新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)探討

李俊才 薛小康

摘 要：隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)深入推進(jìn)，不僅推動(dòng)了空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展步伐，并且使用效益更加顯著。新能源汽車應(yīng)用的空調(diào)系統(tǒng)主要包括余熱利用空調(diào)與熱泵式空調(diào)系統(tǒng)兩種，無論是在壓縮機(jī)類型上，還是在制冷制熱系統(tǒng)形式上，以及蒸發(fā)器、冷凝器等方面，都存在較大差異。但對(duì)空調(diào)系統(tǒng)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(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：新能源;汽車;空調(diào)系統(tǒng)

1 新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 熱泵式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)

（1）熱泵式空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)主要是通過對(duì)熱泵技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，通過熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車內(nèi)部的制熱，熱泵技術(shù)理論上能夠達(dá)到3以上的制熱能效比，切合新能源汽車的發(fā)展趨勢(shì)，而且，熱泵式空調(diào)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式是電動(dòng)壓縮機(jī)，具有獨(dú)立的能源提供方式，新能源汽車的運(yùn)行狀況與熱泵式空調(diào)系統(tǒng)之間的影響不大。（2）熱泵技術(shù)主要的工作原理主要是：熱泵空調(diào)制冷工況運(yùn)行時(shí)，與傳統(tǒng)汽油車空調(diào)基本一致。熱泵空調(diào)制熱工況運(yùn)行時(shí)，四通閥換向線接通。這時(shí)室內(nèi)換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發(fā)器。從室外換熱器來的低溫低壓過熱氣經(jīng)四通閥流入氣液分離器，氣體經(jīng)四通閥流入室內(nèi)換熱器放熱冷凝，成為過冷液，過冷液經(jīng)過節(jié)流裝置節(jié)流降壓后成為低溫低壓氣液混合態(tài).進(jìn)入室外換熱器蒸發(fā)吸熱，隨后經(jīng)四通閥和氣液分離器進(jìn)入下一循環(huán)。（3）熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)，具有良好的溫度調(diào)節(jié)能力，適用于現(xiàn)階段的人們的生活中，尤其適用于溫度較低的冬季，具有良好的應(yīng)用效果，冬季時(shí)，環(huán)境溫度為零下12℃時(shí)，熱泵式空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)④噧?nèi)的溫度控制在26℃，確保新能源汽車舒適度。（4）PTC加熱器與太陽能輔助熱泵技術(shù)，通過PTC熱敏電阻元件的使用，可以有效地提高新能源汽車的冬季加熱能力，提高汽車的舒適度，但是作為空調(diào)系統(tǒng)輔助使用的PTC加熱系統(tǒng)需要合理地進(jìn)行使用，主要是由于PTC加熱會(huì)對(duì)新能源汽車的電能進(jìn)行利用，影響新能源汽車的續(xù)航能力。太陽能輔助熱泵技術(shù)，需要合理的對(duì)太陽能電池板進(jìn)行布置，并將電池板產(chǎn)生的電能作為熱控空調(diào)系統(tǒng)的輔助能源，提高空調(diào)系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)質(zhì)量，提高新能源汽車的續(xù)航能力。

1.2 燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)

所謂燃料電池就是在相關(guān)燃料利用過程中與氧化劑發(fā)生相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，然后將發(fā)生反應(yīng)的能源進(jìn)行直接性的電能轉(zhuǎn)換，其在具體的轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到55%-65%，然后將剩余部分通過一定方式轉(zhuǎn)化為廢熱、溫水及蒸汽，通過轉(zhuǎn)化裝置將其能量作為主要的動(dòng)力來源，在具體的能源利用當(dāng)中，其在具體的能源利用率與普通燃料動(dòng)力來源相比，明顯高于后者數(shù)倍。如果在運(yùn)行當(dāng)中存在相應(yīng)燃料電池過熱狀況，會(huì)導(dǎo)致其所具有的工作效率下降，并造成其相關(guān)的性能惡化，所以可將燃料電池所產(chǎn)生余熱能源直接用在相關(guān)車輛供暖當(dāng)中，對(duì)于車輛的經(jīng)濟(jì)效益和能量利用率狀況都具有很好的提升效果，從而使燃料電池在具體的車輛用能方面更加具有合理性。其與傳統(tǒng)的以甲醇和汽油為其燃料的電池相比，在具體的成本、環(huán)境效益以及效率等方面綜合考量來看，在燃料電池汽車當(dāng)中氫是首要的能源選擇目標(biāo)。通過電解質(zhì)的方法可以將燃料電池劃分為五種類型，分別是磷酸燃料電池（PAFC）、堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）以及固體氧化物燃料電池（SOFC）。從相關(guān)的車輛動(dòng)力方面綜合考量來看，世界各大車廠對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池更加關(guān)注和所重視，這種燃料電池的工作電流為（1-5A/cm2，0.7V），其相應(yīng)的比功率高為（0.2-0.3kW/kg），這種能源不僅具有很好的比能量，而且在具體的能量效率上也非常高，在冷啟動(dòng)時(shí)間短也是其它能源所無法比擬的。這種電池所具有的正常工作溫度為65℃-110℃，并且在具體的室溫狀況下其在額定功率還可以達(dá)到85%，其所排出的廢熱溫度可以達(dá)到75℃。如果采用這種燃料作為其能量來源，其在具體的汽車空調(diào)選擇上，可以根據(jù)實(shí)際需要采用吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，利用其排出的熱源來實(shí)現(xiàn)對(duì)熱泵的動(dòng)力供應(yīng)作用，熱源可以從燃料所排出的冷卻水當(dāng)中進(jìn)行提取，吸收式熱泵在輸出功率耗費(fèi)方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)壓縮式空調(diào)系統(tǒng)，其在具體的運(yùn)作過程中只有溶液泵對(duì)少量的電能進(jìn)行消耗，其相關(guān)的總需求的電能狀況與壓縮式熱泵相比，是后者的4%。

2 汽車空調(diào)系統(tǒng)比較

傳統(tǒng)汽車空調(diào)的壓縮機(jī)類型，包括往復(fù)式、搖擺式、斜盤式三種。新能源汽車空調(diào)的壓縮機(jī)類型，包括往復(fù)式、旋葉式、渦旋式三種。傳統(tǒng)汽車空調(diào)，其壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，以開啟式為主;新能源汽車，其空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，涉及半封閉式，與全封閉式兩種。兩種汽車的蒸發(fā)器與冷凝器類型基本一致，相比普通汽車空調(diào)，新能源汽車空調(diào)制熱系統(tǒng)，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(jī)，制冷系數(shù)大幅度提高，功率與質(zhì)量顯著下降。普通汽車空調(diào)制冷，通過蒸汽壓縮制冷，以冷卻液為制熱熱源，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液處于溫度較高狀態(tài)時(shí)，由系統(tǒng)熱交換器，實(shí)現(xiàn)空氣熱交換，從而實(shí)現(xiàn)車內(nèi)供暖。新能源汽車空調(diào)，以熱泵式、電加熱、燃料電池余熱完成供暖。同時(shí)新能源汽車制冷量，能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)參數(shù)，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(dòng)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)效率高，且壽命長(zhǎng)，噪聲小，發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)傳動(dòng)裝置取消，汽車結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。在空調(diào)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(huán)角度分析，制冷量大，壓縮機(jī)體積小，傳熱性能佳，交換器體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)汽車既有優(yōu)勢(shì)也存在不足，未來汽車空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展還需加大對(duì)電池過熱、電池循環(huán)壽命等方面的技術(shù)突破，確保電池冷卻系統(tǒng)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(tǒng)不可避免地會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)與沖擊現(xiàn)象，還需加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)零部件氣密性與強(qiáng)度等方面的優(yōu)化研究。

參考文獻(xiàn)：

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