新能源汽車空調系統(tǒng)的設計

戚鵬 陳冠霖 丁鵬

摘 要：完善的汽車計算機控制的空調系統(tǒng)不僅可以對車內空氣的溫度、濕度、清潔度、風量和風向等進行自動調節(jié)，給乘客提供一個優(yōu)良的乘車環(huán)境，提高乘客的舒適性和安全性。文章首先介紹了新能源汽車暖風空調的發(fā)展概況。描述了新能源汽車空調的結構組成，在此基礎上解釋了新能源汽車空調的工作原理。從理論上分析了PTC所產生的熱量，從而設計了PTC暖風的故障診斷系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行了試驗研究，結果表明，PTC暖風的故障診斷系統(tǒng)工作良好，性能優(yōu)越。

關鍵詞：汽車;新能源;空調;暖風

中圖分類號：U463.85+1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-03-03

Abstract： A perfect computer-controlled air-conditioning system for automobiles can not only automatically adjust the temperature， humidity， cleanliness， air volume and direction of the air in the car， but also provide a good riding environment for passengers and improve their comfort and safety. Firstly， this paper introduces the development of new energy automotive heating air conditioning. This paper describes the structure and composition of new energy automobile air conditioning， and explains the working principle of new energy automobile air conditioning on this basis. The heat generated by PTC is analyzed theoretically， and the fault diagnosis system of PTC warm air is designed. The experimental results show that the fault diagnosis system of PTC warm air works well and has superior performance.

Keywords： automobile; new energy; air conditioning; warm air

CLC NO.： U463.85+1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-03-03

引言

汽車空調現(xiàn)已成為汽車的基本部件。汽車空調的主要功能是調節(jié)和調控室內空氣的溫度、濕度、速度和清潔度，使乘客感到舒適，防止或清除車窗玻璃上的霧、霜、冰和雪，保證乘客的健康和行車中的安全。隨著人們對汽車空氣質量的重視，近年來越來越多的空氣凈化技術在實際車輛上得到應用。提高更好的舒適度和更好清潔度將是未來競爭的一個方向?？照{作為“大能耗車”占發(fā)動機功率的20%。在日益嚴重的燃油限制條件下，如何降低動力消耗，使燃油經濟性更高，將成為汽車空調系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。輕質、高效、節(jié)能已成為企業(yè)關注的焦點。電動汽車的發(fā)展是汽車空調的一個新課題。非政府組織已經測試過零攝氏度，空調和空調不開放，里程下降了約50%，因此如何提高加熱和冷卻里程需要解決。汽車空調正朝著輕量化、高效化的方向發(fā)展，并通過提高電動汽車的性能來提高改造效率，這勢必會改變關鍵零部件、設計過程和材料應用等。新能源汽車空調一直是研究熱點方向，國內外很多學者作出大量的研究，取得了豐碩的成果。文獻[1]介紹了一種多熱源分階段制暖的新能源汽車暖風系統(tǒng)，有效的降低了汽車空調的耗能。文獻[2]介紹了一種分布式新能源汽車空調系統(tǒng)，減輕了空調對電池的依賴，延長了續(xù)航里程。文獻[3]設計了空調的控制電路和控制策略，提高了能源利用率。

本文介紹了新能源汽車空調冷暖兩種形式。首先介紹了制冷系統(tǒng)的組成和工作原理，然后描述了一種基于PTC的暖風系統(tǒng)，設計了整車暖風系統(tǒng)的控制原理圖，分析了暖風系統(tǒng)的制熱量，對其做了實驗。

1 新能源汽車空調組成

新能源汽車空調系統(tǒng)主要有，空調傳感器主要用來采集各種數(shù)據，如陽光傳感器，速度傳感器等。執(zhí)行器，包括電機，放大器，PTC加熱器等組成。電源部分，主要有整車電源，DC-DC變換器，低壓電源等組成。制冷用的電子壓縮機，壓縮機是管路中間介質運營的壓力源，沒有壓縮機，系統(tǒng)不但不能制冷，而且失去工作的能力。冷凝器汽車空調制冷系統(tǒng)中的冷凝器是一個與管和散熱器結合的熱交換器。其功能是冷卻從壓縮機排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，使其冷凝成高壓制冷劑液體。它是一種鰻魚喜歡直接尖銳的T恤平面片，然后組裝成冷凝器，散熱鱔片和管道作為一個整體，不存在接觸電阻和輻射性能良好;此外，沒有復雜的管焊接工藝和薄膜加工，節(jié)省材料，抗振動特別好。因此，它是一種更先進的汽車空調冷凝器。蒸發(fā)器它也是一個熱交換器，也稱為冷卻器，是一種在制冷循環(huán)中冷卻空氣的直接裝置。其效果是從管道中的熱膨脹閥蒸發(fā)低溫低壓液體制冷劑，以降低蒸發(fā)器和周圍空氣的溫度。同時對空氣起減濕作用。膨脹閥，膨脹閥又稱節(jié)流閥，是汽車空調制冷系統(tǒng)的主要組成部分。它安裝在蒸發(fā)器入口，是車輛空調和制冷系統(tǒng)的高壓和低壓之間的邊界。

貯液干燥器，安裝在冷凝器與膨脹閥之間，它的作用是貯存從冷凝器出來的臨時的液態(tài)制冷劑，使制冷負荷的變化和系統(tǒng)泄漏，液體制冷劑可以補充和調整熱力膨脹閥的電源，以確保連續(xù)性和制冷劑流量穩(wěn)定性。在制冷系統(tǒng)中，制冷劑蒸汽被壓縮機壓縮和輸送，是整個系統(tǒng)的核心。膨脹閥起到節(jié)流制冷劑和減壓的作用，同時調節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑液體流量，這是系統(tǒng)高壓和低壓之間的分界線。蒸發(fā)器起吸收熱能的作用，其中制冷劑吸收被冷卻空氣的熱能來實現(xiàn)冷卻。冷凝器是釋放熱能的設備。從蒸發(fā)器吸收并由壓縮機消耗轉換的熱能，在冷凝器由冷卻空氣帶走。只有當外界消耗的功 ，能使制冷劑不斷地將車內低溫空氣吸收的熱能傳遞到車外高溫空氣中，才能達到制冷的目的。

2 暖風系統(tǒng)的故障診斷設計

在純電動汽車制暖系統(tǒng)中，防凍液在直流電動泵的作用下一直在系統(tǒng)中循環(huán)，防經PTC的電阻絲加熱后，溫度升高。在進入蒸發(fā)器中，鼓風機將高溫防凍液的熱量帶走，為車廂加熱。系統(tǒng)利用風機鼓動空氣流經蒸發(fā)器吹入汽車乘員室，實現(xiàn)熱交換。

傳熱系數(shù)與風機送風量，水泵流量，溫度差有關，需要通過實驗確定傳熱系數(shù)的最大和最小值。

暖風機傳熱能量可以看作是空調的工作功率（單位時間），我們知道空調功率應該是在某一范圍內波動，當功率超出該范圍區(qū)間時，我們可以認為加熱器故障。

當散熱量大于理論最大散熱量時，若電壓檢測故障或PWM 控制量大于等于最大能量輸出，且溫度不上升，此時認為高壓線路故障;否則則認為是其他故障。

當散熱量小于理論干燒散熱量時，若PWM 控制量小于等于1，且溫度上升，此時認為IGBT 故障;否則則認為是水位過低。當散熱量小于理論最小散熱量時，此時認為水泵或暖風機故障;其他情況則認為系統(tǒng)正常。

當某個故障連續(xù)多次被檢測到時，程序會進去故障停止模式，此時控制器不在有PWM輸出，高壓不工作。1 分鐘后，系統(tǒng)恢復正常工作。當檢測有故障時，串口發(fā)送對應的故障代碼，故障端口輸出對應的電平信號。

3 加熱器試驗

3.1 硬件試驗方案

3.1.1 分路功率輸出峰值功率測試

（1）試驗目的

利用現(xiàn)有小功率高壓測試電源，對兩路功率驅動加熱模塊分別進行試驗，以測試其耐久特性。

（2）試驗方法

a.控制板電源12V采用鉛酸電池外供模式。

b.分“加熱絲1”及“加熱絲2”兩路分別單獨工作，平均功率不小于2.2kw，平均每路工作時間不小于2 小時，試驗中加熱器內部水溫維持在70℃±1℃、75℃±1℃，通過可調電源控制散熱器風扇來保持溫度恒定。

（3）試驗結果如表1：

3.1.2 兩路同時輸出峰值功率測試

（1）試驗目的

測試在兩路加熱絲在同時工作條件下，加熱器是否可可靠工作。

（2）試驗方法

a.控制板電源采用鉛酸電池外供電模式， 高壓供電分別采用200V、300V和400V。

b.兩路同時工作，總功率大于或等于4kw（200V 電壓供電時，峰值4kw，400V 電壓供電時，峰值4.5kw），試驗過程保證在不同的溫度條件下（將水溫分別維持在70℃±1℃，75℃±1℃，分別進行試驗），持續(xù)工作時間大于30 分鐘。

（3）試驗結果如表2：

4 小結

本文描述了新能源汽車空調的結構組成，在此基礎上解釋了新能源汽車壓縮機的工作原理。重點從理論上分析了PTC所產生的熱量，從而設計了PTC暖風的故障診斷系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行了試驗研究，結果表明，PTC暖風的故障診斷系統(tǒng)工作良好，性能優(yōu)越。

參考文獻

[1] 丁鵬，王忠，葛如海，等.新能源汽車暖風分段制熱控制系統(tǒng)[J].汽車安全與節(jié)能學報， 2017，08 （03）： 303-309.

[2] 丁鵬，王忠，王瑩，等.分布式新能源汽車空調控制系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)， 2018.

[3] 閡海濤，王曉丹，曾小華，等.電動汽車空調系統(tǒng)參數(shù)匹配與計算研究[J].汽車技術， 2009（6）：19-22.