新能源汽车空调系统技术探讨
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摘 要：随着新能源汽车产业深入推进，不仅推动了空调系统技术发展步伐，并且使用效益更加显著。新能源汽车应用的空调系统主要包括余热利用空调与热泵式空调系统两种，无论是在压缩机类型上，还是在制冷制热系统形式上，以及蒸发器、冷凝器等方面，都存在较大差异。但对空调系统安全性、可靠性等方面的追求都是不变的，以确保驾驶室舒适度与稳定性。
关键词：新能源汽车；空调系统；热泵
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.016
新能源汽车项目起步晚，且发展处于摸索实践阶段，整车结构及系统仍有较大的完善空间。尤其是空调技术发展仍面临着电池造价高、设计工艺水平低、电池过热，以及内部零件碰撞等问题，尤其是在高速行驶中，以此对空调装置结构与系统性能提出了更高的要求。空调系统技术的发展势必会带动项目产业化发展，但目前首要的是攻克电池瓶颈，加大燃料电池，以及电动压缩机研发力度，利用新型环保制冷，能够进一步推动汽车工业改革。
1 新能源车空调系统分析
1.1 燃料电池余热利用空调系统
燃料电池发电装置能够将化学能有效转换为电能，借助燃料与氧化剂实现，转化效率高，其余转化为废热与温水、蒸汽。燃料电池属于动力源，利用能源效率比常规内燃机高，但燃料电池出现过热后，其性能、工作效率直接降低。对此，利用余热为车辆供暖，其经济性、能量利用率明显优化。综合考虑能源供应与性价比、生态环保等因素，研究结果表明氢是首选燃料。电解质种类多样，可分为熔融碳酸盐类，以及固体氧化物类等，其中质子交换膜燃料电池，工作电流相对较大，能量效率高，且可在数秒时间内完成冷启动，排出近80℃的废热，多以吸收式制冷空调系统为主，热泵启动热源，以燃料电池冷却液为主。对此，吸收式热泵发动机输出功率消耗低，熔液泵需消耗部分电能。同时吸收式热泵，其总需求电能相比压缩式热泵高。为满足城市公交与大巴空调制冷需求，加强了对吸收式制冷系统的创新，制冷剂以乙二醇和水为主，吸收剂以溴化锂为主，吸收式制冷系统热动力驱动，主要通过热管理系统主管热器，与制冷系统发生器的热交换实现。主换热器上设置旁通支路，并连接变频水泵，当燃料电池热量过高，且由空调制冷需求时，热量能从旁通支路給予，确保燃料电池始终保持适宜温度工况。同时电池辅助器与吸收器等电池热管理系统器件的冷却系统相同，车外风冷式换热器与冷却系统相通。燃料电池供暖系统的工作过程如下，截止阀打开后，使电池发动机处于工作状态，控制电池散热器，通过中间换热器，实现冷却液从发动机出口处流至进口处，由换热器热能沿着供暖管路持续向车内提供热风。
1.2 热泵式空调系统
热泵式压缩机是由独立式电机驱动，动力系统驱动电机，以及电动压缩机是由电池组供电，不会影响汽车运行安全性，同时也不会受到汽车运行的干扰。热泵式空调系统应用后，从车内顶部吸入新鲜空气，空气加热后，在挡风玻璃内完成除霜处理，并吹出热气，即在内部处理后由风道左右两侧吹出。不仅节省能耗，同时解决了车内湿度大，空气循环起霜等问题，确保汽车行驶安全性及舒适性。电动汽车热泵式空调系统由蒸发器完成除霜工作，由冷凝器提高空气温度，最后向车内提供热气，规避了结霜现象，不会影响汽车安全驾驶。在其基础上，电子膨胀阀受步进电动机驱动，合理控制阀门开度、制冷剂流量，以及出口空气温度等。制冷系统适用于40℃环境温度、50%相对湿度、27℃车室温度的环境条件，系统性能方面，1kW能耗，能够获取2.9kW制冷量。制热系统适用于25℃车室温度、-10℃环境温度，系统性能方面，1kW能耗，能够获取2.3kW制冷量。
当处于低温工况时，PTC热敏电阻可发挥功用，能够完成加热处理，并控制空调制热效率，同时完成除霜工作。PTC加热装置，可通过车载蓄电池获取直流电，安装离心式风机，或轴流式风机，加强风道合理设计，可确保PTC发热器周围风速均匀，切实发挥装置发热性能。PTC元件的消耗功率与进出风口的风速、温度密切相关，发热量与风速呈正相关。
2 汽车空调系统比较
传统汽车空调的压缩机类型，包括往复式、摇摆式、斜盘式三种。新能源汽车空调的压缩机类型，包括往复式、旋叶式、涡旋式三种。传统汽车空调，其压缩机结构，以开启式为主；新能源汽车，其空调压缩机结构，涉及半封闭式，与全封闭式两种。两种汽车的蒸发器与冷凝器类型基本一致，相比普通汽车空调，新能源汽车空调制热系统，除蒸汽压缩式外，还包括了一种吸收式。尤其是全封闭、涡旋式压缩机，制冷系数大幅度提高，功率与质量显著下降。普通汽车空调制冷，通过蒸汽压缩制冷，以冷却液为制热热源，当发动机冷却液处于温度较高状态时，由系统热交换器，实现空气热交换，从而实现车内供暖。新能源汽车空调，以热泵式、电加热、燃料电池余热完成供暖。同时新能源汽车制冷量，能够随时调节参数，如空气温度等，不受车辆行驶影响，且噪声小，确保了乘客舒适度。而电动压缩机驱动效率高，且寿命长，噪声小，发动机、压缩机传动装置取消，汽车结构得到简化。在空调制冷剂方面，新能源汽车将二氧化碳作为制冷剂，成本低且无毒无害，基于超临界循环角度分析，制冷量大，压缩机体积小，传热性能佳，交换器体积小，系统结构紧凑等优势。
3 总结
新能源汽车空调系统，相比传统汽车既有优势也存在不足，未来汽车空调系统技术发展还需加大对电池过热、电池循环寿命等方面的技术突破，确保电池冷却系统能够使电池始终在最佳工况下完成供电等工作。在汽车行驶中，系统不可避免的会出现振动与冲击现象，还需加强对系统零部件气密性与强度等方面的优化研究。
参考文献：
[1]陈帅，杜碧雪.新能源汽车空调控制系统研究[J].汽车与驾驶维修（维修版），2017（11）：109.
[2]王旭东，郑振.新能源汽车空调系统技术分析[J].企业技术开发， 2016，35（11）：7-8.
作者简介：朱之冬（1990-），男，辽宁抚顺人，本科，助理工程师，主要从事整车空调系统开发研究。
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