新能源商用车间接式热泵系统性能仿真及控制策略研究

耿溢; 施骏业; 陈江平; 刘志勇

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250611002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

新能源商用车间接式热泵系统性能仿真及控制策略研究

更新时间：2025-12-17

- 新能源商用车间接式热泵系统性能仿真及控制策略研究
- Research on Performance Simulation and Control Strategy of Indirect Heat Pump Systems for New Energy Commercial Vehicles
- 制冷学报 2025年页码：1-9
- 作者机构：
  
  1.上海交通大学制冷与低温工程研究所上海 200240
  2. 犀重新能源汽车有限公司杭州 310000
- 作者简介：
  
  陈江平，男，教授，博士生导师，上海交通大学机械与动力工程学院，021-34206775，E-mail：jpchen70@aliyun.com。研究方向：车用空调与热系统研究、制冷剂替代技术、车用换热器、车辆热管理等。
- 基金信息：
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250611002
  中图分类号： TB657.5;U469.72
- 修回：2025-06-26，
  
  录用：2025-07-28，
  
  网络出版：2025-12-17，
- 稿件说明：
移动端阅览
耿溢,施骏业,陈江平等.新能源商用车间接式热泵系统性能仿真及控制策略研究[J].制冷学报,

Geng Yi,Shi Junye,Chen Jiangping,et al.Research on Performance Simulation and Control Strategy of Indirect Heat Pump Systems for New Energy Commercial Vehicles[J].Journal of Refrigeration,
耿溢,施骏业,陈江平等.新能源商用车间接式热泵系统性能仿真及控制策略研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250611002.

Geng Yi,Shi Junye,Chen Jiangping,et al.Research on Performance Simulation and Control Strategy of Indirect Heat Pump Systems for New Energy Commercial Vehicles[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250611002.

摘要

将热泵系统作为新能源商用车热管理系统的核心部件，其能效优化与多模式协同控制对整车续航与经济性提升具有重要意义。本文以R134a为循环工质，构建了基于比例积分（PI）控制算法的多变量协同调控架构，通过Amesim仿真的方法，系统研究了热泵系统在不同环境下的动态性能特性。重点围绕40 ℃高温制冷与-15~0 ℃宽域低温制热两大典型工况，提出风源热泵、水源热泵及双源耦合热泵等多模式分级控制策略，并建立电机余热梯级利用模型。结果表明：在双目标制冷模式下，系统可在200 s内实现电池包与乘员舱温控，压缩机功率稳定于7 kW左右，性能系数（COP）达2.5~3.0；低温制热工况下，双源热泵模式制热COP突破2.1，相比传统正温度加热系数（PTC）加热模式节能60%。

Abstract

The heat pump system， as a core component of the thermal management system in new energy commercial vehicles， plays a critical role in improving vehicle range and economic efficiency through energy efficiency optimization and multi-mode cooperative control. This study employed R134a as the refrigerant and developed a multivariate cooperative control framework based on a proportional-integral （PI） control algorithm. The dynamic performance characteristics of the heat pump system under diverse environmental conditions were systematically investigated using advanced modeling environment for simulations （AMESim）. Focusing on two typical operating scenarios： high-temperature cooling at 40 ℃ and wide-range low-temperature heating （-15 to 0 ℃）， a hierarchical control strategy integrating air-， water-， and dual-source coupled heat pump modes was proposed， along with a cascaded waste heat utilization model for motors. The results show that in the dual-target cooling mode， the system achieves simultaneous temperature control for the battery pack and cabin within 200 s， with the compressor power stabilized at approximately 7 000 W and a coefficient of performance （COP） ranging from 2.5 to 3.0. Under low-temperature heating conditions， the dual-source heat pump mode achieved a heating COP of 2.1， representing 60% energy savings over traditional PTC heating systems.

关键词

Keywords

references

YAN Xue ， SUN Shouheng . Impact of electric vehicle development on China's energy consumption and greenhouse gas emissions ［J］. Clean Technologies and Environmental Policy ， 2021 ， 23 （ 10 ）： 2909 - 2925 .

SUN Shouheng ， WANG Weicai . Analysis on the market evolution of new energy vehicle based on population competition model ［J］. Transportation Research Part D： Transport and Environment ， 2018 ， 65 ： 36 - 50 .

BROWN S ， PYKE D ， STEENHOF P . Electric vehicles： The role and importance of standards in an emerging market ［J］. Energy Policy ， 2010 ， 38 （ 7 ）： 3797 - 3806 .

LIU Zongwei ， HAO Han ， CHENG Xiang ， et al . Critical issues of energy efficient and new energy vehicles development in China ［J］. Energy Policy ， 2018 ， 115 ： 92 - 97 .

李萍，谷波，缪梦华 . 废热回收型纯电动汽车热泵系统实验研究［J］. 上海交通大学学报， 2019 ， 53 （ 4 ）： 468 - 472 .

LI Ping ， GU Bo ， MIAO Menghua . Experimental research on waste-heat recovery heat pump system in electric vehicles ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2019 ， 53 （ 4 ）： 468 - 472 .

FERRARIS W ， BETTOJA F ， CASELLA M ， et al . Heat pump for BEVs： architectures and performance analysis ［J］. SAE International ， 2020 ： 30 - 37 .

ARUMUGAM P ， ANANDAN R ， SHARMA A ， et al . Study of indirect heat pump for an electric vehicle ［J］. SAE International ， 2023 ， 000 （ 9 ）： 23 - 28 .

HIGUCHI Y ， KOBAYASHI H ， SHAN Zhiwei ， et al . Efficient heat pump system for PHEV/BEV ［J］. SAE International ， 2017 ： 2017-01-0188 .

OKAMOTO K ， AIKAWA H ， OHMIKAWA M ， et al . Thermal management of a hybrid vehicle using a heat pump ［J］. SAE International ， 2019 ， 000 （ 4 ）： 2019-01-0502 .

杨忠诚，苏林，于荣，等 . 电动汽车热泵系统低温工况的制热性能实验研究［J］. 制冷学报， 2021 ， 42 （ 1 ）： 53 - 59 .

Yang Z hongcheng ， Su Lin ， Yu Rong ， et al . Experimental research on heat pump heating performance at low temperature for electric vehicles ［J］. Journal of Refrigeration ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 53 - 59 .

夏彬彬 . 纯电动汽车废热回收双热源热泵系统研究与设计［D］. 上海：上海交通大学， 2016 .

Xia Binbin . Research and design of a gual-heat source heat pump system with waste heat recovery for pure electric vehicles ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2016 .

钱程，谷波，田镇，等 . 纯电动汽车双热源热泵系统性能分析［J］. 上海交通大学学报， 2016 ， 50 （ 4 ）： 569 - 574 .

QIAN Cheng ， GU Bo ， TIAN Zhen ， et al . Performance analysis of dual source heat pump in electric vehicles ［J］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ， 2016 ， 50 （ 4 ）： 569 - 574 .

张子琦，李万勇，张成全，等 . 电动汽车冬季负荷特性研究［J］. 制冷学报， 2016 ， 37 （ 5 ）： 39 - 44 .

ZHANG Ziqi ， LI Wanyong ， ZHANG Chengquan ， et al . A study on heat load character of EV in cold climate ［J］. Journal of Refrigeration ， 2016 ， 37 （ 5 ）： 39 - 44 .

LI Wanyong ， LIU Yusheng ， LIU Rui ， et al . Performance evaluation of secondary loop low-temperature heat pump system for frost prevention in electric vehicles ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2021 ， 182 ： 115615 .

QU Yan ， LI Dongchen ， WANG Ruiqian . Study on integrated thermal management system of hydrogen fuel cell vehicles based on heat pump air conditioning ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2024 ， 434 ： 139951 .

吕然 . 新能源汽车热管理系统能量梯级管理策略研究［D］. 长春：吉林大学， 2023 .

LYU Ran . Research on cascade energy management strategy of thermal management system for new energy vehicles ［D］. Changchun ： Jilin University ， 2023 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

住宅用排风热回收新风机组的能效评价

装填密度对准双级闭式热泵香菇干燥系统性能影响实验研究

基于引射器与集成机械过冷的CO₂热泵系统性能分析

大滑移温度CO₂非共沸工质余热回收热泵热水系统实验研究

电动汽车热泵空调系统冬季运行策略研究