电动压缩机技术在电动车上的应用研究

余学伟

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）

电动压缩机技术在电动车上的应用研究

余学伟

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）

文章首先介绍了压缩机的发展趋势，然后描述了电动涡旋式压缩机的技术特点。接着以某微型电动轿车为例，从热负荷计算、压缩机选型、设计校核，等方面，详细阐述了电动涡旋式压缩机在江淮电动车空调系统上的应用研究过程。结果表明电动涡旋压缩机应用完全具有可行性，对节能减排有着重要的意义。

电动压缩机；空调系统；电动车

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.006

CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-15-03

前言

电动汽车因无发动机，无法使用传统燃油车上通过皮带轮驱动的压缩机，针对电动汽车的特点开发了适合电动汽车使用的涡旋式电动压缩机，此压缩机将电机与压缩机泵体封闭在同一个密封壳体内，直接使用电动汽车上的电池供电，结构紧凑，可靠性高。

1、电动涡旋压缩机的技术特点

1.1 结构特点

电动涡旋压缩机是一种新型的容积式压缩机，它是靠定涡旋盘与动涡旋盘的相对连续运动，使密闭空间中的容积发生变化，从而排出高压气体的机构。

电动涡旋压缩机主要由动涡旋盘、定涡旋盘、回旋机构、防旋转机构、前端盖部件和电机机体等构成。电机涡旋压缩机采用柔性驱动平衡机构，解决了高速旋转时产生平衡破坏而引起的振动。同时采用球形联接器结构式的防旋转机构。

1.2 特性与参数

1.2.1 特性

1）电机与压缩机一体式设计：电机在压缩机内部对压缩机进行驱动，通过冷媒循环可自行冷却而不需外加冷却设备；

2）欠压保护：当动力电源电压过低（低于260V）时，驱动器将自动切断电路以保护电池与压缩机。在不重启压缩机的情况下， 若电源电压回升至275V则压缩机自动重新启动；

3）过流保护：当电路中电流过高（高于11A±0.5A）时，驱动器将自动切断电路以避免电流过大对压缩机及驱动器造成损坏；

4）预留调速信号输入接口：通过在调速线上输入400Hz，12V占空比可调的PWM信号可以对压缩机转速进行调节，0-100%占空比对应转速为500RPM-4000RPM；

5）驱动器使用全铝外壳并自带风扇对驱动器进行冷却；

1.2.2 参数

1）工作环境温度范围：驱动器：-30℃to85℃；压缩机：-30℃to105℃；

2）电源：

1 ->工作电压范围：260V-380VDC；

2->最大输入电流：15A；

3->额定输入电压：320VDC；

4->额定输入功率：1500W；

5->控制电源电压范围：9-15VDC；

6->控制电源最大输入电流:500mA；

3）电机参数：

1->电机类型：直流无刷无传感器电机，4极；

2->额定电压：320VDC；

3->额定功率:1500W；

4->额定转速:3000rpm；

5->最小转速:500rpm；

6->最大转速:4000rpm；

7->转速误差:<1%；

4）压缩机参数:

1->排量:36cc/rev；

2->重量:11.5Kg；

3->尺寸:370X180X155；

电动涡旋压缩机在电动车上的应用

下面以江淮某微型电动车为例，阐述电动涡旋压缩机的应用过程。

2.1 技术指标的制定

根据空调性能要求可设定初步的技术指标，如下表：

表1 技术指标

根据指标绘制制冷分析图：

图2 制冷分析图

2.2 热负荷的确定

关于热负荷的计算方法有许多种，下面就一种方法计算江淮电动轿车空调系统的热负荷的计算，

传统方法是将各部分热负荷一一算出，然后加起来，这种算法目的很明显，就是为了准确得出各部分的热负荷，以便于设计和运行中有针对性地减少热量损失，而本系统的设计计算主要是为了估算热负荷，以此为参照，对系统各部件进行校核检验。现采取计算出较易确定的太阳辐射热QT和玻璃渗入热QB，然后按QT+QB占总热负荷的比例（70%），既可得出总热负荷Qg，为安全起见，取修正系数K=1.05，从而实际热负荷Q=KQg。

2.2.1 工况条件确定

冷凝温度tk=63℃、蒸发温度te=0℃、过冷温度t4=57℃、吸气温度t1=10℃、室外温度t0=35℃、室内温度ti=27℃、该车正常行驶速度WC=40Km/h。

热负荷构成：

式中：QT——太阳辐射及太阳照射得热量；

QB——玻璃窗渗入量；

Qm——人体散热量（2排座5人）；

QA——室外空气渗入热量；

QE——发动机室传入热量；

Qq——其它仪器、设备发热量。

2.2.2 太阳辐射得热量QT

由于太阳照射，汽车车体温度升高，在温差作用下，热量以导热方式传入车厢内。太阳辐射是由直射和散射辐射构成，车体外表面由于太阳辐射而提高了温度，同时向外反射辐射热，可将太阳辐射强度化成相当的温度形式，与室外空气温度叠加在一起，构成太阳照射表面的综合温度tm.对车身围护结构由太阳辐射和照射热、对流换热两部分热量组成：

式中：QT——车身外表面所受太阳辐射强度；

α—室外空气与日照表面对流放热系数；

tm—日照表面的综合温度；

K—车身围护结构对室内的传热系数；

to—车厢外设计温度；

ti—车厢内设计温度。

α应采用对流系数换热准则式求解，但由于车速变化范围大，车身外表面复杂，难以精确计算，一般可采用下面近似公式计算：

Wc是汽车行驶速度，可采用40km/h（11.1m/s）计算：

联立可得tm：

由于车厢内外温差不大，上式后项近似to，则有：

将各参数代入（3）式求得：

玻璃窗渗入热量QB

太阳辐射通过玻璃窗时，一部分被玻璃吸收，提高了玻璃本身温度，然后通过温差传热将热量传入车内，另有大部分辐射热将通过玻璃窗直接射入车厢内。玻璃窗的渗入热量是由温差传热和辐射传热两部分组成：

式中：A——玻璃窗面积（m²）；

K——玻璃窗的传热系数；

tb——玻璃温度，取车室外温度；

ti——车厢内温度；

C——玻璃窗遮阳系数；

μ——非单层玻璃校正系数；

qb—通过单层玻璃的太阳辐射强度，qb=τGIG+τSIS；

τG—透过窗玻璃的太阳直射投射率；

τs—透过窗玻璃的太阳散射投射率。

将以上各参数带入式（6）得：

热负荷确定：

2.3 制冷量的确定

注：以上制冷量的确定是根据内燃机的工作原理得出制冷量，对于电动汽车空调系统消耗很大的电能，需要在内燃机计算得出的制冷量的基础上进行适当的修正，将制冷量降低四分之一左右，以利于保证电动车的正常行驶里程；

2.4 压缩机的选型和校核

根据前面的计算，压缩机选择时应考虑以下几个条件：

1）具有合适的能效比；

2）制冷量应满足修正后制冷量；

3）合适的转速。

2.4.1 压缩机参数的确定

下图为参考待用机型EWXH-036-1的性能曲线图，从性能曲线中可以看出压缩机在3000rpm左右时，制冷量可以达到3kW，可以满足设计要求。

图3 压缩机性能曲线

2.4.2 压缩机速度定义

由于此款压缩机具有自我调节转速的功能，具体可调的范围为：

500 rpm＜n＜4000rpm

考虑到压缩机需要消耗比较多的电能建议将转速设定在能效比最高的转速位置，以上可以看出转速定义为在2000rpm-3000rpm最宜。

3、结论

在电动车上应用电动涡旋压缩机技术是完全可行的，并具有以下优势：

1）空调性能可以达到使用要求；

2）低转速可以很稳定的能效比节约电能；

3）加速电动轿车的普及；

通过对电动涡旋压缩机技术的应用研究，使得江淮微型电动车轿车提升产品的竞争力。

[1] 史保新,马国远,陈观生.电动车用空调装置的研究.流体机械.2002,58-50.

[2] 江志斌,吴志宝,何斌.汽车空调模糊控制的研究.制冷学报.1995, 25-29.

[3] 陈观生,史保新,马国远.电动汽车空调压缩机的实验研究.广州工业大学学报.2000,11-1.

Research of Electric Compressor Technology Applied in Electric Car

Yu Xuewei
(Anhui jianghuai Automobile Co., Ltd., Auhui Hefei 230022)

Abstrac: The paper describes the development trend of compressor, and the technical characteristics of electric scroll compressor, then taking one mini-electric car, for example, from the heat load calculation, compressor selection, design verification, etc.the paper detailed the research process of electric scroll compressor Applied in JAC electric car air-conditioning system . The research showed that application of electric scroll compressor completely feasible, and it has an important significance for energy-saving emission reduction.

electric compressors; air-conditioning systems; electric car

U469.72

A

1671-7988 (2016)12-15-03

余学伟（1983—），助理工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。