电动汽车空调系统的工作原理与检修

任广文

摘 要：纯电动汽车没有发动机给空调系统提供动力源，也没有发动机余热进行采暖，因此不能直接使用传统的汽车空调系统，需要电能作为动力源。这样，蓄电池不仅要提供行驶所需动力，还要为空调系统提供能量。电动汽车的空调压缩机和PTC总成，实现了控制组件与运动或加热部件一体化的设计结构。压缩机控制器集成在压缩机上，PTC控制器与加热芯体集成后，再安装到暖风机总成内，都受整车控制器（VCU）和空调控制器控制，控制系统由CAN网络和电器控制电路构成。

关键词：空调压缩机;PTC总成;动力电池;控制器

一、电动汽车空调系统的结构组成

电动汽车的空调系统与传统燃油汽车基本相同，由压缩机、冷凝器、风扇控制器、风扇、蒸发器、进风口、暖风机总成和高低压管路附件、PTC总成、空调控制器面板、温度及压力传感器等组成。传统汽车压缩机由发动机传动带，通过电磁离合器带动，热源来自发动机余热。而电动汽车采用电动压缩机和PTC元件加热，由动力电池提供高压驱动。

二、纯电动汽车空调系统的控制原理

电动汽车空调系统起动后，VCU接受高压动力电池信息，当动力电池SOC值大于10%时，VCU发送高压信号，制冷状态时空调控制器采集空调A/C开关信号、空调压力开关信号、蒸发器温度信号、车速以及室内外温度信号，通过逻辑运算发送CAN网络控制信号。压缩机根据控制信号去调节压缩机转速，VCU根据控制信号以PWM信号方式传输给风扇控制器，风扇控制器再输出0～12 V之间变化电压来调整风扇的转速。制热状态时，空调控制器采集室内温度传感器信号，通过逻辑运算发送CAN控制信号，PTC总成根据控制信号调整发热功率。

三、电动空调压缩机的工作原理

电动汽车空调压缩机由控制器、电机与压缩机构成的一体机，内部电控组件、电机、压缩机完全隔离，外部高压低压接插件直接固定到壳体上，总成防护等级达到IP67。其特点是蒸发器出口的低温冷媒，通过机壳给电控组件进行冷却降温。压缩机一般采用涡旋技术，利用动、静涡旋盘的相对公转运动，形成封闭容积的连续变化，实现压缩气体的目的。此设计具备噪声低，运转平稳，容易变转速运动和受变频调速技术控制的优点。

控制器由电控组件、CAN收发器、驱动管电路及保护电路等组成。工作时高低压电源和通讯信号全部接入到控制器，电控组件根据接收到空调控制发送的功率和转速请求信号，输出PWM占空比信号，实现电机功率无级调节。同时电控组件通过CAN总线，把压缩机的温度、转速、功率和故障信息发送至总线，实现信号采集、故障预警、过温保护、过压/欠压保护、过流保护、短路保护及反接保护等功能。

四、PTC加热器总成的工作原理

PTC电加热器是采用PTC热敏电阻元件为发热源的一种加热器。PTC热敏电阻的阻值随湿度变化而急剧变化，当外界温度降低，PTC电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。PTC热敏电阻元件因具有随环境温度高低的变化，其电阻值随之增加或减小的变化特性，所以PTC加热器具有节能、恒温、安全和使用寿命长等特点。

纯电动汽车的PTC加热器一般采用控制器与加热芯体一体式设计，控制器和加热芯体完全隔离，整体体积小。控制器由电控组件、CAN收发电路、驱动电路、保护电路级检测电路等组成，通过CAN总线通讯，把PTC的温度和故障信息发送至总线，实现信号采集、故障预警、过温保护、过压/ 欠压保护、过流保护、短路保护及反接保护等功能。

电气工作原理：高低压电源和功率请求等CAN信号接入到PTC总成中，经控制组件逻辑运算以PWM占空比信号方式驱动管电路，控制IGBT的导通与断开，实现加热功率无级调节，其出风温度可控，保证舒适情况下实现节能目的。

五、电动汽车空调故障现象与检修注意事项

（一）电动汽车空调故障现象

电动汽车空调故障与传统汽车空调故障是一样的，都是不能制冷或制冷不足、暖风失效。其故障现象有：压缩机高压驱动电机故障、压缩机内部故障、冷凝器散热不良、冷凝风扇不工作、制冷剂不足、制冷剂水分含量超标、冷冻机油过多、管路有空气、蒸发器鼓风机工作不良、蒸发器脏堵、膨胀阀堵塞、膨胀阀开度过大或过小、控制面板故障、空调出风口堵塞等。

（二）電动汽车空调检修注意事项

空调系统故障现象表现与传统空调故障现象表现一致。但在维修过程中，由于电动汽车空调采用了高压电驱动压缩机，因此，不能与传统汽车空调故障排除一样，它涉及高压动力电池、高压配电箱、驱动电机、DC-DC转换器、电动压缩机总成、PTC加热器等，为确保维修人员的安全，按规范要求操作检修，需要注意以下维修注意事项。

（1）车辆维修过程中涉及高压部件需要标明高压勿动警示牌。

（2）维修操作人员不得携带手表、项链等金属物品，穿戴个人安全防护设备。

（3）没有取得高压安全操作许可证的，不允许对高压部件进行维修操作。

（4）需要设置维修安全区域，并设置高压操作警示牌，他人不得随意移除。

（5）对高压部件维修前，检查所有绝缘工具绝缘性，检查绝缘手套的绝缘性和密封性能。

（6）断开点火开关，拔出钥匙并放到安全区域。

（7）移除车辆上的所有外部电源，含12V蓄电池，拆下12V蓄电池负极电缆，远离负极区域。

（8）戴上绝缘手套，单手将动力电池维修把手拆下，并放在口袋里，防止他人误安装维修把手。

（9）拆下维修把手，静置10min后，保证高压能量释放完毕，方可操作高压部件。

（10）在维修车辆期间，要有两位取得高压安全操作许可证的人同时进行工作，一人作为工作监护人，负责监督维修过程，如发生触电事故时，监护人应立即采取有效措施执行急救。

电动汽车采用高压动力电池作为动力源，其系统工作跟传统汽车有很大区别，如驱动方式、能量回收、空调系统工作，都是高压电作为能量。在维修过程中，如果不能严格执行安全规范操作，很容易引起触电危险。因此，作为维修人员，要认真学习高压电安全操作规范，同时要懂得电动汽车各系统工作原理和控制方式，为电动汽车发生故障时，更好、更有效地为顾客排除故障。

参考文献

[1] 刘春晖等 电动汽车结构与原理 [M].北京：化学工业出版社，2018。

[2] 赵海青 电动汽车结构原理与维修 [M].北京：机械工业出社，2019。

[3] 王树礼 电动汽车空调与暖风系统结构原理与维修 [J].汽车维修技师，2017，（5）。