簡略版電動汽車壓縮機空調工作過程

2020-12-13 動力電池技術

壓縮機空調,把熱量從封閉空間內轉移到外面,或者把熱量從外面帶入封閉空間,過程中不會有熱量生成,而只是熱量的轉移。

電動汽車上的壓縮機空調,邏輯上受到整車控制器VCU的管理,其具體實現形式多種多樣,此處,只以一種典型形式,說明它的詳細工作過程。

1 電氣工作過程

從電氣角度看,壓縮機空調主要由以下幾個部分組成:空調控制器,壓縮機及熱力學系統,壓縮機用電機及其控制器,通訊模塊,溫度壓力傳感器。如下圖所示。

把車載空調的電氣分作兩部分看待,高壓部分和低壓部分。如下圖所示,DC+和DC-是高壓電源,直接接入壓縮機電機控制器。圖中「空調繼電器」是空調控制器的電源開關。

邏輯關係

空調低壓部分受VCU控制,VCU通過控制12V電源迴路「空調繼電器」來控制整個空調的通斷;通過CAN總線向空調控制器傳遞命令信息,設置工作溫度目標值;空調控制器向VCU反饋空調工作狀態信息,包括強電迴路開關通斷信息,壓縮機壓力,壓縮機進出口溫度。

空調壓縮機高壓電源,來自車載DCDC變換器,空調控制器通過接觸器觸發埠控制電源迴路上接觸器的通斷,繼而控制壓縮機電機的工作狀態。

壓縮機和為它提供動力的電機及電機控制器集成到一起,空間相對狹小,空間內的電磁幹擾常常是受控電機誤動作的原因。

壓縮機電機,一般選用永磁同步電機或者永磁直流無刷電機。原因無他,體積小,控制簡單。電機轉速根據需要,可以大範圍調節。

電動汽車點火開關旋至「ON」檔,若此時打開空調「A/C」開關,空調可以開始工作。

製冷制熱量的調節

空調控制器閉合高壓迴路接觸器,壓縮機進入工作狀態。乘客通過調節風量和溫度設置按鈕調節車室內溫度。風量越大,從冷凝器帶入車室內的熱量越多,要求壓縮機的功率越大。設置的溫度與當前溫度差距越大,要求壓縮機的功率越大。

空調控制器通過控制電動壓縮機的電機轉速,達到控制製冷制熱量的目的。電機轉速高,壓縮機相應的運轉速度提高,製冷劑流量上升,製冷量提高。

2 物理工作過程

從物理角度看,空調的四大必備組成部分包括:蒸發器,冷凝器,壓縮機和膨脹閥。四通電磁閥,是切換製冷模式和制熱模式的轉換開關。

製冷模式可以看做,空調系統把蒸發器放置在車室內,讓製冷劑蒸發吸熱,帶走室內熱量;熱量通過循環管道被帶到室外去,由冷凝器把這部分熱量以冷凝放熱的方式,釋放到室外的空氣中去。

製冷劑從室內吸熱,變成室溫低壓氣體;經過壓縮機升壓,成為高溫高壓氣體,流入室外冷凝器(圖中車室外換熱器),經歷放熱過程,氣體冷凝成為液體;高壓液體,流入膨脹閥,部分氣化吸熱,製冷劑變身為低溫低壓溼蒸汽;溼蒸汽進入車室內蒸發器,進一步氣化吸熱,形成室溫氣體,回到壓縮機。

制熱,是製冷的逆過程,在雙向熱泵中,通過電磁閥換向來實現,我們看到的,相當於把冷凝器放到車室內來,蒸發器放到室外。

但在實際應用中,很少單獨使用壓縮機制熱。而是借用其他發熱設備提供熱源,再藉助空調系統使熱量向車室內均勻流動。比如用PTC電加熱,或者利用電機控制器的冷卻水加熱。

車載壓縮機空調的制熱能力,還有待進一步提高。

參考

某EV車電動空調壓縮機開啟過程中噪聲優化改善研究

北汽EV160電動汽車空調壓縮機電控原理及故障分析

電動汽車空調熱泵型渦旋壓縮機結構分析

新能源汽車電動空調壓縮機驅動器設計研究

(圖片來自網際網路)

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