新能源汽車空調系統技術解析

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摘要：隨著新能源汽車產業深入推進，不僅推動了空調系統技術發展步伐，并且使用效益更加顯著。新能源汽車應用的空調系統主要包括余熱利用空調與熱泵式空調系統兩種，無論是在壓縮機類型上，還是在制冷制熱系統形式上，以及蒸發器、冷凝器等方面，都存在較大差異。但對空調系統安全性、可靠性等方面的追求都是不變的，以確保駕駛室舒適度與穩定性。

關鍵詞：新能源汽車；空調系統；熱泵

新能源汽車項目起步晚，且發展處于摸索實踐階段，整車結構及系統仍有較大的完善空間。尤其是空調技術發展仍面臨著電池造價高、設計工藝水平低、電池過熱，以及內部零件碰撞等問題，尤其是在高速行駛中，以此對空調裝置結構與系統性能提出了更高的要求。空調系統技術的發展勢必會帶動項目產業化發展，但目前首要的是攻克電池瓶頸，加大燃料電池，以及電動壓縮機研發力度，利用新型環保制冷，能夠進一步推動汽車工業改革。

1新能源車空調系統分析

1.1燃料電池余熱利用空調系統。燃料電池發電裝置能夠將化學能有效轉換為電能，借助燃料與氧化劑實現，轉化效率高，其余轉化為廢熱與溫水、蒸汽。燃料電池屬于動力源，利用能源效率比常規內燃機高，但燃料電池出現過熱后，其性能、工作效率直接降低。對此，利用余熱為車輛供暖，其經濟性、能量利用率明顯優化。綜合考慮能源供應與性價比、生態環保等因素，研究結果表明氫是首選燃料。電解質種類多樣，可分為熔融碳酸鹽類，以及固體氧化物類等，其中質子交換膜燃料電池，工作電流相對較大，能量效率高，且可在數秒時間內完成冷啟動，排出近80℃的廢熱，多以吸收式制冷空調系統為主，熱泵啟動熱源，以燃料電池冷卻液為主。對此，吸收式熱泵發動機輸出功率消耗低，熔液泵需消耗部分電能。同時吸收式熱泵，其總需求電能相比壓縮式熱泵高。為滿足城市公交與大巴空調制冷需求，加強了對吸收式制冷系統的創新，制冷劑以乙二醇和水為主，吸收劑以溴化鋰為主，吸收式制冷系統熱動力驅動，主要通過熱管理系統主管熱器，與制冷系統發生器的熱交換實現。主換熱器上設置旁通支路，并連接變頻水泵，當燃料電池熱量過高，且由空調制冷需求時，熱量能從旁通支路給予，確保燃料電池始終保持適宜溫度工況。同時電池輔助器與吸收器等電池熱管理系統器件的冷卻系統相同，車外風冷式換熱器與冷卻系統相通。燃料電池供暖系統的工作過程如下，截止閥打開后，使電池發動機處于工作狀態，控制電池散熱器，通過中間換熱器，實現冷卻液從發動機出口處流至進口處，由換熱器熱能沿著供暖管路持續向車內提供熱風。1.2熱泵式空調系統。熱泵式壓縮機是由獨立式電機驅動，動力系統驅動電機，以及電動壓縮機是由電池組供電，不會影響汽車運行安全性，同時也不會受到汽車運行的干擾。熱泵式空調系統應用后，從車內頂部吸入新鮮空氣，空氣加熱后，在擋風玻璃內完成除霜處理，并吹出熱氣，即在內部處理后由風道左右兩側吹出。不僅節省能耗，同時解決了車內濕度大，空氣循環起霜等問題，確保汽車行駛安全性及舒適性。電動汽車熱泵式空調系統由蒸發器完成除霜工作，由冷凝器提高空氣溫度，最后向車內提供熱氣，規避了結霜現象，不會影響汽車安全駕駛。在其基礎上，電子膨脹閥受步進電動機驅動，合理控制閥門開度、制冷劑流量，以及出口空氣溫度等。制冷系統適用于40℃環境溫度、50%相對濕度、27℃車室溫度的環境條件，系統性能方面，1kW能耗，能夠獲取2.9kW制冷量。制熱系統適用于25℃車室溫度、-10℃環境溫度，系統性能方面，1kW能耗，能夠獲取2.3kW制冷量。當處于低溫工況時，PTC熱敏電阻可發揮功用，能夠完成加熱處理，并控制空調制熱效率，同時完成除霜工作。PTC加熱裝置，可通過車載蓄電池獲取直流電，安裝離心式風機，或軸流式風機，加強風道合理設計，可確保PTC發熱器周圍風速均勻，切實發揮裝置發熱性能。PTC元件的消耗功率與進出風口的風速、溫度密切相關，發熱量與風速呈正相關。

2汽車空調系統比較

傳統汽車空調的壓縮機類型，包括往復式、搖擺式、斜盤式三種。新能源汽車空調的壓縮機類型，包括往復式、旋葉式、渦旋式三種。傳統汽車空調，其壓縮機結構，以開啟式為主；新能源汽車，其空調壓縮機結構，涉及半封閉式，與全封閉式兩種。兩種汽車的蒸發器與冷凝器類型基本一致，相比普通汽車空調，新能源汽車空調制熱系統，除蒸汽壓縮式外，還包括了一種吸收式。尤其是全封閉、渦旋式壓縮機，制冷系數大幅度提高，功率與質量顯著下降。普通汽車空調制冷，通過蒸汽壓縮制冷，以冷卻液為制熱熱源，當發動機冷卻液處于溫度較高狀態時，由系統熱交換器，實現空氣熱交換，從而實現車內供暖。新能源汽車空調，以熱泵式、電加熱、燃料電池余熱完成供暖。同時新能源汽車制冷量，能夠隨時調節參數，如空氣溫度等，不受車輛行駛影響，且噪聲小，確保了乘客舒適度。而電動壓縮機驅動效率高，且壽命長，噪聲小，發動機、壓縮機傳動裝置取消，汽車結構得到簡化。在空調制冷劑方面，新能源汽車將二氧化碳作為制冷劑，成本低且無毒無害，基于超臨界循環角度分析，制冷量大，壓縮機體積小，傳熱性能佳，交換器體積小，系統結構緊湊等優勢。

3總結

新能源汽車空調系統，相比傳統汽車既有優勢也存在不足，未來汽車空調系統技術發展還需加大對電池過熱、電池循環壽命等方面的技術突破，確保電池冷卻系統能夠使電池始終在最佳工況下完成供電等工作。在汽車行駛中，系統不可避免的會出現振動與沖擊現象，還需加強對系統零部件氣密性與強度等方面的優化研究。

參考文獻：

[1]陳帥,杜碧雪.新能源汽車空調控制系統研究[J].汽車與駕駛維修(維修版),2017(11):109.

[2]王旭東,鄭振.新能源汽車空調系統技術分析[J].企業技術開發,2016,35(11):7-8.

作者:朱之冬 單位:浙江吉利新能源商用車研究院有限公司