新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)研究

姚登銀

摘 要：新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相較而言，具有更高的科技含量，就連汽油資源的需求量也遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車。這些變化都是源自于汽車配置中一些輔助設(shè)備的升級和轉(zhuǎn)型，基于此，本文通過對新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的研究，分析了傳統(tǒng)汽油和燃油汽車與新能源汽車的不同之處，希望能夠?qū)π履茉雌嚨陌l(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：燃油汽車；新能源汽車；控制系統(tǒng)；升級轉(zhuǎn)型

一、新能源空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

構(gòu)成傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分別是：送風(fēng)管路系統(tǒng)、儲液罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷凝器以及壓縮機(jī)。其中冷凝器和壓縮機(jī)是汽車空調(diào)系統(tǒng)中耗能最大的兩個結(jié)構(gòu)，而空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動例主要由發(fā)動機(jī)來提供。傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動動力直接由發(fā)動機(jī)提供，發(fā)動機(jī)的消耗功率不到20%，但這20%的能耗也給汽車能源的消耗帶來了極大的影響。能耗的降低一直是人們汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)研究問題。與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車的空調(diào)結(jié)構(gòu)沒有太大的改變，構(gòu)成其空調(diào)制冷系統(tǒng)的部件主要有：空調(diào)控制器、鼓風(fēng)器、膨脹閥、溫度傳感器、蒸發(fā)器、內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門、模式風(fēng)門執(zhí)行器、溫度風(fēng)門執(zhí)行器、加熱器、空調(diào)主機(jī)、壓縮吸氣管、壓縮排氣管、液體管、管路系統(tǒng)、冷凝器、電動壓縮控制器以及電動壓縮機(jī)。除了制冷外，空調(diào)系統(tǒng)所要具有的功能還有制熱，當(dāng)前新能源汽車的空調(diào)制熱系統(tǒng)主要應(yīng)用加熱電熱管以及PTC兩種方式，現(xiàn)目前電動汽車的驅(qū)動力主要來自于電池能量以及電動機(jī)，現(xiàn)階段電動汽車的空調(diào)壓縮機(jī)過分依賴于由無刷永磁直流電動機(jī)所產(chǎn)生的驅(qū)動力，但使用這種電動機(jī)的空調(diào)壓縮機(jī)不僅制冷、制熱效果微弱，對新能源汽車的發(fā)動續(xù)航仍然有著極大的影響，因此國內(nèi)大部分汽車企業(yè)在研究電動壓縮機(jī)時，選擇了由蓄電池直接供能，但在我國北方地區(qū)，電動汽車冬季的空調(diào)制熱就可以阻隔用于汽車?yán)m(xù)航將近一半的驅(qū)動力。

二、新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)智能化設(shè)計的主要方案

空調(diào)系統(tǒng)帶來的影響在很大程度上阻礙了新能源汽車的發(fā)展，換句話說，想要使新能源汽車真正的實(shí)現(xiàn)全國推廣，空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化問題必須解決，以下是新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)智能化的設(shè)計研究：

（一）設(shè)計內(nèi)容

新能源汽車空調(diào)智能化的研究重點(diǎn)在于將電池系統(tǒng)的集成化管理，將電動汽車的能源電池在供能過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行二次利用。新能源汽車的電池在功能的時候會產(chǎn)生一定的熱量，而空調(diào)系統(tǒng)的智能化可以通過電熱量的回收進(jìn)行制熱操作，并有效控制電池溫度，使車輛在行駛過程中的安全性能得到有效保障。構(gòu)建智能化空調(diào)的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)中制冷、制熱功能的應(yīng)用進(jìn)行有效的評估，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及模糊控制等方式進(jìn)行研究對比，再使用Matlab/Simulink 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行分析，使智能空調(diào)系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)更加科學(xué)、合理，實(shí)現(xiàn)新能源汽車中車廂新鮮度、濕度以及空氣溫度的智能化控制。結(jié)合車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時配置整車負(fù)載以及空調(diào)系統(tǒng)對汽車電池能耗，通過人機(jī)交互的方式，進(jìn)一步提高智能化空調(diào)系統(tǒng)在新能源汽車中的構(gòu)建。電動汽車智能化空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)建完成后，開始進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比分析，優(yōu)化智能化空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。智能化空調(diào)控制系統(tǒng)的研發(fā)，將在一定程度上緩解空調(diào)系統(tǒng)給新能源汽車普及和推廣帶來的影響。

（二）對比試驗(yàn)

（1）條件：電動汽車以45 km/h的速度勻速行駛在陽光充足，環(huán)境溫度為30℃的道路上，空調(diào)調(diào)至最大風(fēng)速并將出風(fēng)口開到最大。分別測量壓縮機(jī)開啟時間、乘客以及駕駛員頭部溫度、空調(diào)系統(tǒng)的氣體流動速度。

（2）測量方法：電動汽車第二排一個人坐，第四到第七排座椅不坐人，第八到第十排坐滿人。測量第二、第五、第九排不靠空調(diào)處乘客頭部的氣體流動速度和溫度。開始實(shí)驗(yàn)前，空調(diào)壓縮機(jī)保持著停機(jī)狀態(tài)，后部和前部區(qū)域都有乘客就坐，啟動壓縮機(jī)。

（3）結(jié)果通過對比可以發(fā)現(xiàn)，空調(diào)開始制冷的同時，兩個區(qū)域內(nèi)的壓縮機(jī)的制冷速度都很快，工作驅(qū)動力十足。從第六分鐘開始，由于前部區(qū)域乘客較少，且車內(nèi)溫度均已達(dá)到乘客的體感舒適度的標(biāo)準(zhǔn)，壓縮機(jī)的工作方式就由最初的持續(xù)性工作變成了間隔性工作，以降低能耗。由此課間，電動汽車的智能空調(diào)系統(tǒng)能夠有效減少對汽車電池驅(qū)動力的消耗。

三、電動汽車空調(diào)系統(tǒng)智能化的發(fā)展趨勢

電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的智能化設(shè)計主要還是圍繞著“綠色節(jié)能”政策來展開，與傳統(tǒng)汽車不同的是，新能源汽車在ECU 電控系統(tǒng)中加入了“變排量控制”系統(tǒng)，有效提高了電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的智能化建設(shè)。在車內(nèi)的應(yīng)用中，新能源汽車結(jié)合了家電系統(tǒng)中常用的交流變頻電動壓縮機(jī)，利用“變頻控制”的原理強(qiáng)化新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的智能化控制技術(shù)。除此之外，電動汽車空調(diào)系統(tǒng)智能化的發(fā)展還可以利用熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電動汽車壓縮機(jī)的有效控制，減少能耗。還有就是熱交換原理的應(yīng)用，將新能源汽車中空調(diào)制冷時損失的熱能進(jìn)行智能化應(yīng)用，一方面能夠減少汽車在續(xù)航時的發(fā)電機(jī)的負(fù)擔(dān)，還能有效提高智能空調(diào)系統(tǒng)的工作效率。

除去以上的發(fā)展研究外，新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的智能化還具有以下優(yōu)勢：

（1）實(shí)現(xiàn)了新能源汽車電池和智能空調(diào)的集成化管理，通過對電池能源損失的熱量進(jìn)行二次利用，在確保汽車電池正常工作的基礎(chǔ)上，將電池耗能過程中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行充分利用，有效降低智能空調(diào)在工作時的能耗。

（2）以車廂內(nèi)溫度的溫度差、電池荷電情況以及整車負(fù)載的電流大小等數(shù)據(jù)為參考，通過智能控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制以及車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，調(diào)節(jié)執(zhí)行器、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)門開度以及壓縮機(jī)的輸出功率，監(jiān)測車輛的運(yùn)行狀態(tài)，充分實(shí)現(xiàn)空調(diào)控制系統(tǒng)的智能化以及人機(jī)交換系統(tǒng)的構(gòu)建。

參考文獻(xiàn)：

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