關于對新能源汽車空調系統技術的分析

唐靜嫻

江蘇省淮陰商業學校 江蘇省淮安市 223001

1 引言

新能源汽車空調系統和傳統燃油汽車空調系統基本相同，差異主要表現在空調壓縮機的驅動方式和暖風的來源上。新能源汽車目前普遍采用電動壓縮機制冷，高壓電動空調壓縮機由動力電池驅動。電動車暖風通常采用電加熱方式，電加熱方式也分為兩種：一種是通過加熱冷卻液，再經過循環為暖水箱提供熱量（目前為主流）；另一種是直接加熱經過蒸發箱的空氣實現暖風。而對于強混車輛，其暖風的來源在發動機工作時以發動機冷卻液作為熱源，在EV模式時一般采用電加熱的PTC來提供熱源。

2 新能源汽車空調系統概述

空調系統是汽車內部舒適性體系的關鍵部分。隨著新能源技術的持續發展，將積極推進新能源汽車的發展創新，為汽車應用領域提供全新的發展方向。同時為了實現汽車的使用功效與實用功能，還需要通過科學運用新能源汽車空調系統核心技術，以提升新能源汽車空調的效率，使新能源車輛的舒適度得到保證。由于新能源車輛的空調系統設計不同于傳統車輛，為適應新能源車輛的需要，空調系統的供能方案也與傳統車輛有較大差異，這就導致了新能源汽車空調系統的整體架構設計不同。強化新能源汽車空調控制系統關鍵技術研發，提高新能源汽車空調效率，是積極促進新能源我國汽車行業可持續發展的關鍵手段，在新能源汽車行業科技發展中有著非常關鍵的作用。

3 新能源汽車空調發展的現狀

空調控制系統是提升新能源車舒適度的關鍵因素，它能夠針對不同的要求調整車內溫度控制。新能源汽車空調系統的動力源并不同于傳統燃料車，由于新能源車輛以發電和產生混合動能為主，而由于新能源車輛的總容量是恒定的，因此空調系統的總功率也會影響傳統燃料車輛的續航，使得新能源車輛的空調系統技術上更為節能有效。根據中國新能源汽車行業的實際狀況，中國新能源熱發電汽車空調系統主要包括了直接使用能源的熱泵空調系統和使用汽車余熱的制冷空調系統。由于這些空調技術的應用，將對新能源車的整體構造與功能產生一定的影響，所以有必要加大對中央空調整體技術的分析研究。由于清潔燃料汽車產業的日漸成長和國家政策的積極扶持，新能源汽車日益得到人們的青睞。空調系統作為車輛駕乘者舒適的基本功能要求，也就一定會產生比較高的需求。在新能源汽車空調系統領域方面，由于目前受限于動力電池科技的進展以及車輛續航里程的短板，導致汽車空調控制系統的節電效率已變成第一大考量因素。從目前空調科技的發展趨勢以及工作效率來看，熱泵式空調系統完善的工作性能也將成為重要的技術趨勢，雖然當前的新能源汽車已可以克服一些存在的技術問題，但隨著時代的進展，進一步完善新能源汽車的空調控制系統也將是必須達到的目的目標。

4 新能源汽車空調系統的技術分析

4.1 熱泵式空調技術

熱泵式空調系統的技術原理是運用熱泵原理，進行車內冷卻、采暖功能。理論上，利用熱泵技術能夠達到三點零以上的能效比，更適合于新能源汽車的發展。同時，由于熱泵式空調控制系統的主體控制驅動方法是電動壓縮機，有獨特的空氣供能機制，因此新能源車輛的正常行駛速度對熱泵式空調控制系統影響不大。而這種方法最重要利用的基本原理就是：在外界空氣進入不動時，利用熱泵技術迅速升溫，將空氣經由新能源車輛內部的窗戶排出。不但能夠實現新能源車輛內的正常空氣流通，還能夠達到在低溫氣候下對汽車門窗玻璃產生的除霜效應。而熱泵空調控制體系中的空氣循環系統，一般是利用加熱新能源車輛底部排出的空氣，從而控制車內溫度。也就是由于這樣的技術，對于熱泵式空調系統，能夠具備不錯的溫度控制性能，同時效率也比高，但在低溫狀態下，制熱效率卻較差，所以熱泵技術就必須和PTC加熱器或用太陽能輔助的熱泵技術加以補充，而PTC火電機組則是一個對具備良好制熱技術的能源汽車空調控制系統的補充裝置。而由于采用PTC熱敏電阻器件，則能夠有效增強節能的汽車在冬季制熱性能，提高車輛舒適性。但由于PTC加熱器系統為汽車空調控制系統的附屬功能，因此必須合理利用，主要因素是PTC加熱器系統會耗費大量新能源車輛的能量，并損害了新能源車輛的續航性能。

太陽能輔助熱泵技術通過合理布局太陽能電池板，使用太陽能電池板所產生的能量作為熱泵技術空調系統的輔助能量，有助于改善空調系統的室溫調整能力以及新能源車輛的續航能力。

4.2 燃料電池余熱利用空調系統

在燃料電池汽車上，充分利用燃料電池發動機余熱進行制冷和采暖，可以有效降低能耗，并改善燃料電池發動機散熱問題，符合新能源汽車的發展要求。在實際的使用中，燃料電池主要是通過燃料與氧化劑的反應，將其轉化為新能源的動力。燃料電池使用過程中，轉化的發電效率和熱效率幾乎相當，各占50%左右，如果對這部分余熱通過轉化裝置進行綜合回收利用，將有效提高燃料電池的利用效率。而且，當燃料電池過熱時，需要合理利用余熱，減少余熱對新能源汽車的影響，燃料電池余熱可作為新能源汽車空調系統的主要能源，實現新能源汽車空氣質量控制調節，在一定的程度上提升了新能源的使用效率，在單位能源的基礎上，達到高的能效比，同時也能夠降低空調使用成本，從而減少車輛使用的成本，提高性價比。使用燃油動力電池余熱已經成為新能源汽車空調的重要能耗，因此人們必須結合實際狀況，合理地選用空調的冷卻方案，而目前，人們普遍選用了吸附式冷卻式空調體系，進行汽車內部溫度調控。由于吸附式冷卻式空調體系的重要熱源是來自于燃油電池發動機內部產生的余熱，所以中央空調系統功率極低，從而有效減少了新能源汽車的重要能耗。使用燃油動力電池余熱的空調控制系統總體能耗約占所有新能源車輛功率的百分之四，有效提升了新能源車輛的續航力量。在燃油動力電池余熱使用空調控制系統實踐過程中，在燃油電池汽車引擎開啟前，提前開啟熱截止閥。在發動機啟動后，通過控制燃料電池的發動機內部冷卻水液自動循環控制系統，經熱交換器的換熱，再得到余電能量，并進行整車內部溫度控制調整動力源。

和傳統的汽車空調相比，新能源的空調系統本身減少了對能源的消耗，同時，在空調技術的應用方面更多依靠提升使用效率來實現空調節能，而且新能源汽車空調系統在使用的過程中，和汽車的行駛速度關系并不大，這就不會對新能源汽車的使用方式產生影響，整體的使用更加簡單，而且由于電力驅動，因此很多時候不會產生過大的噪音，本身的使用壽命也比較高，所以相較于傳統的汽車空調，新能源汽車空調具有更高的可靠性和性價比。

4.3 空調加熱技術

PTC加溫設備和電加熱管升溫模型都是當前最為普及的純電動汽車空調系統制熱模型。因為在該種制熱模型下，空調控制系統的發熱能全部由PTC芯體承受，使得在該模型下空調控制系統的熱功率一般超過四安培。PTC加溫設備由于自身具備功率低、性能穩定安全、交直流通用、體積小，且最高工作時額定電流高達幾十安沛等優點，從而成為了純電動汽車熱源的理想選擇。另外，由于純電動汽車的空調系統電能大部分都是由動力電池供給的，所以，在冬季采暖時，空調控制系統就可以直接地把采暖芯體和動力電池聯系在一塊，而后再利用在采暖芯體上設置PTC或電阻等采暖部件的方法，就可以直接地按照車輛內成員的設定條件提出具體的問題。而這樣利用人為電能調節并控制電壓大小和熱能的方法，不僅結構設計容易、使用溫度款，而且同時降低了在空調控制系統工作過程中的熱能損失，從而提高了隨著車輛內水溫提高的熱速率。

4.4 空調制冷技術

現階段，中國國內純電動汽車的空調控制系統，在冷卻時與傳統轎車所使用的冷卻方式大體相近。在空調控制系統的整個工作流程中都是由動力電池直接為電子壓氣機供給能量，而通過蓄電池供給的能量則成為了當前汽車空調系統制冷時最常用的工作方式之中，這個設計模式就和傳統的通過電池供電驅使電動無刷永磁直流電動機牽引擠壓機工作的傳統空調系統冷卻方式一樣，該種空調系統工作方式通過電子模塊系統單元組成，可以自由調整擠壓機工作的持續時間和速度，從而大大提高了車輛內能源的使用率。盡管電力壓縮機控制系統自身結構設計簡潔、體積小，且冷卻效能較高等優勢已被廣泛于純電動汽車的空調制冷體系中，不過這些空調系統的冷卻方案還是面臨著增加純電動汽車續航里程的困難。而且如果是在北方地區應用的話，純電動汽車其航里程數損失往往會大于百分之五十，所以，也提高了該技術推廣與使用的困難。

5 新能源汽車空調系統發展趨勢

新能源汽車也是中國節能環保戰略發展的重要內容，其未來的主要發展方向就是持續地利用各種高品位能量，以提升汽車能量的效率，而新能源空調管理系統在其中的作用也不容小覷。在空調管理系統中，能量支出的重要組成部分就是制冷、制熱管理系統。從空調系統的層面上來看，由于其能量主要集中于壓縮機，因此通常要耗費的能量、機械能比較多;而制冷系統則耗費的能量要更大，并可利用余電等能量。所以，人們在設計汽車空調控制系統總體方案之時，就必須綜合考慮整個汽車的能量分配情況，并選取最合理的技術方法，在人類經濟社會不斷發展過程中，對新能源技術對于汽車空調控制系統的節能及保護性能的需求也愈來愈高，所以在未來的經濟發展過程中，新能源空調控制系統就該有效克服了制冷、制熱二大關鍵性難點另外，未來新能源汽車空調控制系統的主要發展方向還是聚焦于高效操控，以及節電保護技術方面的。在空調控制系統技術方面上，常規汽車空調體系目前只能通過ECU對電控系統加"變排量調節"。在工作效率上有所提高。新能源電動汽車使用電動壓縮機，在電控制應用領域我們應該參考家庭空調的操控方式使用"變頻電機操控"，而目前各大空調制造商也已開始研發交流智能變頻電動壓縮機控制系統，而目前變頻空調在技術上也已較為完善，主攻方向主要是車站內的應用。而另外一種技術應用也可參考家庭中央空調系統，即熱泵式技術。因為家庭空調在制冷時有巨大的熱量損失，若能合理使用熱能轉換，不僅能夠提高效率還能減少續航里程壓力。此電子空調系統比較于其他的空調系統有著不少優勢，但是在純電動汽車上匹配時必須重視對整機特性的影響，尤其是續駛里程與最高速度，不可厚此薄彼，要綜合考量，系統內各部分的使用都要以環保為中心。電車上的空調系統，目前大多使用的都是電動壓縮機式空調系統，但是其它類型的空調系統也有較大的發展[4]。要讓電動汽車的空調系統更加節約有效，可從下面這樣一些視角去著力解決問題：（1）研發更高效率的直流渦旋壓縮機;（2）研究控制更精確、更節電的硅電子膨脹閥;（3）選用高效率的過冷式平行流冷凝器;（4）通過改進微通道蒸發器構造，使制冷劑的揮發程度更均勻。

6 結語

綜上所述，新能源汽車作為未來汽車的發展趨勢，會采用更多新技術，已達到更好的綜合使用效果和客戶體驗。隨著新能源汽車技術的不斷進步，新能源汽車空調技術必然會更加完善和成熟，從而達到更好的使用效果，創造更大的社會和經濟價值。