新能源车用跨临界CO2并行压缩系统及其容量配比方法与流程

技术特征：
1.新能源车用跨临界co2并行压缩系统，其特征在于，包括主回路co2压缩机(11)、co2气体冷却器(12)、co2过冷器(13)、co2膨胀机(14)、co2蒸发器(15)、co2压缩机(21)和节流阀(22)；跨临界二氧化碳主回路(100)中：主循环co2压缩机(11)出口连接co2气体冷却器(12)进口，气体冷却器(12)出口连接co2过冷器(13)的第一进口，co2过冷器(13)的第一出口连接co2膨胀机(14)的进口，co2膨胀机(14)的出口连接co2蒸发器(15)，co2蒸发器(15)连接主回路co2压缩机(11)的进口；辅助回路(200)中：辅助回路co2压缩机(21)出口连接co2气体冷却器(12)的进口，气体冷却器(12)的出口连接co2过冷器(13)的第一进口，co2过冷器(13)的第一出口连接节流阀(22)，节流阀(22)连接co2过冷器(13)第二入口，co2过冷器(13)第二出口连接辅助回路co2压缩机(21)进口。2.根据权利要求1所述的新能源车用跨临界co2并行压缩系统，其特征在于，所述co2膨胀机(14)的容积为最优膨胀机容积。3.根据权利要求1所述的新能源车用跨临界co2并行压缩系统，其特征在于，所述最优膨胀机容积通过以下步骤确认：采集风量环境湿度、跨临界co2并行压缩系统中所有部件结构尺寸、蒸发器风量；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小进风温度t
in,min
，最大进风温度t
in,max
，进风温度变化步长δt1，最小出风温度t
out,min
，最大出风温度t
out,max
，出风温度变化步长δt2，最小环境温度t
en,min
，最大环境温度t
en,max
，环境温度变化步长δt3，最小膨胀机容积v
min
，最大膨胀机容积v
max
，膨胀机容积变化步长δv；分别预设膨胀机容积、进风温度和环境温度为设计的最小值，通过主回路计算子方法计算气主回路系统制热量、制冷量和功耗；通过辅助回路优化子方法计算辅助回路系统cop、制热量、制冷量和功耗；在出风温度稳定的情况下，输出新能源车用跨临界co2并行压缩系统总制热量、功耗与整机系统cop；在可调整范围内调整进风温度、出风温度以及环境温度，得到膨胀机容积对应的整个工况范围内的工况覆盖率；调整膨胀机容积在可调整范围内变化，得到整个范围内工况覆盖率最高的膨胀机容积，所述覆盖率最高的膨胀机容积为所述最优膨胀机容积。4.根据权利要求3所述的新能源车用跨临界co2并行压缩系统，其特征在于，所述辅助回路优化子方法具体包括：采集气体冷却器的进风温度、出风温度、风量、环境温度、环境湿度和吸气过热度；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小吸气压力p
suc，min
，吸气压力调整步长dp1，最小排气压力p
dis，min
，排气压力调整步长dp2，焓和质量流量许可误差δe
h
，δe
m
；开始迭代计算过程，分别预设定吸气压力与排气压力为各自能达到的最小值，在吸气压力和过热度均已知的状态下通过压缩机计算模型模拟压缩过程，得到排气温度、压缩机功耗、通过压缩机的质量流量m
com
；将压缩机出口的所有热力学参数赋予气体冷却器进口，通过气体冷却器计算模型模拟换热过程，得到气体冷却器出口的制冷剂压力、温度、焓值h
gas，out
以及制热量；同时，将压缩机吸气口的所有热力学参数赋予过冷器出口，通过过冷器计算模型模拟换热过程，并得到
过冷器进口的制冷剂温度、压力、焓值h
sub，in
以及制冷量；逐步升高排气压力假设值直到h
gas，out
与h
sub，in
的焓差小于许可误差，再通过节流阀的阀前阀后工况已知条件和节流阀模型模拟出节流过程，计算出通过膨胀阀的流量m
val
；逐步提高吸气压力假设值直到m
com
与m
val
的差值小于许可误差，输出辅助回路系统cop制热量、制冷量和功耗。5.根据权利要求3所述的新能源车用跨临界co2并行压缩系统，其特征在于，所述主回路计算子方法具体包括：采集气体冷却器的进风温度，出风温度，风量，环境温度，环境湿度和预设的初始膨胀机容积；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小吸气压力δp
suc，min
，吸气压力调整步长dp1，最小排气压力δp
dis，min
，排气压力调整步长dp2，最小吸气过热度δt
o
，吸气过热度调整步长dt，焓、质量流量和密度许可误差δe
h
，δe
m
，δd；膨胀机和压缩机同轴运行，转速相同，膨胀机输出功作用于压缩机减少压缩机功耗；开始迭代计算过程，分别预设定吸气压力、排气压力和吸气过热度为各自可能达到的最小值，在吸气压力已知的状态下可以通过压缩机计算模型模拟压缩过程，得到排气温度、压缩机功耗、通过压缩机的质量流量m
com
；将压缩机出口的所有热力学参数赋予气体冷却器进口，通过气体冷却器计算模型模拟换热过程，得到气体冷却器出口的制冷剂压力、温度、焓值h
gas，out
以及制热量；将气体冷却器出口状态赋予过冷器进口，通过过冷器计算模型得到过冷器出口压力、温度和焓值h
sub，out
；将过冷器出口状态赋予膨胀机进口，求解膨胀机进口密度d1，通过膨胀机计算模型求得膨胀机出口焓值h
exp，out
；同时，将压缩机吸气口的所有热力学参数赋予蒸发器出口，通过蒸发器计算模型模拟蒸发器内的换热过程，并得到蒸发器进口的制冷剂温度、压力、焓值h
evap，in
以及制冷量；逐步升高吸气过热度假设值直到h
exp，out
与h
evap，in
的焓差小于许可误差；再通过膨胀机的进出口工况已知条件和膨胀机模型模拟出膨胀过程，计算出通过膨胀机的流量m
exp
，逐步提高吸气压力假设值直到m
com
与m
exp
的差值小于许可误差；通过压缩机进口条件求得膨胀机进口密度d2，逐步调节排气压力假设值直到d1和d2的差值小于许可误差；之后输出主回路制热量、制冷量和功耗，再结合辅助回路制热量、功耗得到整机系统cop值。6.根据权利要求1所述的新能源车用跨临界co2并行压缩系统的容量配比方法，其特征在于，包括以下步骤：采集风量环境湿度、跨临界co2并行压缩系统中所有部件结构尺寸、蒸发器风量；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小进风温度t
in,min
，最大进风温度t
in,max
，进风温度变化步长δt1，最小出风温度t
out,min
，最大出风温度t
out,max
，出风温度变化步长δt2，最小环境温度t
en,min
，最大环境温度t
en,max
，环境温度变化步长δt3，最小膨胀机容积v
min
，最大膨胀机容积v
max
，膨胀机容积变化步长δv；分别预设膨胀机容积、进风温度和环境温度为设计的最小值，通过主回路计算子方法计算气体冷却器侧进出口温度、过冷器进出口温度、主回路制热量、制冷量和总功耗；通过辅助回路优化子方法计算辅助回路系统cop、制热量、制冷量和功耗；在出风温度稳定的情况下，输出新能源车用跨临界co2并行压缩系统总制热量、功耗与整机系统cop；在可调整范围内调整进风温度、出风温度以及环境温度，得到膨胀机容积对应的整个
工况范围内的工况覆盖率；调整膨胀机容积在可调整范围内变化，得到整个范围内工况覆盖率最高的膨胀机容积，所述覆盖率最高的膨胀机容积为所述最优膨胀机容积。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述辅助回路优化子方法具体包括：采集气体冷却器的进风温度、出风温度、风量、环境温度、环境湿度和吸气过热度；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小吸气压力p
suc,min
，吸气压力调整步长dp1，最小排气压力p
dis,min
，排气压力调整步长dp2，焓和质量流量许可误差δe
h
，δe
m
；开始迭代计算过程，分别预设定吸气压力与排气压力为各自能达到的最小值，在吸气压力和过热度均已知的状态下通过压缩机计算模型模拟压缩过程，得到排气温度、压缩机功耗、通过压缩机的质量流量m
com
；将压缩机出口的所有热力学参数赋予气体冷却器进口，通过气体冷却器计算模型模拟换热过程，得到气体冷却器出口的制冷剂压力、温度、焓值h
gas，out
以及制热量；同时，将压缩机吸气口的所有热力学参数赋予过冷器出口，通过过冷器计算模型模拟换热过程，并得到过冷器进口的制冷剂温度、压力、焓值h
sub，in
以及制冷量；逐步升高排气压力假设值直到h
gas，out
与h
sub，in
的焓差小于许可误差，再通过节流阀的阀前阀后工况已知条件和节流阀模型模拟出节流过程，计算出通过膨胀阀的流量m
val
；逐步提高吸气压力假设值直到m
com
与m
val
的差值小于许可误差，输出辅助回路系统cop制热量、制冷量和功耗。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述主回路计算子方法具体包括：采集气体冷却器的进风温度，出风温度，风量，环境温度，空气相对湿度和预设的初始膨胀机容积；设定计算过程中的所有固定参数，包括：最小吸气压力δp
suc，min
，吸气压力调整步长dp1，最小排气压力δp
dis，min
，排气压力调整步长dp2，最小吸气过热度δt
o
，吸气过热度调整步长dt，焓、质量流量和密度许可误差δe
h
，δe
m
，δd；膨胀机和压缩机同轴运行，转速相同，膨胀机输出功作用于压缩机减少压缩机功耗；开始迭代计算过程，分别预设定吸气压力、排气压力和吸气过热度为各自可能达到的最小值，在吸气压力已知的状态下可以通过压缩机计算模型模拟压缩过程，得到排气温度、压缩机功耗、通过压缩机的质量流量m
com
；将压缩机出口的所有热力学参数赋予气体冷却器进口，通过气体冷却器计算模型模拟换热过程，得到气体冷却器出口的制冷剂压力、温度、焓值h
gas，out
以及制热量；将气体冷却器出口状态赋予过冷器进口，通过过冷器计算模型得到过冷器出口压力、温度和焓值h
sub，out
；将过冷器出口状态赋予膨胀机进口，求解膨胀机进口密度d1，通过膨胀机计算模型求得膨胀机出口焓值h
exp，out
；同时，将压缩机吸气口的所有热力学参数赋予蒸发器出口，通过蒸发器计算模型模拟蒸发器内的换热过程，并得到蒸发器进口的制冷剂温度、压力、焓值h
evap，in
以及制冷量；逐步升高吸气过热度假设值直到h
exp，out
与h
evap，in
的焓差小于许可误差；再通过膨胀机的进出口工况已知条件和膨胀机模型模拟出膨胀过程，计算出通过膨胀机的流量m
exp
，逐步提高吸气压力假设值直到m
com
与m
exp
的差值小于许可误差；通过压缩机进口条件求得膨胀机进口密度d2，逐步调节排气压力假设值直到d1和d2的差值小于许可误差；之后输出主回路制热量、制冷量和功耗，再结合辅助回路制热量、功耗得到整机系统cop值。

技术总结
本发明公开一种新能源车用跨临界CO2并行压缩系统及其容量配比方法，所述系统，包括带有膨胀机的跨临界二氧化碳主回路和辅助回路。通过本发明提出的容量配比方法，结合耦合系统数学模型的使用，可以根据实际系统参数和工况，准确地预测系统热力学参数，通过优化流程算法，得到最优的膨胀机设计容积，得以解决该类系统在实际应用条件下的膨胀机容积选择和优化问题，在新能源汽车领域相关产业内均具有良好的参考和借鉴意义。良好的参考和借鉴意义。良好的参考和借鉴意义。


技术研发人员：曹锋 黄龙飞 宋昱龙
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.05.08
技术公布日：2021/9/6