郭偉

(華晨汽車工程研究院，遼寧沈陽 110044)

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淺談輕型電動客車的空調(diào)系統(tǒng)

郭偉

(華晨汽車工程研究院，遼寧沈陽 110044)

摘要：由于電動汽車動力系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)汽車,因此空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計也不一樣。以某電動汽車為例，介紹其空調(diào)系統(tǒng)的組成。又因為電動汽車空調(diào)系統(tǒng)以PTC加熱代替水暖，重點分析了PTC的工作原理。最后闡述了電動汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理。

關(guān)鍵詞：電動汽車；空調(diào)系統(tǒng)； PTC加熱

0引言

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，在能源短缺、環(huán)境污染嚴重的背景下，新能源汽車作為一種新型交通工具，在緩解能源危機、促進人類與環(huán)境的和諧發(fā)展等方面具有傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢，目前已成為各國政府、汽車制造商、能源企業(yè)關(guān)注的焦點。因此新能源汽車取代傳統(tǒng)汽車已成為國際汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢。

汽車空調(diào)的功能就是把車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動性保持在使人感覺舒適的狀態(tài)。對于新一代的環(huán)保型汽車——電動汽車,也應(yīng)給駕乘人員提供舒適的駕駛和乘坐環(huán)境。

由于電動汽車中電機代替了傳統(tǒng)的發(fā)動機，這就給空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計增加了不少的難度。傳統(tǒng)車以發(fā)動機作為動力源，帶動壓縮機和以發(fā)動機冷卻水作為暖風的熱源，在電動車中都無法利用。

1空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)造及功能

以某輕型電動客車為例，介紹電動空調(diào)系統(tǒng)，電機代替了傳統(tǒng)的發(fā)動機，所以電動壓縮機代替?zhèn)鲃拥膲嚎s機，PTC加熱代替水暖?？照{(diào)系統(tǒng)包括電動壓縮機、前空調(diào)主機(PTC加熱)、制冷管路總成、頂置蒸發(fā)器總成、后暖風PTC總成、冷凝器總成、前后空調(diào)控制器總成，見圖1。

1.1前空調(diào)主機總成

前空調(diào)主機總成中用PTC加熱器取代前暖風芯體。由于PTC加熱器為高壓高溫部件，為避免過熱，可在PTC表面增加一個溫度傳感器，當溫度高于設(shè)定值，切斷電源。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在量產(chǎn)前，可對PTC加熱器進行常溫壽命試驗、低溫壽命試驗、高低溫沖擊試驗、持久過電壓、瞬時過電壓、絕緣電阻、耐電壓、抗跌落試驗、濕熱試驗、鹽霧試驗等。PTC加熱器見圖2。

圖2　PTC加熱器

1.2電動壓縮機總成

電動壓縮機為全封閉臥式渦旋壓縮機，是一種靠固定渦旋體(定片)與可動渦旋體(動片)的相對轉(zhuǎn)動，使密閉空間中的體積發(fā)生變化，從而排出高壓氣體的機械。它具有效率高、動作平穩(wěn)、有高速旋轉(zhuǎn)可能這三大特點。其最大優(yōu)點是體積小、便于在汽車發(fā)動機上安裝，電動壓縮機為獨立的裝置，轉(zhuǎn)速不受其他部件控制，所以低速時，性能比較好，電動壓縮機模型見圖3。

圖3　電動壓縮機模型

技術(shù)關(guān)鍵：密封問題，包括端面密封(軸向密封)和徑向密封；設(shè)計參數(shù)的選定及動力平衡問題；加工工藝問題，兩個渦旋片比較難加工；驅(qū)動控制器的高壓絕緣問題。

電動壓縮機的資源比較少，三電和電裝公司未國產(chǎn)化，國內(nèi)南京奧特佳和上海本菱等少數(shù)公司在生產(chǎn)。

1.3后暖風機總成(PTC)

后暖風機總成中用PTC加熱器取代前暖風芯體，結(jié)構(gòu)和性能試驗同前空調(diào)主機總成中的PTC，見圖4。

圖4　后暖風機總成

1.4其他總成

冷凝器總成的結(jié)構(gòu)采用平流式，同常規(guī)車型；制冷管路、前后控制器總成和頂置蒸發(fā)器總成同常規(guī)車型。

1.5PTC的工作原理

高分子聚合物正溫度熱敏電阻(簡稱自復保險絲)是由聚合物與導電粒子等所構(gòu)成。在經(jīng)過特殊加工后，導電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過(或元件處于正常環(huán)境溫度)時，自復保險絲呈低阻狀態(tài)(圖5(a))；當電路中有異常過電流通過(或環(huán)境溫度升高)時，大電流(或環(huán)境溫度升高)所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷導電粒子所構(gòu)成的導電通路，自復保險絲呈高阻狀態(tài)(圖5(b))；當電路中過電流(超溫狀態(tài))消失后，聚合物冷卻，體積恢復正常，其中導電粒子又重新構(gòu)成導電通路，自復保險絲又呈初始的低阻狀態(tài)(圖5(a))。

圖5　PTC工作原理

自復保險絲電阻值與溫度變化的關(guān)系如圖5(c)所示。圖中點a溫度較低，自復保險絲產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達到平衡；點b溫度較高時，自復保險絲仍處于熱平衡狀態(tài)；點c為溫度繼續(xù)增加時，自復保險絲達到熱平衡臨界點(居里點)，此時很小的溫度變化就可以導致阻值大幅度的增加；點d處自復保險絲處于高阻狀態(tài)，限制大電流通過，從而保護設(shè)備不受損壞。

自復保險絲沒有極性，阻抗小，安裝方便，將其串聯(lián)于被保護電路的線路中即可(圖5(d))。

工作性能及特點：

(1)零功率電阻低。自復保險絲自身阻抗較低，正常工作時功率損耗小，表面溫度低；

(2)過流保護速度快。自復保險絲由于自身材料特性，在過流狀態(tài)響應(yīng)速度方面比其他過流保護裝置快得多；

(3)自鎖運行。自復保險絲在過流、超溫保護狀態(tài)，以極小的電流鎖定在高阻狀態(tài)，只有切斷電源或過電流消失后，才會恢復低阻狀態(tài)；

(4)自動復位。自復保險絲在過流、超溫保護作用后(故障排除)自行復位，無需進行拆換；

(5)耐大電流。自復保險絲有極好的耐大電流能力，有的規(guī)格可承受100 A電流沖擊；

(6)自復時間短。自復保險絲在過電流、超溫條件消失后的幾秒鐘內(nèi)，元件的溫度下降很快，能很快恢復到其低阻狀態(tài)。

2空調(diào)系統(tǒng)的工作原理

(1)壓縮過程。壓縮機吸入蒸發(fā)器出口處的低溫低壓的制冷劑氣體，把它壓縮成高溫高壓的氣體排出壓縮機。

(2)散熱過程。高溫高壓的過熱制冷劑氣體進入冷凝器，由于壓力及溫度的降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并排出大量的熱量。

(3)節(jié)流過程。溫度和壓力較高的制冷劑液體通過膨脹裝置后體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀(細小液滴)排出膨脹裝置。

(4)吸熱過程。霧狀制冷劑液體進入蒸發(fā)器，因此時制冷劑沸點遠低于蒸發(fā)器內(nèi)溫度，故制冷劑液體蒸發(fā)成氣體。在蒸發(fā)過程中大量吸收周圍的熱量，而后低溫低壓的制冷劑蒸氣又進入壓縮機。上述過程周而復始地進行，達到降低蒸發(fā)器周圍空氣溫度的目的?？照{(diào)系統(tǒng)的工作原理圖見圖6。

圖6　空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖

3結(jié)束語

汽車空調(diào)可以提高乘坐舒適性，使司機保持頭腦清醒，提高工作效率，能減少疲勞和車禍的發(fā)生。隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，電動空調(diào)系統(tǒng)將被廣泛應(yīng)用。

參考文獻:

【1】林鋼.汽車空調(diào)原理與維修[M].北京:北京大學出版社,2008.

【2】陳孟湘.汽車空調(diào)原理、結(jié)構(gòu)、維修(新世紀版)[M].上海:上海交通大學出版社，2001.

【3】曹立波,楊華,高建遠.電動汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計對策[J].湖南大學學報:自然科學版,2001，28(5)：40-45

Brief Discussion on Air-condition of Small Electric Vehicle

GUO Wei

(Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Shenyang Liaoning 110044,China)

Abstract:The electric car’s powertrain system is different with traditional cars, so the design of the air conditioning system is different also. Taking an electric vehicle as an example, its air-condition system structure was introduced. How PTC worked was discussed due to the PTC was the heating element instead of hot water in the air-condition system.The working principle of the electric car’s air-condition system was introduced.

Keywords:Electric vehicle;Air-condition system;PTC heating

收稿日期：2015-09-30

作者簡介：郭偉，男，本科，從事空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)流程的過程控制和質(zhì)量管理等工作。E-mail：wei.guo@brilliance-auto.com。

中圖分類號:U469.72

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)01-043-03