電動汽車除霧方案探討

楊衛(wèi)芳++桂超++劉亞萍

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.033

摘 要：汽車在高濕環(huán)境下，會引起車窗結(jié)霧，影響車輛正常行駛。傳統(tǒng)汽車具有技術(shù)比較成熟的空調(diào)系統(tǒng)用于除霧，而電動汽車發(fā)展處于起步階段，節(jié)能高效的空調(diào)系統(tǒng)尚處于研究發(fā)展階段。本文對現(xiàn)有的多種不同的除霧方式進(jìn)行探討，探索高效快速的除霧方案。

關(guān)鍵詞：結(jié)霧 除霧 除濕 電動汽車

中圖分類號：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0033-02

汽車車窗結(jié)霧在行車過程中對安全性造成了一定影響，快速對玻璃進(jìn)行除霧及車廂溫濕度的控制十分重要。隨著汽車保有量逐年增加，在節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢下，大力發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為世界各國共同關(guān)注的問題。傳統(tǒng)燃油汽車除霧時采用空調(diào)系統(tǒng)降濕來進(jìn)行除霧，電動汽車空調(diào)系統(tǒng)與燃油汽車存在明顯的不同，設(shè)計合理的快速除霧方式，不僅可以保證行車的安全性與舒適性，而且可以有效降低能耗，促進(jìn)電動汽車的推廣應(yīng)用。本文通過對電動汽車除霧與燃油汽車除霧方式的分析，探索高效節(jié)能的電動汽車除霧方案。

1 汽車玻璃結(jié)霧及除霧原理

當(dāng)車窗表面溫度低于車廂空氣的露點(diǎn)溫度時，濕度較高的車內(nèi)空氣遇到玻璃冷表面時會有水分析出形成霧，行車過程中嚴(yán)重影響視線。

車窗進(jìn)行除霧時，可以采用以下幾種方式：（1）通過手動擦車窗進(jìn)行除霧，而這種方式在行車過程中會影響行車的安全性，該方式不能有效降低車廂空氣的濕度，除霧以后很容易重新結(jié)霧。（2）通過空氣外循環(huán)引外界新風(fēng)至車窗進(jìn)行除霧，當(dāng)外界空氣含濕量低于車窗內(nèi)表面飽和空氣層的含濕量時，新風(fēng)與飽和空氣層之間發(fā)生熱質(zhì)交換，玻璃內(nèi)表面霧逐漸氣化被新風(fēng)帶走，達(dá)到除霧的目的。這種除霧方式適合北方冬季，新風(fēng)經(jīng)暖風(fēng)散熱器加熱升溫后的空氣相對濕度較低，具備較強(qiáng)的吸濕能力，除霧效果很好。（3）通過空調(diào)除濕來進(jìn)行除霧，當(dāng)內(nèi)外空氣含濕量都較大時，可利用空調(diào)系統(tǒng)輔助進(jìn)行除霧?？照{(diào)蒸發(fā)器作為表冷器除去循環(huán)空氣中的水分，含濕量較低的空氣經(jīng)擋風(fēng)玻璃帶走水分，實(shí)現(xiàn)除霧。冬季低溫時為了保證車廂舒適性，空調(diào)系統(tǒng)除濕后的空氣由暖風(fēng)散熱器加熱升溫，以高溫低濕的狀態(tài)進(jìn)行除霧，且不影響車廂舒適性。（4）通過在擋風(fēng)玻璃上噴涂防霧劑或肥皂水進(jìn)行除霧，在一定程度上可以緩解結(jié)霧，但有效時間并非很長且車廂濕度持續(xù)上升，該方式應(yīng)用較少。奇瑞公司洪麗等人對汽車玻璃防霧涂層進(jìn)行了研究，防結(jié)霧方法主要包括疏水性防霧法和親水性防霧法，相關(guān)科研成果較多，但未投入汽車中使用。

2 電動汽車除霧

電動汽車的電機(jī)余熱非常少，部分汽車廠商采用獨(dú)立的蒸汽壓縮式空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合電加熱的空調(diào)形式，但在一定程度上影響了汽車?yán)m(xù)航能力，一套高效節(jié)能的電動汽車空調(diào)系統(tǒng)成為諸多專家的研究方向。目前電動汽車除霧采用的方式主要有以下幾種。

日本電裝公司曾設(shè)計研發(fā)一套R134a熱泵空調(diào)系統(tǒng)（如圖1所示），該系統(tǒng)在車內(nèi)空調(diào)總成器里設(shè)置2臺換熱器，供制冷和制熱模式下分別使用，合理解決了制冷與制熱工況下?lián)Q熱器不匹配的問題。除霧模式時，類似于除濕機(jī)工作原理，工質(zhì)將經(jīng)過3個換熱器，由車內(nèi)蒸發(fā)器除濕，再由車內(nèi)冷凝器升溫，以高溫低濕的空氣進(jìn)行除霧，可達(dá)到理想的除霧效果。該系統(tǒng)的除濕特點(diǎn)是循環(huán)工質(zhì)的2次節(jié)流降溫和2次蒸發(fā)吸熱，第一次于外換熱器蒸發(fā)吸熱，保證內(nèi)冷凝器足夠的放熱量，第二次于內(nèi)換熱器蒸發(fā)器少量吸熱即可滿足循環(huán)空氣減濕冷卻，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。

比亞迪公司曾設(shè)計研究一款三換熱器熱泵空調(diào)系統(tǒng)，類似于日本電裝公司的R134a空調(diào)系統(tǒng)，滿足夏季、冬季、除霧、除霜多種運(yùn)行情況的系統(tǒng)匹配問題。在除濕模式下，工質(zhì)依然經(jīng)過3個換熱器，循環(huán)空氣首先由車內(nèi)蒸發(fā)器冷卻減濕后，再由車內(nèi)冷凝器等濕加熱，保證高溫低濕的空氣進(jìn)行除霧。

比亞迪公司又設(shè)計研究了一款帶冷卻液循環(huán)的電動汽車空調(diào)系統(tǒng)（如圖2所示）。該空調(diào)系統(tǒng)在常溫工況下，工質(zhì)由壓縮機(jī)出來進(jìn)入氣液換熱器與冷卻液換熱，然后一部分經(jīng)節(jié)流進(jìn)入外部換熱器吸熱，另一部分經(jīng)節(jié)流進(jìn)入第二內(nèi)部換熱器吸熱，然后匯聚回到壓縮機(jī)，氣液換熱器出來的高溫冷卻液來到第一內(nèi)部換熱器與循環(huán)空氣進(jìn)行換熱。循環(huán)空氣首先經(jīng)第二內(nèi)部換熱器冷卻，再經(jīng)第一內(nèi)部換熱器加熱，通過冷熱風(fēng)比例分配，可得到理想的出風(fēng)溫濕度。冬季利用這一模式，可以為車廂送入高溫低濕的空氣進(jìn)行車窗除霧。

中原工學(xué)院周光輝教授等，設(shè)計發(fā)明一套帶補(bǔ)氣的熱泵空調(diào)系統(tǒng)（如圖3所示），可在低溫下運(yùn)行并保持較高的性能。該系統(tǒng)保留了電加熱器，在比較低的溫度下仍可保證車廂溫度的穩(wěn)定，且除濕模式下運(yùn)行時，車內(nèi)換熱器可作為蒸發(fā)器對循環(huán)空氣進(jìn)行除濕冷卻，利用PTC電加熱芯體再對循環(huán)空氣加熱，既實(shí)現(xiàn)除霧的同時亦保證了車內(nèi)舒適性，該系統(tǒng)的熱泵空調(diào)設(shè)計經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。

電加熱除霧方法多用于后車窗除霧，部分車型具備前車窗電加熱功能，當(dāng)玻璃溫度高于室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度時即可避免車窗結(jié)霧，在一定程度上可以解決車窗結(jié)霧的問題。泛亞汽車技術(shù)中心有限公司葛如煒等人提出了電熱前擋風(fēng)玻璃運(yùn)用于電動汽車，采用布置電加熱絲的方式進(jìn)行除霜除霧，并與液側(cè)電加熱暖風(fēng)除霜除霧性能進(jìn)行對比。玻璃溫度隨時間變化如圖4所示。針對除霜，電加熱暖風(fēng)除霜總耗能1.736kW·h，而電加熱擋風(fēng)玻璃耗能624W，電加熱擋風(fēng)玻璃除霜能耗遠(yuǎn)小于暖風(fēng)除霜。

3 結(jié)語

相關(guān)研究顯示，帶補(bǔ)氣增焓系統(tǒng)的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性較高，補(bǔ)氣增焓可保證一定的制熱量，可實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下低能耗運(yùn)行，且效率較高，冬季除霧時需要配合電加熱器工作。三換熱器系統(tǒng)，除霧效果較為理想，能解決四通換向閥存在的一些問題，但系統(tǒng)過于復(fù)雜會對車載空調(diào)產(chǎn)生一定影響，未來須進(jìn)一步研究改進(jìn)。

電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，車窗除霧研究相對較少，除霧有待進(jìn)一步探討和分析，不僅可以完善電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)配置，還可以促進(jìn)電動汽車推廣應(yīng)用。汽車在向節(jié)能、減排、智能、舒適的方向發(fā)展。另外，自動除霧技術(shù)也必將逐步取代傳統(tǒng)手動控制除霧，電動汽車車廂溫濕度調(diào)節(jié)需要進(jìn)一步探索和研究。

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