電動壓縮機技術在電動車上的應用研究

余學偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

電動壓縮機技術在電動車上的應用研究

余學偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

文章首先介紹了壓縮機的發展趨勢，然后描述了電動渦旋式壓縮機的技術特點。接著以某微型電動轎車為例，從熱負荷計算、壓縮機選型、設計校核，等方面，詳細闡述了電動渦旋式壓縮機在江淮電動車空調系統上的應用研究過程。結果表明電動渦旋壓縮機應用完全具有可行性，對節能減排有著重要的意義。

電動壓縮機；空調系統；電動車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.006

CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-15-03

前言

電動汽車因無發動機，無法使用傳統燃油車上通過皮帶輪驅動的壓縮機，針對電動汽車的特點開發了適合電動汽車使用的渦旋式電動壓縮機，此壓縮機將電機與壓縮機泵體封閉在同一個密封殼體內，直接使用電動汽車上的電池供電，結構緊湊，可靠性高。

1、電動渦旋壓縮機的技術特點

1.1 結構特點

電動渦旋壓縮機是一種新型的容積式壓縮機，它是靠定渦旋盤與動渦旋盤的相對連續運動，使密閉空間中的容積發生變化，從而排出高壓氣體的機構。

電動渦旋壓縮機主要由動渦旋盤、定渦旋盤、回旋機構、防旋轉機構、前端蓋部件和電機機體等構成。電機渦旋壓縮機采用柔性驅動平衡機構，解決了高速旋轉時產生平衡破壞而引起的振動。同時采用球形聯接器結構式的防旋轉機構。

1.2 特性與參數

1.2.1 特性

1）電機與壓縮機一體式設計：電機在壓縮機內部對壓縮機進行驅動，通過冷媒循環可自行冷卻而不需外加冷卻設備；

2）欠壓保護：當動力電源電壓過低（低于260V）時，驅動器將自動切斷電路以保護電池與壓縮機。在不重啟壓縮機的情況下， 若電源電壓回升至275V則壓縮機自動重新啟動；

3）過流保護：當電路中電流過高（高于11A±0.5A）時，驅動器將自動切斷電路以避免電流過大對壓縮機及驅動器造成損壞；

4）預留調速信號輸入接口：通過在調速線上輸入400Hz，12V占空比可調的PWM信號可以對壓縮機轉速進行調節，0-100%占空比對應轉速為500RPM-4000RPM；

5）驅動器使用全鋁外殼并自帶風扇對驅動器進行冷卻；

1.2.2 參數

1）工作環境溫度范圍：驅動器：-30℃to85℃；壓縮機：-30℃to105℃；

2）電源：

1 ->工作電壓范圍：260V-380VDC；

2->最大輸入電流：15A；

3->額定輸入電壓：320VDC；

4->額定輸入功率：1500W；

5->控制電源電壓范圍：9-15VDC；

6->控制電源最大輸入電流:500mA；

3）電機參數：

1->電機類型：直流無刷無傳感器電機，4極；

2->額定電壓：320VDC；

3->額定功率:1500W；

4->額定轉速:3000rpm；

5->最小轉速:500rpm；

6->最大轉速:4000rpm；

7->轉速誤差:<1%；

4）壓縮機參數:

1->排量:36cc/rev；

2->重量:11.5Kg；

3->尺寸:370X180X155；

電動渦旋壓縮機在電動車上的應用

下面以江淮某微型電動車為例，闡述電動渦旋壓縮機的應用過程。

2.1 技術指標的制定

根據空調性能要求可設定初步的技術指標，如下表：

表1 技術指標

根據指標繪制制冷分析圖：

圖2 制冷分析圖

2.2 熱負荷的確定

關于熱負荷的計算方法有許多種，下面就一種方法計算江淮電動轎車空調系統的熱負荷的計算，

傳統方法是將各部分熱負荷一一算出，然后加起來，這種算法目的很明顯，就是為了準確得出各部分的熱負荷，以便于設計和運行中有針對性地減少熱量損失，而本系統的設計計算主要是為了估算熱負荷，以此為參照，對系統各部件進行校核檢驗?，F采取計算出較易確定的太陽輻射熱QT和玻璃滲入熱QB，然后按QT+QB占總熱負荷的比例（70%），既可得出總熱負荷Qg，為安全起見，取修正系數K=1.05，從而實際熱負荷Q=KQg。

2.2.1 工況條件確定

冷凝溫度tk=63℃、蒸發溫度te=0℃、過冷溫度t4=57℃、吸氣溫度t1=10℃、室外溫度t0=35℃、室內溫度ti=27℃、該車正常行駛速度WC=40Km/h。

熱負荷構成：

式中：QT——太陽輻射及太陽照射得熱量；

QB——玻璃窗滲入量；

Qm——人體散熱量（2排座5人）；

QA——室外空氣滲入熱量；

QE——發動機室傳入熱量；

Qq——其它儀器、設備發熱量。

2.2.2 太陽輻射得熱量QT

由于太陽照射，汽車車體溫度升高，在溫差作用下，熱量以導熱方式傳入車廂內。太陽輻射是由直射和散射輻射構成，車體外表面由于太陽輻射而提高了溫度，同時向外反射輻射熱，可將太陽輻射強度化成相當的溫度形式，與室外空氣溫度疊加在一起，構成太陽照射表面的綜合溫度tm.對車身圍護結構由太陽輻射和照射熱、對流換熱兩部分熱量組成：

式中：QT——車身外表面所受太陽輻射強度；

α—室外空氣與日照表面對流放熱系數；

tm—日照表面的綜合溫度；

K—車身圍護結構對室內的傳熱系數；

to—車廂外設計溫度；

ti—車廂內設計溫度。

α應采用對流系數換熱準則式求解，但由于車速變化范圍大，車身外表面復雜，難以精確計算，一般可采用下面近似公式計算：

Wc是汽車行駛速度，可采用40km/h（11.1m/s）計算：

聯立可得tm：

由于車廂內外溫差不大，上式后項近似to，則有：

將各參數代入（3）式求得：

玻璃窗滲入熱量QB

太陽輻射通過玻璃窗時，一部分被玻璃吸收，提高了玻璃本身溫度，然后通過溫差傳熱將熱量傳入車內，另有大部分輻射熱將通過玻璃窗直接射入車廂內。玻璃窗的滲入熱量是由溫差傳熱和輻射傳熱兩部分組成：

式中：A——玻璃窗面積（m2）；

K——玻璃窗的傳熱系數；

tb——玻璃溫度，取車室外溫度；

ti——車廂內溫度；

C——玻璃窗遮陽系數；

μ——非單層玻璃校正系數；

qb—通過單層玻璃的太陽輻射強度，qb=τGIG+τSIS；

τG—透過窗玻璃的太陽直射投射率；

τs—透過窗玻璃的太陽散射投射率。

將以上各參數帶入式（6）得：

熱負荷確定：

2.3 制冷量的確定

注：以上制冷量的確定是根據內燃機的工作原理得出制冷量，對于電動汽車空調系統消耗很大的電能，需要在內燃機計算得出的制冷量的基礎上進行適當的修正，將制冷量降低四分之一左右，以利于保證電動車的正常行駛里程；

2.4 壓縮機的選型和校核

根據前面的計算，壓縮機選擇時應考慮以下幾個條件：

1）具有合適的能效比；

2）制冷量應滿足修正后制冷量；

3）合適的轉速。

2.4.1 壓縮機參數的確定

下圖為參考待用機型EWXH-036-1的性能曲線圖，從性能曲線中可以看出壓縮機在3000rpm左右時，制冷量可以達到3kW，可以滿足設計要求。

圖3 壓縮機性能曲線

2.4.2 壓縮機速度定義

由于此款壓縮機具有自我調節轉速的功能，具體可調的范圍為：

500 rpm＜n＜4000rpm

考慮到壓縮機需要消耗比較多的電能建議將轉速設定在能效比最高的轉速位置，以上可以看出轉速定義為在2000rpm-3000rpm最宜。

3、結論

在電動車上應用電動渦旋壓縮機技術是完全可行的，并具有以下優勢：

1）空調性能可以達到使用要求；

2）低轉速可以很穩定的能效比節約電能；

3）加速電動轎車的普及；

通過對電動渦旋壓縮機技術的應用研究，使得江淮微型電動車轎車提升產品的競爭力。

[1] 史保新,馬國遠,陳觀生.電動車用空調裝置的研究.流體機械.2002,58-50.

[2] 江志斌,吳志寶,何斌.汽車空調模糊控制的研究.制冷學報.1995, 25-29.

[3] 陳觀生,史保新,馬國遠.電動汽車空調壓縮機的實驗研究.廣州工業大學學報.2000,11-1.

Research of Electric Compressor Technology Applied in Electric Car

Yu Xuewei
(Anhui jianghuai Automobile Co., Ltd., Auhui Hefei 230022)

Abstrac: The paper describes the development trend of compressor, and the technical characteristics of electric scroll compressor, then taking one mini-electric car, for example, from the heat load calculation, compressor selection, design verification, etc.the paper detailed the research process of electric scroll compressor Applied in JAC electric car air-conditioning system . The research showed that application of electric scroll compressor completely feasible, and it has an important significance for energy-saving emission reduction.

electric compressors; air-conditioning systems; electric car

U469.72

A

1671-7988 (2016)12-15-03

余學偉（1983—），助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。