新能源汽车辅助电器及设备

新能源汽车安全舒适系统检修第一部分新能源汽车空调系统检修电动空调系统由于能量效率高、调节方便、舒适性好等优点逐步成为新能源汽车空调研发应用的热点和发展趋势，其主要优点如下。1.电驱动压缩机空调系统可以采用全封闭的HFC134a系统及制冷剂回收技术，整体的高度密封性可以减小正常运行以及修理维修时制冷剂的泄漏损失，从而减少了对环境的污染。2.电动空调的压缩机靠电动机驱动，因此可以通过精确地控制以及在常见热负荷工况下的高效率运行来降低空调系统的能耗，从而提高整车的经济性。3.采用电驱动，噪声较低、可靠性高、故障率低、使用寿命长。4.可以在上下车之前预先启动电动空调，对车厢内的空气进行预先调节，增加乘客的舒适性，而传统空调则必须先启动发动机才能启动空调。图1-1汽车电动空调系统的组成完善的汽车电动空调系统应由暖风系统/加热器单元、制冷系统、送风系统、空气净化过滤系统、控制系统几大部分组成，整体结构如图1-1所示。情境一新能源汽车空调制冷系统目前国内常见的新能源汽车包括主要包括纯电动汽车EV和混合动力电动汽车HEV，电动空调除了压缩机和控制模式，其他主要零部件还是沿用燃油汽车空调的零部件，主要包括：压缩机、冷凝器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器、鼓风机等。传统发动机驱动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。发动机和电动机驱动的混合动力型面向以发动机为主体、电动机为辅的车辆（混合动力汽车中的弱混、中混）一般采用带传动和电动机驱动兼顾的混合式压缩机。单纯使用变频电动机驱动型对于以电动机为主体（强混、EV电动）的车辆，一般则采用电动压缩机。表1-1空调压缩机分类一、压缩机根据新能源汽车的类型不同，空调压缩机分类如表1-1所示。1.斜盘式压缩机斜盘式压缩机是一种轴向往复活塞式压缩机，斜盘式和摆盘式压缩机同属于轴向往复活塞式压缩机。它们之间的不同是摆盘式的活塞运动属单向作用式，而斜盘式的活塞运动属双向作用式。所以有时又把它们分别称作单向斜盘式压缩机和双向斜盘式压缩机。斜板式压缩机比较容易实现小型化和轻量化，而且可以实现高转速工作。斜板式压缩机的结构紧凑、效率高、性能可靠，在实现了可变排量控制之后，目前更广泛应用于汽车空调。（一）发动机驱动型压缩机斜盘式压缩机结构如图1-3所示。斜盘式压缩机的主要零件有缸体，前后缸盖，前后阀板，活塞。它的斜盘固定在主轴上，钢球用滑靴和活塞的联结架固定。图1-3斜盘式压缩机的结构2．旋转叶片式压缩机旋转叶片式压缩机的气缸形状有圆形和椭圆形两种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合。作为第三代压缩机，由于旋转叶片式压缩机的体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调系统中也得到了一定的应用。但是旋转叶片式压缩机对加工精度要求很高，制造成本及维修成本都较高。图1-4所示为旋转叶片压缩机的结构，转子上的叶片将气缸分成几个空间，当主轴带动转子旋转一圈时，这些空间的容积不断发生变化，气态制冷剂在这些空间内也发生体积和温度上的变化。旋转叶片式压缩机没有吸气阀，因为叶片能完成吸人和压缩制冷剂的任务。如果有两个叶片，则主轴旋转一圈有两次排气行程。叶片越多，压缩机的排气波动就越小。图1-4旋转叶片式压缩机结构3．涡旋式压缩机涡旋式压缩机可称为第四代压缩机，其结构如图1-5所示，主要由驱动机构总成、涡旋体总成、排气阀组、离合器总成、前端盖、万向推力轴承、缸体等组成。图1-5涡旋式压缩机结构涡旋式压缩机具有很多优点，如压缩机体积小、重量轻，驱动动涡轮运动的偏心轴可以高速旋转。由于没有了吸气阀和排气阀，涡旋压缩机运转可靠，而且容易实现变转速运动和变排量技术。多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高。涡旋式压缩机以其结构紧凑、高效节能、微振低噪及工作可靠性等优点，在小型制冷领域得到越来越广泛的应用，也因此成为汽车压缩机技术发展的主要方向之一。即使发动机不工作，空调控制系统也能正常工作。这样，能达到良好的空气状况，也减少了油耗。由于采用了电动变频压缩机，压缩机转速可以被控制在空调ECU计算的所需转速内。因此，冷却性能和除湿性能都得到了改善，并降低了功率消耗。压缩机的进气、排气软管采用了低湿度渗入软管，这样可以减少进入制冷循环中的湿气。压缩机使用高压交流电。如果压缩机电路发生开路或短路，HV-ECU将切断空调变频器电路来停止向压缩机供电。丰田Prius上的ES18电动变频压缩机由内置电动机驱动，空调变频器提供的交流电(201.6V)驱动电动机，变频器集成在在混合动力系统的变频器上，如图1-6所示。（二）电动变排量涡旋式制冷压缩机图1-6ES18电动压缩机及变频器为了保证压缩机和压缩机壳内部高压部分的绝缘性能，新款Prius采用了有高绝缘性的压缩机油(NDII)。因此，绝对不能使用除ND11型压缩机油或它的同等品外的压缩机油，如图1-7所示。图1-7只能加注NDII压缩机油1．电动变排量涡旋式制冷压缩机结构如图1-8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。图1-8电动变频压缩机内部结构压缩固定蜗形管安装在壳体上，轴的旋转引起可变蜗形管在保持原位置不变时发生转动，这时，由这对蜗形管隔开的空间大小发生变化，实现制冷气的吸入、压缩和排出等功能。将进气管直接放在蜗形管上可以直接吸气，从而可以提高进气效率。压缩机中有一个内置油挡板，可以挡住制冷循环过程中与气态制冷剂混合的压缩机油，使气态制冷剂循环顺畅，从而降低机油的循环率。2．电动变排量涡旋式制冷压缩机工作原理工作原理如图1-9所示。(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。图1-9电动变频涡旋压缩机工作原理二、冷凝器冷凝器的作用是把高温高压气态制冷剂的热量传给大气，使制冷剂冷凝成液体。冷凝器大多布置在车头散热水箱前面，由冷却系统风扇或冷凝器风扇或两者共同其进行冷却汽车空调系统的冷凝器（包括蒸发器）是一种由管子与铝散热片组合起来的热交换设备。其作用是将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气进行冷却，并使其凝结为液体，凝结时所放出的热量被排至大气中。冷凝器的材料可以是铜、钢、铝，现在以铝质居多。管子做成各种盘管状，散热片是为了增大冷凝器的散热面积，而且可支承盘管。丰田Prius冷凝器的冷却循环系统采用了分级制冷循环，这样，导热性增强，如图1-10所示，分级制冷循环分为冷凝和超冷两部分，并在两者之间有一个气液分离器。经过调节器的液体制冷剂在超冷部分被再次冷却，增加了制冷剂自身的冷却容量，从而可以得到高效的制冷性能。图1-10分级制冷冷凝器三、蒸发器蒸发器是使液态雾状制冷剂在其间蒸发冷却。车内湿热空气通过蒸发器时碰到冰冷管心和散热片，空气骤冷，湿气凝结成露水沿导流管排出车外。冷干空气经风机作用循环于车内，蒸发器空气进口处装有过滤器，可净化车内空气，使车厢内空气舒适宜人，最终体现了汽车空调的作用。新车型采用了RS（改良型条状）蒸发器，如图1-11所示。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。为了最大的减少异味和细菌的滋生，蒸发器体涂抹了几层含有灭菌剂的树脂。在这层树脂的下面是一层保护蒸发器的铬酸盐自由层。图1-11RS蒸发器四、膨胀节流装置汽车空调系统用的节流装置有膨胀阀和节流孔管，它们的功能是：当高压高温液态制冷剂经过这类小孔径装置后，其流量受到节制而减少。减少流量的制冷剂进入有较大空间的蒸发器后，压力降低，制冷剂雾化成液态微粒，温度随压力同时降低。压力的降低使得制冷剂蒸发膨胀，同时要吸收大量热量。车厢内的空气热量经过蒸发器时被蒸发的制冷剂吸收，从而使车厢降温。膨胀节流装置较常见的有内、外平衡式膨胀阀，H型膨胀阀，固定孔径的节流孔管。图1-12内平衡热力膨胀阀图1-12所示为内平衡热力膨胀阀。遥控温包，内装惰性液体或制冷剂液体，固定在回气管路上。当蒸发器出口温度较高时，温包内液体温度随之上升，从而压力也增高。高压作用在膜片上侧，当数值上大于蒸发器进入压力和过热弹簧压力总和时，针阀离开阀座，阀门开启，制冷剂流入蒸发器。针阀开启后，较多的制冷剂进入蒸发器，蒸发器内压力上升，回气温度降低，膜片下侧压力增加，上侧压力降低，阀门关闭。由于膜片上、下侧压力经常处于不平衡状态，所以阀门不断地作开启、闭合的循环。2．外平衡热力膨胀阀图1-13为外平衡热力膨胀阀的图形。外平衡式膨胀阀的结构和部件与内平衡式相似，只是向上施于膜片的压力是由外平衡管从蒸发器出口处引入的，这样就弥补了由蒸发器入口至出口端内部压力损失的影响，可加大阀心调节范围和准确度，缩小过热气体所占通道空间，从而提高蒸发器的制冷量。这种外平衡式膨胀阀适用于制冷量较大，蒸发器通道较长，压力损失大的制冷系统，如大中型客车、旅行轿车等，内平衡式则多用于经济型轿车、货车、后装车等。膨胀阀的调节螺丝分为外调式和内调式两种。内调式的已在出厂时调整好，不应随意调整。外调式则需有经验的维修人员来调定。3．H型膨胀阀H型膨胀阀因其内部构造如字母H而得名，这种膨胀阀安装在蒸发器进气管与回气管之间，使温度传感器直接置于蒸发器出口处制冷剂中，反应快捷，不受环境及感温包位移、接触不实（内、外平衡式膨胀阀的缺点）的影响。4．孔管式节流装置孔管式节流装置是一种阻尼元件，外观为一管形件。制冷剂由进口经过滤器过滤，再经节流孔降低高压制冷剂液体压力，最后经过滤器流入蒸发器。图1-14为孔管式节流装置。图1-14孔管式节流装置由于制冷剂经过此装置时只能节流而不能对制冷剂的流量进行调节，故当蒸发器的温度降到一定值后，可由恒温器来对离合器进行通断的控制，从而调节制冷剂的流通。也有用防霜压力开关对离合器通断进行控制的，这种孔管静态节流与离合器通断控制相结合的形式称为孔管节流系统“CCOT”系统。这种制冷系统即节能又可靠，被通用、福特、丰田、大众等汽车公司普遍采用。五、储液干燥器和气液分离器1．储液干燥器（结构如图1-15所示）储液干燥器一般都是密封焊死的钢质或铝质压力容器，一般不能拆装，修理工一般称为干燥罐。里面放有干燥剂、过滤网。从冷凝器来的高压液态制冷剂从上部进入罐中，经过过滤干燥后，从底部（液体制冷剂区域）由引管排出至膨胀阀。观察制冷剂流动情况的镜片正对着流出来的制冷剂。它的功能是储存液体、吸收水分、过滤脏物、观察制冷剂流动工况。如图1-15储液干燥器2．气液分离器气液分离器是里面装有干燥剂且把气液制冷剂分离开的容器。是与孔管节流方式配套的装置，装在蒸发器出口与压缩机进气管之间，结构如图1-16所示。系统工作时，制冷剂进入容器中，液态的沉入容器底部，气态的从顶部被吸回压缩机中。容器底部有小孔允许少量液态制冷剂与润滑油进入压缩机，因量小故不会产生液击，润滑油则保证了压缩机的润滑冷却需要。此容器做的较大，因为要容纳较多的气态制冷剂。它要与孔管配套使用，故此系统无膨胀阀，且已具有过滤干燥功能，亦不必有储液干燥器。情境二热泵式汽车空调系统混合动力（轻混）以及纯电动汽车空调系统制冷、供暖和除霜所需能量均来自于整车动力电池。作为电动汽车功耗最大的辅助子系统，空调系统的使用将极大的降低其续驶里程。因而，通过优化电动汽车空调系统的设计以提高其性能对提高电动汽车续驶里程，推广电动汽车的应用有着重要意义。没有用来采暖的发动机余热，不能提供作为汽车空调冬天采暖用的热源，必须自身具有供暖的功