收能量平均到汽车能耗和充电功率里面，其中制动回收能量按照平均每五分钟一次进行测试。综合上述内容以及发动机和电动机的运行状况，可以把深度混合动力汽车的运行模式大致分为两种[7]：纯电动模式。在冷启动、怠速以及小负荷工况下，混合动力汽车以纯电动动力运行，发动机不参与驱动，无法提供余热；电机运行输出动能，控制器运行，可进行热量回收,如图 2-1 所示：
…………
2.2 热泵系统的工作原理
混合动力汽车热泵空调系统主要由热泵压缩机、节流机构、换热器、四通换向阀这几部分结构构成。其工作原理如图 2-3 所示，当汽车热泵空调系统[8]处于制热模式时，空调工质的流动方向如图 a 所示，在热泵压缩机 V 的作用下使得换热器 I 中的低温低压气态工质，经四通换向阀 II 吸入到热泵压缩机中，经过热泵压缩机的压缩后，变为高温高压的气体，再经四通换向阀 II 的另一通道进入到换热器 III 中进行冷凝放热。工质在提高车室内环境温度的同时也有高温高压气体变为中温高压的液体，然后中温高压的液体经过节流机构 IV 变为低温低压的气液混合物，再进入换热器 I 中进行蒸发吸热，将环境中的热量带到热泵空调系统中。当热泵空调系统处于制冷模式时，四通换向阀 II 连接管路转换如图 b 所示，此时工质在换热器 I 中冷凝放热，在换热器 III 中蒸发吸热,工作过程与制热模式相反[9]。由汽车热泵空调原理可知，车厢外的换热器 I 在制热模式下起到蒸发器的作用，在制冷模式下起到冷凝器的作用。而车厢内的换热器 III 则在制热模式下起冷凝器的作用，在制冷模式下起蒸发器的作用。但其制冷模式效果跟现在车用空调能耗基本一样，估本文不考虑其制冷的经济性，只考虑制热模式下的经济性。
……………..
第三章 深度混合动力汽车空调采暖负荷..........21
3.1 实验车辆基础物理参数测量........ 21
3.2 深度混合动力汽车制冷负荷计算....... 22
3.3 深度混合动力汽车采暖负荷计算....... 29
3.4 深度混合动力汽车除霜除雾热负荷计算........ 32
3.5 电池热负荷计算...... 34
3.6 电动机及其控制器热负荷计算.... 35
3.7 深度混合动力汽车热泵空调设备选型..... 36
第四章 深度混合动力汽车采暖能耗测试实验.....43
4.1 实验车辆与测试仪器..... 43
4.2 能耗测试实验方案和试验步骤.... 43
4.2.1 实验方案........ 43
4.2.2 试验过程........ 44
第五章 热泵采暖空调与电加热采暖经济性对比分析.......49
5.1 深度混合动力汽车百公里采暖经济性分析..... 49
5.2 深度混合动力汽车上班距离采暖经济性分析....... 56
5.3 不同电池蓄电量的采暖经济性分析......... 61
第五章 热泵采暖空调与电加热采暖经济性对比分析
由于热泵空调在夏季制冷时与电动压缩机制冷效率接近，故夏季只考虑压热泵空调是否满足汽车热负荷量；冬季由于传统汽车空调不具备制热能力，深度混合动力汽车一般会采用 PTC 热敏电阻、储热式、制冷空调加燃油式加热器和热泵冷热空调等方式进行采暖。本文选用普锐斯深度混合动力汽车采用的是加热元件 PTC，与模拟的热泵采暖空调进行对比。通过比对 PTC 与热泵空调两者之间的能耗以及发动机的油耗来比对两者之间的经济性。由于目前深度混合动力汽车产业尚处于发展初期，电池充电时间较长，市区的充电站设施配套不完善，通常只有在居住点已经上班工作地方方可进行充电，因此本文第二个经济型方案则是考虑混合动力汽车行驶距离为人均上班距离 30Km，在居民点和工作点均可充电的情况下的采暖空调的经济性，这样更加贴切实际用车情况。同时，由于安装热泵空调需要在 PTC 的基础上额外增加约 1500 元的改装费用，因此还要考虑其使用的经济成本是否能大过设备成本价。为此要采用其在车辆报废里程(60 万公里)达到时总的经济性进行对比。
…………..
结论
随着汽车技术的不断发展，混合动力汽车的混合程度逐步加深，相应的蓄电池的续航能力也会进一步提升，但其电容量依旧是制约深度混合动力汽车发展的主要因素，因此如何提高能源的利用率成为了当务之急。本文根据相关数据得出关于将市面上常见深度混合动力汽车的 PTC 采暖系统改装成热泵空调后的使用经济性情况进行了分析，得出了如下一些结论：
1、通过将深度混合动力汽车的 PTC 采暖空调系统改装成热泵采暖空调系统，会提升深度混合动力汽车的经济性，降低车辆在采暖时期的油耗。
2、热泵空调系统对深度混合动力汽车经济性的提升，会随着温度下降而不断增大（相对 PTC 采暖空调系统而言）。
3、当深度混合动力汽车在环境温度低于 18℃时并且行驶到报废里程时，安装热泵采暖空调系统比安装 PTC 采暖空调系统更经济。安装热泵后总的节约费用高于改装热泵本身的成本。
4、在热泵采暖系统基础上加装对电池热量和电机热量的热回收装置，会更有效地提高热泵空调系统的经济性。
..........
参考文献（略）