电动汽车空调的现状与发展

电动汽车空调的现状与发展Thestatusandthedevelopmenttrendofelectricvehicleairconditioning摘要：本文分析了电动汽车空调的结构，制冷系统原理，特点和发展状况，并且为了提高其舒适性，分析发展趋势以及更好的汽车空调新技术。Abstract：Thepaperanalyzestheelectricalautomobileairconditioners’characteristicsanddevelopmentstatusinordertoimproveitscomfort,andwanttofindoutnewtechnologyofairconditionertomakeitbetter.关键词：电动汽车（Electricautomobile）电动汽车的结构（Electricalautomobile’structure）空调系统（airconditioner）现状（presentsituation）发展趋势（thedevelopmenttrend）前言：汽车空调在当今社会的汽车配置中可以说是重中之重，在各种季节、天气及其它行驶条件下，大家都希望车厢内保持舒适的状态。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。而对于新一代的纯电动环保型汽车来说空调的设置无疑与现在的主流汽车有所不同，但匹配空调系统又是完全必要的，所以拥有一套节能高效的空调系统是现今市场的急切需要的。正文：电动汽车的结构：电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。1.电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。2.动机调速控制装置电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。3.驱动电动机驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有软的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。4.传动装置电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。5.工作装置工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。6.行驶装置行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。7.转向装置专项装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。8.制动装置电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。如下图所示：一．电动汽车空调的特点1.电动汽车内置空调技术的要求特点电动汽车空调是房间空调的延续，但与房间空凋相比较，电动汽车空凋又有着许多特殊的要求和特点：(1)电动汽车是交通运输工具，可看作是能移动的特殊建筑物。与固定建筑物相比，其容积狭小，人员密集，车身的热工性能又比建筑物差得多。因此电动汽车的热湿负荷远比一般的建筑物大，且气流分布难以均匀，因此对汽车空调要求制冷量要大，降温要迅速。(2)车辆行驶时电动汽车空调要承受剧烈而频繁的振动与冲击。这要求电动汽车空调的零部件应有足够的强度和抗震能力，接头牢固并防漏，电动汽车空调制冷系统极容易发生制冷剂的泄漏，所以各部件的连接要牢固，要经常检查系统内制冷剂的量。统计表明，电动汽车空调因制冷剂泄漏而引起空调故障的约占全部故障的80％，而且泄漏率很高。(3)电动汽车空调不便于用电力作为动力源，一般采用蒸气压缩式制冷，压缩机由发动机驱动，其制冷能力随车速和负荷不同变化很大。电动汽车在怠速或慢速行驶时，制冷能力小，而这时恰恰需要大制冷量，造成供不应求。反之，在正常或高速行驶时，转速高，制冷能力剧增，而需求量却相对减小，又形成供大于求的状况。这是明显的予盾，要求设备选择和控制要合理。设备选择过大，能满足怠速和慢速时要求，但对设备造价、安装位置和能源利用率等均不利；若选择得小，又满足不了要求。二.电动汽车空调装置的基本构造电动汽车空调制冷系统主要由制冷循环及电气、控制两大部分组成：(1)制冷循环主要由压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器、输液(气)软管，以及风机(冷凝器风扇、蒸发器风机)组成．其中冷凝器与冷凝风扇可各自独立，也可组成冷凝机约，蒸发器、冷却风机、膨胀阀、恒温器以及调违电阻器等可在一起组成冷风机或称蒸发箱。还有一些压力调节元件也届制冷循环。(2)电气、控制部分：主要包括电源开关，电磁离合器(一般把它与压缩机组成一体)，风机转换开关及电阻器，各种温度控制器(或称恒温器)，高、低压力开关，怠速继电器，加速延迟器，真空阀门控制及操纵装置等。三电动汽车空调制冷系统的组成及控制原理：1.1电动汽车空调制冷系统的组成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，如图1所示。1.2电动汽车空调制冷系统控制原理电动空调制冷系统原理为：用户按操作程序启动汽车空调系统之后，整车控制器发出指令通过压缩机控制器来驱动电动压缩机，驱使制冷剂在空调系统中循环流动。压缩机将气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂气体，并通过压缩机排气管输送到冷凝器，制冷剂在冷凝器内进行散热、降温、冷凝后成为中温高压的液态制冷剂，中温高压的液态制冷剂通过液体管到达膨胀阀释放成为低温低压的液态冷剂，低温低压液态制冷剂立即进入蒸发器内，在蒸发器内吸收流经蒸发器的空气热量，使周边空气温度降低，鼓风机将蒸发器周边空气吹出产生制冷效果。四.电动汽车空调的现状（1)国内电动汽车空调发展现状早期的国产电动汽车由于受到蓄电池能力的限制，为了不影响电动汽车的续行里程，大多数电动汽车都没有配备空调系统。但随着国内电动汽车逐步产业化、市场化，电动汽车必然要配备空调系统。由于受到电动汽车独特性影响，对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源，国内汽车厂家就从传统燃油汽车空调的基础上进行部分替换设计，将燃油发动机带动的压缩机替换成直流电机直接驱动的压缩机，控制上相应改变，来完成空调制冷的功能，目前替换设计效果基本能解决电动汽车空调的制冷问题，但制冷效率有待提高。由于没有燃油发动机产生的余热，制热功能国内厂家目前主要采用PTC加热和电热管加热，这些加热模式虽能满足制热效果，但这些加热模式都是硬消耗电动汽车上的蓄电池电能，制热效率相对较低，影响电动汽车的续行里程。在空调的主要零部件选用上，目前国内的电动汽车除了压缩机和控制模式，其他主要零部件还是沿用燃油汽车空调的零部件，冷凝设备主要用的是平行流冷凝器，蒸发设备主要用的是层叠式蒸发器，节流装置仍然是热力膨胀阀，制冷剂仍然是R134a。据不完全了解，国内在大力开发电动汽车的厂家如奇瑞、比亚迪、一汽、上汽、江淮等目前电动汽车空调配套情况基本差不多，都处于上述的发展现状。（2)国外电动汽车空调发展现状国外电动汽车空调发展相对国内来说较成熟，国外电动汽车空调不乏有跟国内相似的模式，但在热泵电动汽车空调上已经有了一定的基础，日本本田纯电动车就采用了电驱动热泵式空调系统，系统中内置了一个反换流器控制压缩泵。此外，在特别寒冷的地区使用时，部分车型顾客可以选装一个燃油加热器采暖系统。日本电装（DENSO）公司早在几年前就开发了采用R134a制冷剂的电动汽车热泵型空调系统，其在热泵系统的风道中采用了车内冷凝器和蒸发器的结构。电装（DENSO）公司在2003年还开发了由于自然工质CO2良好的热物理性能，日本电装公司也为电动车开发了一套CO2热泵空调系统该系统也采用了在风道内设置2个换热器的方案，与R134a系统不同的是当系统为制冷模式时，制冷剂同时流经内部冷凝器和外部冷凝器。为了减少空调对蓄电池的电能消耗，美国Amerigon公司开发了空调座椅，这种空调座椅上装有热电热泵，热电热泵的作用就是通过需要调温的空间之外的水箱转移热量，从而实现需要调温的空间制冷或制热。这种空调座椅除了节能还可以改善驾驶、乘坐的舒适性，在电动汽车上配套使用比较适合。因此，国外电动汽车空调从节能高效和实用性上有所突破，国内电动汽车空调行业应积极向国外先进技术学习、借鉴，并在此基础上有所创新突破。五．解决方案的确定１热电制冷空调系统该项技术具有很多适合电动汽车使用的特点，并且与传统机械压缩式空调系统相比，热电空气调节具有以下特点：热电元件工作需要直流电源；改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果；热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差；调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达０.００１℃，并且容易实现能量的连续调节；在正确设计和应用条件下，其制冷效率可达９０％以上，而制热效率远大于１；体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量；可靠性高、寿命长并且维护方便；没有转动部件