電動汽車空調壓縮器匹配研究

鄒廣深

摘 要 電動汽車受其低能耗、無碳環(huán)保等特點，已經逐漸被消費者認可接受成為現(xiàn)代汽車能源的主要發(fā)展方向之一，電動汽車采用電能作為汽車的主要驅動能源。能源類型的差別決定電動汽車在空調系統(tǒng)上，與傳統(tǒng)內燃結構汽車的結構以及工作方式存在一定差異。汽車空調系統(tǒng)是提高汽車駕乘體驗以及駕駛舒適的重要系統(tǒng) ，本文針對電動汽車空調系統(tǒng)的特殊性以及電能能源對汽車空調系統(tǒng)的特殊需求，進行了空調壓縮機的匹配研究，旨在為我國電動汽車的研究發(fā)展提供借鑒。

關鍵詞 電動汽車;空調系統(tǒng);壓縮器匹配研究

1 型式匹配

從使用功能角度，電動汽車與普通內燃汽車基本一致，都要求空調可以進行制冷、制熱以及換氣的功能。但電動汽車和內燃汽車在空調系統(tǒng)結構以及壓縮器匹配原理上存在本質區(qū)別，首現(xiàn)階段電動汽車最大弊端依舊是電能能源的續(xù)航能力較差，所以電動汽車對壓縮機的能耗控制有較大的要求，研究電動汽車空調系統(tǒng)壓縮機的匹配時，應參考汽車的動力結構結構以及壓縮機的驅動方式，綜合分析，最終制定適合電動汽車能源特點的空調系統(tǒng)壓縮機匹配方式。

1.1 驅動方案

現(xiàn)階段，汽車空調壓縮機根據(jù)汽車的能源類型主要分為機械式壓縮機和電動壓縮機兩個大類，根據(jù)使用功能和環(huán)境兩個大類又下分若干小類。如機械式壓縮機還細分為內燃機直接驅動和電力驅動兩個小類，綜合現(xiàn)有壓縮機類型，以及電動汽車空調系統(tǒng)對壓縮機性能的實際需求，本文提出了三種汽車空調系統(tǒng)壓縮機的匹配方案[1]。

（1）內燃機加機械壓縮機。該套匹配系統(tǒng)是傳統(tǒng)內燃式汽車的常見匹配方式之一，具有性能穩(wěn)定，制冷迅速等優(yōu)勢。但受結構決定，該方式的壓縮動力端與內燃發(fā)動機通過皮帶連接，壓縮機轉速受內燃發(fā)動機影響，因此制冷速度難以控制，部分汽車廠家為了解決制冷效率無法有效控制的弊端，對該匹配系統(tǒng)進行了改進，加大了壓縮機的可調容量，但也導致壓縮機體積、重量明顯上升，過于復雜的結構也提高了故障率以及維修成本。

（2）蓄電池加壓縮機電機系統(tǒng)加機械壓縮機。該方案是電動車發(fā)展初期采用的一種匹配方式，通過壓縮機電機實現(xiàn)電能像機械能力的轉換。該套匹配系統(tǒng)在一定程度上解決了傳統(tǒng)內燃機動力壓縮機制冷效果不可控制的缺點，通過加裝變頻系統(tǒng)可以實現(xiàn)壓縮機轉速的精準控制。但該系統(tǒng)能源轉換效率較低，損耗大，降低了于電動汽車的續(xù)航能力。

（3）蓄電池+加電動壓縮機。該系統(tǒng)是現(xiàn)階段電動汽車空調壓縮機的常見匹配方式之一，電動壓縮機的一體化設計結構，讓電動壓縮機故障率以及制冷劑的泄露風險達到降低。同時通過加裝脈寬調制裝置，進一步提高了制冷效率的可調性[2]。

1.2 電動汽車以及混動汽車空調壓縮機匹配方案的選擇

純電動汽車受其單一能源特點決定，只能選擇蓄電池加壓縮機電機加機械壓縮機和蓄電池加電動壓縮機兩種方案。根據(jù)汽車的造價預算以及空調系統(tǒng)需求從二者中選擇。混動式電動汽車，具有混合能源的特點，上述方案都可以選擇。混動式車一般具有純電動、純內燃以及混合動力三種驅動模式，在不同路況下汽車會自動選擇驅動模式，受能源特點決定，在純電動模式下，第一種方案的空調壓縮機系統(tǒng)無法工作，因此，混動汽車一般選擇壓縮機電機系統(tǒng)加壓縮機的匹配模式。

1.3 燃料電池電動汽車空調壓縮機

燃料電池汽車也是新能源汽車的一種，動力結構采用燃料電池和蓄電池兩種能源結構。此類汽車在純蓄電池功能的動力模式下，第一種壓縮機匹配結構無法正常工作，因此燃料電池汽車與混動型汽車一樣，需要選擇后兩種壓縮機動力模式作為空調系統(tǒng)的壓縮機匹配模式。燃料電池汽車以及其他形式的混動汽車，與傳統(tǒng)內燃發(fā)動機汽車相比，雖然具有低能耗、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，續(xù)航能力依舊是現(xiàn)階段新能源汽車發(fā)展的最大瓶頸。因此新能源汽車對空調壓縮機系統(tǒng)的重量、體積以及能耗方面都有較高的要求，因此方案3更加適合新能源汽車使用，是新能源汽車以及電動汽車最佳方案[3]。

2 工作方式匹配

2.1 熱負荷的確定

目前業(yè)內對于汽車熱負荷的研究方法以及相關測量標準基本達成一致，一般采用兩種方法進行計算。在條件允許的情況下，可以采用熱平衡方程計算的方法，計量結果精確，但該方法對汽車各項參數(shù)采集質量有較高的要求，需要準確采集汽車各零部件尺寸以及性能參數(shù)才能精準計算，計算過程較為復雜，時間成本高。一般應用于汽車制造的設計階段，第二種方法是依靠工作人員的經驗進行整體估算。該方法存在一定的誤差，精度較差。但人工估算方法工作量較小，成本較低，適用于汽車后期的空調系統(tǒng)改造以及維修工作[4]。

2.2 選型計算

電動汽車壓縮機的選型計算是確定壓縮機具體性能要求的重要環(huán)節(jié)。壓縮機選型主要根據(jù)汽車制冷量的實際需求選擇與之匹配的壓縮機型號。首先要掌握該車空調系統(tǒng) 的額定工況、壓縮機的測試工況，以及壓縮機在這兩種工況下的性能 參數(shù)，然后將額定空調工況下系統(tǒng)（即蒸發(fā)器）所需的制冷量換 算到同一工況下壓縮機所需的制冷量將額定空調工況下的 壓縮機制冷量換算到測試工況下的壓縮機制冷量，最后才能 根據(jù)測試工況下的壓縮機制冷量和壓縮機轉速，在所選壓縮機的性 能表（或性能曲線）上進行壓縮機的容量和型號選擇[5]。

3 結束語

（1）不同類型的電動車個體差異較大，對空調系統(tǒng)壓縮機性能需求差別較大，應該根據(jù)實際情況選擇匹配對的最高的空調壓縮機系統(tǒng)。

（2）在現(xiàn)有空調壓縮機系統(tǒng)中，以電動壓縮機作為核心的壓縮機系統(tǒng)，集成度較高、體積小、重量輕同時能源利用率較低，符合階段電動汽車對低能耗空調系統(tǒng)的實際需求，是電動車空調壓縮機系統(tǒng)的最佳選擇和主要發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 艾志華.純電動車熱泵空調與動力系統(tǒng)集成式熱管理系統(tǒng)研究[D].長沙：湖南大學，2018.

[2] 邱天宇.基于電池熱特性分析的增程式電動車動力總成匹配與控制[D].長春：吉林大學，2018.

[3] 張志強.增程式電動汽車系統(tǒng)熱管理與APU協(xié)調控制技術研究[D].長春：吉林大學，2017.

[4] 趙金龍.增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及能量管理策略研究[D].重慶：重慶大學，2014.

[5] 曹云波.基于ADVISOR純電動汽車電動空調模塊開發(fā)及仿真分析[D].長春：吉林大學，2009.