淺談?shì)p型電動(dòng)客車的空調(diào)系統(tǒng)

郭偉

(華晨汽車工程研究院，遼寧沈陽(yáng) 110044)

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淺談?shì)p型電動(dòng)客車的空調(diào)系統(tǒng)

郭偉

(華晨汽車工程研究院，遼寧沈陽(yáng) 110044)

摘要：由于電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)汽車,因此空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不一樣。以某電動(dòng)汽車為例，介紹其空調(diào)系統(tǒng)的組成。又因?yàn)殡妱?dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)以PTC加熱代替水暖，重點(diǎn)分析了PTC的工作原理。最后闡述了電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；空調(diào)系統(tǒng)； PTC加熱

0引言

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，在能源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下，新能源汽車作為一種新型交通工具，在緩解能源危機(jī)、促進(jìn)人類與環(huán)境的和諧發(fā)展等方面具有傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢(shì)，目前已成為各國(guó)政府、汽車制造商、能源企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此新能源汽車取代傳統(tǒng)汽車已成為國(guó)際汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

汽車空調(diào)的功能就是把車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動(dòng)性保持在使人感覺(jué)舒適的狀態(tài)。對(duì)于新一代的環(huán)保型汽車——電動(dòng)汽車,也應(yīng)給駕乘人員提供舒適的駕駛和乘坐環(huán)境。

由于電動(dòng)汽車中電機(jī)代替了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這就給空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加了不少的難度。傳統(tǒng)車以發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)壓縮機(jī)和以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為暖風(fēng)的熱源，在電動(dòng)車中都無(wú)法利用。

1空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)造及功能

以某輕型電動(dòng)客車為例，介紹電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，電機(jī)代替了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以電動(dòng)壓縮機(jī)代替?zhèn)鲃?dòng)的壓縮機(jī)，PTC加熱代替水暖?？照{(diào)系統(tǒng)包括電動(dòng)壓縮機(jī)、前空調(diào)主機(jī)(PTC加熱)、制冷管路總成、頂置蒸發(fā)器總成、后暖風(fēng)PTC總成、冷凝器總成、前后空調(diào)控制器總成，見(jiàn)圖1。

1.1前空調(diào)主機(jī)總成

前空調(diào)主機(jī)總成中用PTC加熱器取代前暖風(fēng)芯體。由于PTC加熱器為高壓高溫部件，為避免過(guò)熱，可在PTC表面增加一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)溫度高于設(shè)定值，切斷電源。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在量產(chǎn)前，可對(duì)PTC加熱器進(jìn)行常溫壽命試驗(yàn)、低溫壽命試驗(yàn)、高低溫沖擊試驗(yàn)、持久過(guò)電壓、瞬時(shí)過(guò)電壓、絕緣電阻、耐電壓、抗跌落試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)等。PTC加熱器見(jiàn)圖2。

圖2　PTC加熱器

1.2電動(dòng)壓縮機(jī)總成

電動(dòng)壓縮機(jī)為全封閉臥式渦旋壓縮機(jī)，是一種靠固定渦旋體(定片)與可動(dòng)渦旋體(動(dòng)片)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使密閉空間中的體積發(fā)生變化，從而排出高壓氣體的機(jī)械。它具有效率高、動(dòng)作平穩(wěn)、有高速旋轉(zhuǎn)可能這三大特點(diǎn)。其最大優(yōu)點(diǎn)是體積小、便于在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝，電動(dòng)壓縮機(jī)為獨(dú)立的裝置，轉(zhuǎn)速不受其他部件控制，所以低速時(shí)，性能比較好，電動(dòng)壓縮機(jī)模型見(jiàn)圖3。

圖3　電動(dòng)壓縮機(jī)模型

技術(shù)關(guān)鍵：密封問(wèn)題，包括端面密封(軸向密封)和徑向密封；設(shè)計(jì)參數(shù)的選定及動(dòng)力平衡問(wèn)題；加工工藝問(wèn)題，兩個(gè)渦旋片比較難加工；驅(qū)動(dòng)控制器的高壓絕緣問(wèn)題。

電動(dòng)壓縮機(jī)的資源比較少，三電和電裝公司未國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)南京奧特佳和上海本菱等少數(shù)公司在生產(chǎn)。

1.3后暖風(fēng)機(jī)總成(PTC)

后暖風(fēng)機(jī)總成中用PTC加熱器取代前暖風(fēng)芯體，結(jié)構(gòu)和性能試驗(yàn)同前空調(diào)主機(jī)總成中的PTC，見(jiàn)圖4。

圖4　后暖風(fēng)機(jī)總成

1.4其他總成

冷凝器總成的結(jié)構(gòu)采用平流式，同常規(guī)車型；制冷管路、前后控制器總成和頂置蒸發(fā)器總成同常規(guī)車型。

1.5PTC的工作原理

高分子聚合物正溫度熱敏電阻(簡(jiǎn)稱自復(fù)保險(xiǎn)絲)是由聚合物與導(dǎo)電粒子等所構(gòu)成。在經(jīng)過(guò)特殊加工后，導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過(guò)(或元件處于正常環(huán)境溫度)時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲呈低阻狀態(tài)(圖5(a))；當(dāng)電路中有異常過(guò)電流通過(guò)(或環(huán)境溫度升高)時(shí)，大電流(或環(huán)境溫度升高)所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路，自復(fù)保險(xiǎn)絲呈高阻狀態(tài)(圖5(b))；當(dāng)電路中過(guò)電流(超溫狀態(tài))消失后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，自復(fù)保險(xiǎn)絲又呈初始的低阻狀態(tài)(圖5(a))。

圖5　PTC工作原理

自復(fù)保險(xiǎn)絲電阻值與溫度變化的關(guān)系如圖5(c)所示。圖中點(diǎn)a溫度較低，自復(fù)保險(xiǎn)絲產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達(dá)到平衡；點(diǎn)b溫度較高時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲仍處于熱平衡狀態(tài)；點(diǎn)c為溫度繼續(xù)增加時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲達(dá)到熱平衡臨界點(diǎn)(居里點(diǎn))，此時(shí)很小的溫度變化就可以導(dǎo)致阻值大幅度的增加；點(diǎn)d處自復(fù)保險(xiǎn)絲處于高阻狀態(tài)，限制大電流通過(guò)，從而保護(hù)設(shè)備不受損壞。

自復(fù)保險(xiǎn)絲沒(méi)有極性，阻抗小，安裝方便，將其串聯(lián)于被保護(hù)電路的線路中即可(圖5(d))。

工作性能及特點(diǎn)：

(1)零功率電阻低。自復(fù)保險(xiǎn)絲自身阻抗較低，正常工作時(shí)功率損耗小，表面溫度低；

(2)過(guò)流保護(hù)速度快。自復(fù)保險(xiǎn)絲由于自身材料特性，在過(guò)流狀態(tài)響應(yīng)速度方面比其他過(guò)流保護(hù)裝置快得多；

(3)自鎖運(yùn)行。自復(fù)保險(xiǎn)絲在過(guò)流、超溫保護(hù)狀態(tài)，以極小的電流鎖定在高阻狀態(tài)，只有切斷電源或過(guò)電流消失后，才會(huì)恢復(fù)低阻狀態(tài)；

(4)自動(dòng)復(fù)位。自復(fù)保險(xiǎn)絲在過(guò)流、超溫保護(hù)作用后(故障排除)自行復(fù)位，無(wú)需進(jìn)行拆換；

(5)耐大電流。自復(fù)保險(xiǎn)絲有極好的耐大電流能力，有的規(guī)格可承受100 A電流沖擊；

(6)自復(fù)時(shí)間短。自復(fù)保險(xiǎn)絲在過(guò)電流、超溫條件消失后的幾秒鐘內(nèi)，元件的溫度下降很快，能很快恢復(fù)到其低阻狀態(tài)。

2空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

(1)壓縮過(guò)程。壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器出口處的低溫低壓的制冷劑氣體，把它壓縮成高溫高壓的氣體排出壓縮機(jī)。

(2)散熱過(guò)程。高溫高壓的過(guò)熱制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器，由于壓力及溫度的降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并排出大量的熱量。

(3)節(jié)流過(guò)程。溫度和壓力較高的制冷劑液體通過(guò)膨脹裝置后體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀(細(xì)小液滴)排出膨脹裝置。

(4)吸熱過(guò)程。霧狀制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器，因此時(shí)制冷劑沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)器內(nèi)溫度，故制冷劑液體蒸發(fā)成氣體。在蒸發(fā)過(guò)程中大量吸收周圍的熱量，而后低溫低壓的制冷劑蒸氣又進(jìn)入壓縮機(jī)。上述過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，達(dá)到降低蒸發(fā)器周圍空氣溫度的目的?？照{(diào)系統(tǒng)的工作原理圖見(jiàn)圖6。

圖6　空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖

3結(jié)束語(yǔ)

汽車空調(diào)可以提高乘坐舒適性，使司機(jī)保持頭腦清醒，提高工作效率，能減少疲勞和車禍的發(fā)生。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)將被廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

【1】林鋼.汽車空調(diào)原理與維修[M].北京:北京大學(xué)出版社,2008.

【2】陳孟湘.汽車空調(diào)原理、結(jié)構(gòu)、維修(新世紀(jì)版)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2001.

【3】曹立波,楊華,高建遠(yuǎn).電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)策[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2001，28(5)：40-45

Brief Discussion on Air-condition of Small Electric Vehicle

GUO Wei

(Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Shenyang Liaoning 110044,China)

Abstract:The electric car’s powertrain system is different with traditional cars, so the design of the air conditioning system is different also. Taking an electric vehicle as an example, its air-condition system structure was introduced. How PTC worked was discussed due to the PTC was the heating element instead of hot water in the air-condition system.The working principle of the electric car’s air-condition system was introduced.

Keywords:Electric vehicle;Air-condition system;PTC heating

收稿日期：2015-09-30

作者簡(jiǎn)介：郭偉，男，本科，從事空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)流程的過(guò)程控制和質(zhì)量管理等工作。E-mail：wei.guo@brilliance-auto.com。

中圖分類號(hào):U469.72

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)01-043-03