車(chē)載電動(dòng)空氣壓縮機(jī)換裝應(yīng)用分享

摘 要：電動(dòng)空氣壓縮機(jī)作為新能源汽車(chē)車(chē)輛氣源，是車(chē)輛運(yùn)行必不可少的重要部件。車(chē)輛對(duì)零部件的細(xì)節(jié)要求逐年提高，零部件不斷地迭代提升。不少新能源車(chē)輛電動(dòng)空氣壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)三至五年使用驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)屬于強(qiáng)弩之末，故障頻發(fā)，無(wú)法繼續(xù)為車(chē)輛繼續(xù)提供氣源。本文以新能源公交客車(chē)換裝故障電動(dòng)空氣壓縮機(jī)闡述相關(guān)案例進(jìn)行剖析，為大家進(jìn)行分享。

關(guān)鍵詞：新能源 車(chē)輛 氣制動(dòng)管路 電動(dòng)空氣壓縮機(jī) 空濾器 干燥器（APU）

1 事件背景

車(chē)輛行駛需求過(guò)程中需要用氣，包括制動(dòng)用氣、懸掛系統(tǒng)用氣，車(chē)門(mén)泵等系統(tǒng)用氣，那么車(chē)輛務(wù)必需要?dú)庠矗簿褪强諝鈮嚎s機(jī)，傳統(tǒng)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)直聯(lián)空氣壓縮機(jī)，一般作為發(fā)動(dòng)機(jī)附件裝載。自2008年新能源車(chē)輛上市后，車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)由原先的發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)更改為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，那樣的話，車(chē)上便沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)。那么由原先傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)自帶傳統(tǒng)機(jī)械式活塞式空氣壓縮機(jī)供應(yīng)氣源，基本更改成由電動(dòng)空氣壓縮機(jī)提供氣源。

2 市場(chǎng)情況分析

為適應(yīng)新能源車(chē)輛特性，尤其噪音低的需求，在新能源車(chē)輛技術(shù)起步階段由很多小型空氣壓縮機(jī)廠家生產(chǎn)的滑片式、渦旋式、螺桿式電動(dòng)空氣壓縮機(jī)，由原先應(yīng)用于工業(yè)作坊的產(chǎn)品直接應(yīng)用于新能源汽車(chē)。然而，此類電動(dòng)空壓壓縮機(jī)特性并不適應(yīng)于車(chē)載環(huán)境。

從這些年的應(yīng)用情況來(lái)講，主要分類為一下幾種情況。

第一類：有油式滑片式、渦旋式、螺桿式等回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)（圖1），此類空壓機(jī)有個(gè)特性，進(jìn)氣道同出氣道實(shí)際是相通的，而進(jìn)氣和出氣隔斷依靠的就是潤(rùn)滑油液，空氣自進(jìn)氣口吸入，經(jīng)過(guò)擠壓后，壓縮的空氣就會(huì)和潤(rùn)滑油混合在一起，如果直接進(jìn)入用氣系統(tǒng)，如果是純粹的機(jī)械系統(tǒng)，可能還對(duì)系統(tǒng)有保護(hù)作用，但是空氣中是含有水分的，氣態(tài)水在空氣中的比例是定值的，空氣壓縮后壓力增大了，同理，體積就變小了，那么相對(duì)氣態(tài)水就變成了液態(tài)水，水和油混合后，再加熱一下，油品就會(huì)發(fā)生乳化變質(zhì)（圖2），空壓機(jī)出氣的油水就需要過(guò)濾，那么此類回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)重要的部件油氣分離裝置就誕生了。在車(chē)輛的應(yīng)用過(guò)程中，如果乳化后的油污進(jìn)入管道，將會(huì)對(duì)很多用氣單元產(chǎn)生堵塞，腐蝕等故障。然而，南北氣候等系列原因，同型號(hào)的機(jī)子油品的乳化程度也會(huì)有所不同，對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)的損傷程度不同；機(jī)體使用時(shí)間越久，乳化越來(lái)越嚴(yán)重，需要頻繁更換油氣分離裝置，加之油品乳化后，油路受堵空壓機(jī)泵體的溫度越來(lái)越高，隨之而來(lái)的故障也是越來(lái)越高。

第二類：無(wú)油渦旋式空壓機(jī)（圖3），此類空壓機(jī)目前遇到最多的故障便是渦盤(pán)碎裂（圖4）。筆者認(rèn)為拋開(kāi)工廠自身的制造的問(wèn)題來(lái)說(shuō)，環(huán)境因素對(duì)此類空壓機(jī)影響更大，比如保養(yǎng)不到位進(jìn)入空壓機(jī)內(nèi)部的雜質(zhì)導(dǎo)致渦盤(pán)卡滯；還有一種情形，進(jìn)水導(dǎo)致的空壓機(jī)喘振，喘振導(dǎo)致空壓機(jī)異常抖動(dòng)等情形；此類情況多了后，渦盤(pán)略微不結(jié)實(shí)便會(huì)破損，現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，一般聽(tīng)到空壓機(jī)略微有點(diǎn)異響，過(guò)陣子，渦盤(pán)基本就要破碎了。

3 市場(chǎng)現(xiàn)狀

市場(chǎng)上空壓機(jī)故障率過(guò)高，使很多企業(yè)無(wú)法承擔(dān)高額的售后服務(wù)費(fèi)用，不少企業(yè)直接申請(qǐng)破產(chǎn)。氣源問(wèn)題沒(méi)有解決，車(chē)輛無(wú)法正常上路運(yùn)行，然而車(chē)輛無(wú)法依照相關(guān)規(guī)定直接報(bào)廢，自此很多使用單位或者車(chē)廠自行承擔(dān)小型企業(yè)倒閉后無(wú)法延續(xù)電動(dòng)空氣壓縮機(jī)質(zhì)保問(wèn)題，苦不堪言，從而提議電動(dòng)空氣壓縮機(jī)質(zhì)保期限同步新能源車(chē)輛報(bào)廢等系統(tǒng)。但是現(xiàn)有的問(wèn)題必須解決，否則現(xiàn)有的車(chē)輛將無(wú)法使用，使用單位便尋求更改電動(dòng)空壓機(jī)方案。

4 單獨(dú)案例分析

以前不久剛剛倒閉電動(dòng)空氣壓縮機(jī)項(xiàng)目的諸暨某集團(tuán)生產(chǎn)的無(wú)油活塞式空壓機(jī)（圖5、圖6）換裝為例，市場(chǎng)保有量預(yù)計(jì)在1萬(wàn)量左右（含公交客車(chē)及中重卡）。

此新能源車(chē)輛為合肥某客車(chē)廠生產(chǎn)的8m公交客車(chē)（圖7），于2020年底生產(chǎn)，迄今已經(jīng)使用約4年，行駛里程約30余萬(wàn)公里。車(chē)輛高壓電壓平臺(tái)為579.6V，實(shí)際電壓約600V（圖8），單次行駛里程約200公里。

電動(dòng)空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)為無(wú)油活塞式，原型為醫(yī)療器械用空氣壓縮機(jī)，國(guó)標(biāo)GB7258要求客車(chē)的氣壓為1000KPa，高壓氣體需求最大的為車(chē)輛氣制動(dòng)用氣，考慮車(chē)輛的行車(chē)制動(dòng)所需的壓力區(qū)間，當(dāng)整車(chē)氣壓降至650KPa或者700KPa左右啟動(dòng)，1000KPa氣壓下一般空氣壓縮機(jī)停止工作；而醫(yī)療行業(yè)主要壓力需求為500KPa以內(nèi)，以牙醫(yī)為例，氣源的主要作用是給啟動(dòng)手術(shù)臺(tái)架的升降及部分磨牙所需的氣動(dòng)工具，此類應(yīng)用場(chǎng)景下，一般氣壓降至500KPa啟動(dòng)，壓力達(dá)到800KPa即可滿足需求；車(chē)輛一般作業(yè)時(shí)間最多為10小時(shí)（刨去中途補(bǔ)充電源時(shí)間），以一小時(shí)15次運(yùn)行（負(fù)載率25%），單次運(yùn)行時(shí)間90秒，單日運(yùn)行時(shí)間月3.75小時(shí)，而醫(yī)療器械使用一般沒(méi)有這么長(zhǎng)，單日運(yùn)行時(shí)間超1小時(shí)都屬于罕見(jiàn)的。這個(gè)可能是該款空壓機(jī)不適用的原因之一。主要故障模式為：（1）磨損嚴(yán)重導(dǎo)致內(nèi)部泄露，整車(chē)供氣量不足；（2）無(wú)油活塞脫膠等現(xiàn)象，導(dǎo)致活塞連桿等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)受損（圖9）；（3）整機(jī)防護(hù)等級(jí)不足，進(jìn)水或者積液等現(xiàn)象（圖10）。

5 現(xiàn)場(chǎng)換裝

換裝主要考慮如下幾點(diǎn)。

5.1 機(jī)械部分

（1）進(jìn)氣空濾器位置是否需要調(diào)整，進(jìn)氣環(huán)境有很大一部分會(huì)影響電動(dòng)空氣壓縮機(jī)的壽命，現(xiàn)場(chǎng)的情況需做一定的分析，盡量避免空濾器放置在粉塵大的地方，同時(shí)需要考慮空間方便保養(yǎng)；此車(chē)輛空濾位置裝載在車(chē)輛較為干凈的艙體內(nèi)，位置不做調(diào)整，僅做更換（圖11）。

（2）出氣管路布局是否合理，主要考慮出氣管路是否順暢；此車(chē)輛空間受限，沿用原車(chē)管路，而且空氣壓縮機(jī)至干燥器（APU）之間管路僅有一個(gè)起伏后，一直順延向下，影響不大。

（3）其余安裝空間及細(xì)節(jié)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)考量，拆除原車(chē)空壓機(jī)（圖12）后，裝載新機(jī)（圖13），空間剛好滿足，四周沒(méi)有明顯干涉，晃動(dòng)機(jī)身，也沒(méi)有磕碰等現(xiàn)象，進(jìn)出氣管路同高低壓線束之間也沒(méi)有干涉，布局較為合理。

5.2 電氣部分

（1）電壓平臺(tái)是否滿足，早期很多新能源車(chē)輛電池容量不足，導(dǎo)致續(xù)航里程不足，若電壓不足，DCAC控制器能轉(zhuǎn)換多少足壓電供電動(dòng)空氣壓縮機(jī)使用，此批車(chē)輛為例，直流電壓接近600V，可以滿足轉(zhuǎn)化后空壓機(jī)輸入電壓380V，若是整車(chē)電壓平臺(tái)只有400V或者更低，那么空壓機(jī)輸入電壓需考慮使用200V甚至更低，隨之而來(lái)的問(wèn)題點(diǎn)就是空壓機(jī)單體的電流過(guò)大，需要配備更大的保險(xiǎn)，當(dāng)然也帶來(lái)了一定等風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

（2）DCAC控制器是否需要調(diào)整，主要各個(gè)電機(jī)參數(shù)不同，直接裝載，會(huì)發(fā)生故障。前期不少車(chē)輛使用電動(dòng)空氣壓縮機(jī)為異步電機(jī)，也有很多同步電機(jī)；異步電機(jī)大概率可以通用，但是要考慮電流上限；同步電機(jī)基本需更換控制器或者刷寫(xiě)程序；此車(chē)輛經(jīng)雙方洽談后考慮直接加載控制器，高壓電源從原車(chē)控制器中引用，高壓接線較為簡(jiǎn)單，主要遵循高壓線路基本簡(jiǎn)圖（圖15）。

（3）電動(dòng)空氣壓縮機(jī)啟停邏輯是否調(diào)整，主要考慮①電動(dòng)空壓機(jī)啟停區(qū)間，避免高負(fù)載運(yùn)行；②刷寫(xiě)原車(chē)控制器可以不做調(diào)整原車(chē)啟停邏輯。本車(chē)摒棄原車(chē)控制邏輯，直接在干燥器（APU）截取氣壓信號(hào)反饋給額外添加的控制器（圖14），干燥器（APU）出氣口氣壓值一般等同于整車(chē)最低壓力，所以在干燥器（APU）出氣口加裝三通接頭，再安置壓力傳感器，由壓力傳感器輸送壓力信號(hào)給予新增控制器，避免程序沖突干擾等系列問(wèn)題。低壓電路主要遵循低壓線路基本簡(jiǎn)圖（圖16）。

6 總結(jié)

以上換裝使用瑞立公司的產(chǎn)品，其余公司的產(chǎn)品也是相同的原理。車(chē)輛改裝完后，最好運(yùn)行一段時(shí)間，沒(méi)有異常即可。總體來(lái)說(shuō)，只要遵循上述的基本內(nèi)容，換裝新能源車(chē)載的電動(dòng)空氣壓縮機(jī)應(yīng)當(dāng)能順利完成。

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