新能源汽車空調系統工作原理與檢修注意事項

摘 要：本文介紹新能源汽車空調系統的系統組成及工作原理，闡述與傳統空調系統的區別和檢修注意事項。

關鍵詞：新能源汽車 空調系統 故障檢修

隨著能源使用問題和節能環保意識的增強，新能源汽車的發展成為各國汽車發展的主要方向，中國《電動汽車科技發展“十二五”專項規劃（摘要）》指出，發展電氣化程度比較高的純電動汽車，是中國新能源汽車技術發展的重中之重。目前，新能源汽車銷量已經有了很大提升，其與傳統燃油汽車有較大不同，其中空調系統的工作就是其中之一。要想解決未來新能源汽車空調系統的維護檢修，需要對新能源汽車空調系統具有新的學習和認識。

一、新能源汽車空調系統組成及工作原理

熱電制冷技術是在20世紀50年代發展起來的，其理論基礎是波爾貼、塞貝克物理效應。我國在20世紀60年代開始對熱電技術進行了研究。熱泵是利用一部分高質能從低位熱源中吸取一部分熱量，并把這兩部分能量一起輸送到需要較高溫度的環境或介質的設備。正溫度系數（PTC）電加熱器使用具有正溫度系數的熱敏材料作為加熱元件，其電阻和發熱功率可以根據自身的溫度變化自發調節，從而達到控制受控對象溫度變化的目的[1]。

（一）制冷系統

半導體制冷又稱為熱電制冷，是固態制冷技術，它不用制冷劑，沒有運行件。其熱電堆起著壓縮式制冷壓縮機的作用，冷端及其熱交換器則相當于壓縮式制冷蒸發器，而熱端及其熱交換器相當于冷凝器。通電時自由電子和空穴在外電場的作用下，離開熱電堆的冷端向熱端移動，相當于制冷劑在壓縮機中的壓縮過程。在電熱堆的冷端，通過熱交換器的吸熱，同時產生電子-空穴對，相當于制冷劑在蒸發器內的吸熱和蒸發。在電熱堆的熱端，發生電子-空穴對的復合，同時通過熱交換器散熱，相當于制冷劑在冷凝器中的發熱和凝結[2]。

熱電空氣調節具有以下特點：熱電元件工作需要直流電源；改變電流方向即可產生制冷、制熱的逆效果；熱電制冷片熱慣性非常小，制冷時間很短，在熱端散熱良好、冷端空載的情況下，通電不到1min，制冷片就能達到最大溫差；調節組件工作電流的大小即可調節制冷速度和溫度，溫度控制精度可達0.001℃，并且容易實現能量的連續調節；在正確設計和應用條件下，其制冷效率可達90%以上，而制熱效率遠大于1；體積小、重量輕、結構緊湊，有利于減小電動汽車的整備質量；可靠性高、壽命長并且維護方便；沒有轉動部件，因此無振動、無摩擦、無噪聲且耐沖擊[3]。

（二）暖風系統

燃油汽車空調系統的暖風熱源主要由發動機冷卻液提供，而電動汽車的暖風系統與之不同。電動汽車空調系統暖風常見的方案如下：

①熱泵。由傳動帶驅動的直流無刷電動機的電動汽車熱泵式空調系統工作原理如圖所示。空調系統的制冷/制熱模式由四通換向閥轉換，實線箭頭表示制冷工況，虛線箭頭表示制熱工況。從原理上講，該系統與普通的熱泵空調并無區別，但是用于電動汽車上，其專門開發了雙工作腔滑片壓縮機、直流無刷電動機和逆變器控制系統。在熱泵工況下，系統從融霜模式轉為制熱模式時，風道內換熱器上的冷凝水將迅速蒸發，在風窗玻璃上結霜，影響駕駛的安全性。

②PTC電加熱器。PTC電加熱器是采用PTC熱敏電阻元件為發熱源的一種加熱器。PTC熱敏電阻通常是用半導體材料制成的，它的電阻隨濕度變化而急劇變化，當外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發熱量反而會相應增加。按材質可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機高分子PTC熱敏電阻。用于空調輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻元件因具有隨環境溫度高低的變化，其電阻值隨之增加或減小的變化特性，所以PTC加熱器具有節能、恒溫、安全和使用壽命長等特點。空調輔助電加熱器可以分為粘接式陶瓷PTC加熱器和金屬PTC管狀加熱器。粘接式陶瓷PTC加熱器是將多個陶瓷PTC芯片及鋁波紋散熱片用耐高溫樹脂膠粘接在一起的加熱器，其散熱性好，電氣性能穩定。其中粘接式陶瓷PTC加熱器又分為加熱器表面帶電型和加熱器表面不帶電型。

金屬PTC管狀加熱器采用進口鎳鐵合金絲為發熱材料，發熱管外鑲鋁散熱片，其散熱效果非常好。加熱器配用溫度控制器和熱熔斷器，使產品使用更安全可靠。這種加熱器具有PTC材料的良好特性，一些空調均采用此類加熱器作為輔助加熱。

③余熱+輔助PTC。利用大功率器件（功率變換、驅動電機、電機控制器等）工作時產生的熱量，對車內環境進行熱交換。當熱量不足時，啟用輔助PTC加熱器。

二、新能源汽車空調故障現象與檢修注意事項

（一）新能源汽車空調故障現象

新能源汽車空調故障與傳統汽車空調故障是一樣的，都是不能制冷或制冷不足、暖風失效。其故障現象有：壓縮機高壓驅動電機故障、壓縮機內部故障、冷凝器散熱不良、冷凝風扇不工作、制冷劑不足、制冷劑水分含量超標、冷凍機油過多、管路有空氣、蒸發器鼓風機工作不良、蒸發器臟堵、膨脹閥堵塞、膨脹閥開度過大或過小、控制面板故障、空調出風口堵塞等[4]。

（二）新能源汽車空調檢修注意事項

空調系統故障現象表現與傳統空調故障現象表現一致。但在維修過程中，由于新能源汽車空調采用了高壓電驅動壓縮機，因此，不能與傳統汽車空調故障排除一樣，它涉及高壓動力電池、高壓配電箱、驅動電機、DC-DC轉換器、電動壓縮機總成、PTC加熱器等，為確保維修人員的安全，按規范要求操作檢修，需要注意以下維修注意事項。

1）車輛維修過程中涉及高壓部件需要標明高壓勿動警示牌。2）維修操作人員不得攜帶手表、項鏈等金屬物品，穿戴個人安全防護設備。3）沒有取得高壓安全操作許可證的，不允許對高壓部件進行維修操作。4）需要設置維修安全區域，并設置高壓操作警示牌，他人不得隨意移除。5）對高壓部件維修前，檢查所有絕緣工具絕緣性，檢查絕緣手套的絕緣性和密封性能。6）斷開點火開關，拔出鑰匙并放到安全區域。7）移除車輛上的所有外部電源，含12V蓄電池，拆下12V蓄電池負極電纜，遠離負極區域。8）戴上絕緣手套，單手將動力電池維修把手拆下，并放在口袋里，防止他人誤安裝維修把手。9）拆下維修把手，靜置10min后，保證高壓能量釋放完畢，方可操作高壓部件。10）在維修車輛期間，要有兩位取得高壓安全操作許可證的人同時進行工作，一人作為工作監護人，負責監督維修過程，如發生觸電事故時，監護人應立即采取有效措施執行急救。

三、結束語

新能源汽車采用高壓動力電池作為動力源，其系統工作跟傳統燃油機汽車有很大區別，如驅動方式、能量回收、空調系統工作，都是高壓電作為能量。在維修過程中，如果不能嚴格執行安全規范操作，很容易引起觸電危險。因此，作為維修人員，要認真學習高壓電安全操作規范，同時要懂得新能源汽車各系統工作原理和控制方式，為新能源汽車發生故障時，更好、更有效地為顧客排除故障。

參考文獻

[1] 張明華.純電動汽車空調系統的特點和檢修探討[J].中國高新技術企業，2016（21）：93-95.

[2] 丁鵬，王忠，葛如海，等.新能源汽車暖風分段制熱控制系統[J].汽車安全與節能學報，2017，（8）3：95-101.

[3] 趙金國，李治國.新能源汽車高壓安全與防護[M].北京：人民交通出版社，2017.

[4] 包科杰，徐利強.新能源汽車維護與故障診斷[M].北京：人民交通出版社，2017.

作者簡介：阮世鑫（1976年10月出生），學歷：本科，單位名稱：黑龍江農墾科技職業學院，研究方向：汽車檢測維修方向，現有職稱：副教授。