汪學(xué)慧：比亞迪純電動(dòng)車空調(diào)電子膨脹閥的相關(guān)問(wèn)題解答 等

Q 一輛比亞迪漢純電動(dòng)車，出現(xiàn)空調(diào)不制冷的故障，在檢修空調(diào)制冷系統(tǒng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)管道上有兩個(gè)外形完全相同的電子膨脹閥，均貼近在空調(diào)風(fēng)道的出風(fēng)口附近。我們十分迷惑不解，為什么空調(diào)會(huì)有兩個(gè)電子膨脹閥呢？這種結(jié)構(gòu)對(duì)空調(diào)不制冷情況的發(fā)生有影響嗎？請(qǐng)老師指導(dǎo)！

深圳讀者：肖信陽(yáng)

A 比亞迪漢EV車的空調(diào)系統(tǒng)確實(shí)有兩個(gè)電子膨脹閥，其中一個(gè)用于車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)，另一個(gè)則用于動(dòng)力電池包的溫度調(diào)節(jié)。該車空調(diào)的電子膨脹閥，比傳統(tǒng)空調(diào)的“H”型膨脹閥或內(nèi)外平衡式膨脹閥優(yōu)越，可由空調(diào)的電腦控制制冷劑的流量，調(diào)節(jié)溫度范圍更寬，動(dòng)作響應(yīng)十分迅速，從而使得汽車空調(diào)的制冷效果更好，越來(lái)越多的乘用車上使用這種空調(diào)。

為什么動(dòng)力電池包上也使用電子膨脹閥呢？原來(lái)比亞迪漢EV車上使用刀片電池，容量大幅提升到135AH，電壓達(dá)569.6V，車輛的續(xù)航里程更長(zhǎng)。這種電池也屬于磷酸亞鐵鋰電池，但其骨架強(qiáng)度更好，體積也更小，使電池的能量密度大幅提高，甚至超過(guò)三元鋰電池。刀片電池對(duì)工作溫度的要求也更嚴(yán)格，過(guò)高或過(guò)低的溫度環(huán)境，均會(huì)對(duì)電池容量造成較大的影響，故電池包內(nèi)設(shè)有水循環(huán)裝置來(lái)加熱或降溫。當(dāng)?shù)镀姵匕臏囟鹊陀?15～5℃時(shí)需要加溫，高于38℃時(shí)需要降溫，在5～32℃時(shí)又要停止降溫、加溫。采用電子膨脹閥結(jié)構(gòu)，可以滿足動(dòng)力電池包對(duì)溫度環(huán)境的嚴(yán)格要求，圖1反映了比亞迪漢空調(diào)及電池包的溫度控制流程。

圖1 空調(diào)及電池包的溫度控制流程圖

從圖2中可以看到，有兩個(gè)電子膨脹閥，用于空調(diào)的稱為空調(diào)電子膨脹閥A，用于電池包冷卻的稱為電池包電子膨脹閥B，A與B兩者配合，既能完成空調(diào)溫度調(diào)節(jié)的任務(wù)，也能給電池包創(chuàng)造一個(gè)合適的工作溫度環(huán)境。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)一樣，比亞迪漢EV車空調(diào)壓縮機(jī)的作用仍然是將制冷劑由低溫低壓提升為高溫高壓，冷凝器將高溫高壓氣態(tài)制冷劑變?yōu)橐簯B(tài)，電子膨脹閥A調(diào)節(jié)制冷流量，蒸發(fā)器讓車內(nèi)形成冷氣。而電池包的溫度控制，是利用同一循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由水泵產(chǎn)生壓力，可制熱或制冷。制熱時(shí)利用風(fēng)熱和水溫，由PTC集成式制熱器產(chǎn)生熱量；制冷量則由電子膨脹閥B根據(jù)過(guò)熱度來(lái)調(diào)節(jié)流量。

圖2 電子膨脹閥的接插件及電阻值

根據(jù)電池包的溫度，電子膨脹閥的溫度調(diào)節(jié)設(shè)置為三檔，電池溫度越高所對(duì)應(yīng)的膨脹閥調(diào)節(jié)檔位也越高。一檔通過(guò)電子膨脹閥調(diào)節(jié)制冷流量，主要用于空調(diào)制冷，多余制冷流量給電池包降溫；二檔會(huì)有較多制冷流量用于電池包的制冷，同時(shí)兼顧空調(diào)制冷；三檔則主要優(yōu)先用于電池包的制冷，少量用于空調(diào)制冷。一二檔時(shí)的目標(biāo)循環(huán)水溫為20℃，三檔的目標(biāo)循環(huán)水溫為15℃。

對(duì)于本車空調(diào)不制冷的故障，按常規(guī)程序檢修空調(diào)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)管道接頭沒(méi)有泄漏，電路連接無(wú)異常，壓縮機(jī)也能運(yùn)轉(zhuǎn)。檢測(cè)壓縮機(jī)進(jìn)口和出口的壓力，進(jìn)口為0.14MPa，出口也僅有1.15MPa，開(kāi)始懷疑制冷劑泄漏或壓縮機(jī)有故障，但更換壓縮機(jī)后測(cè)試相關(guān)數(shù)值仍無(wú)變化。后檢測(cè)電子膨脹閥A的接插件上的5個(gè)接腳，3-1和3-2電阻為無(wú)窮大，正常狀況下第3針到1、2、4、5針均應(yīng)50Ω左右(圖2)，說(shuō)明該電子膨脹閥A內(nèi)部已損壞，更換此電子膨脹閥A后，本車空調(diào)不制冷的故障得以排除。

Q在檢修比亞迪秦DM電動(dòng)車的空調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電子膨脹閥損壞，造成車輛空調(diào)不制冷的故障。我們知道，與傳統(tǒng)空調(diào)“H”型膨脹閥不同，電子膨脹閥能實(shí)現(xiàn)制冷量的精細(xì)調(diào)節(jié)。但我們對(duì)電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)和原理不夠了解，它是如何進(jìn)行精確制冷的呢？請(qǐng)老師指導(dǎo)！謝謝！

福建讀者：陶科運(yùn)

A 在汽車空調(diào)中使用電子膨脹閥的車輛越來(lái)越多，為什么電子膨脹閥比傳統(tǒng)的“H”型或平衡式膨脹閥更能實(shí)現(xiàn)制冷劑流量的精細(xì)控制呢？實(shí)際上電子膨脹閥是由“步進(jìn)電機(jī)”調(diào)節(jié)制冷流量的，而步進(jìn)電機(jī)由ECU控制，屬于一種可作極精細(xì)調(diào)節(jié)的可變閥。

電子膨脹閥的外形如圖3所示，其閥體上有管道串接在空調(diào)系統(tǒng)從冷凝器到蒸發(fā)器的入口處。閥體上方有步進(jìn)電機(jī)，可對(duì)閥體內(nèi)部的閥門(mén)進(jìn)行制冷流量調(diào)節(jié)，使得蒸發(fā)器的制冷量精細(xì)控制，達(dá)到對(duì)車內(nèi)溫度的精確調(diào)節(jié)，較大程度上提高了車輛的乘坐舒適性。圖4為電子膨脹閥的解剖圖，閥針插入銅質(zhì)閥體內(nèi)，做前后細(xì)微移動(dòng)，能調(diào)節(jié)閥口的面積，就控制了液態(tài)制冷流量。閥針與圓形永磁體連接作為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，受步進(jìn)電機(jī)定子磁場(chǎng)的作用旋轉(zhuǎn)而帶動(dòng)閥針的移動(dòng)。在轉(zhuǎn)子外部還有個(gè)固定的不隔磁的金屬外套，即定子磁場(chǎng)可透過(guò)外套讓轉(zhuǎn)子永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖3 電子膨脹閥的外形

圖4 解剖電子膨脹閥內(nèi)部

電子膨脹閥用的步進(jìn)電機(jī)，有一個(gè)6針的接插頭與空調(diào)ECU模塊相連接，其中第6針為空腳，第3針為公共點(diǎn)，接電源正極。定子上共有紅、橙、藍(lán)、黑、黃5條線，分3-1、3-2、3-4、3-5四組線圈，分別為A、B、C、D四相，每相線圈的直流電阻為47Ω。

電子膨脹閥用的步進(jìn)電機(jī)為PM永磁型，利用CPU驅(qū)動(dòng)器的電子電路，將直流電變?yōu)榉謺r(shí)、多相時(shí)序的脈沖信號(hào)，給步進(jìn)電機(jī)供電。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一個(gè)矢量磁場(chǎng)，利用同性相斥、異性相吸的原理，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定的角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)“步進(jìn)角”，前進(jìn)一步，故稱為“步進(jìn)”電機(jī)。定子磁極分兩層，共有40極，則步進(jìn)角只有9°。圖5所示為步進(jìn)角為90°的電機(jī)結(jié)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。通過(guò)控制脈沖數(shù)量、頻率及向電機(jī)各相繞組的通電順序，即可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷流量的精細(xì)調(diào)節(jié)。

圖5 步進(jìn)角為90°的電機(jī)結(jié)構(gòu)