新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的分析

李海龍

摘 要：隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和成熟，技術(shù)研發(fā)水平也得到一定的提升，空調(diào)系統(tǒng)是其第二大耗能設(shè)備，如何提升新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的有效運行成為一項重點研究課題。本文主要從新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀、熱泵式和燃料電池余熱利用的空調(diào)制冷系統(tǒng)等方面進行分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;空調(diào)系統(tǒng);技術(shù);分析

0 概述

傳統(tǒng)的汽車主要以汽油、柴油等常規(guī)燃料，面對日益減少的常規(guī)燃料，新能源將代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，成為汽車行業(yè)發(fā)展的主旋律。新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、能源供應(yīng)方式等方面有很大區(qū)別，需要進一步深入技術(shù)研究和改進。

1 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

（1）汽車空調(diào)系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)汽車內(nèi)部溫度以及空氣的重要裝置之一，其技術(shù)水平將直接影響到汽車內(nèi)部溫度以及空氣的調(diào)節(jié)成效，進而影響乘員直接感受。傳統(tǒng)燃油車空調(diào)結(jié)構(gòu)主要有：壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、儲液罐、控制系統(tǒng)和送風(fēng)及其管道系統(tǒng)組成?？照{(diào)壓縮機主要動力源于發(fā)動機，主要能耗是壓縮機和冷凝器，由發(fā)動機直接提供動力，消耗發(fā)動功率約20%，且效率轉(zhuǎn)化值不足40%。如何降低能耗，提高效率一直是空調(diào)領(lǐng)域研究的重要課題。新能源汽車主要是以電力和混合動力作為動力來源，雖能夠明顯降低對環(huán)境的污染，但是由于新能源汽車電容量是固定的，所以空調(diào)系統(tǒng)的使用一定程度上會影響汽車的續(xù)航能力，鑒于目前新能源汽車空調(diào)現(xiàn)狀其明顯的缺陷制約著新能源汽車的普及，特別是在我國北方寒冷區(qū)域，影響的更加明顯。

（2）新能源汽車包括電動汽車、氣體燃料汽車、生物燃料汽車、氫燃料汽車等。新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)大致可以分為直接利用電能的熱泵式空調(diào)系統(tǒng)和利用余熱的空調(diào)制冷系統(tǒng)。在實際汽車新能源空調(diào)系統(tǒng)使用過程中，會對汽車的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生一定的負面影響，減少了汽車的使用壽命，因此需要加強對汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的分析和理解。

2 熱泵式空調(diào)系統(tǒng)

（1）從空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和工作效率來說，熱泵型空調(diào)系統(tǒng)良好的工作性能將成為重要的發(fā)展趨勢。熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要實現(xiàn)對汽車室內(nèi)環(huán)境的檢測，從而實現(xiàn)制熱和制冷的過程。系統(tǒng)硬件設(shè)計包含溫度檢測部分、鍵盤顯示部分、電機驅(qū)動部分、四通閥和壓縮機控制，遵循以下設(shè)計原則：1）客戶設(shè)定的室內(nèi)要求。2）實時監(jiān)控室內(nèi)溫度并顯示。3）通過溫度設(shè)定，自動控制四通換向器工作，實現(xiàn)取暖或制冷。4）控制空調(diào)變頻調(diào)速，實現(xiàn)最佳節(jié)能、可靠性的性能要求。

（2）新能源汽車空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)的工作原理基本一致，主要由制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機械及其它復(fù)制結(jié)構(gòu)組成，其中控制系統(tǒng)是它的“CPU”，行使著指揮官的角色。

（3）熱泵式空調(diào)系統(tǒng)控制系統(tǒng)以單片機為控制核心，通過對輸入信息（環(huán)境溫度、設(shè)定溫度、盤管溫度、壓縮機工作電流等）和軟件設(shè)定的條件相比較后，再確定控制結(jié)果，從而實現(xiàn)對執(zhí)行部件（室內(nèi)外風(fēng)機、壓縮機、四通閥、電液晶顯示屏等）發(fā)出控制指令，控制電路原理框架圖，如圖1所示。

（4）熱泵式空調(diào)使用環(huán)境一般為5～43℃，帶有除霜裝置可適用于-10～43℃，滿足客戶多元化的要求。它的最大優(yōu)點是在制熱運行時效率非常高，內(nèi)置的四通換向閥在制冷模式下，室內(nèi)熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器就是冷凝器。冬季往外出冷風(fēng)，換熱器要結(jié)霜，等結(jié)霜到一定程度時，四通換向閥再切換，夏季制冷時室外熱交換器得到熱量，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態(tài)。

（5）空調(diào)的硬件電路只是起到支持作用，自動化控制的大部分功能是由軟件實現(xiàn)的，通常采用結(jié)構(gòu)化的模塊方式編程，把一些非常大的程序細分到幾個小程序，從而監(jiān)控整個過程，包括各種芯片初始化程序、自診斷程序以及中斷程序等。

3 燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)

（1）燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)，是指把燃料電池作為汽車的動力源，利用其產(chǎn)生的動力驅(qū)動空調(diào)系統(tǒng)運行。如果直接采用燃料電池會造成電池過熱、降低其工作性能，故新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)采用燃料電池余熱對汽車進行加熱，減少對燃料電池工作性能的影響。利用燃料電池余熱給車輛供暖，就能夠明顯降低能源成本，提高能源利用效率。從成本、供熱效率等各方面綜合考慮，氫是燃料電池汽車最理想的燃料，可以最大限度地滿足新能源汽車空調(diào)的制冷要求，符合新能源汽車的發(fā)展趨勢。

（2）燃料電池以電解質(zhì)的種類進行區(qū)分，目前有五種類型：堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。從車輛動力方面綜合考量來看，質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）在世界各大汽車廠商的新能源汽車設(shè)計中應(yīng)用更加廣泛。

（3）燃料電池余熱利用方式的汽車空調(diào)的供暖系統(tǒng)工作過程：首先是打開相應(yīng)的截止閥，當(dāng)系統(tǒng)的燃料電池發(fā)動機啟動之后，對三通閥旁通燃料電池散熱器進行有效控制，冷卻液在相應(yīng)的熱交換器中經(jīng)過，再從燃料電池發(fā)動機的出口流向其進口位置，之后通過中間的換熱器，從中獲得所需要的熱量，通過供暖管路進而達到對整個車廂供暖的控制的效果。

（4）由于燃料電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率低，余熱排放量大，所以燃料電池汽車能耗大。汽車空調(diào)的制冷系統(tǒng)也占一大部分能耗，因此可以用余熱吸收式制冷系統(tǒng)。但由于體積大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行過程中會出現(xiàn)傳熱性能變差，制冷量下降等問題，所以還需要做進一步的技術(shù)性研究。

4 結(jié)束語

空調(diào)作為駕乘舒適性的功能要求，也必然會有著越來越高的要求。雖然新能源汽車空調(diào)技術(shù)在新能源汽車上得到一定程度的應(yīng)用和推廣，但在其使用過程中也暴露了諸多的問題，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能高效的能源利用模式仍是首要研究考慮方向。

參考文獻：

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