淺析電動汽車空調系統技術

蕭媛

摘 要：依靠著自身節能環保的優點，電動汽車已愈加普及地應用到我們的生活和生產中。為提高電動汽車的駕駛舒適性和安全性，電動汽車空調系統作為汽車總成的重要部分，其技術革新和優化也越來越被重視。本文將從電動汽車空調系統的發展入手，分析其構造及原理，剖析其未來的發展趨勢和所面臨的技術挑戰，為了將來更多更具優越性能的電動汽車空調系統能夠面世。

關鍵詞：電動汽車 空調系統 熱泵型空調系統

Analysis on the Technology of Electric Vehicle Air-conditioning System

Xiao Yuan

Abstract：Relying on its own advantages in energy saving and environmental protection， electric vehicles have become more and more popular in our lives and production. To improve the driving comfort and safety of electric vehicles， as an important part of the automobile assembly， the technological innovation and optimization of the electric vehicle air-conditioning system has been paid more and more attention to. This article will start with the development of electric vehicle air-conditioning systems， analyze its structure and principles， analyze its future development trends and the technical challenges it faces， so that more and more superior-performance electric vehicle air-conditioning systems will be available in the future.

Key words：electric vehicle， air conditioning system， heat pump type air conditioning system

1 引言

在全球氣候變暖、大氣污染和能源成本高漲的大背景下，作為能源消耗和環境污染主體之一的汽車首當其沖（圖1），更具節能環保優勢的電動汽車應運而生。電動汽車是汽車技術、電子與計算機技術、電化學技術和能源與新材料技術聚合發展的結晶。較傳統汽車，電動汽車擁有污染小、噪聲低和節省石油資源等優點，已逐漸成為新一代人類主要交通工具。而空調系統作為汽車總成的重要部分，加之電動汽車空調系統與汽車續航的制約，使得對電動汽車空調技術的研究顯得非常必要。

2 電動汽車空調制冷系統及原理

電動汽車空調與傳統燃油車空調原理相同，只是在壓縮機驅動方面不同而導致其組成結構有差別。傳統燃油車利用其發動機動力使用機械壓縮機，電動汽車沒有了發動機而選用了由動力電池提供動力的電動壓縮機。電動汽車空調制冷系統主要由純電動汽車的壓縮機、冷凝器、膨脹閥、貯液干燥器、蒸發器和控制電路組成。低壓管路是從節流閥出口到壓縮機入口，系統有蒸發箱、積累器和低壓加注口。高壓管路是從壓縮機出口到節流閥入口，系統有壓縮機、干燥器、冷凝器、高壓加注口、節流閥和高低壓開關。如圖2所示。

電動汽車空調系統的制冷原理是壓縮機把低壓、低溫的氣態制冷劑吸入并壓縮成高溫、高壓的液態制冷劑，和外界空氣形成溫差。經過冷凝器風扇或者發動機散熱器把高溫高壓制冷劑的熱量散發至四周空氣并使制冷劑降溫，從而達到使車廂內降至理想溫度的效果。其他一些重要零部件如干燥器是用來除去制冷劑中的水分，高壓加注口是用來加制冷劑另外也可以對管路抽真空。節流閥（膨脹閥）可以使高壓制冷劑節流并霧化，經蒸發箱并在鼓風機的作用下吸收車廂內的熱量，使其變成低溫低壓的氣態。

3 電動汽車空調制熱系統及種類

電動汽車空調制熱系統與傳統燃油車相比有了很大的不同，傳統燃油車制暖只需利用發動機工作產生的余熱即可滿足整車制熱的需求。可對于電動汽車而言由于沒有了發動機能夠提供的熱源，電動汽車的制熱就成了其面臨的一大難題，無論從安全、能源和制熱效果上都受到很大的制約。本文將重點介紹以下幾種電動汽車空調系統的制熱模式。

3.1 半導體制熱（制冷）系統

半導體制熱系統別名溫差電制熱或電子制熱，原理是熱電偶對為其基本器件，將一只N型半導體和P型半導體接連成熱電偶，直流電通上后，于接口處產生出熱量和溫差的轉移，在電路上并聯起數對半導體熱點偶對，如果是制冷則為串聯。這樣就構成一個很典型的制熱熱電堆，借助熱交換器等一系列傳熱途徑，讓熱電堆的熱端不停的細熱，并且維持一定的溫度，而將熱電堆的冷端處于工作環境中去散發降溫，這便是半導體制熱的原理（圖3示）。半導體空調系統可以實現從零上90攝氏度到零下130攝氏度，但這并不意味這它是沒有缺陷的，對于電動汽車而言，由于存在熱電材料優質系數低以及制冷性能不理想等因素的影響，使得半導體制冷系統不能滿足電動汽車節能高效的要求，所以該技術在未來依然會是人們研究改良的方向。

3.2 熱泵型空調系統制熱（制冷）

熱泵型空調系統是在傳統燃油機車上進行改造的，壓縮機采用永磁直流無刷電機直接來驅動，其工作原理見圖4。該系統和普通熱泵型空調系統是一樣的，由于應用在電動汽車上，所以壓縮機等主要零部件具有一定的特殊性。熱泵型空調系統的最大優點是它的制冷制熱效率高。熱泵技術通過改變系統制冷劑的流向，從外部的低溫熱源吸取熱量，向車內的高溫熱源散熱，從而達到使車廂內溫度升到以達到理想溫度環境的效果。熱泵的熱力學經濟性方面比消耗電能的系統要好很多，目前在家用空調方面應用很廣，在汽車空調應用方面依然有待深入。熱泵型空調技術的最大軟肋是在低溫環境下的制熱問題，尤其是在一些寒冷地區的應用會是將來主要研究課題之一。但依靠著高效的制熱制冷優勢，加上其和不同類型汽車車體都較吻合的優點，應該說熱泵型空調系統是未來電動汽車空調發展的主要趨勢。

3.3 駐車加熱器制熱

駐車加熱器制熱方式是遙控器或者定時器發送給ECU一個啟動信號，從油箱由計量油泵泵油并且以脈沖形式將燃油噴到燃燒室，點火器將其加熱到900攝氏度左右，使細小油滴氣化，鼓風機吸入空氣，和汽油混合點燃，熱能被傳送給發動機冷卻液，水泵推動冷卻液進入蒸發箱散熱器循環散熱，鼓風機把車內冷空氣吸走，將被加熱的空氣鼓入車廂內，已達到溫度上升至理想溫度的效果。

3.4 PTC加熱器制熱方式

3.4.1 PTC風暖制熱系統

PTC風暖制熱系統是由蒸發器、PTC風暖加熱器、模式風門執行器、鼓風機、溫度風門執行器、內外循環風門、蒸發溫度傳感器等組成的。該系統的主要特點是把原來的加熱暖芯替換成PTC風暖加熱器，加熱原理是鼓風機把外界空氣吸入后通過PTC風暖加熱器直接加熱后吹入車內，此過程的本質是電能轉化為空氣熱能。該系統具有加熱效果快，構造簡單的特點，但因為裝置于車內，所以對其安全性要求很高。

3.4.2 PTC水暖制熱系統

PTC水暖制熱系統是由蒸發器、鼓風機、暖芯、模式風門執行器、溫度風門執行器、蒸發溫度傳感器、內外風門、水暖PTC加熱器、膨脹水箱、電子水泵和吸水管等組成。該系統的制熱原理是：水暖PTC加熱器將冷卻液加熱到一定溫度后，電子水泵將加熱后的冷卻液抽入到暖風芯體中，它將與四周空氣進行熱交換，而后鼓風機會將被加熱的空氣吹入到車體中，冷卻液降溫后流入水箱，再被PTC水暖加熱器加熱，如此循環。PTC水暖制熱系統安全性較好，但其加熱效率較慢，并且目前在國內這一技術尚待開發。

4 結束語

電動汽車因為自身特點其空調系統需依靠整車動力電池，勢必對其續航里程造成不小影響，為降低這一影響必須對其空調系統性能不斷優化設計，業內普遍認為熱泵型空調系統技術將是以后的重點研究方向。目前來看如何提高電動壓縮機性能，如何從控制方面優化空調性能，如何解決在低溫條件下提高空調系統制熱性能等，將是以后電動汽車空調系統技術所面臨的比較迫切的科研問題。

參考文獻：

[1]陳鋒，駱強，葛存其.日本電裝 R134a 電動汽車空調系統探析[J].科技促進發展，2012，（06）：81-83.

[2]吳業正.制冷原理及設備[M].西安：西安交通大學出版社，2009.