新能源汽车空调控制系统

新能源汽车空调控制系统

房世忠

牡丹江公路客运有限责任公司

摘要：传统燃油汽车空调结构主要有:压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液罐、控制系统和送风及其管路系统组成。空调压缩机主要动力来源于发动机，空调主要能耗是压缩机和冷凝器。大家熟知传统汽车空调工作原理，这里不再介绍，这类空调共同特点是由发动机直接提供动力，消耗发动功率约为20%，且效率转化值不足40%。如何降低能耗，提高效率一直是空调领域关注的焦点。新能源汽车空调在结构上大体与传统汽车近似，电动汽车空调制冷系统主要由:电动压缩机、电动压缩机控制器、冷凝器、管路系统(液体管、压缩机排气管、压缩机吸气管)、室内温度传感器、室外温度传感器、阳光传感器、空调主机(蒸发器、加热器、温度风门执行器、模式风门执行器、内外循环风门、鼓风器、蒸发器温度传感器)、膨胀阀、空调控制器等零部件构成。但是电动汽车空调系统不但要满足汽车制冷需要，还要制热。目前电动汽车空调制热主要采用PTC加热和电热管加热的两种模式，由于系能源电动汽车动力取自电动机，能量来源与动力电池，所以多数国内车企在使用电动压缩机直接利用蓄电池供电带动其工作，虽然电动压缩机比就流行使用无刷永磁直流电动机，电子控制单元等是其结构简单，体积小、制冷效率高，但是仍然影响电动汽车的续航里程，而且制热的效率也不高。鉴于目前新能源汽车空调现状，其明显的缺陷制约着我国新能源电动汽车的普及。特别是北方地区，冬季车内制热可损失大约50%的续航里程。如果我国要在全国范围内推广新能源电动汽车一些关键技术还亟需解决。

关键词：空调;新能源;汽车;控制

一：新能源汽车空调系统发展趋势

未来新能源汽车空调系统的发展趋势还是集中在高效控制，节能环保上来。在空调控制方面上，传统汽车空调目前采用ECU电控系统加“变排量控制”。在效率上有所提升。新能源电动汽车采用电动压缩机，在电控领域我们可以借鉴家用空调的控制模式采用“变频控制”，目前各空调厂家已经研究交流变频电动压缩机，而且变频空调在技术上比较成熟，主攻方向是车内的应用。另一项技术应用也可以借鉴家用空调，就是热泵技术。由于空调制冷时会有大量热能损失，如果能有效利用热交换，不但能提高效率还能降低续航里程压力。

总之，随着社会的发展，新能源电动汽车采用电动机作为空调系统动力装置，在控制方面有很大提升空间，可以实现更加智能和高效的控制系统，变频，热点制冷等技术有望得到广泛应用。

二：新能源汽车的分类

新能源汽车是指采用除汽油、柴油发动机之外所有其它非常规的车用燃料作为动力来源的能源汽车。汽车上能够实现能量转化的装置装置有热机、电机和燃料电池三种，主要是纯电动汽车、燃料电池电动汽车、混合动力汽车。

(1)纯电动汽车

纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。

(2)燃料电池电动汽车

燃料电池电动车主要以氢气作为能源，通过燃料电池机组或者燃料电池发动机这一能量转换装置，这类车辆需要配备高电压电池系统。

(3)混合动力汽车

混合动力汽车是指采用传统燃料，同时配以电动机或发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力汽车按照燃料种类的不同，又可以分为汽油混合动力汽车和柴油混合动力汽车两种。

2.1:汽车空调的功能和要求

(1)空调系统的采暖和制冷功能，对车室内空气或由外部进入车室内的新鲜空气进行加热或冷却，把车厢内温度控制到保证乘员舒适的水平;

(2)空调系统的过滤空气和通风换气功能，可以排除空气中的灰尘和花粉，又可以吸入新风，保证车内空气的清新度;

(3)空调系统的湿度自动控制功能，干燥空气吸收人体汗液，使车内相对湿度保持在50%~70%，给乘员舒适的环境;

(4)空调系统的除雾除霜功能，通过空调出风清除前挡风玻璃因车内温差大而产生的雾或霜，为驾驶员提供清晰的视野，保证安全驾驶。

三：新能源汽车空调系统的分类及发展趋势

3.1新能源汽车空调系统的分类

由于新能源汽车使用能源的变化必然会对空调系统造成影响，而且其冷热源与传统的空调系统也有很大的不同，那么能源使用效率会降低。因此新能源汽车空调的的研发目标是利用新技术尽可能提高能源利用效率，以尽可能少的能源消耗来实现空调系统的功能。

3.2纯电动汽车的空调系统

对于纯电动汽车没有发动机作为空调压缩机的动力源，因此空调系统的冷源、热源和其他能源都来自高压电池。空调系统的制冷功能可以用电动压缩机作为动力源来实现，但为了使电动压缩机更好工作还要研发压缩机的转速控制技术以提高能源利用效率。目前高压电加热的方法有两种，一种是利用高压电直接加热空气，这种方法结构简单、热效率高，但具有一定的安全隐患;另一种方法是利用高压电加热冷却液，再通过冷却液加热空气。这样做可以沿用传统能源汽车上的暖风散热器但系统比较复杂，热效率较低。

3.3燃料电池电动汽车的空调系统

燃料电池电动汽车是以燃料化学能转化成的电能为动力。由于燃料电池的化学能转换效率低，余热排放量大，所以燃料电池汽车能耗大。汽车空调的制冷系统也占一大部分能耗，因此可以用余热吸收式制冷系统。但由于余热吸收式制冷空调系统的热力系数还偏低，运行过程中会出现传热性能变差，制冷量下降等问题，所以还需要做进一步的技术性研究。

3.4混合动力汽车的空调系统

混合动力汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其能源配备结构与传统汽车相比变化不大，由发动机和电动马达共同或各自单独驱动行驶汽车，它的空调系统与传统汽车空调的系统基本上没太大变化，当驱动压缩机工作的动力来源不同时要改变相应的配置以保证空调功能的正常。当发动机、电动马达都参与动力驱动时，车上要配置高压电池，这样就有可能用电力驱动压缩机制冷，当发动机停机时也就可用电动压缩机制冷。但受电池电压和容量的限制，电动压缩机的功率不可能很大，因此在发动机运行时还需要使用发动机带动压缩机。

3.5新能源汽车空调系统的发展趋势

新能源汽车作为节能减排和新兴战略产业的重要内容，发展趋势是加大使用高品位能源的比重，能源使用效率也要越来越高，新能源汽车的空调系统作为汽车能源消耗的主要部分也必须要符合这一发展趋势。新能源汽车空调系统的明显优势就是高效节能，这也是空调系统研发的核心问题，要进一步研究新技术提升这种优势。对于制冷系统，利用新技术来提高COP值，如高效率低温差热交换器技术研究(包括蒸发器和冷凝器)、能量回收型的节流膨胀装置研究和高效率压缩机技术研究等。对于采暖系统，希望能够尽量回收余热，在余热不能满足需求时应尽量减少对高品位能源的消耗。如可以研究热泵制热技术，该技术理论上能达到3以上的制热能效比。电动汽车热泵空调系统就是这种发展趋势，在其热泵空调系统的风道中，采用了车内冷凝器和蒸发器的结构,其工作原理如图1所示。

四：结论

综上所述，不同的新能源汽车空调系统技术解决方案也不同，这些技术方案的共同特点是高效率低能耗，但其中还有很多问题需要进一步研发新技术来解决。随着新能源汽车的迅速发展，新能源汽车空调技术也相应的会快速发展，实现技术领域的高度突破。

参考文献

[1]陈青泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

[2]边耀章.汽车新能源技术[M].北京:人民交通出版社，2003.

[3]刘延林.新能源汽车发展趋势的研究与探讨[J].沿海企业与科技，2008(5):34-38.