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电动汽车由于没有发动机余热利用,冬季普遍采用电加热器辅助供暖,但电加热器供暖效率低,严重影响了电动汽车的续航里程。热泵空调具有良好的制冷和制热性能,是电加热辅助空调系统的最佳替代方案。然而,热泵空调系统应用于电动汽车还有诸多难点需要解决。首先,热泵空调系统低温工况运行效率较低,制热性能有待提高;其次,家用热泵空调普遍采用的管翅式换热器不满足汽车的抗振性和轻量化要求;此外,空调系统应根据动态热负荷自动控制,提高车内的热舒适性。电动汽车热泵空调系统从设计到运行控制是一个全新的研究领域。本文设计研发的热泵型直流变频电动汽车空调系统采用质轻抗振的竖置式微通道换热器,有效改善了微通道换热器在热泵空调系统上一器两用、制冷剂均匀分配、换热器表面结霜除霜以及凝结水排除等问题,提高了热泵空调系统的制热性能。本文通过实验具体分析了汽车空调系统的动态热负荷特性以及直流变频压缩机转速、环境温度、压缩机启动特性和车外换热器表面温度分布不均匀特性对系统性能的影响,确定了系统的控制策略。主要研究结论如下:(1)随着压缩机转速的提高,系统制冷量和制热量增大,但对应的制冷和制热性能系数却呈下降趋势,系统达到稳定所需的时间也越长。汽车在启动之初,空调制冷制热热负荷最大,压缩机以4000rpm启动运行,迅速降低或提高车室内温度;当车内温度达到舒适性水平之后,压缩机以空调负荷相对应的压缩机转速运行。与此同时,提高车速,可以增大汽车围护结构外表面对流换热系数,减少通过维护结构传入车室内的热量,并且提高汽车空调系统的性能。(2)制冷工况,系统的制冷性能系数则是随着室外环境温度的升高而减小。制热工况,环境温度大于0℃小于9℃时,室外侧换热器发生结霜,制热性能的提升与系统除霜控制相关;环境温度小于0℃时,环境温度越低,制热系数越低。(3)通过系统性能BP神经网络模型计算得知,在制冷和制热工况下换热器表面温度分布不均匀特性对系统性能系数的影响权重最大,分别占了34.97%和43.90%,而换热器压降对换热器温度不均匀分配特性影响最大。将室外侧换热器竖直布置,换热器压降平均降低了27.32%(制冷工况),换热器的排水特性和表面温度分布特性均得到了很大的改善,系统的制冷和制热性能系数分别是原系统1.1倍和1.8倍。