關(guān)于對(duì)新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的分析

唐靜嫻

江蘇省淮陰商業(yè)學(xué)校 江蘇省淮安市 223001

1 引言

新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)基本相同，差異主要表現(xiàn)在空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式和暖風(fēng)的來源上。新能源汽車目前普遍采用電動(dòng)壓縮機(jī)制冷，高壓電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)由動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)車暖風(fēng)通常采用電加熱方式，電加熱方式也分為兩種：一種是通過加熱冷卻液，再經(jīng)過循環(huán)為暖水箱提供熱量（目前為主流）；另一種是直接加熱經(jīng)過蒸發(fā)箱的空氣實(shí)現(xiàn)暖風(fēng)。而對(duì)于強(qiáng)混車輛，其暖風(fēng)的來源在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液作為熱源，在EV模式時(shí)一般采用電加熱的PTC來提供熱源。

2 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)概述

空調(diào)系統(tǒng)是汽車內(nèi)部舒適性體系的關(guān)鍵部分。隨著新能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，將積極推進(jìn)新能源汽車的發(fā)展創(chuàng)新，為汽車應(yīng)用領(lǐng)域提供全新的發(fā)展方向。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)汽車的使用功效與實(shí)用功能，還需要通過科學(xué)運(yùn)用新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)核心技術(shù)，以提升新能源汽車空調(diào)的效率，使新能源車輛的舒適度得到保證。由于新能源車輛的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)車輛，為適應(yīng)新能源車輛的需要，空調(diào)系統(tǒng)的供能方案也與傳統(tǒng)車輛有較大差異，這就導(dǎo)致了新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)不同。強(qiáng)化新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，提高新能源汽車空調(diào)效率，是積極促進(jìn)新能源我國汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵手段，在新能源汽車行業(yè)科技發(fā)展中有著非常關(guān)鍵的作用。

3 新能源汽車空調(diào)發(fā)展的現(xiàn)狀

空調(diào)控制系統(tǒng)是提升新能源車舒適度的關(guān)鍵因素，它能夠針對(duì)不同的要求調(diào)整車內(nèi)溫度控制。新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力源并不同于傳統(tǒng)燃料車，由于新能源車輛以發(fā)電和產(chǎn)生混合動(dòng)能為主，而由于新能源車輛的總?cè)萘渴呛愣ǖ?，因此空調(diào)系統(tǒng)的總功率也會(huì)影響傳統(tǒng)燃料車輛的續(xù)航，使得新能源車輛的空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)上更為節(jié)能有效。根據(jù)中國新能源汽車行業(yè)的實(shí)際狀況，中國新能源熱發(fā)電汽車空調(diào)系統(tǒng)主要包括了直接使用能源的熱泵空調(diào)系統(tǒng)和使用汽車余熱的制冷空調(diào)系統(tǒng)。由于這些空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用，將對(duì)新能源車的整體構(gòu)造與功能產(chǎn)生一定的影響，所以有必要加大對(duì)中央空調(diào)整體技術(shù)的分析研究。由于清潔燃料汽車產(chǎn)業(yè)的日漸成長和國家政策的積極扶持，新能源汽車日益得到人們的青睞?？照{(diào)系統(tǒng)作為車輛駕乘者舒適的基本功能要求，也就一定會(huì)產(chǎn)生比較高的需求。在新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域方面，由于目前受限于動(dòng)力電池科技的進(jìn)展以及車輛續(xù)航里程的短板，導(dǎo)致汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的節(jié)電效率已變成第一大考量因素。從目前空調(diào)科技的發(fā)展趨勢(shì)以及工作效率來看，熱泵式空調(diào)系統(tǒng)完善的工作性能也將成為重要的技術(shù)趨勢(shì)，雖然當(dāng)前的新能源汽車已可以克服一些存在的技術(shù)問題，但隨著時(shí)代的進(jìn)展，進(jìn)一步完善新能源汽車的空調(diào)控制系統(tǒng)也將是必須達(dá)到的目的目標(biāo)。

4 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)分析

4.1 熱泵式空調(diào)技術(shù)

熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)原理是運(yùn)用熱泵原理，進(jìn)行車內(nèi)冷卻、采暖功能。理論上，利用熱泵技術(shù)能夠達(dá)到三點(diǎn)零以上的能效比，更適合于新能源汽車的發(fā)展。同時(shí)，由于熱泵式空調(diào)控制系統(tǒng)的主體控制驅(qū)動(dòng)方法是電動(dòng)壓縮機(jī)，有獨(dú)特的空氣供能機(jī)制，因此新能源車輛的正常行駛速度對(duì)熱泵式空調(diào)控制系統(tǒng)影響不大。而這種方法最重要利用的基本原理就是：在外界空氣進(jìn)入不動(dòng)時(shí)，利用熱泵技術(shù)迅速升溫，將空氣經(jīng)由新能源車輛內(nèi)部的窗戶排出。不但能夠?qū)崿F(xiàn)新能源車輛內(nèi)的正?？諝饬魍?，還能夠達(dá)到在低溫氣候下對(duì)汽車門窗玻璃產(chǎn)生的除霜效應(yīng)。而熱泵空調(diào)控制體系中的空氣循環(huán)系統(tǒng)，一般是利用加熱新能源車輛底部排出的空氣，從而控制車內(nèi)溫度。也就是由于這樣的技術(shù)，對(duì)于熱泵式空調(diào)系統(tǒng)，能夠具備不錯(cuò)的溫度控制性能，同時(shí)效率也比高，但在低溫狀態(tài)下，制熱效率卻較差，所以熱泵技術(shù)就必須和PTC加熱器或用太陽能輔助的熱泵技術(shù)加以補(bǔ)充，而PTC火電機(jī)組則是一個(gè)對(duì)具備良好制熱技術(shù)的能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的補(bǔ)充裝置。而由于采用PTC熱敏電阻器件，則能夠有效增強(qiáng)節(jié)能的汽車在冬季制熱性能，提高車輛舒適性。但由于PTC加熱器系統(tǒng)為汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的附屬功能，因此必須合理利用，主要因素是PTC加熱器系統(tǒng)會(huì)耗費(fèi)大量新能源車輛的能量，并損害了新能源車輛的續(xù)航性能。

太陽能輔助熱泵技術(shù)通過合理布局太陽能電池板，使用太陽能電池板所產(chǎn)生的能量作為熱泵技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)的輔助能量，有助于改善空調(diào)系統(tǒng)的室溫調(diào)整能力以及新能源車輛的續(xù)航能力。

4.2 燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)

在燃料電池汽車上，充分利用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)余熱進(jìn)行制冷和采暖，可以有效降低能耗，并改善燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)散熱問題，符合新能源汽車的發(fā)展要求。在實(shí)際的使用中，燃料電池主要是通過燃料與氧化劑的反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為新能源的動(dòng)力。燃料電池使用過程中，轉(zhuǎn)化的發(fā)電效率和熱效率幾乎相當(dāng)，各占50%左右，如果對(duì)這部分余熱通過轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)行綜合回收利用，將有效提高燃料電池的利用效率。而且，當(dāng)燃料電池過熱時(shí)，需要合理利用余熱，減少余熱對(duì)新能源汽車的影響，燃料電池余熱可作為新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的主要能源，實(shí)現(xiàn)新能源汽車空氣質(zhì)量控制調(diào)節(jié)，在一定的程度上提升了新能源的使用效率，在單位能源的基礎(chǔ)上，達(dá)到高的能效比，同時(shí)也能夠降低空調(diào)使用成本，從而減少車輛使用的成本，提高性價(jià)比。使用燃油動(dòng)力電池余熱已經(jīng)成為新能源汽車空調(diào)的重要能耗，因此人們必須結(jié)合實(shí)際狀況，合理地選用空調(diào)的冷卻方案，而目前，人們普遍選用了吸附式冷卻式空調(diào)體系，進(jìn)行汽車內(nèi)部溫度調(diào)控。由于吸附式冷卻式空調(diào)體系的重要熱源是來自于燃油電池發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的余熱，所以中央空調(diào)系統(tǒng)功率極低，從而有效減少了新能源汽車的重要能耗。使用燃油動(dòng)力電池余熱的空調(diào)控制系統(tǒng)總體能耗約占所有新能源車輛功率的百分之四，有效提升了新能源車輛的續(xù)航力量。在燃油動(dòng)力電池余熱使用空調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)踐過程中，在燃油電池汽車引擎開啟前，提前開啟熱截止閥。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，通過控制燃料電池的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷卻水液自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)熱交換器的換熱，再得到余電能量，并進(jìn)行整車內(nèi)部溫度控制調(diào)整動(dòng)力源。

和傳統(tǒng)的汽車空調(diào)相比，新能源的空調(diào)系統(tǒng)本身減少了對(duì)能源的消耗，同時(shí)，在空調(diào)技術(shù)的應(yīng)用方面更多依靠提升使用效率來實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能，而且新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)在使用的過程中，和汽車的行駛速度關(guān)系并不大，這就不會(huì)對(duì)新能源汽車的使用方式產(chǎn)生影響，整體的使用更加簡單，而且由于電力驅(qū)動(dòng)，因此很多時(shí)候不會(huì)產(chǎn)生過大的噪音，本身的使用壽命也比較高，所以相較于傳統(tǒng)的汽車空調(diào)，新能源汽車空調(diào)具有更高的可靠性和性價(jià)比。

4.3 空調(diào)加熱技術(shù)

PTC加溫設(shè)備和電加熱管升溫模型都是當(dāng)前最為普及的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)制熱模型。因?yàn)樵谠摲N制熱模型下，空調(diào)控制系統(tǒng)的發(fā)熱能全部由PTC芯體承受，使得在該模型下空調(diào)控制系統(tǒng)的熱功率一般超過四安培。PTC加溫設(shè)備由于自身具備功率低、性能穩(wěn)定安全、交直流通用、體積小，且最高工作時(shí)額定電流高達(dá)幾十安沛等優(yōu)點(diǎn)，從而成為了純電動(dòng)汽車熱源的理想選擇。另外，由于純電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)電能大部分都是由動(dòng)力電池供給的，所以，在冬季采暖時(shí)，空調(diào)控制系統(tǒng)就可以直接地把采暖芯體和動(dòng)力電池聯(lián)系在一塊，而后再利用在采暖芯體上設(shè)置PTC或電阻等采暖部件的方法，就可以直接地按照車輛內(nèi)成員的設(shè)定條件提出具體的問題。而這樣利用人為電能調(diào)節(jié)并控制電壓大小和熱能的方法，不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)容易、使用溫度款，而且同時(shí)降低了在空調(diào)控制系統(tǒng)工作過程中的熱能損失，從而提高了隨著車輛內(nèi)水溫提高的熱速率。

4.4 空調(diào)制冷技術(shù)

現(xiàn)階段，中國國內(nèi)純電動(dòng)汽車的空調(diào)控制系統(tǒng)，在冷卻時(shí)與傳統(tǒng)轎車所使用的冷卻方式大體相近。在空調(diào)控制系統(tǒng)的整個(gè)工作流程中都是由動(dòng)力電池直接為電子壓氣機(jī)供給能量，而通過蓄電池供給的能量則成為了當(dāng)前汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷時(shí)最常用的工作方式之中，這個(gè)設(shè)計(jì)模式就和傳統(tǒng)的通過電池供電驅(qū)使電動(dòng)無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)牽引擠壓機(jī)工作的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)冷卻方式一樣，該種空調(diào)系統(tǒng)工作方式通過電子模塊系統(tǒng)單元組成，可以自由調(diào)整擠壓機(jī)工作的持續(xù)時(shí)間和速度，從而大大提高了車輛內(nèi)能源的使用率。盡管電力壓縮機(jī)控制系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔、體積小，且冷卻效能較高等優(yōu)勢(shì)已被廣泛于純電動(dòng)汽車的空調(diào)制冷體系中，不過這些空調(diào)系統(tǒng)的冷卻方案還是面臨著增加純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的困難。而且如果是在北方地區(qū)應(yīng)用的話，純電動(dòng)汽車其航里程數(shù)損失往往會(huì)大于百分之五十，所以，也提高了該技術(shù)推廣與使用的困難。

5 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

新能源汽車也是中國節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容，其未來的主要發(fā)展方向就是持續(xù)地利用各種高品位能量，以提升汽車能量的效率，而新能源空調(diào)管理系統(tǒng)在其中的作用也不容小覷。在空調(diào)管理系統(tǒng)中，能量支出的重要組成部分就是制冷、制熱管理系統(tǒng)。從空調(diào)系統(tǒng)的層面上來看，由于其能量主要集中于壓縮機(jī)，因此通常要耗費(fèi)的能量、機(jī)械能比較多;而制冷系統(tǒng)則耗費(fèi)的能量要更大，并可利用余電等能量。所以，人們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車空調(diào)控制系統(tǒng)總體方案之時(shí)，就必須綜合考慮整個(gè)汽車的能量分配情況，并選取最合理的技術(shù)方法，在人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展過程中，對(duì)新能源技術(shù)對(duì)于汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的節(jié)能及保護(hù)性能的需求也愈來愈高，所以在未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，新能源空調(diào)控制系統(tǒng)就該有效克服了制冷、制熱二大關(guān)鍵性難點(diǎn)另外，未來新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向還是聚焦于高效操控，以及節(jié)電保護(hù)技術(shù)方面的。在空調(diào)控制系統(tǒng)技術(shù)方面上，常規(guī)汽車空調(diào)體系目前只能通過ECU對(duì)電控系統(tǒng)加"變排量調(diào)節(jié)"。在工作效率上有所提高。新能源電動(dòng)汽車使用電動(dòng)壓縮機(jī)，在電控制應(yīng)用領(lǐng)域我們應(yīng)該參考家庭空調(diào)的操控方式使用"變頻電機(jī)操控"，而目前各大空調(diào)制造商也已開始研發(fā)交流智能變頻電動(dòng)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，而目前變頻空調(diào)在技術(shù)上也已較為完善，主攻方向主要是車站內(nèi)的應(yīng)用。而另外一種技術(shù)應(yīng)用也可參考家庭中央空調(diào)系統(tǒng)，即熱泵式技術(shù)。因?yàn)榧彝タ照{(diào)在制冷時(shí)有巨大的熱量損失，若能合理使用熱能轉(zhuǎn)換，不僅能夠提高效率還能減少續(xù)航里程壓力。此電子空調(diào)系統(tǒng)比較于其他的空調(diào)系統(tǒng)有著不少優(yōu)勢(shì)，但是在純電動(dòng)汽車上匹配時(shí)必須重視對(duì)整機(jī)特性的影響，尤其是續(xù)駛里程與最高速度，不可厚此薄彼，要綜合考量，系統(tǒng)內(nèi)各部分的使用都要以環(huán)保為中心。電車上的空調(diào)系統(tǒng)，目前大多使用的都是電動(dòng)壓縮機(jī)式空調(diào)系統(tǒng)，但是其它類型的空調(diào)系統(tǒng)也有較大的發(fā)展[4]。要讓電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)更加節(jié)約有效，可從下面這樣一些視角去著力解決問題：（1）研發(fā)更高效率的直流渦旋壓縮機(jī);（2）研究控制更精確、更節(jié)電的硅電子膨脹閥;（3）選用高效率的過冷式平行流冷凝器;（4）通過改進(jìn)微通道蒸發(fā)器構(gòu)造，使制冷劑的揮發(fā)程度更均勻。

6 結(jié)語

綜上所述，新能源汽車作為未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)，會(huì)采用更多新技術(shù)，已達(dá)到更好的綜合使用效果和客戶體驗(yàn)。隨著新能源汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，新能源汽車空調(diào)技術(shù)必然會(huì)更加完善和成熟，從而達(dá)到更好的使用效果，創(chuàng)造更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。