【中国制冷网】常规电动客车热泵空调采用氟利昂为循环工质，不仅具有强温室效应，且在低温下制热量急速衰减，甚至无法运行，北方地区冬季制热问题是当前电动客车面临的挑战性难题。天然工质CO2的GWP为1，ODP为0，不仅环保无污染，且CO2热泵空调具有非常优异的冬季制热特性，可以很好的满足电动客车的冬季采暖需求。
1.1客车CO2热泵空调
1）Konvekta公司CO2客车热泵空调
作为电动客车CO2热泵空调的开创者，德国Konvekta公司针对不同系列的客车、小型卡车、重型卡车等开发了不同系列的CO2热泵空调样机，并进行了小规模的路试实验。Konvekta的CO2热泵系统，已经正常运行了10万公里。与合作商一起制造的20台第一代热泵在测试中已经证明了它未来的潜力。从乘坐环境的温度调节到电池温度的精确控制，第一代Konvekta CO2热泵完成了整个电动车的温度控制，从而延长了精密昂贵电池的寿命和汽车运行的里程。
2）Valeo公司CO2客车热泵空调
Valeo在2019年10月比利时布鲁塞尔举行的客车空调展览会会上，展出了电动客车CO2热泵空调样机。已经实现了50台原型机的小批量生产，并于2020年第一季度交付使用。该客车CO2热泵空调样机充注了3.6公斤的天然工质CO2，样机总质量约为340公斤。适应环境温度-20℃-44℃，即使在-10℃环境下，不需要任何额外热源，满足一台12米长的电动客车采暖需求。此外，样机配备有自动除霜功能，在环境温度低于5℃时，自动开启，从而防止结霜。
3）Eberspaecher公司CO2客车热泵空调
Eberspaecher针对电动和混动客车推出以CO2为循环工质的热泵空调样机，可以满足全年的制冷和制热需求。相比常规电动客车的电加热或水加热系统，能源利用率大大提升，适应低温下的制热。该样机预计2021投入市场。
1.2 客车CO2热泵空调系统的应用
1）Solaris电动客车
电动客车没有余热可以利用，冬季采用电采暖导致电池能耗巨大，可行使里程大幅衰减，很多的客车厂采用配备柴油加热器的方式实现冬季制热，这种方法虽然有效解决了低温制热问题，但是缺违背了电动车发展的初衷。Solaris将跨临界CO2热泵空调应用在电动客车上，不仅保证了冬季制热需求，同时大大减小了电池的能量消耗，增加了可行驶里程。
2）Mercedes-Benz电动客车
应对公共交通系统，Mercedes-Benz在新生产的电动客车上配备了跨临界CO2热泵空调热管理系统，通过轴载传感器，根据乘客数量实现温控调节，并对司机区域进行独立的温度调节，始终保持24℃。电池等所有需要散热的设备进行耦合热管理，有独立的冷却系统实现温度控制。相比传统技术，整车实现节能约40%。
西安交通大学CO2制冷制热课题组针对10米客车制冷制热的温控需求，设计了客车跨临界CO2热泵空调系统，并搭建了样机，基于GT-suite建立了耦合客车整机的CO2热泵空调仿真模型，研究了充注量、回热率、新风比等对系统热力学性能的影响规律；其次对热泵空调的多参数控制特性、最优运行控制特性、动态降温/升温特性、冬季除霜特性展开了详细的理论研究；同时，针对跨临界CO2系统高温制冷性能衰减的固有问题，研究了膨胀机、喷射器、耦合双系统对跨临界CO2系统性能的提升机理。结果表明，所搭建的CO2热泵空调系统足以满足冬季制热和夏季制冷的负荷需求，并实现了大幅度的能效提升。
西安交通大学CO2制冷制热课题组在客车CO2热泵空调系统理论研究的基础上，经过理论计算和工程设计，已经开发了适用于8米、10米电动客车的CO2热泵空调样机。该样机可以通过自动控制实现模式转换，满足-25℃-45 ℃的制热和制冷需求。目前样机已经在车用跨临界CO2热泵空调测试中心安装完毕，进入样机测试阶段。
在完成初步的样机测试后，将在电动客车上完成装机，进行整车测试。研究团队的车用跨临界CO2热泵空调测试中心可以完成12米及以下车型的整车热泵空调性能测试。在测试中心内，完成对装备跨临界CO2热泵空调客车，-25-45℃环温下的温控特性测试，后续将展开太阳辐射、雨雪气候等复杂环境对客车温控特性的影响研究。
随着《蒙特利尔议定书》基加利修正案于2019年的正式生效，强温室效应气体的减排问题迫在眉睫。客车跨临界CO2热泵空调的开发和推广不仅可以有效解决当前电动车冬季制热难题，同时有助于我国强温室效应气体减排，有效降低碳排放。
CO2因其独特的环保优势，和强劲的冬季制热能力，在电动客车等车用热泵空调领域具有较大的应用前景。然而，CO2系统运行压力高、设备、部件配套不成熟、控制复杂、高温制冷能效衰减剧烈等一系列问题，都亟待解决。
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