電動汽車空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計

（北京奔馳汽車有限公司 100176)

0 引言

汽車空調(diào)主要是調(diào)節(jié)汽車車廂內(nèi)部的空氣質(zhì)量，同時對車廂內(nèi)部的濕度進(jìn)行控制，以及對空氣進(jìn)行過濾等，給予駕駛員和乘客最舒適的車內(nèi)感覺。到目前為止，我國的汽車空調(diào)調(diào)整模式主要是靠手動控制，這樣的控制方式很容易導(dǎo)致車廂內(nèi)的溫度，無法達(dá)到我們要求的舒適性和節(jié)能性。另一方面也使得司乘人員的工作量增加，注意力分散，不利于安全駕駛。因此，對于汽車車廂內(nèi)空調(diào)的多溫區(qū)控制系統(tǒng)的設(shè)計就變得十分重要。

1 電動汽車空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和設(shè)備選型

1.1 空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求

為了確保乘客能夠感受到舒適性和空調(diào)系統(tǒng)的可靠性，在進(jìn)行電動汽車的空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計的過程中提出了以下幾點要求。

（1）提高電動汽車空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)的可靠性，避免運(yùn)行出現(xiàn)故障。

（2）提高乘客與駕駛?cè)藛T的舒適性，可精準(zhǔn)控制溫度。設(shè)定車內(nèi)溫度后，波動范圍要控制在設(shè)定范圍的±1℃之內(nèi)。能夠?qū)崿F(xiàn)快速制冷和制熱的目的，同時讓車廂內(nèi)的溫度快速達(dá)到目標(biāo)值。

（3）多溫區(qū)控制系統(tǒng)要具備良好的操作性能，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化操作，方便司乘人員進(jìn)行操作控制。

（4）能夠自動檢測故障，同時在故障模式情況下能夠自動啟動應(yīng)急措施，同時還要具備顯示故障代碼的功能。

1.2 系統(tǒng)的驅(qū)動形式和設(shè)備選型

傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是依靠發(fā)動機(jī)提供動力，而電動汽車的空調(diào)驅(qū)動方式，是借助電動機(jī)帶動壓縮機(jī)進(jìn)行工作。汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)備主要包括：冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機(jī)與膨脹閥等。根據(jù)電動汽車的空調(diào)特性，主要選用渦旋式壓縮機(jī)，渦旋式壓縮機(jī)可以壓縮容積，是由1個固定的漸開線渦旋盤和1個漸開線運(yùn)動渦旋盤組成。由于微通道換熱器屬于緊湊高效、特性好、節(jié)能及可持續(xù)發(fā)展的換熱器，所以電動汽車的空調(diào)制冷換熱系統(tǒng)選擇微通道換熱器。因為熱力膨脹閥無法對隔熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝，而且很容易受到熱輻射的影響，對冷媒效果產(chǎn)生影響，為了對數(shù)字控制器進(jìn)行更好的控制，最終選擇電動式膨脹閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱力膨脹閥。

2 電動汽車空調(diào)多溫區(qū)控制系統(tǒng)的分區(qū)

2.1 車廂內(nèi)部的能量平衡

汽車的車廂可以看成一個單獨的定容、定壓系統(tǒng)。對于汽車車廂的乘坐區(qū)域，我們只需要考慮陽光照透過車身防護(hù)結(jié)構(gòu)以及玻璃表面能夠傳入的熱量、人體新陳代謝的熱量以及空氣傳入的熱量，此外還有車廂的送風(fēng)區(qū)、回風(fēng)區(qū)以及乘坐區(qū)之間的熱交換。

2.2 車廂內(nèi)乘客乘坐區(qū)的濕度

車廂內(nèi)部環(huán)境控制的重要參數(shù)之一就是車內(nèi)濕度，不僅對車窗玻璃的除霜性產(chǎn)生影響，同時也對乘客乘坐汽車的舒適度產(chǎn)生影響[1]。在目前的汽車電控系統(tǒng)中，與濕度有關(guān)系的傳感器主要是：表面溫度傳感器、環(huán)境溫度傳感器以及相對濕度傳感器。

3 空調(diào)制冷系統(tǒng)的建立

電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)沒有太大的區(qū)分。筆者在此主要是以熱泵式電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)為例（圖1），該系統(tǒng)主要由：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器以及膨脹閥4部分組成。與傳統(tǒng)汽車空調(diào)相比還是有所不同的，它主要是采用了電動壓縮機(jī)，通過壓縮機(jī)內(nèi)部的無刷直流電動機(jī)直接來對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動[2]。

圖1 電動汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷劑回路圖

4 電動汽車空調(diào)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

電動汽車的整車控制系統(tǒng)如圖2所示，主要是動力電池的控制單元、儀表控制單元、空調(diào)控制單元以及電機(jī)控制單元等。而電動汽車空調(diào)控制單元的電路電氣設(shè)計主要包括下幾個控制單元。

圖2 電動汽車控制電路圖

4.1 溫度控制

在整個控制流程中，主控單元是通過設(shè)定模式、設(shè)定溫度以及車內(nèi)溫度，對壓縮機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行判斷。同時將該頻率的數(shù)據(jù)上傳到負(fù)責(zé)驅(qū)動壓縮機(jī)的變頻器控制單元，通過改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制車廂內(nèi)的溫度。

4.2 風(fēng)速控制

主控單元通過風(fēng)速的設(shè)定值計算出風(fēng)機(jī)的出風(fēng)頻率，同時將頻率值上傳到驅(qū)動風(fēng)機(jī)的變頻器控制單元。

4.3 保護(hù)功能

對各個系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，主要包括：系統(tǒng)的高壓保護(hù)和低壓保護(hù)、壓縮機(jī)的排氣溫度保護(hù)、變頻器的溫度過高保護(hù)以及電流過大保護(hù)等。

4.4 冷媒流量自動控制

通過對電子膨脹閥的控制來實現(xiàn)對冷媒流量的控制。根據(jù)壓縮機(jī)溫度與系統(tǒng)溫度的數(shù)值，對閥門開度實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，確?？照{(diào)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的溫度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電動汽車的空調(diào)節(jié)能目標(biāo)。

4.5 智能除霜功能

通過四通閥的換向?qū)崿F(xiàn)對車外換熱器的加熱，進(jìn)而實現(xiàn)除霜目的。主控單元負(fù)責(zé)對系統(tǒng)進(jìn)行智能判斷與管理。

4.6 換氣控制閥

通過控制換氣控制閥的開關(guān)，實現(xiàn)車內(nèi)外的空氣交換，確保車內(nèi)的空氣新鮮。

5 結(jié)束語

隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，電動汽車也得到了迅速的推廣與發(fā)展，電動汽車的空調(diào)多溫區(qū)控制也顯得十分重要。雖然目前的電動汽車空調(diào)已取得了較大的成就，但還是需要加大研究力度，為駕駛員和乘客帶來更加舒適的乘車環(huán)境。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡廣地,朱仲文,王國巧,郭瑞華,周巧.一種座椅接觸面溫度獨立可調(diào)的汽車座椅空調(diào)系統(tǒng)[P].四川：CN104608592A,2015,05,13.

[2]罔清泉,滿旋壓縮機(jī)發(fā)展概述和選型對比分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2015,53(2)：56-59.