新能源汽车技术空调

本章要求:1.了解电动汽车空调的制冷方式；2.知道汽车空调压缩机类型；3.熟悉空调制冷/制热方式；4.知道电动变排量涡旋式制冷压缩机原理；5.了解Prius空调系统基本特征。第十六章电动汽车空调系统第一节电动汽车空调的制冷方式一、汽车空调压缩机大致分为三类(１)传统发动机驱动的类型(２)使用发动机和电动机驱动的混合动力型，混合动力汽车空调压缩机，对于面向需要提高现有内燃机效率、实现小型化的汽车厂商，供应的是借助传统发动机传动带传动类型的压缩机，面向以发动机为主体、电动机为辅的车辆(Mild-HEV弱混)供应的是带传动和电动机驱动兼顾的混合式压缩机。(３)单纯使用变频电动机驱动的类型，对于以电动机为主体(Strong-HEV强混、EV电动)的车辆，则供应电动压缩机。二、汽车空调的电动制冷系统的组成主要由纯电动或混合动力汽车的混动压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发箱和控制电路等组成。低压管路:从节流阀出口至压缩机入口，沿程有蒸发箱、低压加注口、积累器。高压管路:从压缩机出口至节流阀入口，沿程有压缩机、冷凝器、干燥器、高压加注口中、高低压开关、节流阀。如下图。汽车空调的电动制冷系统的组成三、汽车空调的电动制冷系统部件功能压缩机---把低温、低压的气态的制冷剂吸入压缩成高温、高压液态制冷剂,以跟外界空气形成温差。冷凝器---经过冷凝器专用风扇或发动机散热器风扇把高温、高压制冷剂的热量散至周围空气，制冷剂降温。干燥器---用来除去制冷剂中的水分。高压加注口---用于加制冷剂或对管路抽真空用。节流阀(膨胀阀)---即一个可变或固定截面小孔，把高压制冷剂节流雾化，经蒸发箱吸收车内空气热量，在鼓风机的作用下，蒸发箱吸收车内热量，变成低温、低压的气态，积累器用来储存制冷剂防止从蒸发箱出来的不是气态而液击压缩机，低压加注口---用于加制冷剂或对管路抽真空用。第二节空调制热方式和空调压缩机一、空调制冷/制热方式１.半导体式制冷/制热（1）半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷。基本原理为：半导体制冷器的基本器件是热电偶对，即把一只N型半导体和一只P型半导体连接成热电偶，通上直流电后，在接口处就会产生温差和热量的转移，在电路上串联起若干对半导体热电偶对，而传热方面是并联的。这样就构成了一个常见的制冷热电堆，借助于热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度ꎬ而把热电堆的冷端放到工作环境中去吸热降温，这就是半导体制冷的原理。（2）半导体制冷片的温差范围从正温90℃到负温度130℃都可以实现。从空调技术成熟性和能源利用效率比较来看，对于半导体制冷片技术的电动汽车空调系统，目前存在着热电材料的优值系数较低，制冷性能不够理想，并且热电堆产量受到构成热电元件元素产量的限制，不具备电动汽车空调节能高效的要求，这使得电动汽车空调更倾向于选用节能高效的热泵型空调，该技术方案对于不同类型电动汽车通用性较好，并且对整车结构改变较小，是将来电动汽车空调发展趋势。２.热泵型空调系统制冷/制热（1）热泵型空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的，压缩机是由永磁直流无刷电动机直接驱动，系统的工作原理图如图所示。热泵系统工作原理图(由于客车空间大，所以多用于客车)（2）目前，热泵型电动汽车空调最大的问题是低温制热，这个难题已从以下几个角度得以解决:开发更高效的直流涡旋压缩机，开发控制更精准、更节能的硅电子膨胀阀，采用高效的过冷式平行流冷凝器，改善微通道蒸发器结构，使制冷剂蒸发更均匀。汽车空调热泵系统与普通的家用空调比较相近，是相对普通家用空调的一种使用场合的扩展。３.驻车加热器制热驻车加热器的工作原理:遥控器或定时器给ECU一个起动信号，计量油泵从油箱泵油并以脉冲形式将燃油打到燃烧室前的金属毡上，笔状点火器加热到900℃左右，将喷溅的细小油滴气化，空气由燃烧空气鼓风机吸入，与汽油混合后并点燃，火焰将热能传递给发动机冷却液，电动循环水泵推动冷却液循环进入蒸发箱内散热器，鼓风机吸入使车内冷空气通过散热器，把变热的空气鼓入车内。４.PTC加热器的电制热方式若电动汽车采用加热器的电制热方式时,加热器一般配置在驾驶席和副驾驶席之间的地板下方,加热器由可用电发热的PTC(PositiveTemperatureCoefficient)加热器元件,将提供的热量传送至散热剂(冷却液)的散热扇、散热剂流路和控制底板等组成,因要求加热器要有较高的制热性,因此,电源使用的是驱动电动机的锂离子充电电池的高压,而非辅助电池(12Ｖ),如果是纯电动汽车(EV)专用产品,也可以不使用冷却液,直接用鼓风机吹送经PTC加热器加热的暖风.二、电动变排量涡旋式制冷压缩机1.结构如图所示，电动变频压缩机包含一对螺旋线缠绕的固定蜗形管和可变蜗形管、无刷电动机、油挡板和电动机轴。电动变频压缩机内部结构２.工作原理（１）吸入过程在固定蜗形管和可变蜗形管间产生的压缩室的容量随着可变蜗形管的旋转而增大，这时，气态制冷剂从进风口吸入。（2）压缩过程吸入步骤完成后，随着可变蜗形管继续转动，压缩室的容量逐渐减小，这样，吸入的气态制冷剂逐渐压缩并被排到固定蜗形管的中心了，当可变蜗形管旋转约两周后，制冷剂的压缩完成。（3）排放过程气态制冷剂压缩完成而压力较高时，通过按压排放阀，气态制冷剂通过固定蜗形管中心排放口排出。如下图所示电动变频涡旋压缩机工作原理第三节Prius空调系统一、空调变频器如图所示，变频器总成中的空调变频器内部图所示:变频器总成中的空调变频器为空调系统中电动变频压缩机供电,变频器将HV蓄电池的额定电压DC201.6V转换为AC201.6V来为空调系统中的压缩机供电。变频器总成中的空调变频器内部图1.电动变频压缩机转速控制如下图所示电动变频压缩机转速控制2.新款Prius的空调系统的改进(１)新系统采用了ES18型电动变频压缩机；(２)所有车型都将自动空调系统作为标准配置而采用；(３)新系统采用了鼓风机脉冲控制器；(４)车内温度传感器增加了湿度传感器功能；(５)采用了紧凑、轻型和高效的电动水泵；(６)采用了模糊控制功能来计算要求的出风口温度(TAO:出风口温度)和自动空调控制系统的鼓风量。二、系统图和主组件位置图主组件位置图三、空调其他部件介绍1.蒸发器新车型采用了RS(改良型条状)蒸发器ꎮ在蒸发器装置的顶部和底部有储液罐并使用了微孔管结构，从而达到增强了导热性、散热更集中、使蒸发器更薄的效果。2.暖风机芯采用SFA(直吹铝制)暖风机芯，与传统SFA暖风机芯是同样的直吹(全程吹风)型暖风机芯。3.PTC暖风机和鼓风机脉冲控制器如图所示，2个PTC(正温度系数)暖风机安装在暖风机芯上，电流通过PTC元件来加热流经散热片的空气。NoImage三、空调其他部件介绍4.冷凝器，新款Prius保留了旧款Prius的分级制冷冷凝器。5.水泵，Prius系统采用了电动水泵。6.车内温度和湿度传感器如图所示，湿度传感器被加入到了车内温度传感器中，通过检测车内的湿度，这个功能优化了空调系统操作期间的除湿效率。7.空气过滤器鼓风机装置内的空气过滤器(标准型粒子过滤器)能够除去粉尘。NoImage四、自诊断空调ECU具有自诊断功能，它以故障码的形式将所有操作故障存储在空调系统存储器中，通过操作空调控制开关，存储的故障码可显示于复式显示器上，由于诊断结果的存储由蓄电池直接提供电能。所以，在点火开关关闭后它们也不会消失。修理中可进行如下工作:可利用指示灯检查模式和温度设定显示，可利用传感器检查过去的和现在的传感器空调变频器的故障，清除过去的故障数据，可利用执行器检查模式检查鼓风机电动机、伺服电动机和电磁式离合器是否按ECU信号正常工作。1.叙述电动汽车空调的制冷方式。2.汽车空调压缩机有哪几种类型？3.简述电动变排量涡旋式制冷压缩机原理。练习题