電子膨脹閥在新能源汽車的應(yīng)用

摘要：本文分析了電子膨脹閥在新能源汽車領(lǐng)域的重要性和市場(chǎng)發(fā)展，總結(jié)了電子膨脹閥的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，簡(jiǎn)述了電子膨脹閥在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況，重點(diǎn)分析了智能化電子膨脹閥的技術(shù)特點(diǎn)和最新研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：電子膨脹閥；新能源汽車，制冷；應(yīng)用

一、新能源汽車電子膨脹閥市場(chǎng)

新能源汽車需要使用大量電子膨脹閥，其中，電池和空調(diào)熱管理需要2-3 個(gè)電子膨脹閥，若使用熱泵系統(tǒng)，則再增加1-2個(gè)電子膨脹閥，使得整車電子膨脹閥數(shù)量在4～5 個(gè)[1]。隨著新能源汽車市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大，電子膨脹閥的市場(chǎng)也水漲船高，呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2023 年全球新能源汽車電子膨脹閥市場(chǎng)規(guī)模約為4.18 億美元，機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2030 年能達(dá)到17.5 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為22%。

二、新能源汽車電子膨脹閥的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

新能源汽車電子膨脹閥主要由電磁線圈、閥體、芯片控制器、傳感器和接口電纜組成。電子膨脹閥的核心部件是電磁線圈，其結(jié)構(gòu)通常由線圈、鐵芯、絕緣層等組成。電磁線圈的通電狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過控制電流的大小，能夠調(diào)節(jié)閥芯的開合程度，從而控制制冷劑的流量[2]。閥體是電子膨脹閥的重要組成部分，包含閥芯、閥座、調(diào)節(jié)螺絲等零部件。閥芯的位置可以通過電磁線圈的動(dòng)作而改變，從而調(diào)節(jié)制冷劑的流量和壓力，以滿足制冷系統(tǒng)的運(yùn)行需求[3]。芯片控制器是電子膨脹閥的智能控制中心，通過連接傳感器獲取環(huán)境溫度和壓力信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)來控制電磁線圈的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥芯的精確調(diào)節(jié)。傳感器是用于監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度和壓力的裝置，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給芯片控制器。接口電纜連接電膨脹閥的各個(gè)組件，確保信號(hào)傳輸暢通，實(shí)現(xiàn)各部件之間的協(xié)調(diào)工作。

當(dāng)新能源汽車的制冷系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，電子膨脹閥處于初始狀態(tài)，即電磁線圈通電，導(dǎo)致閥芯打開。制冷劑從壓縮機(jī)排出后，進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收熱量完成蒸發(fā)過程，然后經(jīng)過管路進(jìn)入電子膨脹閥[4]。傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸發(fā)器的溫度，將環(huán)境溫度信息反饋給芯片控制器。芯片控制器通過比對(duì)設(shè)定溫度和實(shí)際溫度，確定制冷系統(tǒng)是否需要提高或降低制冷劑的流量，進(jìn)而控制電磁線圈通電[5]。電磁線圈通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，導(dǎo)致閥芯打開或關(guān)閉，閥芯的打開程度決定了制冷劑的流量和壓力，通過電磁線圈的控制，電子膨脹閥可以精確地調(diào)節(jié)閥口的大小，從而控制制冷劑通過的速率，確保制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和溫度的有效控制。

三、膨脹閥的技術(shù)發(fā)展歷程

（一）傳統(tǒng)膨脹閥時(shí)代

在早期，傳統(tǒng)膨脹閥主要是機(jī)械式或者熱力式的膨脹閥，這種膨脹閥通過控制壓縮蒸發(fā)器前的壓力來調(diào)節(jié)制冷劑的流量。然而，由于這種膨脹閥只能通過機(jī)械或者熱力的方式來控制，控制精度較低，且無法進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的效率較低，能耗較高。

（二）電子膨脹閥的出現(xiàn)

20 世紀(jì)80 年代至90 年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和智能控制技術(shù)的興起，電子膨脹閥逐漸開始出現(xiàn)。電子膨脹閥利用電子控制器和電磁閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)閥芯的精確控制，通過電磁線圈的開合，調(diào)節(jié)閥芯的位置，從而控制制冷劑的流量和壓力，實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)的智能化調(diào)節(jié)。

（三）智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化智能化趨勢(shì)的影響，電子膨脹閥也在不斷向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

四、膨脹閥在新能源汽車的應(yīng)用

（一）在新能源汽車制冷系統(tǒng)的應(yīng)用

在新能源汽車中，膨脹閥起到控制制冷系統(tǒng)中制冷劑流量和壓力的作用。當(dāng)汽車需要制冷時(shí)，膨脹閥會(huì)自動(dòng)打開，使制冷劑流動(dòng)到蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)，從而吸收熱量并降低車內(nèi)溫度[5]。膨脹閥還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)制冷劑的流量，以確保制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。通過合理設(shè)計(jì)和選擇適合的膨脹閥，可以提高制冷系統(tǒng)的效率和性能，減少能源消耗，延長(zhǎng)電池壽命。

（二）在新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

空調(diào)系統(tǒng)是汽車中一個(gè)重要的舒適性設(shè)備，而膨脹閥的作用是控制制冷劑的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果[6]。合理設(shè)計(jì)和選擇適合的膨脹閥可以提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率，降低能源消耗，改善車內(nèi)空氣質(zhì)量，提升駕駛舒適性。

五、智能化電子膨脹閥的研究進(jìn)展

（一）智能化電子膨脹閥的技術(shù)特點(diǎn)

智能化電子膨脹閥有四種技術(shù)特點(diǎn)：第一，傳感器技術(shù)的應(yīng)用，智能化電子膨脹閥通過采用各類傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制冷系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)。第二，先進(jìn)的控制算法，智能化電子膨脹閥結(jié)合先進(jìn)的控制算法，可根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自主的決策和控制，以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能效。第三，遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，部分智能化電子膨脹閥設(shè)計(jì)配備遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以通過手機(jī)、電腦等終端設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膨脹閥的工作狀態(tài)并進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的操作便捷性和靈活性。第四，智能化決策能力，智能化電子膨脹閥基于傳感器數(shù)據(jù)和控制算法實(shí)現(xiàn)智能化決策，能夠通過自主調(diào)節(jié)制冷劑流量和壓力，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行效率，達(dá)到更高的制冷性能和節(jié)能效果。第五，多功能化設(shè)計(jì)，智能化電子膨脹閥將傳統(tǒng)的流量和壓力調(diào)節(jié)功能與其他功能融合，例如自清潔功能、排氣功能等，提升系統(tǒng)的整體性能并減少維護(hù)成本。第六，通信技術(shù)的應(yīng)用，智能化電子膨脹閥開始大規(guī)模采用通信技術(shù)，使得膨脹閥與其他控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息共享和互聯(lián)互通，為系統(tǒng)的智能化管理提供更廣泛的支持。

（二）智能化電子膨脹閥的研究進(jìn)展

傳感器技術(shù)在智能化電子膨脹閥中起著至關(guān)重要的作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和控制，還能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度和能效性能。目前研究和使用的傳感器有壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器和氣體成分傳感器等。未來，隨著傳感器技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，智能化電子膨脹閥將能夠更好地適應(yīng)不同工況下的需求，為制冷系統(tǒng)的運(yùn)行提供更加穩(wěn)定可靠的保障。

智能化電子膨脹閥的穩(wěn)定可靠運(yùn)行依賴與準(zhǔn)確的控制算法。目前在電子膨脹閥使用的算法主要有以下四種：第一，PPID 控制算法是智能化電子膨脹閥中常用的控制算法之一，通過比例、積分和微分三個(gè)控制參數(shù)的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。最新的技術(shù)包括自適應(yīng)PID 控制算法、模糊PID 控制算法等，能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。第二，模型預(yù)測(cè)控制算法是一種基于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)的控制算法，通過優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。最新的技術(shù)包括基于深度學(xué)習(xí)的模型預(yù)測(cè)控制算法、模型預(yù)測(cè)控制與強(qiáng)化學(xué)習(xí)相結(jié)合的算法等，能夠提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和穩(wěn)定性。第三，優(yōu)化控制算法旨在根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，能夠提高系統(tǒng)的能效和性能。最新的技術(shù)包括遺傳算法、粒子群算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化算法的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)智能化電子膨脹閥的最優(yōu)控制。第四，魯棒控制算法是一種能夠克服外部擾動(dòng)和參數(shù)不確定性的控制算法，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。最新的技術(shù)包括H-infinity 控制、滑模控制等魯棒控制算法的應(yīng)用，能夠提高智能化電子膨脹閥在不確定工況下的控制性能。

結(jié)論

電子膨脹閥作為新能源汽車中的重要控制元件，其研究開發(fā)具有重要的價(jià)值和意義。隨著新能源汽車市場(chǎng)的不斷發(fā)展和電子技術(shù)的進(jìn)步，電子膨脹閥在新能源汽車中的應(yīng)用前景廣闊，將為新能源汽車的性能提升和智能化發(fā)展帶來更多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

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