1.汽车上的电动空调和过去传统的车载空调的区别。 电动空调是为新能源车(主要是电动汽车)开发的,与传统汽车空调压缩机最大的区别是自带电机结构驱动和控制器进行控制,只需接入电源和控制信号。当然其动力依赖于电动汽车的电池,如果电动汽车能解决目前其电池能量密度不高及不稳定的缺陷,电动空调大有发展前景。目前情况下,传统压缩机还是比较实用和成熟的。 2.电动汽车空调系统。 (1)电动汽车空调系统。 全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻,汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一,其节能减排问题受到了越来越广泛的重视,各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向,这样节能环保的电动汽车也就应运而生。电动汽车是集汽车技术电子及计算机技术、电化学技术、能源与新材料技术于一体的高新技术产品,与普通内燃机汽车相比,具有无污染、噪声低及节省石油资源的特点。基于以上电动汽车的特点,它极有可能成为人类新代的清洁环保交通工具,它的推广普及具有不可估量的重要意义。 电动汽车的出现也为电动汽车空调的研究开发提出了新的课题与挑战。汽车空调的功能就是把车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动性保持在使人感觉舒适的状态。在各种气候环境条件下,电动汽车车厢内应保持舒适状态,以提供舒适的驾驶和乘坐环境。另外,拥有一套节能高效的空调系统对电动汽车开拓市场也起到至关重要的作用。因此,在开发研制电动汽车的同时,必然也要对其配套的空调系统进行开发与研制。 对于目前传统燃油汽车空调系统,制冷主要采用发动机驱动的蒸汽压缩式制冷系统进行降温，而制热主要采用燃油发动机产生的余热。而对于电动汽车中的纯电动汽车以及燃料电池汽车来说,没有发动机作为空调压缩机的动力源,也不能提供作为汽车空调冬天制热用的热源,因此无法直接采用传统汽车空调系统的解决方案;对于混合动力车型来说,发动机的控制方式多样,故空调压缩机也不能采用发动机直接驱动的方案。综合以上原因,在电动汽车的开发过程中,必须研究适合电动汽车使用的新型空调系统。对于电动汽车来说,车上拥有高压直流电源,因此,采用电动热泵型空调系统,压缩机采用电机直接驱动,成为电动汽车可行的解决方案。 (2)电动汽车空调的特点。 电动汽车空调与普通空调装置相比,电动汽车空调装置以及车内环境主要有以下特点。 ①汽车空调系统安装在运动的车辆上,要承受剧烈而频繁的振动与冲击,要求电动汽车空调装置结构中的各个零部件都应具有足够抗振动冲击的强度和良好的系统气密性能; ②电动汽车大部分属于短距离代步,乘坐时间较短,加上电动汽车内乘员所占空间比较大,产生的热量相对较多,相对热负荷大,要求空调具有快速制冷、制热和低速运行能力; ③电动汽车空调使用的是车上蓄电池提供的直流电源,压缩机工作效率高,控制可靠性高,维护方便; ④汽车车身隔热层薄,而且门窗多,玻璃面积大,隔热性能差,电动汽车也不例外,致使车内漏热严重。 ⑤车内设施高低不平且有座椅,气流分配组织困难,难以做到气流分布均匀。
4.电动汽车空调的发展趋势。
电动汽车驱动能量来源于蓄电池,有别于传统燃油汽车,使得它的空调系统也不同于燃油汽车空调,由于作为驱动能量来源的蓄电池容量有限,空调系统的能耗对电动汽车的续航里程有较大的影响。同燃油汽车相比,对电动汽车空调系统的节能高效提出了更高的要求。同时,电动汽车空调必须要解决制冷、制热两大问题。根据电动汽车的特有性质,目前电动汽车空调可采用热电(偶)空调系统和电动热泵型空调系统。
(1)热电偶电动汽车空调系统。
该项技术具有很多适合电动汽车使用的特点,并且与传统机械压缩式空调系统相比,热电空气调节具有以下特点。
①热电元件工作需要直流电源;
②改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果;
③热电制冷片热惯性非常小,制冷时间很短,在热端散热良好,冷端空载的情况下,通电不到分钟,制冷片就能达到最大温差;
④调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度,温度控制精度可达0.001℃,并且容易实现能量的连续调节;
⑤在正确设计和应用条件下,其制冷效率可达90%以上,而制热效率远大于1;
⑥体积小、重量轻、结构紧凑,有利于减小电动汽车的整备质量;可靠性高、寿命长并且维护方便;没有转动部件,因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击。热电偶制冷、制热工作原理如图3-34所示。
热电偶由P型半导体和N型半导体组成,P型材料电子不足,有正温差电势,而N型正相反,当电子从P型穿过结点至N型时,结点的温度降低,从N型至P型则温度高。
(2)热泵型电动汽车空调系统。
热泵型空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的,压缩机是由永磁直流无刷电机直接驱动,空调系统如图3-35所示。该系统与普通的热泵空调系统并无本质区别,由于在电动车上使用,压缩机等主要部件有其特殊性。而且国外热泵技术具备了一定的基础,该技术最大的优点就是制冷、制热效率高,相关企业开发的全封闭电动涡旋压缩机,是由一个直流无刷电动机驱动,通过制冷剂回气冷却,具有噪声低、振动小、结构紧凑、质量轻等优点。在测试条件为环境温度40℃,车内温度27℃,相对湿度50%的工况下,系统稳定时它能以1kW的能耗获得2.9kW的制冷量;当环境温度为—10℃,车内温度25℃,以1kW的能耗可以获得2.3kW的制热量。在一10℃~40℃的环境温度下,均能以较高的效率为电动汽车提供舒适的驾乘环境。若能在零部件技术上得到改进,相应效率还可以得到提高。
综合以上所述,从空调技术成熟性和能源利用效率比较来看,对于热电(偶)电动汽车空调系统,目前存在着热电材料的优值系数较低,制冷性能不够理想,并且热电堆产量受到构成热电元件的碲元素产量的限制,不具备电动汽车空调节能高效的要求。这使得电动汽车空调更倾向于选用节能高效的热泵型空调,该技术方案对于不同类型电动汽车通用性较好,并且对整车结构改变较小,是将来电动汽车空调的发展趋势。
目前热泵型电动汽车空调最大的软肋是低温制热问题,尤其是在东北地区,这也是将来该行业研究难题之一。为了使热泵型电动汽车空调更节能高效,可以从以下几个角度去着重解决:
①开发更高效的直流涡旋压缩机。
②开发控制更精准、更节能的硅电子膨胀阀;
③采用高效的过冷式平行流冷凝器;
④改善微通道蒸发器结构,使制冷剂蒸发更均匀。
此外,电动汽车开门的次数以及在行车中受车速、光照、怠速等因素的影响,空调湿热负荷大。
压缩机乃至整个空调系统都要适应这种多因素变化的工况,因此热泵型电动汽车空调系统工况设计尤为重要。
电动汽车通过电动压缩机满足用户制冷要求,通过PTC满足系统取暖、除霜、除雾要求。操作方法类同常规车,操作仪表台相关按钮或旋钮即可实现。空调驱动器接收空调控制器信息来控制空调压缩机和PTC。
当动力电池电量较低时,优先考虑车辆动力性需求,强制关闭空调系统以节约电力供车辆驱动。
