電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

陳天祥

摘 要：汽車作為重要交通工具，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到生活生產(chǎn)中，對(duì)改善生活質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。為提高汽車駕駛安全性與舒適性，需要重點(diǎn)對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。與普通燃油汽車相比，電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)具有一定特點(diǎn)，直接由電池驅(qū)動(dòng)，并不受發(fā)動(dòng)機(jī)影響，且無(wú)法利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，制熱難度更高。本文結(jié)合電動(dòng)汽車運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；空調(diào)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.055

為降低能源消耗，電動(dòng)汽車作為清潔交通工具，在實(shí)際生產(chǎn)生活中存在的優(yōu)勢(shì)更為明顯，具有噪聲低、零排放以及能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)?；陔妱?dòng)汽車特點(diǎn)，為提高其運(yùn)行效率，在對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要明確車載空調(diào)運(yùn)行所需能耗大特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)存缺陷進(jìn)行研究解決，在不影響空調(diào)系統(tǒng)功能性的同時(shí)，減少運(yùn)行能耗。

1 電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)需要安裝車輛結(jié)構(gòu)內(nèi)，具有承受頻繁且劇烈沖擊振動(dòng)的能力，因此要求所選空調(diào)系統(tǒng)各部分構(gòu)件均具有較強(qiáng)的強(qiáng)度與氣密性。結(jié)合電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)特點(diǎn)，其內(nèi)部成員所占空間更大，將會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，設(shè)計(jì)時(shí)要求空調(diào)系統(tǒng)能夠快速制冷，降低車輛內(nèi)熱負(fù)荷。另外，還應(yīng)注意電動(dòng)汽車一般門窗設(shè)置比較多，且玻璃面積大，整個(gè)車身隔熱性交叉，空調(diào)冷氣熱漏損失嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)性能要求十分嚴(yán)格[1]。并且電動(dòng)汽車設(shè)置有足夠的電能來(lái)卻動(dòng)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)工作，但是因?yàn)橹绷麟娭挥型ㄟ^(guò)蓄電池提供作為汽車動(dòng)力源，無(wú)法利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱制熱，使得空調(diào)系統(tǒng)制熱需要面臨更大的困難。未達(dá)到車輛運(yùn)行安全性與舒適性要求，就需要基于電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與運(yùn)行特點(diǎn)，做好空調(diào)系統(tǒng)性能分析，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析，保證空調(diào)系統(tǒng)足以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工況。

2 電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理

與傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行原理相同，電動(dòng)汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)需要由用戶按照規(guī)章操作，將系統(tǒng)啟動(dòng)后，整車控制器將會(huì)發(fā)出指令并通過(guò)壓縮機(jī)控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)壓縮機(jī)，驅(qū)使制冷劑可以在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。氣態(tài)制冷劑由壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓制冷劑氣體，然后利用壓縮機(jī)排氣管道輸送到冷凝器內(nèi)，逐步通過(guò)散熱、降溫、冷凝等環(huán)節(jié)，最后成為中溫高壓液態(tài)制冷劑。然后中溫高壓液態(tài)制冷劑可以通過(guò)液體管道到達(dá)膨脹閥釋放出成為低溫低壓液態(tài)冷劑，迅速進(jìn)入到蒸發(fā)器內(nèi)部，并對(duì)流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量進(jìn)行有效吸收，造成周邊空氣溫度降低，最后通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)來(lái)吹出蒸汽器周邊空氣，達(dá)到制冷效果。

其中，電動(dòng)汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)主要為雙路空氣流動(dòng)方案，且在通風(fēng)裝置內(nèi)安裝了隔板。此種設(shè)計(jì)方案，主要特點(diǎn)是內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)熱交換器，制冷時(shí)作為蒸發(fā)器應(yīng)用，而制熱時(shí)則作用冷凝器使用。但是就實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案并不適合用于汽車空調(diào)，由于空調(diào)系統(tǒng)由制冷模式轉(zhuǎn)變?yōu)榧訜崮Ｊ綍r(shí)，熱交換器內(nèi)冷凝的水會(huì)直接蒸發(fā)在擋風(fēng)玻璃上產(chǎn)生霧化，影響行車安全性。因此，在面對(duì)雙路流動(dòng)裝置時(shí)，需要對(duì)冷凝器和蒸發(fā)器進(jìn)行分別安裝，以此來(lái)提高行車安全與穩(wěn)定性。

3 電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)

3.1 空調(diào)制冷負(fù)荷計(jì)算

3.1.1 汽車參數(shù)

一方面，車室內(nèi)參數(shù)。夏季維持人舒適體感溫度為25～28℃，體感舒適濕度30%～70%，設(shè)定溫度為25℃、濕度50%。另外，夏季汽車車室內(nèi)空氣流速為0.5m/s，推薦車內(nèi)氣流速0.25m/s～0.5m/s，設(shè)定車內(nèi)氣流流速為0.3m/s。各駕乘人員所需新鮮空氣量大概為20m?/h～30m?/h，設(shè)定人均需求量為25m?/h。另一方面，車室外參數(shù)。根據(jù)當(dāng)?shù)叵募練夂蛱卣?，選擇濕度推薦值50%，室外溫度為35℃。

3.1.2 冷負(fù)荷

冷負(fù)荷決定了汽車空調(diào)制冷量大小，分析前需要根據(jù)容量、類型以及駕乘人員數(shù)量等數(shù)據(jù)相同傳統(tǒng)轎車，確定電動(dòng)汽車車內(nèi)得熱量，并由此來(lái)設(shè)計(jì)空調(diào)容量。受汽車車體蓄熱性能限制，汽車空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷并不完全等于車內(nèi)得熱量，只有當(dāng)車輛周圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)不具有蓄熱能力或得熱量?jī)?nèi)部包含輻射時(shí)，兩者才相同[2]。

3.1.3 得熱量

夏季車外溫度大于車室內(nèi)溫度，且受太陽(yáng)輻射影響，會(huì)有更多熱量通過(guò)汽車門窗、車壁進(jìn)入到車是內(nèi)部（QB）。同時(shí)，因?yàn)檐囀颐芊獠粐?yán)密，會(huì)有部分熱空氣進(jìn)入到內(nèi)部形成熱風(fēng)（QG）。以及換氣新風(fēng)熱量（QF）和駕乘人員散熱（QP）造成室內(nèi)溫度升高。則車內(nèi)總得熱量Q=QB+QG+QP+QF。

3.1.4 制冷量

汽車空調(diào)制冷量與汽車得熱量間關(guān)系：Q0=r·Q，其中r表示修正系數(shù)，r=1.05～1.15。則通過(guò)得熱量計(jì)算后便可得到汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷量。

3.2 空調(diào)控制性系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)要求

電動(dòng)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)于獨(dú)立式全電動(dòng)壓縮機(jī)，其應(yīng)用無(wú)刷直流電機(jī)與壓縮機(jī)一體化設(shè)計(jì)方法，可以充分發(fā)揮電機(jī)體積小、性能好有點(diǎn)，壓縮機(jī)具有更高的效動(dòng)力，同時(shí)還可以通過(guò)壓縮機(jī)循環(huán)冷夜來(lái)向電機(jī)創(chuàng)造良好的散熱條件。但是要注意，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)制冷液會(huì)對(duì)霍爾傳感器產(chǎn)生一定腐蝕，且安裝難度大，處于高溫與頻繁振動(dòng)環(huán)境下，會(huì)對(duì)霍爾傳感器位置產(chǎn)生影響。為解決此類問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)無(wú)位置無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究。

3.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)變速模式控制，需要合理選擇壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制方式，通過(guò)軟硬結(jié)合設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)無(wú)位置無(wú)刷直流的電流控制?？梢詫?duì)定子繞組內(nèi)感應(yīng)反電勢(shì)進(jìn)行測(cè)定，并有效判斷轉(zhuǎn)子位置，設(shè)計(jì)電機(jī)“三段式”控制方案，達(dá)到無(wú)位置無(wú)刷直流電機(jī)自適應(yīng)閉環(huán)速度控制目的[3]。整個(gè)控制系統(tǒng)主要為包括控制電路、電壓電流檢測(cè)電路、功率驅(qū)動(dòng)電路以及硬件保護(hù)電路等，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集無(wú)刷直流電電機(jī)端電壓與電流數(shù)據(jù)，并根據(jù)速度給定值和采樣信號(hào)完成計(jì)算，將控制信號(hào)傳遞給智能功率模塊，達(dá)到實(shí)時(shí)控制電機(jī)的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)汽車應(yīng)用數(shù)量在不斷增多，為提高其駕駛安全性與舒適性，需要重點(diǎn)做好空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行原理，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)，采取專業(yè)技術(shù)方案，爭(zhēng)取進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行綜合效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉中歷.電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及風(fēng)道的設(shè)計(jì)改進(jìn)[D].吉林大學(xué)，2014.

[2]彭慶豐，趙韓，陳祥吉，方運(yùn)舟，趙家威.電動(dòng)汽車新型熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].汽車工程，2015（12）：1467-1470+1432.

[3]李麗，魏名山，彭發(fā)展，張虹.電動(dòng)汽車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].制冷學(xué)報(bào)，2013（03）：60-63.