《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架設計思路解析

◆文/江蘇 耿彪

隨著人們對環境污染問題的普遍關注和節能環保意識的日益增強，世界各國都在大力發展新能源汽車來代替使用石油燃料的傳統汽車。我國更是將新能源汽車產業列入《中國制造2025》規劃中的重點發展產業之一，許多新能源汽車研究、生產和使用的鼓勵政策也隨之出臺。新能源汽車與傳統內燃機汽車在動力總成上有著本質區別，這使得兩者的空調系統也存在差異，本文將從汽車維修企業新能源汽車空調維修數據分析和新能源汽車空調技術特點兩個方面為依據，解析《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架的設計思路。

一、汽車維修企業新能源汽車空調維修數據分析

《新能源汽車空調維修》課程內容必須是以真實維修項目為載體，以實際工作流程為教學過程。根據2021年7月至8月某市汽車維修企業新能源汽車空調維修的數據（圖1），分析出常見的維修作業內容：電動壓縮機不工作、空調性能測試、制冷劑加注作業、不制冷（不制暖）故障檢修、制冷（制暖）效果差的故障檢修、空調控制系統故障檢修、不出風或出風量少的故障檢修等。

圖1 2021年7-8月某市新能源汽車空調維修數據匯總

二、新能源汽車空調技術特點介紹

1.與傳統內燃機汽車空調系統的區別

新能源汽車包含燃料電池電動汽車、純電動汽車、插電式混合動力汽車，其裝備的汽車空調系統的工作原理也不盡相同。燃料電池電動汽車由于燃料電池的化學能轉換效率低，余熱排放量大，所以采用余熱吸收式制冷系統和利用燃料電池余熱實現汽車空調的冷暖功能。純電動汽車空調系統是使用電動空調壓縮機作為動力源來實現制冷功能，有些車型是利用PTC元件直接加熱空氣或是用加熱后的冷卻液來加熱空氣以此實現制暖功能，還有部分車型是利用熱交換器加熱制冷劑來實現的。插電式混合動力汽車由于仍然安裝有傳統發動機，所以它的空調系統與傳統汽車空調的系統基本上沒太大變化，但會采用機械、電動雙模壓縮機。傳統內燃機汽車通過皮帶傳動和電磁離合器，讓發動機曲軸帶動機械式空調壓縮機運轉，即便在空調不工作時，也會增加一定的燃耗。新能源汽車與傳統內燃機汽車空調系統的區別，見表1。

表1 新能源汽車與傳統內燃機汽車空調系統的區別

2.典型新能源汽車空調系統原理

因燃料電池電動汽車的市場占有率極小，插電式混合動力汽車的空調系統又類似于傳統燃油車與純電動汽車空調系統的糅合，故以下僅介紹近年來剛應用在純電動汽車上的熱泵式汽車空調系統。熱泵式汽車空調系統由電動空調壓縮機、電磁四通閥、冷凝器、蒸發器、干燥瓶、膨脹閥和熱交換器組成。新能源汽車空調制冷系統中空調壓縮機的動力來源是電池，因此在壓縮機上直接集成了電動機成為電動空調壓縮機，并通過控制器控制空調壓縮機轉速，提高能量利用效率如圖2所示。電磁四通閥能夠改變制冷劑的流動方向，是熱泵式汽車空調系統切換冷熱模式的重要部件如圖3所示。冷凝器與蒸發器將制冷劑氣液轉化，達到制冷和制暖的目的。干燥瓶用來干燥、過濾制冷劑中的水分與雜質。膨脹閥可以降低系統壓力以便制冷劑在更低沸點下蒸發吸熱。熱交換器的作用是改善系統在較低環境溫度下制暖不良情況。同時更高標準的環保要求，也使得作為制冷劑由常見的R134a（全球氣候變暖潛能值GWP=1300）逐漸轉變為CO2（GWP=1）和HFO-1234yf（GWP=4）。

圖2 帶控制器的電動空調壓縮機

圖3 電磁四通閥

熱泵式汽車空調系統在制冷時的工作原理與傳統汽車空調相同，即空調壓縮機將高溫氣態制冷劑壓向電磁四通閥（從A端進D端出）；高壓氣態制冷劑經過冷凝器放熱后，冷凝為高溫高壓液態；再通過膨脹閥節流降壓，轉變為高溫低壓液態；蒸發器吸收車內溫度將高溫低壓液態制冷劑轉化為低溫低壓氣態；最后再次通過（從B端進C端出）回到電控空調壓縮機的低壓進口處。熱泵式汽車空調系統在制暖時，電磁四通閥使制冷劑的流向與制冷時的流向相反（從A端進B端出再從D段進C段出），此時蒸發器和冷凝器的作用也就和制冷時相顛倒，蒸發器放熱以加熱車內溫度，而冷凝器吸收外部熱量。由于熱泵式汽車空調系統的特點，會在冷凝器處安裝熱交換器，當外界環境溫度較低時，冷凝器吸收熱交換器中冷卻液的高溫，提高制暖效果。熱泵式汽車空調系統工作原理圖（圖4）。

圖4 熱泵式汽車空調系統工作原理圖

圖5 某型純電動汽車空調電子控制系統簡圖

表2 《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架表

純電動汽車與傳統內燃機汽車的空調電子控制系統原理也存在部分異同。某型純電動汽車空調電子控制系統簡圖，如圖5。圖中藍色虛線框內的控制原理與傳統車相同，空調控制單元根據空調控制面板上A/C開關、風速開關、風門模式開關并結合溫度傳感器（環境溫度、蒸發箱溫度、冷卻液溫度）、壓力傳感器和陽光傳感器等信號，控制電動壓縮機、風門電機和冷卻風扇等執行器。紅色虛線框中的部件為純電動汽車獨有，空調控制單元控制高壓直流電驅動PTC加熱器和電動空調壓縮機是否需要處于工作狀態。

三、《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架設計

汽車維修作業通常是從發現汽車故障現象開始，經過檢測→分析→恢復等一系列流程最終排除故障，整個流程都圍繞“排除故障現象”開展的，新能源汽車空調檢修也不例外。將典型故障現象或常見作業內容設為項目，設計相應的教學情境，將一個完整的故障排除過程拆分為工作原理、工具使用、電路查詢、數據分析、方案制定、檢測方法、拆裝流程等的單個學習任務。《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架表，見表2。

四、結語

盡管新能源汽車空調系統工作原理和結構組成與傳統汽車有著一定區別，但其故障現象與檢測故障的方法卻還是萬變不離其宗。通過分析，發現《新能源汽車空調檢測與維修》課程框架表中的項目3、項目4、項目5與項目2中的部分內容與傳統汽車空調課程中的學習內容基本一致，這也就減少了下階段課程開發的難度與工作量，可以把更多精力放在開發新能源汽車空調獨有的學習內容上，爭取早日開發出貼合企業發展需求，真正把典型工作任務引入到技能教學中，能讓學生在“做中學，學中做”的新能源汽車空調維修實訓課程。