第１９卷第２
期２ ０ １
９年２月ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
８４－
８８＊北京教委科技计划项目（
ＳＱＫＭ２０１８１０００５０１１），北京市优秀人才培养资助青年拔尖团队项目（２０１７００００２６８３３ＴＤ０２）．收稿日期：２０１８－０５－２１，修回日期：２０１８－０９－２０通信作者：
许树学，助研，主要研究方向为新型制冷、热泵技术及应用。电动车空调用压缩机的性能测试＊
朱向东 许树学 马国远 李富平
（北京工业大学）
摘 要 依据ＧＢ／Ｔ２２０６８—２０１８《汽车空调用电动压缩机总成》中压缩机测试工况以及ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６《容积式制冷剂压缩机性能试验方法》，搭建Ｒ１３４ａ压缩机测试系统。分别对涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机的性能进行测试，结果表明：不同转速下涡旋式压缩机的平顺性高于滚动活塞式压缩机，随着转速的提高，制冷量和功率增加趋势一致；在高转速下运行时，滚动活塞式压缩机功率的增长更为稳定，相对涡旋式压缩机波动较小，在转速３ ０００～４ ５００
ｒ／ｍｉｎ范围内的增长率仅为１２．８％；低转速下涡旋式压缩机具有较高的ＣＯＰ，高转速下滚动活塞式压缩机的ＣＯＰ高于涡旋式压缩机。
关键词 汽车空调；涡旋式压缩机；滚动活塞式压缩机；ＣＯＰ；
转速Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｚｈｕ Ｘｉａｎｇｄｏｎｇ Ｘｕ Ｓｈｕｘｕｅ Ｍａ Ｇｕｏｙｕａｎ Ｌｉ Ｆｕｐｉｎｇ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｔｅｓｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｔａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＧＢ／Ｔ２２０６８－２０１８Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｎｄ ＧＢ／Ｔ５７７３－２０１６ Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｃｏｍ－ｐｒｅｓｓｏｒｓ，ａ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ Ｒ１３４ａ ａｓ ｗｏｒｋｉｎｇ
ｆｌｕｉｄ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍ－ａｎｃｅｓ ｏｆ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｉｓｔｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｒｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ
ｐｉｓｔｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓ－ｓｏｒ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ；ｄｕｒｉｎｇ
ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｉｓｔｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ，ｗｈｏｓｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｉｓｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒａｔｅ ｏｆ １２．８％ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇ
ｅ ｏｆ３ ０００－４ ５００ ｒ／ｍｉｎ；ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｈａｓ ａ ｈｉｇｈｅｒ ＣＯＰａｔ ｌｏｗ ｒｏｔａｔｉｎｇ
ｓｐｅｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅＣＯＰｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｉｓｔｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｔ ｈｉｇｈｒｏｔａｔｉｎｇ
ｓｐｅｅｄ．ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｓｃｒｏｌｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｉｓｔｏｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ＣＯＰ；ｒｏｔａ－ｔｉｎｇ
ｓｐｅｅｄ 当前中国市场的新能源电动车保有量逐渐增
加，占全球新能源电动车保有量的４８％，到２０２０
年将会达到２２０万辆［１］。在有限的续驶能力下，
降低空调能耗是新能源汽车发展的一个关键问题。传统的电动车空调系统，选用蒸气压缩式循环制冷，采用ＰＴＣ热电阻制热。ＰＴＣ加热器能够在任何温度环境下工作，但是功耗较大，冬季
一旦开启制热，功耗达到整体功耗的３３％［２］
，
严重影响电动汽车的续驶里程。热泵型空调是一项得到普遍认可的成熟技术，在工业工程和家用
空调中得到广泛应用［３］
，其优点在于既能夏季制
冷，又能冬季供热，且ＣＯＰ高，最重要的是其通用性高，无须对电动汽车做改动，适用于各种车
辆［４］
。压缩机作为热泵系统的心脏，其性能决定
着热泵系统性能的优劣，因此选定一个适合电动车空调且性能优越的压缩机至关重要。
第２期朱向东等：电动车空调用压缩机的性能测试·８５
·
适用于电动车空调系统的压缩机主要有２种类型：涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机。涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机均属于容积式压缩机，依靠气体容积减小而使压力升高，是一种借助于容积的变化实现气体压缩的流体机械，吸气容积越大制冷性能越好［５］。高秀峰等［６－８］对涡旋式压缩机变径基圆渐开线型线进行研究，发现变径基圆渐开线型线比基圆渐开线型线的吸气容积大２０％。Ｓｕｎ Ｓ．Ｈ．等［９－１２］对涡旋式压缩机工作腔结构建模，对其进行三维瞬态流动和数值分析，并建立涡旋式压缩机的集总热参数模型，从吸气喷液的研究到涡旋盘的温度分布分析，从理论和实践上进一步降低了排气温度，提高压缩机效率。史传民［１３］对滚动活塞式压缩机建立了制冷剂、润滑油两相模型以及端面、滑片模型，确认了达到最理想的容积效率下的径向间隙。梁社兵等［１４］对滚动转子式压缩机吸气口的设计采用流固耦合仿真，分析了不同工况及频率下最小吸气口截面积对压缩机的性能影响规律。王乐民等［１５］研究吸气带液对滚动活塞式压缩机效率的影响规律，从吸气口和吸气状态方面提升了压缩机效率。从控制策略方面来说，涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机均可以使用变频技术和系统控制策略方案提升适应工况的协同优化［１６］。
笔者选取Ａ品牌涡旋式压缩机和Ｂ品牌滚动活塞式压缩机，依据ＧＢ／Ｔ２２０６８—２０１８《汽车
空调用电动压缩机总成》［１７］中电动压缩机测试工况，结合国家标准ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６《容积式制冷剂压缩机性能试验方法》［１８］，以冷热水循环系统模拟电动车室内和室外环境，搭建Ｒ１３４ａ压缩机性能测试平台，对名义制冷工况下不同转速的性能进行测试，并进行对比研究。
１ 压缩机结构参数
１．１ 涡旋式压缩机
笔者选取的涡旋式压缩机为２０１４年产，型号为Ｅ２６Ａ３２０Ａ－００６５ＨＧ，转速范围在１ ０００～６ ５００ ｒ／ｍｉｎ，排量为２７ ｃｍ３，冷冻油型号为ＲＬ６８Ｈ，油量为９０ ｍＬ，其工作过程如图１所示。１．２ 滚动活塞式压缩机
笔者选取的滚动活塞式压缩机为２０１６年产，型号为ＫＦＢ２０８Ｚ３１２－８Ｊ０１，转速范围在１ ０００～６ ５００ ｒ／ｍｉｎ，排量为２０．８ ｃｍ３，冷冻油型号为ＲＢ６８ＥＰ，油量为４６０ ｍＬ，其工作过程如图２所示
。
图１
涡旋式压缩机工作过程示意图
图２ 滚动活塞式压缩机工作过程示意图
２ 试验装置
依据ＧＢ／Ｔ２２０６８—２０１８，结合ＧＢ／Ｔ５７７３—
２０１６搭建了Ｒ１３４ａ压缩机测试系统。由图３可知，
系统由３个部分组成：冷（热）水循环系统（模拟室内
·８６
·第１９卷
图３ Ｒ１３４ａ压缩机试验装置图
环境和室外环境）、制冷剂循环系统以及数据采集
和控制系统。热水循环系统控制冷凝压力和液体
过冷度，冷水循环系统调节压缩机吸气过热度，节
流阀调节蒸发压力。其中温度、压力、流量及电功
率等仪表均达到了相关规定的精度要求。
由于整个热泵系统中其他元件未做变化，仅
压缩机做了改变，故笔者选取系统中蒸发器的制
冷量作为压缩机性能的衡量标准。其中蒸发器侧
水循环系统的换热量作为蒸发器的制冷量，制冷
剂侧和水侧换热量之间的差值控制在±４％以内。
其主要性能指标的获得方法如下：
制冷量为
Ｑｃ＝ｃｍ（ｔ９－ｔ８）（１）
式中：ｍ为冷却水质量流量（ｋｇ／ｓ）；ｃ为水的比热
容（ｋＪ／（ｋｇ·℃））；ｔ
９为量热器进水温度（℃）；ｔ
８
为
量热器出水温度（℃）。
制冷性能系数为
ＣＯＰ＝Ｑｃ／Ｐ（２）式中Ｐ为压缩机输入功率（ｋＷ）。
按照ＧＢ／Ｔ２２０６８—２０１８中名义制冷测试工况进行测试，其中滚动活塞式压缩机的转速根据相应控制软件按照固定参数进行调节，涡旋式压缩机的转速利用厂家提供的手动调速器根据额定转速的百分比参数进行设置和调节。
根据名义制冷工况的要求，冷凝温度为５５℃，过热度控制为１０℃，蒸发温度为７℃。压缩机的输入功率由高精度电参数综合测量仪表直接测量获得。３ 测试结果与分析
在名义制冷工况下进行额定转速１ ０００～６ ０００ ｒ／ｍｉｎ范围内的调速测试，制冷量随转速的变化如图４所示
。
图４ 压缩机制冷量随转速的变化
由图４可知，在相同工况下，随着转速的增大，涡旋式压缩机的制冷量呈线性增长，滚动活塞式压缩机的制冷量在转速为１ ０００～３ ０００ ｒ／ｍｉｎ区间急剧增长，之后随着转速增加，增长趋势变缓。在转速１ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机的制冷量分别比转速３
０００ ｒ／ｍｉｎ时的制冷量低４４．９％和７５．９％。这表明，在名义制冷工况下，低速运行时涡旋式压缩机的制冷性能更加优异，且随着转速增大制冷量趋于稳定增长。
图５所示为压缩机功率随转速的变化。在名义制冷工况下，转速的升高伴随压缩机功率的增加。涡旋式压缩机的功率始终大于滚动活塞式压缩机的功率，且增长率远远高于滚动活塞式压缩机。涡
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·
图５ 压缩机功率随转速的变化
旋式压缩机的功率在转速为３ ０００～５ ２００ ｒ／ｍｉｎ范围内的增长率为５７．８％。滚动活塞式压缩机的功率在转速３ ０００～４ ５００ ｒ／ｍｉｎ范围内的增长率仅为１２．８％。这表明，在高速区，滚动活塞式压缩机工作更为平顺，受转速的影响相对涡旋式压缩机较小
汽车空调压缩机。
图６ 压缩机制冷ＣＯＰ随转速的变化
图６所示为压缩机制冷ＣＯＰ随转速的变化。在相同工况下，随着转速的升高，滚动活塞式压缩机制冷ＣＯＰ在转速为１ ８００～３ ０００ ｒ／ｍｉｎ范围急剧增长，增长率为４６．１５％，之后趋于平缓增长；涡旋式压缩机的制冷ＣＯＰ随着转速增加趋于缓慢增长，在１ ８００～３ ０００
ｒ／ｍｉｎ范围内制冷ＣＯＰ增长率为９．６６％。但是在低转速时，涡旋式压缩机相对滚动活塞式压缩机依然拥有较高的制冷ＣＯＰ，在转速为１ ８００ ｒ／ｍｉｎ时，涡旋式压缩机的制冷ＣＯＰ比滚动活塞式压缩机的制冷ＣＯＰ高约３４．２％。
图７所示为压缩机排气温度随转速的变化。在相同工况下，低转速运行时，涡旋式压缩机具有较低的排气温度。随着转速的增大，
涡旋式压缩机的排
图７ 压缩机排气温度随转速的变化
气温度上升较快，在转速为１ ０００～５ ２００ ｒ／ｍｉｎ范围内增长幅度达到３４．２％。滚动活塞式压缩机的排气温度在高转速和低转速下升高幅度均较小，在转速为１ ０００～４ ５００ ｒ／ｍｉｎ范围内增长幅度仅为５．４％。在转速高于３ ０００ ｒ／ｍｉｎ时，滚动活塞式压缩机的排气温度低于涡旋式压缩机的排气温度，且随着转速的增大，两者排气温度相差变大。４ 结论
在名义制冷工况下，笔者试验研究了涡旋式压缩机和滚动活塞式压缩机的制冷量、功率、ＣＯＰ和排气温度随转速的变化情况，
得到结论如下：１
）涡旋式压缩机在低转速范围内运行时，拥有较高的制冷ＣＯＰ，比滚动活塞式压缩机的制冷ＣＯＰ
高约３４．２％。在中高转速范围内，滚动活塞式压缩机的制冷ＣＯＰ更高。
２）在高速区，滚动活塞式压缩机功率更为稳定，受转速的影响相对涡旋式压缩机较小，在转速
３ ０００～４ ５００
ｒ／ｍｉｎ范围内的增长幅度仅为１２．８％。３
）
在低转速运行时，相比滚动活塞式压缩机，涡旋式压缩机性能更为优异；中高转速运行时，滚动活塞式压缩机性能更佳。不考虑压缩机的噪声时，可以根据相应的制冷量匹配相应的压缩机。４）转速较小时，涡旋式压缩机的排气温度较低，随着转速的增大，涡旋式压缩机的排气温度升高很快；滚动活塞式压缩机虽然在低速区的排气温度比涡旋式压缩机高，但随着转速的增大，排气温度增长速率较小，在高转速下运行时拥有较低的排气温度，运行更加稳定。
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檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱
．
（上接第８３页）
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