《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架設(shè)計(jì)思路解析

◆文/江蘇 耿彪

隨著人們對(duì)環(huán)境污染問題的普遍關(guān)注和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，世界各國都在大力發(fā)展新能源汽車來代替使用石油燃料的傳統(tǒng)汽車。我國更是將新能源汽車產(chǎn)業(yè)列入《中國制造2025》規(guī)劃中的重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)之一，許多新能源汽車研究、生產(chǎn)和使用的鼓勵(lì)政策也隨之出臺(tái)。新能源汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車在動(dòng)力總成上有著本質(zhì)區(qū)別，這使得兩者的空調(diào)系統(tǒng)也存在差異，本文將從汽車維修企業(yè)新能源汽車空調(diào)維修數(shù)據(jù)分析和新能源汽車空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)兩個(gè)方面為依據(jù)，解析《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架的設(shè)計(jì)思路。

一、汽車維修企業(yè)新能源汽車空調(diào)維修數(shù)據(jù)分析

《新能源汽車空調(diào)維修》課程內(nèi)容必須是以真實(shí)維修項(xiàng)目為載體，以實(shí)際工作流程為教學(xué)過程。根據(jù)2021年7月至8月某市汽車維修企業(yè)新能源汽車空調(diào)維修的數(shù)據(jù)（圖1），分析出常見的維修作業(yè)內(nèi)容：電動(dòng)壓縮機(jī)不工作、空調(diào)性能測試、制冷劑加注作業(yè)、不制冷（不制暖）故障檢修、制冷（制暖）效果差的故障檢修、空調(diào)控制系統(tǒng)故障檢修、不出風(fēng)或出風(fēng)量少的故障檢修等。

圖1 2021年7-8月某市新能源汽車空調(diào)維修數(shù)據(jù)匯總

二、新能源汽車空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)介紹

1.與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別

新能源汽車包含燃料電池電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車，其裝備的汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理也不盡相同。燃料電池電動(dòng)汽車由于燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率低，余熱排放量大，所以采用余熱吸收式制冷系統(tǒng)和利用燃料電池余熱實(shí)現(xiàn)汽車空調(diào)的冷暖功能。純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)是使用電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)作為動(dòng)力源來實(shí)現(xiàn)制冷功能，有些車型是利用PTC元件直接加熱空氣或是用加熱后的冷卻液來加熱空氣以此實(shí)現(xiàn)制暖功能，還有部分車型是利用熱交換器加熱制冷劑來實(shí)現(xiàn)的。插電式混合動(dòng)力汽車由于仍然安裝有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，所以它的空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車空調(diào)的系統(tǒng)基本上沒太大變化，但會(huì)采用機(jī)械、電動(dòng)雙模壓縮機(jī)。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車通過皮帶傳動(dòng)和電磁離合器，讓發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)機(jī)械式空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即便在空調(diào)不工作時(shí)，也會(huì)增加一定的燃耗。新能源汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別，見表1。

表1 新能源汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別

2.典型新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)原理

因燃料電池電動(dòng)汽車的市場占有率極小，插電式混合動(dòng)力汽車的空調(diào)系統(tǒng)又類似于傳統(tǒng)燃油車與純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的糅合，故以下僅介紹近年來剛應(yīng)用在純電動(dòng)汽車上的熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)。熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)由電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、電磁四通閥、冷凝器、蒸發(fā)器、干燥瓶、膨脹閥和熱交換器組成。新能源汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力來源是電池，因此在壓縮機(jī)上直接集成了電動(dòng)機(jī)成為電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，并通過控制器控制空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，提高能量利用效率如圖2所示。電磁四通閥能夠改變制冷劑的流動(dòng)方向，是熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)切換冷熱模式的重要部件如圖3所示。冷凝器與蒸發(fā)器將制冷劑氣液轉(zhuǎn)化，達(dá)到制冷和制暖的目的。干燥瓶用來干燥、過濾制冷劑中的水分與雜質(zhì)。膨脹閥可以降低系統(tǒng)壓力以便制冷劑在更低沸點(diǎn)下蒸發(fā)吸熱。熱交換器的作用是改善系統(tǒng)在較低環(huán)境溫度下制暖不良情況。同時(shí)更高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求，也使得作為制冷劑由常見的R134a（全球氣候變暖潛能值GWP=1300）逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2（GWP=1）和HFO-1234yf（GWP=4）。

圖2 帶控制器的電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)

圖3 電磁四通閥

熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)在制冷時(shí)的工作原理與傳統(tǒng)汽車空調(diào)相同，即空調(diào)壓縮機(jī)將高溫氣態(tài)制冷劑壓向電磁四通閥（從A端進(jìn)D端出）；高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)過冷凝器放熱后，冷凝為高溫高壓液態(tài)；再通過膨脹閥節(jié)流降壓，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐蛪阂簯B(tài)；蒸發(fā)器吸收車內(nèi)溫度將高溫低壓液態(tài)制冷劑轉(zhuǎn)化為低溫低壓氣態(tài)；最后再次通過（從B端進(jìn)C端出）回到電控空調(diào)壓縮機(jī)的低壓進(jìn)口處。熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)在制暖時(shí)，電磁四通閥使制冷劑的流向與制冷時(shí)的流向相反（從A端進(jìn)B端出再從D段進(jìn)C段出），此時(shí)蒸發(fā)器和冷凝器的作用也就和制冷時(shí)相顛倒，蒸發(fā)器放熱以加熱車內(nèi)溫度，而冷凝器吸收外部熱量。由于熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，會(huì)在冷凝器處安裝熱交換器，當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí)，冷凝器吸收熱交換器中冷卻液的高溫，提高制暖效果。熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖（圖4）。

圖4 熱泵式汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖

圖5 某型純電動(dòng)汽車空調(diào)電子控制系統(tǒng)簡圖

表2 《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架表

純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的空調(diào)電子控制系統(tǒng)原理也存在部分異同。某型純電動(dòng)汽車空調(diào)電子控制系統(tǒng)簡圖，如圖5。圖中藍(lán)色虛線框內(nèi)的控制原理與傳統(tǒng)車相同，空調(diào)控制單元根據(jù)空調(diào)控制面板上A/C開關(guān)、風(fēng)速開關(guān)、風(fēng)門模式開關(guān)并結(jié)合溫度傳感器（環(huán)境溫度、蒸發(fā)箱溫度、冷卻液溫度）、壓力傳感器和陽光傳感器等信號(hào)，控制電動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)門電機(jī)和冷卻風(fēng)扇等執(zhí)行器。紅色虛線框中的部件為純電動(dòng)汽車獨(dú)有，空調(diào)控制單元控制高壓直流電驅(qū)動(dòng)PTC加熱器和電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)是否需要處于工作狀態(tài)。

三、《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架設(shè)計(jì)

汽車維修作業(yè)通常是從發(fā)現(xiàn)汽車故障現(xiàn)象開始，經(jīng)過檢測→分析→恢復(fù)等一系列流程最終排除故障，整個(gè)流程都圍繞“排除故障現(xiàn)象”開展的，新能源汽車空調(diào)檢修也不例外。將典型故障現(xiàn)象或常見作業(yè)內(nèi)容設(shè)為項(xiàng)目，設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)情境，將一個(gè)完整的故障排除過程拆分為工作原理、工具使用、電路查詢、數(shù)據(jù)分析、方案制定、檢測方法、拆裝流程等的單個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架表，見表2。

四、結(jié)語

盡管新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理和結(jié)構(gòu)組成與傳統(tǒng)汽車有著一定區(qū)別，但其故障現(xiàn)象與檢測故障的方法卻還是萬變不離其宗。通過分析，發(fā)現(xiàn)《新能源汽車空調(diào)檢測與維修》課程框架表中的項(xiàng)目3、項(xiàng)目4、項(xiàng)目5與項(xiàng)目2中的部分內(nèi)容與傳統(tǒng)汽車空調(diào)課程中的學(xué)習(xí)內(nèi)容基本一致，這也就減少了下階段課程開發(fā)的難度與工作量，可以把更多精力放在開發(fā)新能源汽車空調(diào)獨(dú)有的學(xué)習(xí)內(nèi)容上，爭取早日開發(fā)出貼合企業(yè)發(fā)展需求，真正把典型工作任務(wù)引入到技能教學(xué)中，能讓學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”的新能源汽車空調(diào)維修實(shí)訓(xùn)課程。