新能源汽车空调系统技术的分析

李海龙

摘 要：随着新能源汽车产业的不断发展和成熟，技术研发水平也得到一定的提升，空调系统是其第二大耗能设备，如何提升新能源汽车空调系统的有效运行成为一项重点研究课题。本文主要从新能源汽车空调系统技术现状、热泵式和燃料电池余热利用的空调制冷系统等方面进行分析和总结。

关键词：新能源汽车;空调系统;技术;分析

0 概述

传统的汽车主要以汽油、柴油等常规燃料，面对日益减少的常规燃料，新能源将代替传统能源，成为汽车行业发展的主旋律。新能源汽车空调系统与传统汽车的空调系统在结构设计、能源供应方式等方面有很大区别，需要进一步深入技术研究和改进。

1 新能源汽车空调系统技术现状

（1）汽车空调系统作为调节汽车内部温度以及空气的重要装置之一，其技术水平将直接影响到汽车内部温度以及空气的调节成效，进而影响乘员直接感受。传统燃油车空调结构主要有：压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液罐、控制系统和送风及其管道系统组成。空调压缩机主要动力源于发动机，主要能耗是压缩机和冷凝器，由发动机直接提供动力，消耗发动功率约20%，且效率转化值不足40%。如何降低能耗，提高效率一直是空调领域研究的重要课题。新能源汽车主要是以电力和混合动力作为动力来源，虽能够明显降低对环境的污染，但是由于新能源汽车电容量是固定的，所以空调系统的使用一定程度上会影响汽车的续航能力，鉴于目前新能源汽车空调现状其明显的缺陷制约着新能源汽车的普及，特别是在我国北方寒冷区域，影响的更加明显。

（2）新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车等。新能源汽车空调系统大致可以分为直接利用电能的热泵式空调系统和利用余热的空调制冷系统。在实际汽车新能源空调系统使用过程中，会对汽车的结构和功能产生一定的负面影响，减少了汽车的使用寿命，因此需要加强对汽车空调系统技术的分析和理解。

2 热泵式空调系统

（1）从空调技术的发展和工作效率来说，热泵型空调系统良好的工作性能将成为重要的发展趋势。热泵空调系统主要实现对汽车室内环境的检测，从而实现制热和制冷的过程。系统硬件设计包含温度检测部分、键盘显示部分、电机驱动部分、四通阀和压缩机控制，遵循以下设计原则：1）客户设定的室内要求。2）实时监控室内温度并显示。3）通过温度设定，自动控制四通换向器工作，实现取暖或制冷。4）控制空调变频调速，实现最佳节能、可靠性的性能要求。

（2）新能源汽车空调与传统空调的工作原理基本一致，主要由制冷系统、通风系统、控制系统、机械及其它复制结构组成，其中控制系统是它的“CPU”，行使着指挥官的角色。

（3）热泵式空调系统控制系统以单片机为控制核心，通过对输入信息（环境温度、设定温度、盘管温度、压缩机工作电流等）和软件设定的条件相比较后，再确定控制结果，从而实现对执行部件（室内外风机、压缩机、四通阀、电液晶显示屏等）发出控制指令，控制电路原理框架图，如图1所示。

（4）热泵式空调使用环境一般为5～43℃，带有除霜装置可适用于-10～43℃，满足客户多元化的要求。它的最大优点是在制热运行时效率非常高，内置的四通换向阀在制冷模式下，室内热交换器就是蒸发器，室外热交换器就是冷凝器。冬季往外出冷风，换热器要结霜，等结霜到一定程度时，四通换向阀再切换，夏季制冷时室外热交换器得到热量，化霜完毕后，四通阀再切换到制热状态。

（5）空调的硬件电路只是起到支持作用，自动化控制的大部分功能是由软件实现的，通常采用结构化的模块方式编程，把一些非常大的程序细分到几个小程序，从而监控整个过程，包括各种芯片初始化程序、自诊断程序以及中断程序等。

3 燃料电池余热利用空调系统

（1）燃料电池余热利用空调系统，是指把燃料电池作为汽车的动力源，利用其产生的动力驱动空调系统运行。如果直接采用燃料电池会造成电池过热、降低其工作性能，故新能源汽车空调系统采用燃料电池余热对汽车进行加热，减少对燃料电池工作性能的影响。利用燃料电池余热给车辆供暖，就能够明显降低能源成本，提高能源利用效率。从成本、供热效率等各方面综合考虑，氢是燃料电池汽车最理想的燃料，可以最大限度地满足新能源汽车空调的制冷要求，符合新能源汽车的发展趋势。

（2）燃料电池以电解质的种类进行区分，目前有五種类型：碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）。从车辆动力方面综合考量来看，质子交换膜燃料电池（PEMFC）在世界各大汽车厂商的新能源汽车设计中应用更加广泛。

（3）燃料电池余热利用方式的汽车空调的供暖系统工作过程：首先是打开相应的截止阀，当系统的燃料电池发动机启动之后，对三通阀旁通燃料电池散热器进行有效控制，冷却液在相应的热交换器中经过，再从燃料电池发动机的出口流向其进口位置，之后通过中间的换热器，从中获得所需要的热量，通过供暖管路进而达到对整个车厢供暖的控制的效果。

（4）由于燃料电池的化学能转换效率低，余热排放量大，所以燃料电池汽车能耗大。汽车空调的制冷系统也占一大部分能耗，因此可以用余热吸收式制冷系统。但由于体积大，内部结构复杂，运行过程中会出现传热性能变差，制冷量下降等问题，所以还需要做进一步的技术性研究。

4 结束语

空调作为驾乘舒适性的功能要求，也必然会有着越来越高的要求。虽然新能源汽车空调技术在新能源汽车上得到一定程度的应用和推广，但在其使用过程中也暴露了诸多的问题，空调系统的节能高效的能源利用模式仍是首要研究考虑方向。

参考文献：

[1]王旭东，郑振.新能源汽车空调系统技术分析[J].企业技术开发，2016.

[2]钟文京.新能源汽车空调系统技术研究[J].电子技术与软件工程，2015.