电动轿车热泵空调管理论文

摘要：

介绍研发的电动轿车热泵空调体系及其配用的双作业腔滑片紧缩机的功能，根据测验样式机的实验成果剖析了转速对该空调体系制冷量、输入功率及COP等功能的影响。若轿车顶盖悉数布满太阳电池，所发生的电能约为225W，能够使空调体系的制冷量添加8%左右，一起还能下降轿车空调冷负荷的峰值。

关键词：轿车空调；热泵；太阳能

0导言

现代盛行的燃油轿车不只消耗很多的石油资源，并且还严重污染大气环境，危害人类健康。据统计排放到大气的污染物中，轿车的废气（首要是氮氧化物、碳氧化物及碳氢化合物等）约占42%。鉴于此，许多国家政府经过立法逐渐限制这种高污染产品。电动轿车具有无任何排泄物、不污染环境、低噪声及节约石油资源等特色，再次引起全世界的广泛重视。世界轿车工业发达国家都投入很多的人力、物力进行电动轿车开发和研发，取得了很多的成果，一批批先进的电动轿车不断面市，有的已构成商业化规划出产。与燃油轿车一样，电动轿车也要创造一个舒适的驾驶和乘座环境，即要配备相应的空调体系，进步其中舒适性和竞争力。在开发和研发电动轿车一起，也对配套的空调体系进行了开发与研发。热电空调体系因功率太低而无法被电动轿车所承受[1]。选用直流电动机驱动蒸汽紧缩制冷体系的电动卡车空调体系的实验成果表明，其功能与普通燃油轿车空调体系根本相当[2]。90年代初又对选用环保制冷剂的电动卡车空调体系进行了实验研讨[3]、[4]。

我国也拟定了电动轿车的研讨与开发计划，并正在逐渐实施。本课题组对电动轿车配套的空调体系进行研发，开悄磁直流无刷电机直接驱动旋转紧缩机的电动轿车热泵空调体系，本文介绍该体系及对其所进行的实验研讨。

将太阳电池布满整个车顶能够起到两个作用；一是给电动轿车空调体系提供部分能量，使其取自车载蓄电设备的动力削减；二是可将电动轿车所需冷量的峰值削减40%[5]，然后使空调体系取自蓄电设备的动力进一步削减。根据Sekurit公司太阳能盖板的产品介绍，20组100mm×100mm单晶硅电太阳电池在完全曝晒时可发生25W的电能，对于小型轿车有1.81m2（19.5ft2）车顶面积[6]，这个空间设备的光电池在完全曝晒时能发生大约225W的电能。这种方案十分合适电动轿车运用，因为它在不加大车载蓄电设备容量的条件下，使电动车的有用行进间隔添加。本文也对太阳电池在电动轿车空调体系中的使用进行探讨。

1电动轿车热泵空调体系

电动轿车热泵空调体系的作业原理如图1所示，紧缩机由直流无刷电机经过皮带驱动，空调体系的制热/制冷作业办法由四通换向阀转化，实线箭头表明制冷作业办法，这时向车室内吹冷气，使车内降温冷却；虚线箭头表明制热作业办法，这时向车内吹热风使车内升温加热或对挡风玻璃除雾/霜。经过感触车室温度，逆变器调制电动机电源的脉冲宽度来控制紧缩机转速的巨细，然后改动空调体系的冷（热）量巨细，以满意各种环境条件下车室的舒适性及除雾/霜要求。从原理上讲，该体系与普通的热泵空调并无区别，但因为该空调体系是用于电动轿车这一特别场合，该体系所用的首要部件都有其特别性。为此，咱们配套开发了双作业腔滑片紧缩机，专门制作直流无刷电动机和逆变器控制体系。

1.紧缩机2.驱动电机3.逆变器4.车室温度传感器

5.平行流换热器（车外单元）6.四通换向阀7.轴流风阀

8.膨胀阀9.平等流换热器（车内单元）10.离心风扇

11.制热作业办法12.制冷式办法

图1电动轿车热泵空调体系

Fig.1Heatpumpairconditioningsystemforelectricvehicle

专门研发的双作业腔滑片紧缩机的结构原理如图2所示，圆形转子同心肠设备在扁圆形气缸内，五个滑片置于转子上开设的槽中并能来回滑动，原动机驱动转子滚动时，滑片靠离心力被甩出，紧贴在气缸内表面上，在气缸内腔分隔成若干个随转子转角改变其容积的小空间（称为基元），随着转子滚动，基元容积的巨细周期性改变，然后完成了气体的吸入、紧缩、排出等作业过程。该紧缩机具有以下特色：

1.气缸2.转子3.滑片4.吸气口5.排气阀

图2双作业腔滑片紧缩机

Fig.2Schematicviewofvanecompressorwithdouble-actingchambers

1)结构简单，零部件少，加工与装配简单实现。

2)作业平稳。因为无偏疼滚动零部件，动力平衡功能好，尤其在高转速运动时振荡和噪声很小。

3)起动冲击小。滑片在起动时逐渐伸出，静摩擦转矩小，因而起动转矩缓慢上升，削减了起动冲击。

4)功率高。因为没有吸气阀，余隙容积小且余隙膨胀不直接影响吸气基元，因而使吸气损失削减，容积功率进步。

5)体积小，重量轻，便于狭隘空间设备，因而比较合适轿车空调运用。

6)紧缩机每转完成两次吸、排气，输气量大且脉动性小。

表1列出了所研发双作业腔滑片紧缩机的首要尺寸，图3为它与电装（Denso）公司容量相同的轿车空调用涡旋紧缩机制COP[4]比较，从图中能够看出：转速低于2500r/min时，涡旋紧缩机的COP低于双作业腔滑片紧缩机，这首要是因为涡旋紧缩机的内走漏间隙比较长，低转速时其内走漏量较大的原因；转速高于2500r/min时，涡旋紧缩机的COP则高于双作业腔滑片紧缩机，但高出的起伏并不很大，这首要是因为双作业腔滑片紧缩机随转速的升高摩擦功率添加比较快的原因。考虑到其它要素：如加工简单、高转速下的振荡和噪声很小、起动冲击小等，双作业腔滑片紧缩机是合适电动轿车空调体系运用的紧缩机。涡旋紧缩机尽管也有优秀的功能，但对加工和装配等的要求都比较高，国产设备还不能完全满意其技能要求。

2实验设备与测验条件

研发的电动轿车热泵空调样机在依照国际标准建造的全自动轿车空调体系实验设备上进行了测验，主测选用蒸发器侧进出口空气焓差法，辅测选用冷凝器侧液体制冷剂流量计法。测验时，主辅测制冷量偏差应小于5%，并以主测数据为准。实验办法及数据处理均根据中国轿车行业标准QC/T72.1-93《轿车空调制冷设备功能要求》和QC/T72.2-93《轿车空调制冷设备实验办法》，一切测验所用仪表均契合QC/T72.2-93的规定。

因为紧缩机由直流电机直接驱动电机的转速就可接连改动紧缩机的转速，厂商的测验工况，实验中紧缩机转速分别1000、2000及3000r/min；工质选用条件为：蒸发器侧干球温度（27±0.5）（19.5±0.5）℃,冷凝器侧干球温度（35±0.5）℃。样机的实验成果整理成如图4～6所示的功能曲线，这些曲线未计入太阳电池所发生的能量。

图6示出了空调体系的COP随转速的改变，从图中能够看出；转速较低（＜1500r/min时，COP随转速的添加有较快地添加，当转速添加到一定程度（＞2000r/min）后，COP随转速添加而定不变，这说明低转速时，转速的添加可使压的密封作用得到很大改进，致使制冷量速度较快，高转速时，紧缩机的内走漏再添加转速已使密封作用改进不大，所以长速度趋于稳定，而紧缩机制输入功却一向比较稳定速度的添加。

作者研发的电动轿车空调体系与现在正在运用的燃油轿车空调体系（用斜盘紧缩机）的功能比较如图6所示。电动轿车空调体系的COP在转速较低时（＜1500r/min）略低于燃油轿车空调体系，而在高转速时（＞2000r/min）却显着于燃油轿车空调体系。这首要因为斜盘紧缩机作业腔的密封功能较好且简直不受转速的影响，而滑片紧缩机的作业腔密封功能受转速的影响较大，转速升高能够显着改进其作业腔密封功能。紧缩机由独立电机驱动后，其转速不再受轿车动力机的影响，能够恒定在较高的转速下作业。因而带双作业腔滑片紧缩机的热泵空调体系的功能优于现有的燃油轿车空调体系，能够满意电动轿车空调的。

4太阳能的使用

将电动轿车整个车顶布满太阳电池，所发生的电能使电动轿车空调体系制冷量添加的情况见表电能使电动轿车空调体系制冷量添加的情况见表2。表2中制冷量添加量是用光电池发生的电能乘以各转速下空调体系COP所得的成果，相对添加量为制冷量添加量与不使用太阳能时空调体系制冷量的比值。从表中能够看出，使用太阳能可使空调体系制冷量添加200W以上，且转速较高时的增幅较大，这是因为空调体系低转速时的COP较低、高转速时局COP较高的原因；制冷量的相对添加量为6%～27%，且COP越低（对应的转速也低），添加的作用越显着。电动轿车空调体系选用独立电动机驱动后，紧缩机转速不再受怠速的影响，能够稳定COP较高的转速（约为2500r/min）下作业，这时，能够添加制冷量350W以上，相对添加量约为8%，大家知道，轿车在太阳下曝晒时空调体系的冷负荷最大，当车顶布满光电池后，这时不只能最大限度地发生电能，并且能够有用地阻止太阳辐射热经过车顶进入车室内，使保持车室舒适所需的冷量大起伏下降，然后使空调体系消耗蓄电设备的电能下降。总归，使用太阳能能够有用地削减空调体系取自车载蓄电设备的动力，添加电动轿车的有用行进间隔。

5开展展望

车载蓄电池提供的直流电是电动轿车仅有的动力源且很有限，辅助设备消耗的电力削减了电动轿车的行进蹁，开发高效的电动轿车空调体系乃是电动轿车在商业上能够被承受的关键一步。紧缩机和电动机做成共用主轴的关闭结构后不只能大起伏进步功率，并且还能够杜绝制冷剂的走漏、设备愈加灵活；直流电驱动又使紧缩机选用关闭结构成为可能，因而，高效节能将决定电动轿车空调未来的开展，选用关闭紧缩机是未来电动轿车空调不可逆转的趋势。我国现在作为轿车空调的制冷工质，发达国家已于1996年1月1日悉数选用对臭氧层安全的R-134a，但R-134a的温室效应系数较大，在不久的将来还可能会被更契合环保要求的制冷工质所取代，不论制冷工质怎么改变，电动轿车空调必须契合环保要求的这一开展趋势将不会改动。选用人工智能技能开发先进的传感-控制体系，使创造的车室环境愈加契合人体皮肤的感觉，进一步进步舒适性，也是电动轿车空调未来的开展方向。随着太阳电池功率进步和成本下降，其在电动轿车空调体系中的使用会成为可能，并且会逐渐得到普及。

6结论

从以上剖析能够看出，作者面向电动轿车开发的热泵空调体系具有杰出的功能，合适电动轿车运用。剖析样机实验成果得出以下结论：

1)空调体系的制冷量/制热量、输入功率随转速添加根本呈线性添加联系；空调体系的COP在转速较低时随转速添加有较快的添加，而在转速较高时，则受转速的影响较小。

2)所开发的双作业腔滑片紧缩机，低转速时的COP高于容量相同的涡旋紧缩机，而高转速时的COP低于涡旋紧缩机，但所低出的起伏并不很大。综合考虑功能、加工及设备等要素，双作业腔滑片紧缩机是比较合适电动轿车空调体系运用的紧缩机。

3)与现在运用的燃油轿车空调体系相比，电动轿车空调体系的低速功能略差，但它却具有较好的高速功能。

4)若轿车顶盖悉数布满太阳电池，所发生的电能约为225W，能够使空调体系的制冷量添加8%左右，一起还能下降轿车空调冷负荷的峰值。