潘振利,黃漢濤

(鄭州科林車用空調(diào)有限公司,鄭州450001)

近幾年,我國純電動客車市場發(fā)展迅速,研發(fā)投入持續(xù)提高。國家產(chǎn)業(yè)政策也鼓勵純電動客車向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展,國內(nèi)汽車企業(yè)、蓄電池企業(yè)等新增針對純電動客車投資項目逐漸增多。投資者對純電動客車市場的關(guān)注越來越密切,這使得純電動客車市場的發(fā)展研究需求增大。

目前,我國研發(fā)的純電動客車主要有公交客車和旅游客車。其中純電動公交客車占80%;豪華旅游客車占18%,其它用途市場份額很少占2%。新能源公交客車因為需求主要來自各級政府相關(guān)公司,使用環(huán)境也更利于新技術(shù)的推廣,將受到更大的政策推動,在2年左右的時間內(nèi)可能將對相關(guān)企業(yè)產(chǎn)生實際收益。針對此情況,我單位對電動客車空調(diào)進行了研制。

1 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計

電動客車是指以車載電源為動力,選配合適的車載蓄電池提供電能驅(qū)動行駛的客車。由于電池的容量有限,空調(diào)系統(tǒng)的能耗對電動客車充電一次后的行程有很大的影響。因此電動客車對空調(diào)系統(tǒng)的能耗提出了更高的要求。

由于電動客車沒有發(fā)動機,不能像傳統(tǒng)客車那樣通過機械傳動驅(qū)動壓縮機,所以必須采用電驅(qū)動的壓縮機。壓縮機結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行客車上使用的壓縮機不完全相同。同時冬季采暖時無法像傳統(tǒng)空調(diào)那樣利用發(fā)動機的余熱,要求空調(diào)必須具有制熱功能。為了充分降低空調(diào)的能耗,需采用容積效率高的制冷劑。

根據(jù)電動客車的特點,我單位在充分研究論證的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了電動客車用變頻冷暖空調(diào)系統(tǒng),機組采取一體化形式,布置于車輛的頂部,安裝時只要提供直流電源即可。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。圖中表示出了系統(tǒng)制冷時的流程,制熱時通過四通閥改變制冷劑的流通途經(jīng),使蒸發(fā)器和冷凝器互換。該系統(tǒng)基于普通的冷暖空調(diào),針對電動客車的使用環(huán)境和要求,選配了特殊的空調(diào)壓縮機。

圖1 系統(tǒng)工作原理

2 壓縮機的選擇

壓縮機是制冷系統(tǒng)的心臟,壓縮機的性能直接決定系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟性。電動客車空調(diào)壓縮機除了需要電力直接驅(qū)動外,由于整個空調(diào)系統(tǒng)全部頂置,壓縮機的外形尺寸、壓縮機的振動強度都是選定壓縮機的關(guān)鍵因素。目前適合電動客車空調(diào)的壓縮機有谷輪的ZRH系列,Bitzer的ELH7系列,BOCK的HG系列。其中谷輪的ZRH系列、bitzer的ELH7系列屬于全封式渦旋壓縮機,Bock的HG系列屬于半封式往復(fù)活塞壓縮機。全封式渦旋壓縮機相對半封式往復(fù)活塞壓縮機而言,具有振動小、噪聲低、效率高、外形尺寸小的特點?；趬嚎s機的穩(wěn)定性,外形尺寸等方面的考慮,我們采用了谷輪的ZRH系列壓縮機。

谷輪柔性渦旋壓縮機具有獨特的優(yōu)越性,高能效比,低噪聲,高可靠性,低的系統(tǒng)設(shè)計成本和運行成本。谷輪基于成熟的壓縮機技術(shù),開發(fā)出了適于移動式空調(diào)和熱泵應(yīng)用的臥式渦旋壓縮機,臥式渦旋壓縮機利用了和立式壓縮機相同的技術(shù),并增加了一個正壓式油泵來保證臥式的應(yīng)用。谷輪臥式渦旋壓縮機同時提供交流變頻壓縮機電機選項,谷輪變頻系列壓縮機能夠精確滿足負(fù)荷的變化,可以適應(yīng)更寬廣的應(yīng)用范圍。

3 制冷劑的選擇

ZRH系列壓縮機可以使用R134a與R407c制冷劑,由于R407c具有較高的容積制冷量,可以有效減少機組的尺寸,減少機組重量,更適合機組頂置。圖2為ZRH72KJE-TFD壓縮機應(yīng)用于R134a和R407c時的性能曲線,該曲線基于谷輪壓縮機選型樣本數(shù)據(jù)繪制,數(shù)據(jù)測試條件為:

電源:交流三相380V定頻50Hz

冷凝溫度:45℃

回氣過熱度:11.1K

過冷度:8.3K

環(huán)境溫度:35℃

可以看出R407c具有明顯的優(yōu)越性。R407c屬于安全環(huán)保制冷劑,安全環(huán)保性根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)ANS1/ASHRAE34-1989,對制冷劑的安全性主要考慮毒性和可燃性。R407C是由 R32、R125、R134a組成的非共沸混合工質(zhì),低毒不可燃,屬安全性制冷劑。

圖2 ZRH72KJE-TFD應(yīng)用于R134a和R407c時制冷能力的比較

制冷劑的環(huán)保性能主要由兩個重要的環(huán)境指標(biāo)來體現(xiàn),即臭氧衰減指數(shù)ODP和溫室效應(yīng)指數(shù)GWP,R407C的ODP為0,GWP約為0.05。

4 電控系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)電動客車的特點以及壓縮機的性能要求,結(jié)合本單位空調(diào)電控系統(tǒng)的特點,我們開發(fā)了一套新的電控系統(tǒng),系統(tǒng)原理如圖3所示。車輛過來的直流電源到變頻器和直流變換器,變頻器在控制器的控制下將直流電源逆變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電驅(qū)動壓縮機工作;經(jīng)過直流變換器調(diào)節(jié)為24V的直流電源供給蒸發(fā)器和冷凝器的風(fēng)機、以及系統(tǒng)的傳感器使用。電控系統(tǒng)采用變頻技術(shù)主要基于降低系統(tǒng)能耗的目的,同時便于系統(tǒng)以后的升級,在條件成熟時空調(diào)系統(tǒng)使用的風(fēng)機也做成變頻調(diào)速的。變頻系統(tǒng)根據(jù)車廂內(nèi)的溫度,控制變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電,使壓縮機實現(xiàn)無級調(diào)速,不但能有效節(jié)約能源,減輕車載電源的負(fù)荷;還能穩(wěn)定車廂內(nèi)溫度的波動,營造舒適的車廂環(huán)境。

圖3 電控系統(tǒng)的原理

本電控系統(tǒng)具有以下特點:

1)采用變頻技術(shù),控制器根據(jù)車內(nèi)負(fù)荷的變化自動調(diào)節(jié)制冷量,實現(xiàn)節(jié)能,穩(wěn)定溫度波動的目的。

2)柔性啟動壓縮機,降低啟動電流,減少啟動電流對電源的沖擊,同時保護壓縮機。

3)系統(tǒng)的交流直流分開控制,即保持了系統(tǒng)的簡單使用,又避免了相互之間的干擾。

5 系統(tǒng)的安全防護

由于電動客車的特殊性,電源電壓高達600V DC,空調(diào)系統(tǒng)不但要保證正常運行時較高的安全性,還要防止特殊情況下的安全性。系統(tǒng)的絕緣保護相當(dāng)重要。本空調(diào)系統(tǒng)的防護等級達到IP55,可滿足空調(diào)全天候下各種環(huán)境使用要求。系統(tǒng)對高壓電源電路、變頻器、調(diào)壓器、電器件作了加強絕緣,絕緣性能達到F級,各器件與空調(diào)外殼間的耐電壓＞3500V AC。設(shè)置了有效的接地保護,一旦意外情況下出現(xiàn)接地,系統(tǒng)馬上自動切斷高壓電源。

6 結(jié)論

筆者所在單位研制的空調(diào)系統(tǒng)具有外形美觀、節(jié)能環(huán)保,安裝方便的特點。

由于電動客車本身還處于發(fā)展研究階段,配套的空調(diào)系統(tǒng)也處于起步階段,隨著電動客車技術(shù)的不斷成熟,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸完善。電動客車空調(diào)也會逐步繁榮發(fā)展。

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