車載電動空氣壓縮機換裝應用分享

摘 要：電動空氣壓縮機作為新能源汽車車輛氣源，是車輛運行必不可少的重要部件。車輛對零部件的細節要求逐年提高，零部件不斷地迭代提升。不少新能源車輛電動空氣壓縮機經過三至五年使用驗證后發現，已經屬于強弩之末，故障頻發，無法繼續為車輛繼續提供氣源。本文以新能源公交客車換裝故障電動空氣壓縮機闡述相關案例進行剖析，為大家進行分享。

關鍵詞：新能源 車輛 氣制動管路 電動空氣壓縮機 空濾器 干燥器（APU）

1 事件背景

車輛行駛需求過程中需要用氣，包括制動用氣、懸掛系統用氣，車門泵等系統用氣，那么車輛務必需要氣源，也就是空氣壓縮機，傳統車的發動機直聯空氣壓縮機，一般作為發動機附件裝載。自2008年新能源車輛上市后，車輛的驅動結構由原先的發動機帶動更改為驅動電機，那樣的話，車上便沒有了發動機。那么由原先傳統發動機自帶傳統機械式活塞式空氣壓縮機供應氣源，基本更改成由電動空氣壓縮機提供氣源。

2 市場情況分析

為適應新能源車輛特性，尤其噪音低的需求，在新能源車輛技術起步階段由很多小型空氣壓縮機廠家生產的滑片式、渦旋式、螺桿式電動空氣壓縮機，由原先應用于工業作坊的產品直接應用于新能源汽車。然而，此類電動空壓壓縮機特性并不適應于車載環境。

從這些年的應用情況來講，主要分類為一下幾種情況。

第一類：有油式滑片式、渦旋式、螺桿式等回轉式空壓機（圖1），此類空壓機有個特性，進氣道同出氣道實際是相通的，而進氣和出氣隔斷依靠的就是潤滑油液，空氣自進氣口吸入，經過擠壓后，壓縮的空氣就會和潤滑油混合在一起，如果直接進入用氣系統，如果是純粹的機械系統，可能還對系統有保護作用，但是空氣中是含有水分的，氣態水在空氣中的比例是定值的，空氣壓縮后壓力增大了，同理，體積就變小了，那么相對氣態水就變成了液態水，水和油混合后，再加熱一下，油品就會發生乳化變質（圖2），空壓機出氣的油水就需要過濾，那么此類回轉式空壓機重要的部件油氣分離裝置就誕生了。在車輛的應用過程中，如果乳化后的油污進入管道，將會對很多用氣單元產生堵塞，腐蝕等故障。然而，南北氣候等系列原因，同型號的機子油品的乳化程度也會有所不同，對車輛系統的損傷程度不同；機體使用時間越久，乳化越來越嚴重，需要頻繁更換油氣分離裝置，加之油品乳化后，油路受堵空壓機泵體的溫度越來越高，隨之而來的故障也是越來越高。

第二類：無油渦旋式空壓機（圖3），此類空壓機目前遇到最多的故障便是渦盤碎裂（圖4）。筆者認為拋開工廠自身的制造的問題來說，環境因素對此類空壓機影響更大，比如保養不到位進入空壓機內部的雜質導致渦盤卡滯；還有一種情形，進水導致的空壓機喘振，喘振導致空壓機異常抖動等情形；此類情況多了后，渦盤略微不結實便會破損，現場反饋的情況，一般聽到空壓機略微有點異響，過陣子，渦盤基本就要破碎了。

3 市場現狀

市場上空壓機故障率過高，使很多企業無法承擔高額的售后服務費用，不少企業直接申請破產。氣源問題沒有解決，車輛無法正常上路運行，然而車輛無法依照相關規定直接報廢，自此很多使用單位或者車廠自行承擔小型企業倒閉后無法延續電動空氣壓縮機質保問題，苦不堪言，從而提議電動空氣壓縮機質保期限同步新能源車輛報廢等系統。但是現有的問題必須解決，否則現有的車輛將無法使用，使用單位便尋求更改電動空壓機方案。

4 單獨案例分析

以前不久剛剛倒閉電動空氣壓縮機項目的諸暨某集團生產的無油活塞式空壓機（圖5、圖6）換裝為例，市場保有量預計在1萬量左右（含公交客車及中重卡）。

此新能源車輛為合肥某客車廠生產的8m公交客車（圖7），于2020年底生產，迄今已經使用約4年，行駛里程約30余萬公里。車輛高壓電壓平臺為579.6V，實際電壓約600V（圖8），單次行駛里程約200公里。

電動空氣壓縮機結構為無油活塞式，原型為醫療器械用空氣壓縮機，國標GB7258要求客車的氣壓為1000KPa，高壓氣體需求最大的為車輛氣制動用氣，考慮車輛的行車制動所需的壓力區間，當整車氣壓降至650KPa或者700KPa左右啟動，1000KPa氣壓下一般空氣壓縮機停止工作；而醫療行業主要壓力需求為500KPa以內，以牙醫為例，氣源的主要作用是給啟動手術臺架的升降及部分磨牙所需的氣動工具，此類應用場景下，一般氣壓降至500KPa啟動，壓力達到800KPa即可滿足需求；車輛一般作業時間最多為10小時（刨去中途補充電源時間），以一小時15次運行（負載率25%），單次運行時間90秒，單日運行時間月3.75小時，而醫療器械使用一般沒有這么長，單日運行時間超1小時都屬于罕見的。這個可能是該款空壓機不適用的原因之一。主要故障模式為：（1）磨損嚴重導致內部泄露，整車供氣量不足；（2）無油活塞脫膠等現象，導致活塞連桿等運動機構受損（圖9）；（3）整機防護等級不足，進水或者積液等現象（圖10）。

5 現場換裝

換裝主要考慮如下幾點。

5.1 機械部分

（1）進氣空濾器位置是否需要調整，進氣環境有很大一部分會影響電動空氣壓縮機的壽命，現場的情況需做一定的分析，盡量避免空濾器放置在粉塵大的地方，同時需要考慮空間方便保養；此車輛空濾位置裝載在車輛較為干凈的艙體內，位置不做調整，僅做更換（圖11）。

（2）出氣管路布局是否合理，主要考慮出氣管路是否順暢；此車輛空間受限，沿用原車管路，而且空氣壓縮機至干燥器（APU）之間管路僅有一個起伏后，一直順延向下，影響不大。

（3）其余安裝空間及細節問題，現場考量，拆除原車空壓機（圖12）后，裝載新機（圖13），空間剛好滿足，四周沒有明顯干涉，晃動機身，也沒有磕碰等現象，進出氣管路同高低壓線束之間也沒有干涉，布局較為合理。

5.2 電氣部分

（1）電壓平臺是否滿足，早期很多新能源車輛電池容量不足，導致續航里程不足，若電壓不足，DCAC控制器能轉換多少足壓電供電動空氣壓縮機使用，此批車輛為例，直流電壓接近600V，可以滿足轉化后空壓機輸入電壓380V，若是整車電壓平臺只有400V或者更低，那么空壓機輸入電壓需考慮使用200V甚至更低，隨之而來的問題點就是空壓機單體的電流過大，需要配備更大的保險，當然也帶來了一定等風險系數。

（2）DCAC控制器是否需要調整，主要各個電機參數不同，直接裝載，會發生故障。前期不少車輛使用電動空氣壓縮機為異步電機，也有很多同步電機；異步電機大概率可以通用，但是要考慮電流上限；同步電機基本需更換控制器或者刷寫程序；此車輛經雙方洽談后考慮直接加載控制器，高壓電源從原車控制器中引用，高壓接線較為簡單，主要遵循高壓線路基本簡圖（圖15）。

（3）電動空氣壓縮機啟停邏輯是否調整，主要考慮①電動空壓機啟停區間，避免高負載運行；②刷寫原車控制器可以不做調整原車啟停邏輯。本車摒棄原車控制邏輯，直接在干燥器（APU）截取氣壓信號反饋給額外添加的控制器（圖14），干燥器（APU）出氣口氣壓值一般等同于整車最低壓力，所以在干燥器（APU）出氣口加裝三通接頭，再安置壓力傳感器，由壓力傳感器輸送壓力信號給予新增控制器，避免程序沖突干擾等系列問題。低壓電路主要遵循低壓線路基本簡圖（圖16）。

6 總結

以上換裝使用瑞立公司的產品，其余公司的產品也是相同的原理。車輛改裝完后，最好運行一段時間，沒有異常即可。總體來說，只要遵循上述的基本內容，換裝新能源車載的電動空氣壓縮機應當能順利完成。

參考文獻：

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