新能源汽車熱泵空調技術研究與應用探討

王俊倩

摘要： 伴隨著不斷提升的汽車技術水平，逐漸出現了一些新型的空調系統。但是出現的這些制冷制熱系統中，能夠真正達到高效節能并不多，其中熱泵空調技術自身存在著較多優勢，相較于PTC電加熱來說，熱泵空調系統在制熱期間，有著明顯的高效性。基于此，筆者針對于新能源汽車熱泵空調技術與應用進行了深入分析與探討，以此為相關學者以及從業人員提供有價值的參考依據。

Abstract： With the continuous improvement of automotive technology， some new air-conditioning systems have gradually emerged. However， among these refrigeration and heating systems， there are not many that can really achieve high efficiency and energy saving， and the heat pump air conditioning technology itself has many advantages. Compared with PTC electric heating， the heat pump air conditioning system has obvious efficiency during heating. Based on this， the author makes an in-depth analysis and discussion on the research and application of heat pump air conditioning technology for new energy vehicles， so as to provide valuable reference for relevant scholars and practitioners.

關鍵詞： 新能源;汽車;熱泵空調;技術;應用

Key words： new energy;cars;heat pump air conditioning;technology;application

中圖分類號：U472.43? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）20-0215-02

0? 引言

從工作原理角度來說，傳統燃油和新能源汽車空調系統工作原理相同，只是在暖風產生方式和驅動空調壓縮機方式方面，有一定的差異性。通過高壓電，新能源汽車能夠驅動空調系統電動壓縮機，通過壓縮，電動空調壓縮機能夠在冷凝器中加壓低壓低溫的蒸汽，從而循環環繞制冷劑系統。本文將從新能源汽車熱泵空調技術研究、新能源汽車熱泵空調的應用兩大方面來進行深入剖析。

1? 新能源汽車熱泵空調技術研究

針對于新能源汽車熱泵空調技術研究，筆者整理了三點，分別是：熱泵空調溫控原理、部分傳感器以及執行器選型、硬件電路設計，本章將一一進行論述。

1.1 熱泵空調溫控原理

熱泵空調并沒有十分復雜的原理，在制熱或者是制冷環境下，都能轉移熱量。

電動壓縮機在車內制冷的過程中，會將低壓高溫的冷媒轉化成高壓高溫的液體形態，采用控制閥的方法，朝著車外流向液體，轉化為熱器，相較于車內來說，車外溫度低，在降溫后，冷媒會轉化為液體，此液體低溫且高壓，通過閥的膨脹后，冷媒膨脹經過車內換熱器轉化為低壓低溫的液珠，降低車內氣溫。而后，冷媒朝著低壓高溫氣體方向轉化，并直接流入電動壓縮機。就在這樣循環的狀態下，能夠實現制冷車內的目的[1]。

電動壓縮機在車內制熱的過程中，會將低壓高溫的冷媒轉化成高壓高溫的液體，經過切換閥，在車內熱交換器中流入冷媒，這樣的環境下，會升高車內溫度，與此同時，會將冷媒轉化為液體，此液體高壓且低溫，通過膨脹的電子閥后，冷媒膨脹為液珠，此液珠低壓低溫，并朝著車外換熱器內流向;相較于車外來說，冷媒沒有較高的溫度，在對車外氣體熱量完全吸收過后，會相應的轉變為氣體，氣體具有較高的溫度和較低的氣壓，而后朝著電動壓縮機流。在這樣的循環情況下，能夠實現制熱車內的目的。

1.2 部分傳感器以及執行器選型

1.2.1 電磁閥SOV

電流在線圈影響作用下，會發生一定的電磁吸力，對內部芯片進行上下移動，在開啟控制閥后，來有效控制介質流通的一種執行器件，即為電磁閥。

Dc9V-16V是該熱泵控制系統選擇的電磁閥電壓具體的變化范圍，12V為額定電壓值，0.8A為具體的工作電流額定值，10W為具體的額定功率，介質具體流動的方向為單向，適宜且合理的制冷劑為R134a，具體工作壓力值不大于3.6MPa。感性負載為負載的具體類型。組成內容為兩pin腳，且不分負正，一個引腳高低電平引腳，另一個引腳需要接地。

1.2.2 電子膨脹閥EXV

在電動車空調系統中，熱力膨脹閥會逐漸替代為電子膨脹閥。通過對電子膨脹閥的使用，能夠提高控制過熱度的精確性和準確性，從而強化最終的節能效果。LIN控制是熱泵控制系統選擇的電子膨脹閥。12V為具體的額定電壓值，9V-16V為具體的工作電壓范圍，0.35V為最大的額定電流值，30-120PPS為具體的驅動頻率范圍，依據脈沖數，對膨脹閥開度進行改變，如若0為具體的脈沖數時，就會緊閉膨脹閥，如若480為具體的脈沖數時，就會全開膨脹閥，適合的制冷劑有多種，包括：R410A等等，雙向為介質的具體流動方向[2]。

1.2.3 PT傳感器

壓力溫度傳感器能夠達到同一點一個傳感器能夠對冷媒溫度和壓力進行同時測量，無論客戶安裝閥座，亦或是對配線束時，都會相應的節省時間，第一時間做出反應，而后加強維護和保護壓縮機，從而有效提高空調系統工作質量。R1234yf、R134a、R410a為工作介質。-30攝氏度至130攝氏度為具體的工作溫度范圍。0.8攝氏度-1.8攝氏度為溫度精度的具體值。

1.3 硬件電路設計

1.3.1 主控芯片

現階段，市場上存在的單片機，具有多樣化的種類，但是能夠切實滿足于汽車實際需要的單片機種類，屈指可數，在滿足于汽車需要的種類中，飛思卡爾單片機存在著較為明顯的優勢，即強可靠性、快運行速度、芯片好實時性等，通過優化調整后，飛思卡爾單片機中的MC9S12G128轉化為了16bits MCU，優點是低消耗、功能齊全、低成本等。

1.3.2 步進電機驅動電路

四相步進電機是一種步進電機，能夠有效對風門進行控制。驅動芯片選擇L9826，此芯片被汽車行業所專用，通過SPI，能夠有效控制八個out的輸出，其中CLK為時鐘引腳，數據輸出為SDO，數據輸入為SDI。并且，在電流能力輸出方面，芯片最高可以達到450Ma，能夠保護過熱、過壓、負載短路等，實際滿足于步進電機驅動能力的切實需要。無論是內外循壞風門、混合風門，亦或是模式風門都使用了三個步進電機，為此需要在控制器中使用L9826芯片，具體數量為兩片[3]。

1.3.3 SOV閥驅動電器

首款智能型四通道低側開關為英飛凌TL9104SH，在12V系統中，可以達到5A的電流值。這就能驅動多種類的負載，例如：高精度端口燃油噴射器等。

目前，在市場上，TLE9104SH相較于同種類產品來說，能夠驅動更大的電流，也擁有更強的負載能力，不需要太大的封裝面積，能夠對布局面積進行極大的縮減。由于加入了16位串行外設接口，在功能方面，能夠實現診斷和控制的目的，任何一個通道能夠達到保護過流和過溫的情況，通過增強有源鉗位電路，負載于驅動感性。能夠通過負載狀態SPI：電池短路、開路負載、對地短路。這四個輸入引腳能夠實現對開關的直接控制，與此同時還包括一系列安全功能。

1.3.4 CAN總線驅動

通過恩智浦半導體公司，選擇該控制器CAN通信芯片為TJA1042，此芯片適用于汽車行業，并且應用十分廣泛，擁有較高的成熟度。相較于TJ1040，次芯片對靜電的防范能力更強，不僅如此，能夠符合相關規范標準。此電路不僅能夠對Can類型的壓縮機進行有效控制和把握，還能通信整個車，與此同時，可以應用在多個方面，例如：故障反饋、上電自檢等。

1.3.5 EXV通信Lin總線驅動

因為需要通過對LIN通信控制的使用，來控制電子膨脹閥，為此設計并且加入了LIN通信電路在該控制器中，LIN通信電路是常見的電路，電容以及二極管能夠對濾波噪音進行有效祛除，基于LIN2.0/SAEJ2602收發器，恩智浦公司的TJA1021在TJA1021芯片內部集成了ESD保護電路，能夠提高抵抗靜電的能力和水平，與此同時，還能同時兼容TJA1020和TJA1021，相應的提高波特率，從而能夠對具體需要進行滿足。LIN通信芯片為常見的芯片類型，通過接口LIN中物理總線和本地互聯網絡，廣泛應用在汽車LIN通信領域中。

1.3.6 鼓風機驅動電路

加強使用鼓風機，在新能源熱泵空調系統中，這一方面，與傳統空調大體一致，所以，可以對以往空調控制鼓風機的電路進行繼續沿用。經過積分電路和運放，輸出PWM信號能夠根據實際需要，對鼓風機的速度進行改變和調整，通過優化PWM信號占空比，可以對鼓風機的端電壓進行優化和改變，從而達到調整鼓風機速度的這一功能[4]。

1.3.7 Pt傳感器采集電路

此電路的ADC采集電路具有一定的典型性，在添入RC后，能夠有效預防干擾，提高防范能力，該電路可以有效獲取6個PT傳感器。實時、動態化的獲取冷媒溫度值和壓力值，能夠監控熱泵空調系統工作的具體情況。單片機AD采集的具體位數值為10bits，準確性較高，可以對客戶切實需求進行滿足。

2? 新能源汽車熱泵空調的應用

在實際應用熱泵式空調系統后，通過車內頂部位置，吸取空氣，加熱空氣之后，完成處理除霜工作在擋風玻璃位置，并隨之噴灑出熱氣，在經過一系列處理后，沿著風道左側和右側同時吹出。這樣的情況可以對能耗進行節省，還能有效解決和處理車內起霜以及較多濕氣的情況，不會對安全汽車駕駛情況產生嚴重影響。基于此，通過步進電動機，驅動電子膨脹閥，對出口空氣溫度、制冷劑流量以及閥門開度進行合理控制。制冷系統適用的環境條件為百分之五十相對濕度、27攝氏度車內溫度、40攝氏度環境溫度，在系統功能方面，每1kW能夠得到2.9kW制冷量。制熱系統適用的環境條件為環境溫度值為-10攝氏度、車內溫度為25攝氏度，在系統功能方面，每1kW能夠得到2.3kW制熱量[5]。

如若處于低溫環境的時候，可以充分發揮出PTC熱敏電阻的功能，從而實現加熱處理工作，并對空調制熱效率進行有效控制，保障除霜工作的順利展開。可以通過車載蓄電池，PTC加熱裝置能夠得到直流電，對軸流式風機和離心式風機進行安裝，合理設計風道，保障PTC發熱器周邊有均勻的風俗，將發熱性能的功能發揮到極致。

3? 結束語

總而言之，熱泵空調系統能效比較高，在新能源汽車中應用熱泵空調系統，具有較多益處。為此，相關人員要全面掌握和熟悉熱泵空調系統技術，明確實際應用方法，從而最大程度的發揮出熱泵空調系統功能，進而推動新能源汽車的健康發展。

參考文獻：

[1]張婷，邱家彩.基于單片機STM32新能源電動汽車熱泵空調系統設計[J].內燃機與配件，2020（21）：18-19.

[2]汪琳琳，焦鵬飛，王偉，等.新能源電動汽車低溫熱泵型空調系統研究[J].汽車工程，2020，42（12）：1744-1750，1757.

[3]鄭美玲.新能源汽車二氧化碳熱泵高壓空調管的開發[J].汽車零部件，2020（11）：1-5.

[4]楊少柏，李尾，鐘昌，等.新能源汽車熱泵空調控制系統設計實現[J].汽車科技，2020（4）：62-68.

[5]高紅波，聶光輝，王慶合.提高新能源汽車熱泵空調能效比的策略分析[J].中國新技術新產品，2020（11）：42-44.