新能源汽車空調電動壓縮機控制技術研究

晏利民

摘要：新能源汽車是當前國家大力推廣的新型汽車。由于對環境污染小，受到了人們的一致認可。在新能源汽車中，電動壓縮機技術是重點也是關鍵，本文將進行介紹。

關鍵詞：新能源汽車；壓縮機；應用

電動壓縮機是新能源汽車的主要耗能部件，其效能將對整機的耗能產生重要影響。

一、新能源汽車空調系統

當今，新能源汽車為環境污染和能源短缺提供了解決途徑。但是新能源汽車的成功還需要面對很多問題，特別是電池能量密度不足問題是目前阻礙電動車推廣的頭號難題。電動車因為沒有了傳統的發動機結構，因此無法再采取使用發動機通過皮帶輪為空調壓縮機提供動力的模式，即便驅動源改為電動機也由于其效率低下而不被采用。因此帶電動壓縮機的空調系統被裝配到了新能源汽車上。能源汽車空調制熱采用熱泵運行方式解決，這是未來發展的理想模式，但是由于目前冷媒技術發展限制，多采用PTC或者熱泵+PTC結合方式實現

二、電動壓縮機選型策略

上汽大通V80- APU新能源汽車是以電池組加小發動機為動力源的新能源汽車。因其發動機無法提供滿足空調壓縮機要求的傳動比，即皮帶輪式壓縮機難以與上汽大通V80- APU新能源汽車進行匹配，轉而選用電力驅動的壓縮機[1]。其中電力驅動的壓縮機主要分為兩類，其一是全電動壓縮機，僅由電力驅動，按驅動方式又分為獨立式和非獨立式；其二是混合驅動壓縮機，由發動機和電機混合驅動壓縮機，可以在發動機驅動模式和電力驅動模式之間切換，節省汽車能耗。

三、電動壓縮機選型驗證

上汽大通V80- APU新能源汽車（滿載5人）采用單空調系統，制冷量為4.8Kw，其制冷系統由冷凝器、儲液干燥劑、電動壓縮機、風機總成、空調總成（含蒸發器/膨脹閥），以及冷媒管路組成。為進一步驗證電動壓縮機與上汽大通V80- APU新能源汽車的匹配度，需對系統制冷量、乘員艙內噪聲試驗分析。

1、V80- APU。空調系統制冷量臺架試驗電動壓縮機產品種類繁多，從現有的電動壓縮機產品中選擇了兩款電動壓縮機作為研究對象。一款是E66電動壓縮機，排量66cc；另外一款GEN2電動壓縮機，壓縮機排量33cc。制冷系統臺架試驗的環境為：蒸發器側干球溫度（27±0.5）℃，濕球溫度（19.5±0.5）℃，冷凝器側干球溫度（35±0.5）℃。系統試驗結果顯示：E66電動壓縮機，在V80- APU空調系統中，當電動壓縮機轉速為4500rpm時，系統最大制冷量為6.65Kw，耗電量為4.2Kw；GEN2電動壓縮機，在V80- APU空調系統中，當電動壓縮機轉速為6000rpm，系統制冷量為5.33Kw，耗電量為2.16Kw。系統臺架試驗顯示：兩款電動壓縮機均能滿足V80- APU空調制冷要求，單位制冷量耗電量GEN2優于E66。

2、乘員艙內噪聲試驗。當V80- APU的發動機不工作時，電動壓縮機將為最大的噪聲源，需對兩款電動壓縮機噪聲進行評估[2]。評估要求發動機靜止時，電動壓縮機轉速從1660rpm提升至6000rpm時，乘員艙內主駕右耳處的噪聲不得超過目標曲線。當E66工作時，主駕右耳處的噪聲均在50dB以上，比目標曲線高，如下圖中綠色曲線所示；而GEN2工作時，主駕右耳處的噪聲均低于目標曲線。因此，GEN2電動壓縮機在噪聲方面GEN2優于E66。

3、電動壓縮機選型結論。綜上所述，在滿足V80- APU空調制冷要求的情況下，單位制冷量耗電量GEN2優于E66；在發動機處于靜止工況下，GEN2電動壓縮機在噪聲方面GEN2優于E66。因此，上汽大通V80- APU新能源汽車選用GEN2電動壓縮機。

四、壓縮機轉速優化與性能效果驗證

1、壓縮機轉速優化。GEN2臺架測試數據顯示，電動壓縮機轉速在4000rpm轉速時，系統制冷量為4.188kw，耗電量為1.32Kw，COP為3.15；電動壓縮機轉速在5000rpm轉速時，系統制冷量為4.787kw，耗電量為1.74Kw，COP為2.75；電動壓縮機轉速在6000rpm轉速時，系統制冷量為 5.33kw，耗電量為2.16Kw，COP為2.47。GEN2在4000～6000rpm轉速時，其系統制冷量和耗電量數據。當GEN2在轉速5000rpm時，空調系統制冷量為4.787kw。根據APU- V80的空調制冷量的需求，系統最大制冷量為4.8Kw，GEN2可完全滿足要求。在4000～6000rpm轉速時，空調系統COP趨勢。采用GEN2的空調系統運行COP隨著電動壓縮機轉速的提升反而下降，GEN2電動壓縮機高COP轉速區間在0～5000rpm。對于V80- APU空調系統而言，當轉速>5000rpm時，制冷量不僅過剩，且系統處于低COP工況運行。為了使得空調系統處于高COP運行，需對GEN2電動壓縮機進行轉速控制。

2、限速后的性能效果驗證。為進一步驗證GEN2電動壓縮機限轉速后的效果，對V80- APU整車進行制冷能力的測試。根據本司電動車對制冷試驗要求，在環境艙內進行制冷能力的測試。其中環境參數為：環境溫度38℃，相對濕度50%，日光照射強度1000w/m2，初始乘員艙內頭部溫度為60℃；車速參數為：50公里/h行駛30分鐘，接著100公里/小時行駛30分鐘，最后怠速30分鐘。效果要求：汽車運行半小時內，乘員艙內呼吸點平均溫度應低于20℃。實車的測試數據。實車的測試顯示：當汽車處于50公里/h時速，行駛10分鐘后，車內呼吸點的溫度從60℃將至25℃；當行駛15分鐘后，車內溫度將至22℃；當行駛20分鐘時，車內呼吸點溫度將至20℃；提前10分鐘將艙內溫度將至試驗要求溫度。并在持續怠速30分鐘的時間內，車內呼吸點溫度持續保持在18℃左右的舒適溫度。所以，對GEN2電動壓縮機限速后，空調系統的制冷能力滿足設計要求

五、結語

綜上所述，新能源汽車電動壓縮機的使用關系到汽車的整體性能，我們要做好壓縮機的技術控制，為新能源汽車的深入發展提供有利保障。

參考文獻

[1] 劉振全.渦旋式流體機械與渦旋壓縮機[M].北京：機械工業出版社，2014.33-34.

[2] 丁洪亮，劉明.新能源汽車電動渦旋壓縮機摩擦副的磨損分析與改善[J].裝備機械，2014，135（1）：41-47.