電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計分析

1、    電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計分析    陳天祥摘 要：汽車作為重要交通工具，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到生活生產(chǎn)中，對改善生活質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率具有重要意義。為提高汽車駕駛安全性與舒適性，需要重點對其空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化。與普通燃油汽車相比，電動汽車空調(diào)系統(tǒng)具有一定特點，直接由電池驅(qū)動，并不受發(fā)動機影響，且無法利用發(fā)動機余熱，制熱難度更高。本文結(jié)合電動汽車運行特點，對其空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計要點進行了簡要分析。關(guān)鍵詞：電動汽車；空調(diào)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計doi：10.16640/ki.37-1222/t.2017.14.055為降低能源消耗，電動汽車作為清潔交通工具，在實際生

2、產(chǎn)生活中存在的優(yōu)勢更為明顯，具有噪聲低、零排放以及能源利用率高等優(yōu)點。基于電動汽車特點，為提高其運行效率，在對其空調(diào)系統(tǒng)進行設(shè)計時，要明確車載空調(diào)運行所需能耗大特點，對現(xiàn)存缺陷進行研究解決，在不影響空調(diào)系統(tǒng)功能性的同時，減少運行能耗。1 電動汽車空調(diào)系統(tǒng)運行特點電動汽車空調(diào)系統(tǒng)需要安裝車輛結(jié)構(gòu)內(nèi)，具有承受頻繁且劇烈沖擊振動的能力，因此要求所選空調(diào)系統(tǒng)各部分構(gòu)件均具有較強的強度與氣密性。結(jié)合電動汽車設(shè)計特點，其內(nèi)部成員所占空間更大，將會產(chǎn)生更多的熱量，設(shè)計時要求空調(diào)系統(tǒng)能夠快速制冷，降低車輛內(nèi)熱負荷。另外，還應(yīng)注意電動汽車一般門窗設(shè)置比較多，且玻璃面積大，整個車身隔熱性交叉，空調(diào)冷氣熱漏損失嚴重

3、，對系統(tǒng)性能要求十分嚴格1。并且電動汽車設(shè)置有足夠的電能來卻動電動空調(diào)壓縮機工作，但是因為直流電只有通過蓄電池提供作為汽車動力源，無法利用發(fā)動機余熱制熱，使得空調(diào)系統(tǒng)制熱需要面臨更大的困難。未達到車輛運行安全性與舒適性要求，就需要基于電動汽車結(jié)構(gòu)與運行特點，做好空調(diào)系統(tǒng)性能分析，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對各節(jié)點進行優(yōu)化分析，保證空調(diào)系統(tǒng)足以應(yīng)對復(fù)雜的工況。2 電動汽車空調(diào)系統(tǒng)運行原理與傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)運行原理相同，電動汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)需要由用戶按照規(guī)章操作，將系統(tǒng)啟動后，整車控制器將會發(fā)出指令并通過壓縮機控制器來驅(qū)動電動壓縮機，驅(qū)使制冷劑可以在空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動。氣態(tài)制冷劑由壓縮機壓縮成高溫高壓制冷劑

4、氣體，然后利用壓縮機排氣管道輸送到冷凝器內(nèi)，逐步通過散熱、降溫、冷凝等環(huán)節(jié)，最后成為中溫高壓液態(tài)制冷劑。然后中溫高壓液態(tài)制冷劑可以通過液體管道到達膨脹閥釋放出成為低溫低壓液態(tài)冷劑，迅速進入到蒸發(fā)器內(nèi)部，并對流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣熱量進行有效吸收，造成周邊空氣溫度降低，最后通過鼓風機來吹出蒸汽器周邊空氣，達到制冷效果。其中，電動汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)主要為雙路空氣流動方案，且在通風裝置內(nèi)安裝了隔板。此種設(shè)計方案，主要特點是內(nèi)部設(shè)置有兩個熱交換器，制冷時作為蒸發(fā)器應(yīng)用，而制熱時則作用冷凝器使用。但是就實際應(yīng)用效果來看，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計方案并不適合用于汽車空調(diào)，由于空調(diào)系統(tǒng)由制冷模式轉(zhuǎn)變?yōu)榧訜崮Ｊ綍r，熱交換器內(nèi)冷

5、凝的水會直接蒸發(fā)在擋風玻璃上產(chǎn)生霧化，影響行車安全性。因此，在面對雙路流動裝置時，需要對冷凝器和蒸發(fā)器進行分別安裝，以此來提高行車安全與穩(wěn)定性。3 電動汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化要點3.1 空調(diào)制冷負荷計算3.1.1 汽車參數(shù)一方面，車室內(nèi)參數(shù)。夏季維持人舒適體感溫度為2528，體感舒適濕度30%70%，設(shè)定溫度為25、濕度50%。另外，夏季汽車車室內(nèi)空氣流速為0.5m/s，推薦車內(nèi)氣流速0.25m/s0.5m/s，設(shè)定車內(nèi)氣流流速為0.3m/s。各駕乘人員所需新鮮空氣量大概為20m?/h30m?/h，設(shè)定人均需求量為25m?/h。另一方面，車室外參數(shù)。根據(jù)當?shù)叵募練夂蛱卣鳎x擇濕度推薦值50%，室

6、外溫度為35。3.1.2 冷負荷冷負荷決定了汽車空調(diào)制冷量大小，分析前需要根據(jù)容量、類型以及駕乘人員數(shù)量等數(shù)據(jù)相同傳統(tǒng)轎車，確定電動汽車車內(nèi)得熱量，并由此來設(shè)計空調(diào)容量。受汽車車體蓄熱性能限制，汽車空調(diào)系統(tǒng)冷負荷并不完全等于車內(nèi)得熱量，只有當車輛周圍圍護結(jié)構(gòu)不具有蓄熱能力或得熱量內(nèi)部包含輻射時，兩者才相同2。3.1.3 得熱量夏季車外溫度大于車室內(nèi)溫度，且受太陽輻射影響，會有更多熱量通過汽車門窗、車壁進入到車是內(nèi)部（qb）。同時，因為車室密封不嚴密，會有部分熱空氣進入到內(nèi)部形成熱風（qg）。以及換氣新風熱量（qf）和駕乘人員散熱（qp）造成室內(nèi)溫度升高。則車內(nèi)總得熱量q=qb+qg+qp+qf

7、。3.1.4 制冷量汽車空調(diào)制冷量與汽車得熱量間關(guān)系：q0=r·q，其中r表示修正系數(shù)，r=1.051.15。則通過得熱量計算后便可得到汽車空調(diào)系統(tǒng)制冷量。3.2 空調(diào)控制性系統(tǒng)設(shè)計3.2.1 系統(tǒng)要求電動汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計，對于獨立式全電動壓縮機，其應(yīng)用無刷直流電機與壓縮機一體化設(shè)計方法，可以充分發(fā)揮電機體積小、性能好有點，壓縮機具有更高的效動力，同時還可以通過壓縮機循環(huán)冷夜來向電機創(chuàng)造良好的散熱條件。但是要注意，電動空調(diào)壓縮機制冷液會對霍爾傳感器產(chǎn)生一定腐蝕，且安裝難度大，處于高溫與頻繁振動環(huán)境下，會對霍爾傳感器位置產(chǎn)生影響。為解決此類問題，應(yīng)加強對無位置無刷直流電機控制系統(tǒng)的

8、研究。3.2.2 系統(tǒng)設(shè)計為實現(xiàn)電動空調(diào)系統(tǒng)變速模式控制，需要合理選擇壓縮機電機驅(qū)動系統(tǒng)控制方式，通過軟硬結(jié)合設(shè)計方法，實現(xiàn)無位置無刷直流的電流控制。可以對定子繞組內(nèi)感應(yīng)反電勢進行測定，并有效判斷轉(zhuǎn)子位置，設(shè)計電機“三段式”控制方案，達到無位置無刷直流電機自適應(yīng)閉環(huán)速度控制目的3。整個控制系統(tǒng)主要為包括控制電路、電壓電流檢測電路、功率驅(qū)動電路以及硬件保護電路等，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集無刷直流電電機端電壓與電流數(shù)據(jù)，并根據(jù)速度給定值和采樣信號完成計算，將控制信號傳遞給智能功率模塊，達到實時控制電機的目的。4 結(jié)束語電動汽車應(yīng)用數(shù)量在不斷增多，為提高其駕駛安全性與舒適性，需要重點做好空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計研究，根據(jù)系統(tǒng)運行原理，確定設(shè)計優(yōu)化要點，采取專業(yè)技術(shù)方案，爭取進一步提高系統(tǒng)運行綜合效率。參考文獻：1劉中歷.電動汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及風道的設(shè)計改進d.吉林大學(xué)，2014.2彭慶豐，趙