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淺析電動汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)

2021-12-24 17:47:42·  來源：電動學(xué)堂  作者：蕭媛  
　
文章來源：柳州拜爾汽車設(shè)計有限公司1引言在全球氣候變暖、大氣污染和能源成本高漲的大背景下，作為能源消耗和環(huán)境污染主體之一的汽車首當(dāng)其沖（圖1），更具節(jié)能
文章來源：柳州拜爾汽車設(shè)計有限公司
1引言
在全球氣候變暖、大氣污染和能源成本高漲的大背景下，作為能源消耗和環(huán)境污染主體之一的汽車首當(dāng)其沖（圖1），更具節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢的電動汽車應(yīng)運而生。電動汽車是汽車技術(shù)、電子與計算機技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)和能源與新材料技術(shù)聚合發(fā)展的結(jié)晶。較傳統(tǒng)汽車，電動汽車擁有污染小、噪聲低和節(jié)省石油資源等優(yōu)點，已逐漸成為新一代人類主要交通工具。而空調(diào)系統(tǒng)作為汽車總成的重要部分，加之電動汽車空調(diào)系統(tǒng)與汽車續(xù)航的制約，使得對電動汽車空調(diào)技術(shù)的研究顯得非常必要。

2電動汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)及原理
電動汽車空調(diào)與傳統(tǒng)燃油車空調(diào)原理相同，只是在壓縮機驅(qū)動方面不同而導(dǎo)致其組成結(jié)構(gòu)有差別。傳統(tǒng)燃油車利用其發(fā)動機動力使用機械壓縮機，電動汽車沒有了發(fā)動機而選用了由動力電池提供動力的電動壓縮機。電動汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)主要由純電動汽車的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、貯液干燥器、蒸發(fā)器和控制電路組成。低壓管路是從節(jié)流閥出口到壓縮機入口，系統(tǒng)有蒸發(fā)箱、積累器和低壓加注口。高壓管路是從壓縮機出口到節(jié)流閥入口，系統(tǒng)有壓縮機、干燥器、冷凝器、高壓加注口、節(jié)流閥和高低壓開關(guān)。如圖2所示。

電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理是壓縮機把低壓、低溫的氣態(tài)制冷劑吸入并壓縮成高溫、高壓的液態(tài)制冷劑，和外界空氣形成溫差。
經(jīng)過冷凝器風(fēng)扇或者發(fā)動機散熱器把高溫高壓制冷劑的熱量散發(fā)至四周空氣并使制冷劑降溫，從而達到使車廂內(nèi)降至理想溫度的效果。其他一些重要零部件如干燥器是用來除去制冷劑中的水分，高壓加注口是用來加制冷劑另外也可以對管路抽真空。節(jié)流閥（膨脹閥）可以使高壓制冷劑節(jié)流并霧化，經(jīng)蒸發(fā)箱并在鼓風(fēng)機的作用下吸收車廂內(nèi)的熱量，使其變成低溫低壓的氣態(tài)。
3電動汽車空調(diào)制熱系統(tǒng)及種類
電動汽車空調(diào)制熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車相比有了很大的不同，傳統(tǒng)燃油車制暖只需利用發(fā)動機工作產(chǎn)生的余熱即可滿足整車制熱的需求?？蓪τ陔妱悠嚩杂捎跊]有了發(fā)動機能夠提供的熱源，電動汽車的制熱就成了其面臨的一大難題，無論從安全、能源和制熱效果上都受到很大的制約。本文將重點介紹以下幾種電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的制熱模式。
3.1半導(dǎo)體制熱（制冷）系統(tǒng)
半導(dǎo)體制熱系統(tǒng)別名溫差電制熱或電子制熱，原理是熱電偶對為其基本器件，將一只N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體接連成熱電偶，直流電通上后，于接口處產(chǎn)生出熱量和溫差的轉(zhuǎn)移，在電路上并聯(lián)起數(shù)對半導(dǎo)體熱點偶對，如果是制冷則為串聯(lián)。這樣就構(gòu)成一個很典型的制熱熱電堆，借助熱交換器等一系列傳熱途徑，讓熱電堆的熱端不停的細熱，并且維持一定的溫度，而將熱電堆的冷端處于工作環(huán)境中去散發(fā)降溫，這便是半導(dǎo)體制熱的原理（圖3示）。半導(dǎo)體空調(diào)系統(tǒng)可以實現(xiàn)從零上90攝氏度到零下130攝氏度，但這并不意味這它是沒有缺陷的，對于電動汽車而言，由于存在熱電材料優(yōu)質(zhì)系數(shù)低以及制冷性能不理想等因素的影響，使得半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)不能滿足電動汽車節(jié)能高效的要求，所以該技術(shù)在未來依然會是人們研究改良的方向。

3.2熱泵型空調(diào)系統(tǒng)制熱（制冷）
熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)燃油機車上進行改造的，壓縮機采用永磁直流無刷電機直接來驅(qū)動，其工作原理見圖4。該系統(tǒng)和普通熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是一樣的，由于應(yīng)用在電動汽車上，所以壓縮機等主要零部件具有一定的特殊性。熱泵型空調(diào)系統(tǒng)的最大優(yōu)點是它的制冷制熱效率高。熱泵技術(shù)通過改變系統(tǒng)制冷劑的流向，從外部的低溫?zé)嵩次崃?，向車?nèi)的高溫?zé)嵩瓷幔瑥亩_到使車廂內(nèi)溫度升到以達到理想溫度環(huán)境的效果。熱泵的熱力學(xué)經(jīng)濟性方面比消耗電能的系統(tǒng)要好很多，目前在家用空調(diào)方面應(yīng)用很廣，在汽車空調(diào)應(yīng)用方面依然有待深入。熱泵型空調(diào)技術(shù)的最大軟肋是在低溫環(huán)境下的制熱問題，尤其是在一些寒冷地區(qū)的應(yīng)用會是將來主要研究課題之一。但依靠著高效的制熱制冷優(yōu)勢，加上其和不同類型汽車車體都較吻合的優(yōu)點，應(yīng)該說熱泵型空調(diào)系統(tǒng)是未來電動汽車空調(diào)發(fā)展的主要趨勢。

3.3駐車加熱器制熱
駐車加熱器制熱方式是遙控器或者定時器發(fā)送給ECU一個啟動信號，從油箱由計量油泵泵油并且以脈沖形式將燃油噴到燃燒室，點火器將其加熱到900攝氏度左右，使細小油滴氣化，鼓風(fēng)機吸入空氣，和汽油混合點燃，熱能被傳送給發(fā)動機冷卻液，水泵推動冷卻液進入蒸發(fā)箱散熱器循環(huán)散熱，鼓風(fēng)機把車內(nèi)冷空氣吸走，將被加熱的空氣鼓入車廂內(nèi)，已達到溫度上升至理想溫度的效果。
3.4PTC加熱器制熱方式
3.4.1PTC風(fēng)暖制熱系統(tǒng)
PTC風(fēng)暖制熱系統(tǒng)是由蒸發(fā)器、PTC風(fēng)暖加熱器、模式風(fēng)門執(zhí)行器、鼓風(fēng)機、溫度風(fēng)門執(zhí)行器、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門、蒸發(fā)溫度傳感器等組成的。該系統(tǒng)的主要特點是把原來的加熱暖芯替換成PTC風(fēng)暖加熱器，加熱原理是鼓風(fēng)機把外界空氣吸入后通過PTC風(fēng)暖加熱器直接加熱后吹入車內(nèi)，此過程的本質(zhì)是電能轉(zhuǎn)化為空氣熱能。該系統(tǒng)具有加熱效果快，構(gòu)造簡單的特點，但因為裝置于車內(nèi)，所以對其安全性要求很高。
3.4.2PTC水暖制熱系統(tǒng)
PTC水暖制熱系統(tǒng)是由蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機、暖芯、模式風(fēng)門執(zhí)行器、溫度風(fēng)門執(zhí)行器、蒸發(fā)溫度傳感器、內(nèi)外風(fēng)門、水暖PTC加熱器、膨脹水箱、電子水泵和吸水管等組成。該系統(tǒng)的制熱原理是：水暖PTC加熱器將冷卻液加熱到一定溫度后，電子水泵將加熱后的冷卻液抽入到暖風(fēng)芯體中，它將與四周空氣進行熱交換，而后鼓風(fēng)機會將被加熱的空氣吹入到車體中，冷卻液降溫后流入水箱，再被PTC水暖加熱器加熱，如此循環(huán)。PTC水暖制熱系統(tǒng)安全性較好，但其加熱效率較慢，并且目前在國內(nèi)這一技術(shù)尚待開發(fā)。
4結(jié)束語
電動汽車因為自身特點其空調(diào)系統(tǒng)需依靠整車動力電池，勢必對其續(xù)航里程造成不小影響，為降低這一影響必須對其空調(diào)系統(tǒng)性能不斷優(yōu)化設(shè)計，業(yè)內(nèi)普遍認為熱泵型空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)將是以后的重點研究方向。目前來看如何提高電動壓縮機性能，如何從控制方面優(yōu)化空調(diào)性能，如何解決在低溫條件下提高空調(diào)系統(tǒng)制熱性能等，將是以后電動汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)所面臨的比較迫切的科研問題。
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