新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)研究

宋美玉

摘要：在社會(huì)大發(fā)展背景下，能源形勢(shì)緊張及環(huán)境污染已經(jīng)成為全球性的熱點(diǎn)話題，而通過對(duì)新能源的利用，對(duì)過去傳統(tǒng)化石燃料給與替代，已經(jīng)成為有效解決上述問題的最有效辦法。同時(shí)對(duì)汽車內(nèi)在的舒適性給與一定的把控，而汽車空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于汽車舒適性的發(fā)揮具有重要的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；空調(diào)系統(tǒng)；制冷劑；壓縮機(jī)

新能源汽車是當(dāng)前國(guó)家大力推廣的新型汽車。由于對(duì)環(huán)境污染小，受到了人們的一致認(rèn)可。在新能源汽車中，電動(dòng)壓縮機(jī)技術(shù)是重點(diǎn)也是關(guān)鍵，電動(dòng)壓縮機(jī)是新能源汽車的主要耗能部件，其效能將對(duì)整機(jī)的耗能產(chǎn)生重要影響。

1新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)

當(dāng)今，新能源汽車為環(huán)境污染和能源短缺提供了解決途徑。但是新能源汽車的成功還需要面對(duì)很多問題，特別是電池能量密度不足問題是目前阻礙電動(dòng)車推廣的頭號(hào)難題。電動(dòng)車因?yàn)闆]有了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，因此無法再采取使用發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶輪為空調(diào)壓縮機(jī)提供動(dòng)力的模式，即便驅(qū)動(dòng)源改為電動(dòng)機(jī)也由于其效率低下而不被采用。因此帶電動(dòng)壓縮機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)被裝配到了新能源汽車上。能源汽車空調(diào)制熱采用熱泵運(yùn)行方式解決，這是未來發(fā)展的理想模式，但是由于目前冷媒技術(shù)發(fā)展限制，多采用PTC或者熱泵+PTC結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)。

2新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1熱泵式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)

（1）熱泵式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)主要是通過對(duì)熱泵技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，通過熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車內(nèi)部的制熱，熱泵技術(shù)理論上能夠達(dá)到3以上的制熱能效比，切合新能源汽車的發(fā)展趨勢(shì)，而且，熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式是電動(dòng)壓縮機(jī)，具有獨(dú)立的能源提供方式，新能源汽車的運(yùn)行狀況與熱泵式空調(diào)系統(tǒng)之間的影響不大。

（2）熱泵技術(shù)主要的工作原理主要是：熱泵空調(diào)制冷工況運(yùn)行時(shí)，與傳統(tǒng)汽油車空調(diào)基本一致。熱泵空調(diào)制熱工況運(yùn)行時(shí)，四通閥換向線接通。這時(shí)室內(nèi)換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發(fā)器。從室外換熱器來的低溫低壓過熱氣經(jīng)四通閥流入氣液分離器，氣體經(jīng)四通閥流入室內(nèi)換熱器放熱冷凝，成為過冷液，過冷液經(jīng)過節(jié)流裝置節(jié)流降壓后成為低溫低壓氣液混合態(tài).進(jìn)入室外換熱器蒸發(fā)吸熱，隨后經(jīng)四通閥和氣液分離器進(jìn)入下一循環(huán)。

（3）熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，具有良好的溫度調(diào)節(jié)能力，適用于現(xiàn)階段的人們的生活中，尤其適用于溫度較低的冬季，具有良好的應(yīng)用效果，冬季時(shí)，環(huán)境溫度為零下12℃時(shí)，熱泵式空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)④噧?nèi)的溫度控制在26℃，確保新能源汽車舒適度。

（4）PTC加熱器與太陽(yáng)能輔助熱泵技術(shù)，通過PTC熱敏電阻元件的使用，可以有效的提高新能源汽車的冬季加熱能力，提高汽車的舒適度，但是作為空調(diào)系統(tǒng)輔助使用的PTC加熱系統(tǒng)需要合理的進(jìn)行使用，主要是由于PTC加熱會(huì)對(duì)新能源汽車的電能進(jìn)行利用，影響新能源汽車的續(xù)航能力。太陽(yáng)能輔助熱泵技術(shù)，需要合理的對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行布置，并將電池板產(chǎn)生的電能作為熱控空調(diào)系統(tǒng)的輔助能源，提高空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)質(zhì)量，提高新能源汽車的續(xù)航能力。

2.2燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)

所謂燃料電池就是在相關(guān)燃料利用過程中與氧化劑發(fā)生相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，然后將發(fā)生反應(yīng)的能源進(jìn)行直接性的電能轉(zhuǎn)換，其在具體的轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到55%-65%，然后將剩余部分通過一定方式轉(zhuǎn)化為廢熱、溫水及蒸汽，通過轉(zhuǎn)化裝置將其能量作為主要的動(dòng)力來源，在具體的能源利用當(dāng)中，其在具體的能源利用率與普通燃料動(dòng)力來源相比，明顯高于后者數(shù)倍。如果在運(yùn)行當(dāng)中存在相應(yīng)燃料電池過熱狀況，會(huì)導(dǎo)致其所具有的工作效率下降，并造成其相關(guān)的性能惡化，所以可將燃料電池所產(chǎn)生余熱能源直接用在相關(guān)車輛供暖當(dāng)中，對(duì)于車輛的經(jīng)濟(jì)效益和能量利用率狀況都具有很好的提升效果，從而使燃料電池在具體的車輛用能方面更加具有合理性。其與傳統(tǒng)的以甲醇和汽油為其燃料的電池相比，在具體的成本、環(huán)境效益以及效率等方面綜合考量來看，在燃料電池汽車當(dāng)中氫是首要的能源選擇目標(biāo)。通過電解質(zhì)的方法可以將燃料電池劃分為五種類型，分別是磷酸燃料電池（PAFC）、堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）以及固體氧化物燃料電池（SOFC）。從相關(guān)的車輛動(dòng)力方面綜合考量來看，世界各大車廠對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池更加關(guān)注和所重視，這種燃料電池的工作電流為（1-5A/cm2，0.7V），其相應(yīng)的比功率高為（0.2-0.3kW/kg），這種能源不僅具有很好的比能量，而且在具體的能量效率上也非常高，在冷啟動(dòng)時(shí)間短也是其它能源所無法比擬的。這種電池所具有的正常工作溫度為65℃-110℃，并且在具體的室溫狀況下其在額定功率還可以達(dá)到85%，其所排出的廢熱溫度可以達(dá)到75℃。如果采用這種燃料作為其能量來源，其在具體的汽車空調(diào)選擇上，可以根據(jù)實(shí)際需要采用吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，利用其排出的熱源來實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵的動(dòng)力供應(yīng)作用，熱源可以從燃料所排出的冷卻水當(dāng)中進(jìn)行提取，吸收式熱泵在輸出功率耗費(fèi)方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)壓縮式空調(diào)系統(tǒng)，其在具體的運(yùn)作過程中只有溶液泵對(duì)少量的電能進(jìn)行消耗，其相關(guān)的總需求的電能狀況與壓縮式熱泵相比，是后者的4%。

3新能源汽車空調(diào)和傳統(tǒng)汽車空調(diào)對(duì)比分析

從傳統(tǒng)的汽車空調(diào)制冷運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)來看，其主要采用的是相應(yīng)壓縮制冷的方式來實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的目的，而其相應(yīng)的制熱只要采用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效冷卻液的使用，然后將其轉(zhuǎn)化為熱源，如果出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度過高的情況，其所存在的冷卻液在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中的熱交換器中流動(dòng)時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)所流出的冷液與相關(guān)的鼓風(fēng)機(jī)所帶來的空氣狀況形成相應(yīng)的交換模式，吹來的空氣經(jīng)過加熱后，在鼓風(fēng)機(jī)的作用下被吹送至整個(gè)車廂的各個(gè)風(fēng)口當(dāng)中。對(duì)于系能源空調(diào)系統(tǒng)來講，由于整個(gè)系統(tǒng)沒有相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱能源利用，在一定程度上就會(huì)造成其相應(yīng)的制熱方式與傳統(tǒng)的制熱方式產(chǎn)生很到的差異，新能源空調(diào)系統(tǒng)在空調(diào)使用方法上主要采用熱泵式空調(diào)系統(tǒng)，電加熱為其相應(yīng)的輔助加熱裝置，整個(gè)燃料電池余熱，可在汽車當(dāng)中得以充分利用。而對(duì)于傳統(tǒng)的汽車空調(diào)壓縮機(jī)來講，其經(jīng)常采用開啟式，也就是說壓縮機(jī)的主軸在具體的輸出功率時(shí)，其主軸就會(huì)向外段伸出，然后講過相應(yīng)皮帶的作用來達(dá)到與發(fā)動(dòng)機(jī)有效連接的目的。在壓縮機(jī)主軸伸出外端部分還具有相應(yīng)的軸封給與固定，從而達(dá)到對(duì)制冷劑外泄有效防治的目的。而對(duì)于新能源汽車的空調(diào)系統(tǒng)來說，通過汽車內(nèi)部的電動(dòng)壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其動(dòng)力的循環(huán)利用的目的，從而較好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)所造成的束縛予以擺脫的目的。電動(dòng)壓縮機(jī)在具體的構(gòu)造上主要分為驅(qū)動(dòng)控制器及相應(yīng)的電動(dòng)壓縮機(jī)，如果將其按照相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分的話，可以將其分為一體式和分體式，所謂的一體式就是指電動(dòng)壓縮機(jī)通過對(duì)相關(guān)變頻的控制，達(dá)到對(duì)能夠消耗有效減少的目的，從而最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的效率提升的作用。而分體式主要通過在上述內(nèi)容當(dāng)中的兩個(gè)部分，在實(shí)際操作中采用分開安裝的方式來進(jìn)行。與此同時(shí)，采用新能源空調(diào)系統(tǒng)，在具體的制冷量上不會(huì)受到相應(yīng)的汽車的行駛速度所造成的影響，能夠?qū)諝鉁囟鹊葏?shù)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，從而達(dá)到對(duì)車上乘客舒適性提升的目的。并且在具體運(yùn)行當(dāng)中，采用電動(dòng)壓縮機(jī)所產(chǎn)生的噪音還比較小，所使用的壽命狀況較長(zhǎng)，乃至整個(gè)汽車的整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性還得到有效的降低。

4結(jié)語(yǔ)

新能源的不斷發(fā)展對(duì)新能源汽車的研發(fā)起到了極大的推動(dòng)作用，在現(xiàn)實(shí)中，新能源汽車的運(yùn)用需要對(duì)其空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)展開有效的研究和探索，以此提升新能源汽車的舒適性，使新能源汽車的設(shè)計(jì)更加人性化，使新能源汽車產(chǎn)業(yè)積極健康的發(fā)展，由此一來，就能夠達(dá)成新能源汽車產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益雙贏的局面。

參考文獻(xiàn)

[1]艾克熱木江·賽買提，趙同.新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)分析[J].汽車與配件，2016（11）：56-57.

[2]李風(fēng)雷，李玉欣.新能源汽車空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)控制技術(shù)研究[J].上海電氣技術(shù)，2013，6（2）.

（作者單位：山東交通職業(yè)學(xué)院）