燃料電池汽車空調(diào)系統(tǒng)研究

張克潤

（江蘇省常州建設(shè)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 常州 213147）

0 引言

電動新能源汽車與燃油發(fā)電機(jī)汽車的空調(diào)系統(tǒng)有很大的不同，其空調(diào)系統(tǒng)利用電極直接驅(qū)動，所以在設(shè)計(jì)時，驅(qū)動形式控制方法都需具備獨(dú)特之處，并且對空調(diào)的自動控制也有新的要求。但由于現(xiàn)在的汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要以進(jìn)口為主，而相關(guān)技術(shù)都有加密，為我國自主的技術(shù)的發(fā)展帶來了阻礙。

本文從電池燃料的汽車空調(diào)系統(tǒng)原理出發(fā)，分析了電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從制冷系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)出發(fā)，對于該系統(tǒng)的主要組成部分進(jìn)行詳細(xì)了闡述，同時對汽車空調(diào)配氣系統(tǒng)和風(fēng)道系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)進(jìn)行了說明，并指出了汽車空調(diào)的性能指標(biāo)。為了解電動汽車空調(diào)系統(tǒng)提供了借鑒。

1 汽車熱泵冷暖空調(diào)系統(tǒng)的基本原理

汽車空調(diào)系統(tǒng)一般主要對車內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到車內(nèi)人員所需的環(huán)境溫度。就汽車空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，一般由制冷系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)組成。

1.1 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、干燥器、膨脹閥和冷凝器(包括冷凝風(fēng)機(jī))等組成。汽車空調(diào)系統(tǒng)的制冷原理是通過（液態(tài)）制冷劑對空氣中的潛熱進(jìn)行吸收從而產(chǎn)生冷效應(yīng)。首先，車內(nèi)的空氣蒸發(fā)器的冷卻依靠管內(nèi)的低溫制冷劑，制冷劑由于吸收了熱量，故在一定的氣壓條件下氣化，但在氣化的過程中，管內(nèi)的制冷劑的溫度與管外空氣溫度有溫度差，由于溫度差的存在，制冷劑對車內(nèi)的空氣熱度進(jìn)行吸收，冷效應(yīng)產(chǎn)生，車內(nèi)的空氣溫度降低[1-2]。緊接著，壓縮機(jī)壓縮氣化了的制冷劑，變成比車外空氣溫度高和氣壓高的氣體，此時，車外的冷凝器將制冷器的熱量釋放到車外，制冷劑變成了高壓液態(tài)冷凝劑，在經(jīng)過膨脹閥等機(jī)構(gòu)的作用，恢復(fù)到初始低溫低壓狀態(tài)，如此循環(huán)，進(jìn)行制冷。

1.2 汽車空調(diào)的采暖系統(tǒng)

汽車空調(diào)的采暖系統(tǒng)主要是對空氣進(jìn)行加熱，達(dá)到車內(nèi)加熱和除濕的目的。其中，采暖系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)和獨(dú)立式這兩種熱源來提供熱量。另外，采暖系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括風(fēng)機(jī)、暖水閥和暖風(fēng)散熱器。眾所周知，在汽車行駛過程中，發(fā)動機(jī)必然會有大量熱量產(chǎn)生，小型汽車的空調(diào)系統(tǒng)普遍利用發(fā)動機(jī)的余熱作為熱源來采暖。當(dāng)發(fā)動機(jī)中的冷卻水經(jīng)流暖水閥后，最后進(jìn)到暖風(fēng)散熱器當(dāng)中，從而加熱暖風(fēng)散熱器中空氣[3-4]。

2 汽車空調(diào)配氣系統(tǒng)及風(fēng)道總成系統(tǒng)

2.1 汽車空調(diào)配氣系統(tǒng)

汽車空調(diào)配氣系統(tǒng)由以下幾個部分組成：（1）空氣進(jìn)口段，由風(fēng)機(jī)和風(fēng)門葉片組成，其中，車內(nèi)的新鮮空氣和循環(huán)空氣由風(fēng)門葉片控制；（2）空氣混合段，可以為系統(tǒng)提供一定溫度的空氣，由加熱器和蒸發(fā)器構(gòu)成；（3）空氣分配段，向人的面部和腳部及擋風(fēng)玻璃上吹空氣。

2.2 汽車空調(diào)風(fēng)道總成系統(tǒng)

汽車空調(diào)系統(tǒng)中總成的配氣控制是由（直流）電機(jī)帶動拉桿使風(fēng)門運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。而內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門控制車內(nèi)空調(diào)的新空氣的比例；吹風(fēng)向由中央風(fēng)門控制；吹腳除霜風(fēng)門對吹腳和除霜的風(fēng)口的開合進(jìn)行控制；熱冷風(fēng)的混合比例受混合風(fēng)門的控制。在制冷時，熱氣被擋住，冷氣由冷氣通道吹出，同理亦然，空調(diào)系統(tǒng)就是依靠這四個風(fēng)門來調(diào)整車內(nèi)空氣[5]。

3 汽車空調(diào)舒適度

汽車空調(diào)系統(tǒng)的舒適度就是指其所提供的車內(nèi)適宜的空氣環(huán)境，其主要表現(xiàn)為：（1）讓人覺得舒適的溫度；（2）較好空氣的質(zhì)量。

3.1 汽車室內(nèi)的特點(diǎn)

汽車一般行駛在戶外，遇到風(fēng)雨天氣或者在太陽下時，汽車很難進(jìn)行隔熱；而且車在行駛時，風(fēng)沙和廢氣不可避免會從車體的縫隙進(jìn)入到車廂內(nèi)部，影響車內(nèi)空氣質(zhì)量的同時，還增加了空氣的熱負(fù)荷；況且汽車行駛時車速也會不斷變化，所以空調(diào)的工作情況很難保證[5]。相比房間內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)，汽車空調(diào)系統(tǒng)所處的工作環(huán)境更為惡劣。汽車實(shí)際上相當(dāng)于一個“移動的房間”，擁有和房間內(nèi)的空調(diào)不同的特點(diǎn)。

3.2 汽車空調(diào)的性能評價指標(biāo)

基于汽車空調(diào)自身存在的特點(diǎn)，對其的技術(shù)性能和工作可靠性的要求明顯要比房間內(nèi)的空調(diào)高許多。由此產(chǎn)生的對汽車空調(diào)性能評價指標(biāo)如下所示：

（1）溫度指標(biāo)：該指標(biāo)非常重要。人體適合溫度在14℃-28℃，過高，人會感到燥熱；過低，人會覺得“冷”。

（2）濕度指標(biāo)：由相對濕度來表示，車內(nèi)的濕度必須控制在一定的范圍內(nèi)。

（3）空氣的清新度：汽車空調(diào)系統(tǒng)要能夠?qū)噧?nèi)的空氣進(jìn)行過濾，從而保證車內(nèi)空氣的清新程度。

4 總結(jié)

本文首先對空調(diào)系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對全季節(jié)型空調(diào)的功能和各個部件的運(yùn)行情況進(jìn)行了闡述；最后分析了影響舒適度的因素，并分析總結(jié)出了影響汽車空調(diào)的性能的評價指標(biāo)，包括溫度、濕度、空氣清新度和除霜功能等。通過本文的介紹，為電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的研究提供了一定的理論依據(jù)和參考。

[1]曾立波，楊華，高建遠(yuǎn)．電動汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對策[J]．湖南大學(xué)學(xué)報,2001(05):41-47.

[2]蔣忠雄．汽車空調(diào)全自動控制系統(tǒng)的分析與研究[D]．上海:上海交通,2005.

[3]Takahisa Suzuki Katsuya．Air conditioning system for electricvehicle[Z]．SAE Technical Paper，960688，1996．

[4]曹中義．電動汽車空調(diào)系統(tǒng)解決方案[J]．汽車電器,2008(3):1-4.

[5]SuanChulKima，Jong Phil Wona，Yong SunParkb，eta1．Performance evaluation of a stack cooling systemusing CO，air conditioner in fuel cell vehicles[J]．InternationalJournal of Refrigeration,2009(32):70-77.