新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理與檢修注意事項(xiàng)

摘 要：本文介紹新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及工作原理，闡述與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別和檢修注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 空調(diào)系統(tǒng) 故障檢修

隨著能源使用問題和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新能源汽車的發(fā)展成為各國汽車發(fā)展的主要方向，中國《電動(dòng)汽車科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃（摘要）》指出，發(fā)展電氣化程度比較高的純電動(dòng)汽車，是中國新能源汽車技術(shù)發(fā)展的重中之重。目前，新能源汽車銷量已經(jīng)有了很大提升，其與傳統(tǒng)燃油汽車有較大不同，其中空調(diào)系統(tǒng)的工作就是其中之一。要想解決未來新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)檢修，需要對新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)具有新的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)。

一、新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)組成及工作原理

熱電制冷技術(shù)是在20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的，其理論基礎(chǔ)是波爾貼、塞貝克物理效應(yīng)。我國在20世紀(jì)60年代開始對熱電技術(shù)進(jìn)行了研究。熱泵是利用一部分高質(zhì)能從低位熱源中吸取一部分熱量，并把這兩部分能量一起輸送到需要較高溫度的環(huán)境或介質(zhì)的設(shè)備。正溫度系數(shù)（PTC）電加熱器使用具有正溫度系數(shù)的熱敏材料作為加熱元件，其電阻和發(fā)熱功率可以根據(jù)自身的溫度變化自發(fā)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制受控對象溫度變化的目的[1]。

（一）制冷系統(tǒng)

半導(dǎo)體制冷又稱為熱電制冷，是固態(tài)制冷技術(shù)，它不用制冷劑，沒有運(yùn)行件。其熱電堆起著壓縮式制冷壓縮機(jī)的作用，冷端及其熱交換器則相當(dāng)于壓縮式制冷蒸發(fā)器，而熱端及其熱交換器相當(dāng)于冷凝器。通電時(shí)自由電子和空穴在外電場的作用下，離開熱電堆的冷端向熱端移動(dòng)，相當(dāng)于制冷劑在壓縮機(jī)中的壓縮過程。在電熱堆的冷端，通過熱交換器的吸熱，同時(shí)產(chǎn)生電子-空穴對，相當(dāng)于制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的吸熱和蒸發(fā)。在電熱堆的熱端，發(fā)生電子-空穴對的復(fù)合，同時(shí)通過熱交換器散熱，相當(dāng)于制冷劑在冷凝器中的發(fā)熱和凝結(jié)[2]。

熱電空氣調(diào)節(jié)具有以下特點(diǎn)：熱電元件工作需要直流電源；改變電流方向即可產(chǎn)生制冷、制熱的逆效果；熱電制冷片熱慣性非常小，制冷時(shí)間很短，在熱端散熱良好、冷端空載的情況下，通電不到1min，制冷片就能達(dá)到最大溫差；調(diào)節(jié)組件工作電流的大小即可調(diào)節(jié)制冷速度和溫度，溫度控制精度可達(dá)0.001℃，并且容易實(shí)現(xiàn)能量的連續(xù)調(diào)節(jié)；在正確設(shè)計(jì)和應(yīng)用條件下，其制冷效率可達(dá)90%以上，而制熱效率遠(yuǎn)大于1；體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，有利于減小電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量；可靠性高、壽命長并且維護(hù)方便；沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，因此無振動(dòng)、無摩擦、無噪聲且耐沖擊[3]。

（二）暖風(fēng)系統(tǒng)

燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)的暖風(fēng)熱源主要由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液提供，而電動(dòng)汽車的暖風(fēng)系統(tǒng)與之不同。電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)暖風(fēng)常見的方案如下：

①熱泵。由傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的直流無刷電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)工作原理如圖所示。空調(diào)系統(tǒng)的制冷/制熱模式由四通換向閥轉(zhuǎn)換，實(shí)線箭頭表示制冷工況，虛線箭頭表示制熱工況。從原理上講，該系統(tǒng)與普通的熱泵空調(diào)并無區(qū)別，但是用于電動(dòng)汽車上，其專門開發(fā)了雙工作腔滑片壓縮機(jī)、直流無刷電動(dòng)機(jī)和逆變器控制系統(tǒng)。在熱泵工況下，系統(tǒng)從融霜模式轉(zhuǎn)為制熱模式時(shí)，風(fēng)道內(nèi)換熱器上的冷凝水將迅速蒸發(fā)，在風(fēng)窗玻璃上結(jié)霜，影響駕駛的安全性。

②PTC電加熱器。PTC電加熱器是采用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器。PTC熱敏電阻通常是用半導(dǎo)體材料制成的，它的電阻隨濕度變化而急劇變化，當(dāng)外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發(fā)熱量反而會(huì)相應(yīng)增加。按材質(zhì)可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機(jī)高分子PTC熱敏電阻。用于空調(diào)輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻元件因具有隨環(huán)境溫度高低的變化，其電阻值隨之增加或減小的變化特性，所以PTC加熱器具有節(jié)能、恒溫、安全和使用壽命長等特點(diǎn)。空調(diào)輔助電加熱器可以分為粘接式陶瓷PTC加熱器和金屬PTC管狀加熱器。粘接式陶瓷PTC加熱器是將多個(gè)陶瓷PTC芯片及鋁波紋散熱片用耐高溫樹脂膠粘接在一起的加熱器，其散熱性好，電氣性能穩(wěn)定。其中粘接式陶瓷PTC加熱器又分為加熱器表面帶電型和加熱器表面不帶電型。

金屬PTC管狀加熱器采用進(jìn)口鎳鐵合金絲為發(fā)熱材料，發(fā)熱管外鑲鋁散熱片，其散熱效果非常好。加熱器配用溫度控制器和熱熔斷器，使產(chǎn)品使用更安全可靠。這種加熱器具有PTC材料的良好特性，一些空調(diào)均采用此類加熱器作為輔助加熱。

③余熱+輔助PTC。利用大功率器件（功率變換、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器等）工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，對車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行熱交換。當(dāng)熱量不足時(shí)，啟用輔助PTC加熱器。

二、新能源汽車空調(diào)故障現(xiàn)象與檢修注意事項(xiàng)

（一）新能源汽車空調(diào)故障現(xiàn)象

新能源汽車空調(diào)故障與傳統(tǒng)汽車空調(diào)故障是一樣的，都是不能制冷或制冷不足、暖風(fēng)失效。其故障現(xiàn)象有：壓縮機(jī)高壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障、壓縮機(jī)內(nèi)部故障、冷凝器散熱不良、冷凝風(fēng)扇不工作、制冷劑不足、制冷劑水分含量超標(biāo)、冷凍機(jī)油過多、管路有空氣、蒸發(fā)器鼓風(fēng)機(jī)工作不良、蒸發(fā)器臟堵、膨脹閥堵塞、膨脹閥開度過大或過小、控制面板故障、空調(diào)出風(fēng)口堵塞等[4]。

（二）新能源汽車空調(diào)檢修注意事項(xiàng)

空調(diào)系統(tǒng)故障現(xiàn)象表現(xiàn)與傳統(tǒng)空調(diào)故障現(xiàn)象表現(xiàn)一致。但在維修過程中，由于新能源汽車空調(diào)采用了高壓電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，因此，不能與傳統(tǒng)汽車空調(diào)故障排除一樣，它涉及高壓動(dòng)力電池、高壓配電箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)壓縮機(jī)總成、PTC加熱器等，為確保維修人員的安全，按規(guī)范要求操作檢修，需要注意以下維修注意事項(xiàng)。

1）車輛維修過程中涉及高壓部件需要標(biāo)明高壓勿動(dòng)警示牌。2）維修操作人員不得攜帶手表、項(xiàng)鏈等金屬物品，穿戴個(gè)人安全防護(hù)設(shè)備。3）沒有取得高壓安全操作許可證的，不允許對高壓部件進(jìn)行維修操作。4）需要設(shè)置維修安全區(qū)域，并設(shè)置高壓操作警示牌，他人不得隨意移除。5）對高壓部件維修前，檢查所有絕緣工具絕緣性，檢查絕緣手套的絕緣性和密封性能。6）斷開點(diǎn)火開關(guān)，拔出鑰匙并放到安全區(qū)域。7）移除車輛上的所有外部電源，含12V蓄電池，拆下12V蓄電池負(fù)極電纜，遠(yuǎn)離負(fù)極區(qū)域。8）戴上絕緣手套，單手將動(dòng)力電池維修把手拆下，并放在口袋里，防止他人誤安裝維修把手。9）拆下維修把手，靜置10min后，保證高壓能量釋放完畢，方可操作高壓部件。10）在維修車輛期間，要有兩位取得高壓安全操作許可證的人同時(shí)進(jìn)行工作，一人作為工作監(jiān)護(hù)人，負(fù)責(zé)監(jiān)督維修過程，如發(fā)生觸電事故時(shí)，監(jiān)護(hù)人應(yīng)立即采取有效措施執(zhí)行急救。

三、結(jié)束語

新能源汽車采用高壓動(dòng)力電池作為動(dòng)力源，其系統(tǒng)工作跟傳統(tǒng)燃油機(jī)汽車有很大區(qū)別，如驅(qū)動(dòng)方式、能量回收、空調(diào)系統(tǒng)工作，都是高壓電作為能量。在維修過程中，如果不能嚴(yán)格執(zhí)行安全規(guī)范操作，很容易引起觸電危險(xiǎn)。因此，作為維修人員，要認(rèn)真學(xué)習(xí)高壓電安全操作規(guī)范，同時(shí)要懂得新能源汽車各系統(tǒng)工作原理和控制方式，為新能源汽車發(fā)生故障時(shí)，更好、更有效地為顧客排除故障。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明華.純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)和檢修探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（21）：93-95.

[2] 丁鵬，王忠，葛如海，等.新能源汽車暖風(fēng)分段制熱控制系統(tǒng)[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2017，（8）3：95-101.

[3] 趙金國，李治國.新能源汽車高壓安全與防護(hù)[M].北京：人民交通出版社，2017.

[4] 包科杰，徐利強(qiáng).新能源汽車維護(hù)與故障診斷[M].北京：人民交通出版社，2017.

作者簡介：阮世鑫（1976年10月出生），學(xué)歷：本科，單位名稱：黑龍江農(nóng)墾科技職業(yè)學(xué)院，研究方向：汽車檢測維修方向，現(xiàn)有職稱：副教授。