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浅析电动汽车空调系统技术
2021-12-24 17:47:42· 来源：电动学堂 作者：萧媛
文章来源：柳州拜尔汽车设计有限公司1引言在全球气候变暖、大气污染和能源成本高涨的大背景下，作为能源消耗和环境污染主体之一的汽车首当其冲（图1），更具节能
文章来源：柳州拜尔汽车设计有限公司
1引言
在全球气候变暖、大气污染和能源成本高涨的大背景下，作为能源消耗和环境污染主体之一的汽车首当其冲（图1），更具节能环保优势的电动汽车应运而生。电动汽车是汽车技术、电子与计算机技术、电化学技术和能源与新材料技术聚合发展的结晶。较传统汽车，电动汽车拥有污染小、噪声低和节省石油资源等优点，已逐渐成为新一代人类主要交通工具。而空调系统作为汽车总成的重要部分，加之电动汽车空调系统与汽车续航的制约，使得对电动汽车空调技术的研究显得非常必要。
2电动汽车空调制冷系统及原理
电动汽车空调与传统燃油车空调原理相同，只是在压缩机驱动方面不同而导致其组成结构有差别。传统燃油车利用其发动机动力使用机械压缩机，电动汽车没有了发动机而选用了由动力电池提供动力的电动压缩机。电动汽车空调制冷系统主要由纯电动汽车的压缩机、冷凝器、膨胀阀、贮液干燥器、蒸发器和控制电路组成。低压管路是从节流阀出口到压缩机入口，系统有蒸发箱、积累器和低压加注口。高压管路是从压缩机出口到节流阀入口，系统有压缩机、干燥器、冷凝器、高压加注口、节流阀和高低压开关。如图2所示。
电动汽车空调系统的制冷原理是压缩机把低压、低温的气态制冷剂吸入并压缩成高温、高压的液态制冷剂，和外界空气形成温差。
经过冷凝器风扇或者发动机散热器把高温高压制冷剂的热量散发至四周空气并使制冷剂降温，从而达到使车厢内降至理想温度的效果。其他一些重要零部件如干燥器是用来除去制冷剂中的水分，高压加注口是用来加制冷剂另外也可以对管路抽真空。节流阀（膨胀阀）可以使高压制冷剂节流并雾化，经蒸发箱并在鼓风机的作用下吸收车厢内的热量，使其变成低温低压的气态。
3电动汽车空调制热系统及种类
电动汽车空调制热系统与传统燃油车相比有了很大的不同，传统燃油车制暖只需利用发动机工作产生的余热即可满足整车制热的需求。可对于电动汽车而言由于没有了发动机能够提供的热源，电动汽车的制热就成了其面临的一大难题，无论从安全、能源和制热效果上都受到很大的制约。本文将重点介绍以下几种电动汽车空调系统的制热模式。
3.1半导体制热（制冷）系统
半导体制热系统别名温差电制热或电子制热，原理是热电偶对为其基本器件，将一只N型半导体和P型半导体接连成热电偶，直流电通上后，于接口处产生出热量和温差的转移，在电路上并联起数对半导体热点偶对，如果是制冷则为串联。这样就构成一个很典型的制热热电堆，借助热交换器等一系列传热途径，让热电堆的热端不停的细热，并且维持一定的温度，而将热电堆的冷端处于工作环境中去散发降温，这便是半导体制热的原理（图3示）。半导体空调系统可以实现从零上90摄氏度到零下130摄氏度，但这并不意味这它是没有缺陷的，对于电动汽车而言，由于存在热电材料优质系数低以及制冷性能不理想等因素的影响，使得半导体制冷系统不能满足电动汽车节能高效的要求，所以该技术在未来依然会是人们研究改良的方向。
3.2热泵型空调系统制热（制冷）
热泵型空调系统是在传统燃油机车上进行改造的，压缩机采用永磁直流无刷电机直接来驱动，其工作原理见图4。该系统和普通热泵型空调系统是一样的，由于应用在电动汽车上，所以压缩机等主要零部件具有一定的特殊性。热泵型空调系统的最大优点是它的制冷制热效率高。热泵技术通过改变系统制冷剂的流向，从外部的低温热源吸取热量，向车内的高温热源散热，从而达到使车厢内温度升到以达到理想温度环境的效果。热泵的热力学经济性方面比消耗电能的系统要好很多，目前在家用空调方面应用很广，在汽车空调应用方面依然有待深入。热泵型空调技术的最大软肋是在低温环境下的制热问题，尤其是在一些寒冷地区的应用会是将来主要研究课题之一。但依靠着高效的制热制冷优势，加上其和不同类型汽车车体都较吻合的优点，应该说热泵型空调系统是未来电动汽车空调发展的主要趋势。
3.3驻车加热器制热
驻车加热器制热方式是遥控器或者定时器发送给ECU一个启动信号，从油箱由计量油泵泵油并且以脉冲形式将燃油喷到燃烧室，点火器将其加热到900摄氏度左右，使细小油滴气化，鼓风机吸入空气，和汽油混合点燃，热能被传送给发动机冷却液，水泵推动冷却液进入蒸发箱散热器循环散热，鼓风机把车内冷空气吸走，将被加热的空气鼓入车厢内，已达到温度上升至理想温度的效果。
3.4PTC加热器制热方式
3.4.1PTC风暖制热系统
PTC风暖制热系统是由蒸发器、PTC风暖加热器、模式风门执行器、鼓风机、温度风门执行器、内外循环风门、蒸发温度传感器等组成的。该系统的主要特点是把原来的加热暖芯替换成PTC风暖加热器，加热原理是鼓风机把外界空气吸入后通过PTC风暖加热器直接加热后吹入车内，此过程的本质是电能转化为空气热能。该系统具有加热效果快，构造简单的特点，但因为装置于车内，所以对其安全性要求很高。
3.4.2PTC水暖制热系统
PTC水暖制热系统是由蒸发器、鼓风机、暖芯、模式风门执行器、温度风门执行器、蒸发温度传感器、内外风门、水暖PTC加热器、膨胀水箱、电子水泵和吸水管等组成。该系统的制热原理是：水暖PTC加热器将冷却液加热到一定温度后，电子水泵将加热后的冷却液抽入到暖风芯体中，它将与四周空气进行热交换，而后鼓风机会将被加热的空气吹入到车体中，冷却液降温后流入水箱，再被PTC水暖加热器加热，如此循环。PTC水暖制热系统安全性较好，但其加热效率较慢，并且目前在国内这一技术尚待开发。
4结束语
电动汽车因为自身特点其空调系统需依靠整车动力电池，势必对其续航里程造成不小影响，为降低这一影响必须对其空调系统性能不断优化设计，业内普遍认为热泵型空调系统技术将是以后的重点研究方向。目前来看如何提高电动压缩机性能，如何从控制方面优化空调性能，如何解决在低温条件下提高空调系统制热性能等，将是以后电动汽车空调系统技术所面临的比较迫切的科研问题。
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