电动汽车空调压缩器匹配研究

作者:未知

  摘 要 电动汽车受其低能耗、无碳环保等特点,已经逐渐被消费者认可接受成为现代汽车能源的主要发展方向之一,电动汽车采用电能作为汽车的主要驱动能源。能源类型的差别决定电动汽车在空调系统上,与传统内燃结构汽车的结构以及工作方式存在一定差异。汽车空调系统是提高汽车驾乘体验以及驾驶舒适的重要系统 ,本文针对电动汽车空调系统的特殊性以及电能能源对汽车空调系统的特殊需求,进行了空调压缩机的匹配研究,旨在为我国电动汽车的研究发展提供借鉴。
  关键词 电动汽车;空调系统;压缩器匹配研究
  1 型式匹配
  从使用功能角度,电动汽车与普通内燃汽车基本一致,都要求空调可以进行制冷、制热以及换气的功能。但电动汽车和内燃汽车在空调系统结构以及压缩器匹配原理上存在本质区别,首现阶段电动汽车最大弊端依旧是电能能源的续航能力较差,所以电动汽车对压缩机的能耗控制有较大的要求,研究电动汽车空调系统压缩机的匹配时,应参考汽车的动力结构结构以及压缩机的驱动方式,综合分析,最终制定适合电动汽车能源特点的空调系统压缩机匹配方式。
  1.1 驱动方案
  现阶段,汽车空调压缩机根据汽车的能源类型主要分为机械式压缩机和电动压缩机两个大类,根据使用功能和环境两个大类又下分若干小类。如机械式压缩机还细分为内燃机直接驱动和电力驱动两个小类,综合现有压缩机类型,以及电动汽车空调系统对压缩机性能的实际需求,本文提出了三种汽车空调系统压缩机的匹配方案[1]。
  (1)内燃机加机械压缩机。该套匹配系统是传统内燃式汽车的常见匹配方式之一,具有性能稳定,制冷迅速等优势。但受结构决定,该方式的压缩动力端与内燃发动机通过皮带连接,压缩机转速受内燃发动机影响,因此制冷速度难以控制,部分汽车厂家为了解决制冷效率无法有效控制的弊端,对该匹配系统进行了改进,加大了压缩机的可调容量,但也导致压缩机体积、重量明显上升,过于复杂的结构也提高了故障率以及维修成本。
  (2)蓄电池加压缩机电机系统加机械压缩机。该方案是电动车发展初期采用的一种匹配方式,通过压缩机电机实现电能像机械能力的转换。该套匹配系统在一定程度上解决了传统内燃机动力压缩机制冷效果不可控制的缺点,通过加装变频系统可以实现压缩机转速的精准控制。但该系统能源转换效率较低,损耗大,降低了于电动汽车的续航能力。
  (3)蓄电池+加电动压缩机。该系统是现阶段电动汽车空调压缩机的常见匹配方式之一,电动压缩机的一体化设计结构,让电动压缩机故障率以及制冷剂的泄露风险达到降低。同时通过加装脉宽调制装置,进一步提高了制冷效率的可调性[2]。
  1.2 电动汽车以及混动汽车空调压缩机匹配方案的选择
  纯电动汽车受其单一能源特点决定,只能选择蓄电池加压缩机电机加机械压缩机和蓄电池加电动压缩机两种方案。根据汽车的造价预算以及空调系统需求从二者中选择。混动式电动汽车,具有混合能源的特点,上述方案都可以选择。混动式车一般具有纯电动、纯内燃以及混合动力三种驱动模式,在不同路况下汽车会自动选择驱动模式,受能源特点决定,在纯电动模式下,第一种方案的空调压缩机系统无法工作,因此,混动汽车一般选择压缩机电机系统加压缩机的匹配模式。
  1.3 燃料电池电动汽车空调压缩机
  燃料电池汽车也是新能源汽车的一种,动力结构采用燃料电池和蓄电池两种能源结构。此类汽车在纯蓄电池功能的动力模式下,第一种压缩机匹配结构无法正常工作,因此燃料电池汽车与混动型汽车一样,需要选择后两种压缩机动力模式作为空调系统的压缩机匹配模式。燃料电池汽车以及其他形式的混动汽车,与传统内燃发动机汽车相比,虽然具有低能耗、绿色环保等优势,续航能力依旧是现阶段新能源汽车发展的最大瓶颈。因此新能源汽车对空调压缩机系统的重量、体积以及能耗方面都有较高的要求,因此方案3更加适合新能源汽车使用,是新能源汽车以及电动汽车最佳方案[3]。
  2 工作方式匹配
  2.1 热负荷的确定
  目前业内对于汽车热负荷的研究方法以及相关测量标准基本达成一致,一般采用两种方法进行计算。在条件允许的情况下,可以采用热平衡方程计算的方法,计量结果精确,但该方法对汽车各项参数采集质量有较高的要求,需要准确采集汽车各零部件尺寸以及性能参数才能精准计算,计算过程较为复杂,时间成本高。一般应用于汽车制造的设计阶段,第二种方法是依靠工作人员的经验进行整体估算。该方法存在一定的误差,精度较差。但人工估算方法工作量较小,成本较低,适用于汽车后期的空调系统改造以及维修工作[4]。
  2.2 选型计算
  电动汽车压缩机的选型计算是确定压缩机具体性能要求的重要环节。压缩机选型主要根据汽车制冷量的实际需求选择与之匹配的压缩机型号。首先要掌握该车空调系统 的额定工况、压缩机的测试工况,以及压缩机在这两种工况下的性能 参数,然后将额定空调工况下系统(即蒸发器)所需的制冷量换 算到同一工况下压缩机所需的制冷量将额定空调工况下的 压缩机制冷量换算到测试工况下的压缩机制冷量,最后才能 根据测试工况下的压缩机制冷量和压缩机转速,在所选压缩机的性 能表(或性能曲线)上进行压缩机的容量和型号选择[5]。
  3 结束语
  (1)不同类型的电动车个体差异较大,对空调系统压缩机性能需求差别较大,应该根据实际情况选择匹配对的最高的空调压缩机系統。
  (2)在现有空调压缩机系统中,以电动压缩机作为核心的压缩机系统,集成度较高、体积小、重量轻同时能源利用率较低,符合阶段电动汽车对低能耗空调系统的实际需求,是电动车空调压缩机系统的最佳选择和主要发展方向。
  参考文献
  [1] 艾志华.纯电动车热泵空调与动力系统集成式热管理系统研究[D].长沙:湖南大学,2018.
  [2] 邱天宇.基于电池热特性分析的增程式电动车动力总成匹配与控制[D].长春:吉林大学,2018.
  [3] 张志强.增程式电动汽车系统热管理与APU协调控制技术研究[D].长春:吉林大学,2017.
  [4] 赵金龙.增程式电动汽车动力系统参数匹配及能量管理策略研究[D].重庆:重庆大学,2014.
  [5] 曹云波.基于ADVISOR纯电动汽车电动空调模块开发及仿真分析[D].长春:吉林大学,2009.
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