压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的作用研究

压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的作用研究

亓涛

安徽安凯汽车股份有限公司 安徽合肥 230051

摘要：汽车空调作为汽车的重要组成部分，特别是在炎热的夏季，空调制冷性能直接决定了汽车驾驶的舒适性。其中，压缩机在很大程度上会对新能源汽车空调制冷系统造成很大的影响，主要是起到了压缩蒸汽、输送制冷剂的作用，从而起到空调制冷功能。基于此，本文重点探究压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的作用。

关键词：压缩机；新能源换汽车；空调制冷；性能；转速

引言

为了减少汽车尾气排放量，近些年新能源汽车数量也不断增多，成为了很多用户的选择。其中，新能源汽车空调制冷性能会直接影响汽车驾驶的舒适性，大部分新能源汽车都是采用全封闭驾驶室，可以在高速行驶过程中避免异物进入到车内，但也存在一定的问题。汽车在驾驶过程中，受到汽车吸热和散热的影响，汽车内部在炎热的夏季会非常闷热或者存在异味，这些都会影响司机的驾驶体验，严重会增加安全事故发生几率，这就突出了汽车空调的重要性。压缩机作为新能源汽车空调系统的核心，压缩机转速会直接对汽车空调系统制冷性能造成影响。因此，加强压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的影响研究有着重要意义。

1.新能源汽车空调系统

新能源汽车空调系统主要包括电动压缩机、制冷剂、节流阀、内蒸发器、车内冷凝器、车外换热器等部分，大部分新能源汽车空调系统都是采用多流程微通道换热器。内蒸发器、内冷凝器在同一个风道内布置，蒸发器后端是内冷凝器。整个空调系统相比普通汽车舍弃了四通阀部件，通过单向阀控制、电磁阀控制实现空调的制冷和制热以及化霜、除湿等功能^[1]。新能源汽车空调系统制冷工况为：循环工质通过压缩机压缩传递到外换热器冷凝，之后通过电子膨胀阀节流，在内蒸发器蒸发，最后通过气液分离器返回到压缩机中，从而完成一个循环。

2.新能源汽车空调机的影响因素

2.1制冷剂影响压缩机转速

新能源汽车空调系统之所以可以起到制冷效果，除了将蒸汽吸热因素外，更重要的是有制冷剂的作用，制冷剂可以提高蒸汽液化、水分汽化速率，并且其自身也可以释放、吸收大量的热能。电动压缩机制冷剂主要采用r407c和r410a，后者制冷能效更好。制冷剂在实际应用中会产生一定的消耗，在汽车空调系统运行中需要不断的补充制冷剂。如果制冷剂充足，则压缩机可以跟随发动机运行而正常运行；而一旦制冷剂不足，汽车会自动调节出保护机制，压缩机会降低运行功率，否则在制冷剂不足情况下长期超负荷运行会对空调系统造成很大的损害。

2.2密封性影响压缩机转速

新能源汽车空调压缩机的密封性要求非常高，需要在密封的环境下才能正常运行，免于受到外界因素的负面影响。如果其密封性出现问题，会增加压缩机内部的杂质或漏油，从而影响空调压缩机的转速。

2.3其他

新能源空调主要应用电动空调（电动压缩机）与传统汽车不同，不涉及发动机（传统车或混动用发动机），影响压缩机转速因素，比如室外温度影响系统压力，进而影响压缩机转速。同时，整车保温效果影响转速，空调面板设置温度与客车舱内温差也会影响压缩机转速。

3.压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的作用

3.1冷凝、蒸发压力方面

通过对不同转速下压缩机对冷凝、蒸发压力的作用分析来看，冷凝压力与压缩机转速为正比，也就是压缩机转速增大其冷凝压力也随之增加，反之压缩机转速减小其冷凝压力也随之减小。在不考虑室外环境温度的情况下，通过提高压缩机转速，可以提升循环质量流量，并进一步降低低压、提升高压，增加压比，这也会增加压缩机功耗以及制冷量。

3.2电子膨胀阀最佳开度与蒸发器出风湿度方面

通过分析压缩机不同转速下EXV最佳开度与蒸发器出风温度变化，如果压缩机转速每隔一段时间增加（如从2000r/min增加到7000r/min,间隔为1000r/min），则电子膨胀阀的最佳开度也会随之增加，增加幅度逐渐变小。从中可以分析到，在不断提升压缩机转速时，最佳电子膨胀阀开度也在逐渐增加，增加频率逐渐减小。这是因为在一定范围内增加压缩机转速，也会增大冷凝温度、压力，在冷凝器进风温度、流量一定的前提下，会增大气换热量和换热温差，如果保持电子膨胀阀开度不变，增加会增加过冷度，所以在不断增加压缩机转速时应该保持过冷度在5-8℃之间，将电子膨胀阀开度在一定范围内提升。

同时，在压缩机转速不断增加中，蒸发器出风温度在逐渐变小，并且变小幅度也在逐渐缩小。这是因为压缩机转速不断提高时，会增加制冷剂流量，增加了电子膨胀阀及其管路循环阻力，通过检测可以发现冷凝侧压力有所升高，节流后蒸发压力逐渐降低。在蒸发器风量一定的前提下，出风温度也会随之降低。并且由于流量增加、循环阻力增加，会增大压缩机的运行损耗，所以为了保证出风温度合适以及能耗，单纯的提升压缩机转速能效比会降低。

3.3功耗、EER方面

空调系统性能判定的重要指标就包括EER（制冷量和功耗比值）。通过研究不同压缩机转速对EER、功耗等影响，随着压缩机转速增加，制冷量、功耗也会随之增加，EER相反表现为降低。制冷量动态曲线为上凸形态，也就是在压缩机转速增加情况下，系统制冷量增长速度在逐渐减小；而压缩机功耗动态曲线更加趋近于增长直线，所以EER会不升反降^[2]。由此可见，随着提高压缩机转速能够获取更多的制冷量，可以在短时间内降低车内温度，但整体能耗较低。为了能够让汽车空调制冷系统更加高效节能，同时打造舒适的车内环境，必须要从多方面进行考量。

4.最佳运行工况分析

根据压缩机转速对汽车空调制冷系统的多方面作用与影响，同时考虑汽车制冷量、能耗、出风温度、过冷度等诸多因素，可以大致确定压缩机运行的最佳工况。对于新能源汽车多项试验数据分析可知，在空调系统压缩机转速在5000r/min左右时，空调制冷性能较为理想，同时能耗也可以得到控制。通过对压缩机转速5000r/min的不同EXV开度下的出风温度、过冷度、功耗进行分析可知，在电子膨胀阀开度较高时（如300-320步），系统没有表现出过冷度，通过夜视镜可以发现存在很多气泡，表示制冷剂通过冷凝器、过冷器后依然处于气液两相状态，节流后的温度较高，提升了蒸发器的出风温度^[3]。在电子膨胀阀开度降低之后，系统有过冷度，通过液视镜可以看到很多无色透明液体，表示制冷剂通过冷凝器、过冷器之后呈现为液态状态，节流效果较好，也降低了蒸发器出风温度^[4]。而当电子膨胀阀开度再次降低后，系统过冷度进一步提升，其节流效果也更好，进一步降低了蒸发器的出风温度。通过对比分析，在无过冷度情况下其性能、稳定性不佳，而在有了一定过冷度后，性能表现则更好，过冷度增加一旦超出标准范围时，COP和制冷量不降反升。此外，在EXV开度过小时（如100步），会导致制冷循环流量过小、过冷度过大，节流后温度过低，第一流程换热器表面可能出现结霜情况，系统制冷量降低，蒸发器出口压力降低，这对系统运行性能以及稳定性不利。

结束语

综上所述，在转速一定的情况下，冷凝器出口过冷度达到5-8℃时，EER参数相对合理，而随着压缩机转速增加，会进一步增大制冷量、降低蒸发器出风温度，EER参数降低。整体来看，压缩机转速较高时可以快速降低车内温度，但从制冷量、出风温度以及能效等多方面考虑，不宜过分提高压缩机转速。

参考文献

[1]武卫东, 余强元, 吴佳玮,等. 压缩机转速对新能源汽车空调制冷性能的影响[J]. 流体机械, 2017, 45(11):61-65.

[2]周光辉, 禹佩利, 李海军,等. 纯电动公交车热泵空调系统制冷性能实验研究[J]. 低温与超导, 2020, (02):80-85.

[3]张丽, 成小红. 空调压缩机转速对汽车空调的影响[J]. 科技创新与应用, 2019, (35):47-48.

[4]席椿富, 谭文林. 汽车制冷系统运行参数对系统性能的影响[C]// 2019中国汽车工程学会汽车空气动力学分会学术年会论文集. 2019.