水暖式采暖系統(tǒng)主要由加熱器、鼓風機、熱水閥、通風道等組成。

發(fā)動機起動后，溫度未達到正常工作溫度以前，節(jié)溫器會關(guān)閉水泵與散熱器的通道，水泵和發(fā)動機冷卻液出口通道相連，冷卻液處于小循環(huán)狀態(tài)，發(fā)動機溫度迅速升高。當發(fā)動機溫度達到工作溫度（約為80-90℃）時，節(jié)溫器接通水泵和散熱器的通道，同時關(guān)閉水泵與發(fā)動機冷卻液出口通道，冷卻液通過散熱器形成大循環(huán)。同時，部分高溫冷卻液進入加熱器，并通過熱傳導(dǎo)和熱對流將熱量傳遞給周圍的空氣，再由鼓風機將加熱后的空氣吹入車內(nèi)。在加熱器中已釋放了熱量后的中文冷卻液由水泵抽回發(fā)動機，如此反復(fù)循環(huán)。

由于電動汽車空調(diào)系統(tǒng)沒有可利用的發(fā)動機余熱，其制熱可通過PTC加熱器實現(xiàn)。PTC加熱器包括PTC空氣加熱器和PTC液體加熱器兩種。

1）PTC液體加熱器

采用PTC水加熱器間接加熱空氣。保留傳統(tǒng)空調(diào)的暖風芯體，外接一套PTC加熱循環(huán)回路。PTC先把水加熱，熱水流入暖風芯體與冷空氣換熱，冷空氣被加熱后送入乘員艙內(nèi)。整套回路布置與前艙內(nèi)，避免了高壓接入乘員艙內(nèi)的安全隱患；加熱后的水溫不會烤熱塑料而發(fā)出異味。但這套系統(tǒng)增加了PTC、水泵、管路等零部件，成本較高。

此方案的缺點在于加熱模式對蓄電池的消耗較大，在寒冷氣候條件下，PTC 加熱器的使用可使電動汽車的續(xù)駛里程縮短約 30% 到 45%，極大地影響電動汽車的續(xù)駛里程，增加電動汽車的生產(chǎn)成本。

2）PTC空氣加熱器

采用PTC空氣加熱器直接加熱空氣，取代傳統(tǒng)車上的暖風芯體。冷空氣直接流經(jīng)加熱器表面，加熱后送入車內(nèi)。這種方案成本比較低，但由于PTC接入乘員艙內(nèi)，存在一定的安全風險。此外，加熱器表面溫度比較高，容易將周邊塑料烤熱發(fā)出異味，在設(shè)計加熱器的安裝位置時需要留意。

3、熱泵系統(tǒng)   

電動汽車因其節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)勢受到了越來越多的關(guān)注，代表了未來汽車的發(fā)展方向。純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷、供暖和除霜所需能量均來自整車動力電池，是電動汽車功耗的最大輔助子系統(tǒng)。電動汽車沒有發(fā)動機余熱作為供暖熱源，需自身具有供暖功能，能夠制冷制熱雙向運行的熱泵型空調(diào)系統(tǒng)為汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供了新的技術(shù)思路。

1、熱泵系統(tǒng)的原理   

熱泵系統(tǒng)原理我們已經(jīng)很熟悉，這里不作介紹，用兩張圖來說明下問題。

2、熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（以寶馬i3為例）

熱泵系統(tǒng)的主要元件有熱泵控制器、制冷劑溫度傳感器和壓力-溫度傳感器、制冷劑截止閥、電控膨脹閥（EXV）、儲液干燥器、熱泵換熱器等組成。

A. 熱泵控制器

熱泵控制器根據(jù)傳感器數(shù)值執(zhí)行指令，模擬通道評估制冷劑溫度傳感器和制冷劑壓力-溫度傳感器信號，控制制冷劑截止閥和制冷劑電控膨脹閥（EXV）等執(zhí)行器。

B. 制冷劑溫度傳感器和壓力-溫度傳感器

熱泵的空調(diào)制冷劑管路上有三個溫度傳感器，兩個壓力-溫度傳感器，用于把制冷劑溫度和壓力值傳遞給熱泵控制器。安裝位置如下圖所示。

C. 制冷劑截止閥

管路上的四個制冷劑截止閥用于控制制冷劑回路，開關(guān)閥門可以引起制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中的不同流向，導(dǎo)致熱泵有制冷、加熱和混合三種不同的運轉(zhuǎn)模式。制冷劑截止閥只能全開或全關(guān)，其中三個閥門在斷電時打開，另一個閥門在斷電時關(guān)閉。在熱泵的加熱模式，關(guān)閉的閥門打開，使制冷劑從冷凝器通過儲液干燥器流回電動壓縮機。

D. 電控膨脹閥（EXV）

由于使用了熱泵，高電壓蓄電池冷卻回路中的熱控膨脹閥(TXV)和組合的膨脹截止閥(ETXV)被三個電控膨脹閥(EXV)取代。這三個閥使用步進電機在0~100%之間控制制冷劑管路。

E. 儲液干燥器

帶熱泵的儲液干燥器要滿足空調(diào)壓縮機的進氣要求，同時儲存潤滑用冷凍機油。作為儲存罐，儲液干燥器能夠補償壓縮機長期運轉(zhuǎn)緩慢減少的制冷劑，保證熱泵回路的正常工作。

F. 熱泵換熱器

熱泵換熱器將高溫高壓制冷劑的熱量傳遞給暖風加熱管路流動的冷卻液。

3、熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用    

當前適用于純電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要有：電動壓縮機驅(qū)動制冷與PTC電加熱結(jié)合的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱電空調(diào)系統(tǒng)及熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。因為能效比高、環(huán)保等優(yōu)點，熱泵空調(diào)技術(shù)已經(jīng)成為未來純電動汽車乃至新能源汽車的主要研究方向和發(fā)展趨勢。對于車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，采用的技術(shù)路線主要包括R134a熱泵空調(diào)系統(tǒng)、CO2熱泵空調(diào)系統(tǒng)、太陽能輔助熱泵空調(diào)系統(tǒng)和電加熱器混合空調(diào)系統(tǒng)。其中比較成熟的技術(shù)是R134a熱泵空調(diào)技術(shù)和CO2熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

A. R134a熱泵空調(diào)系統(tǒng)

下圖是獨立式電動壓縮機驅(qū)動形式的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，壓縮機由單獨電機驅(qū)動，電池組分別向動力系統(tǒng)驅(qū)動電機和電動壓縮機供電。該系統(tǒng)以自然空氣為熱源，在車內(nèi)同時安裝有冷凝器和蒸發(fā)器，通過四通閥等部件進行控制以實現(xiàn)制冷器在車艙內(nèi)外的雙向循環(huán)，從而達到制冷、供暖、除霜等功能。新鮮空氣從上部進入經(jīng)加熱后從擋風玻璃內(nèi)部表面吹出除霜，內(nèi)部循環(huán)空氣則由下部風道導(dǎo)入經(jīng)加熱向乘客腳部吹出。此種方式不僅比傳統(tǒng)的全新鮮空氣流動方案節(jié)省能耗，而且解決了當外界環(huán)境溫度較低且車內(nèi)濕度較大時由車內(nèi)空氣再循環(huán)引起的結(jié)霜問題。

上述熱泵空調(diào)系統(tǒng)性能參數(shù)如下表所示，其在-10℃到40℃時間均有良好的工作性能。

B. CO2熱泵空調(diào)系統(tǒng)

CO2作為一種自然工質(zhì)，其GWP（全球變暖潛能值）僅為1，且由于來源廣泛、環(huán)保等優(yōu)勢，引起很多研究者的關(guān)注。國外許多企業(yè)均已研制出CO2汽車空調(diào)樣機，系統(tǒng)示意圖如下圖所示。室溫的水作為氣體換熱器和蒸發(fā)器的換熱流體，通過控制水的流量，可將氣體冷卻器和蒸發(fā)器出口的水溫分別保持在73℃和4℃。

有學(xué)者研究了用于燃料電池余熱回收的CO2熱泵型汽車空調(diào)，實驗用熱水供給系統(tǒng)模擬從燃料電池中回收的余熱。制冷/制熱循環(huán)包括一個半密閉式壓縮機，超臨界壓力下的微通道換熱器（氣體冷卻器和車內(nèi)換熱器），微通道蒸發(fā)器，內(nèi)部換熱器，膨脹閥和一個集熱器。具體的制/制熱循環(huán)如下圖所示：

但CO2熱泵型汽車空調(diào)壓力較高，對系統(tǒng)的控制提出了更高的要求，同時成本也較高。目前熱泵的發(fā)展方向有：

1. 開發(fā)更高效的直流渦旋壓縮機

2. 開發(fā)控制更精準，更節(jié)能的電子膨脹閥

3. 采用高效過冷式平行流冷凝器

4. 改善微通道蒸發(fā)結(jié)構(gòu)，使制冷劑蒸發(fā)更均勻