新型车用R290间接式热管理系统及其性能研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2025.10.019

摘要/Abstract

摘要：

随着环保制冷剂R290在车用热管理系统中的推广应用，提升其系统性能与能效成为研究重点。本文创新性地提出了一种采用双芯体逆流串联换热架构的车用R290间接式热管理双二次回路系统，通过实验测试了系统的边界性能，建立了该电动汽车热管理系统仿真模型，并对比分析了该系统与单芯体换热方案、双芯体顺流串联换热方案的性能差异。研究表明，在夏季49 ℃极端制冷工况下，逆流式布置方案较单芯体方案制冷量提升11.62%，COP值可达到1.67；在冬季-20 ℃极端制热工况下，系统COP值相较于顺流串联式换热方案提升超过9.5%。本研究为R290制冷剂在车用热管理系统中的高效应用提供了重要技术支撑。

关键词: 电动汽车, R290, 热管理系统, 性能分析

Abstract:

With the increasing application of the environmentally friendly refrigerant R290 in automotive thermal management systems， enhancing system performance and energy efficiency has become a key research focus. In this study an innovative R290-based indirect thermal management dual secondary loop system using the dual-core counterflow series heat exchange architecture is proposed. The system’s boundary performance is tested through experiments and a simulation model of the electric vehicle thermal management system is established. The performance differences between the system and the single-core and dual core parallel flow series heat exchange solutions are compared and analyzed. The results show that， under extreme summer cooling conditions （49 °C）， the counterflow system increases cooling capacity by 11.62 % and achieves a COP of 1.67 compared to the single-core solution. In extreme winter heating conditions （-20 ℃）， the system’s COP improves by over 9.5 % compared to the parallel flow arrangement. This research provides valuable technical support for the efficient application of R290 in vehicle thermal management systems.

Key words: electric vehicle, R290, thermal management system, performance analysis

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参考文献 18

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零部件名称	参数信息
电动压缩机	排量34 mL，最高转速8 500 r/min
水冷蒸发器Chiller	板式换热器，有效尺寸为长×宽×高： 120 mm×70 mm×110 mm
水冷冷凝器WCC	板式换热器，有效尺寸为长×宽×高： 120 mm×70 mm×100 mm
储液罐	总容量150 mL
电子膨胀阀	口径2.0 mm，调节步数范围0~500步
冷风芯体Cooler	微通道换热器，有效尺寸为长×宽×高： 260 mm×225 mm×40 mm
暖风芯体Heater	微通道换热器，有效尺寸为长×宽×高： 150 mm×250 mm×32 mm
低温散热器LTR	微通道换热器，有效尺寸为长×宽×高： 526 mm×420 mm×28 mm

传感器	不确定度
温度传感器/K	±0.15
压力传感器/bar	±0.5 %
水侧流量计/（kg·h^-1）	±0.5 %
电流计/A	±0.2
电压计/V	±5.0

序号	工况	环境温度/℃	压缩机转速/ （r·min^-1）	芯体进风温度/℃	芯体进风风量/（m³·h^-1）	LTR迎面风速/（m·s^-1）	Chiller侧水流量/ （L·min^-1）	WCC侧水流量/ （L·min^-1）
1	夏季乘客舱制冷	30	2 000	30	360	2.0	25	25
2		35	3 000	35	360	2.0	25	25
3		43	5 000	43	500	4.0	30	30
4		49	7 000	49	500	4.0	30	30
5	冬季乘客舱制热	0	2 000	0	200	1.5	8	8
6		-7	3 000	-7	200	1.5	8	8
7		-15	5 000	-15	320	3.0	10	10
8		-20	7 000	-20	320	3.0	10	10