新能源汽车热泵空调技术研究与应用探讨

王俊倩

摘要： 伴随着不断提升的汽车技术水平，逐渐出现了一些新型的空调系统。但是出现的这些制冷制热系统中，能够真正达到高效节能并不多，其中热泵空调技术自身存在着较多优势，相较于PTC电加热来说，热泵空调系统在制热期间，有着明显的高效性。基于此，笔者针对于新能源汽车热泵空调技术与应用进行了深入分析与探讨，以此为相关学者以及从业人员提供有价值的参考依据。

Abstract： With the continuous improvement of automotive technology， some new air-conditioning systems have gradually emerged. However， among these refrigeration and heating systems， there are not many that can really achieve high efficiency and energy saving， and the heat pump air conditioning technology itself has many advantages. Compared with PTC electric heating， the heat pump air conditioning system has obvious efficiency during heating. Based on this， the author makes an in-depth analysis and discussion on the research and application of heat pump air conditioning technology for new energy vehicles， so as to provide valuable reference for relevant scholars and practitioners.

關键词： 新能源;汽车;热泵空调;技术;应用

Key words： new energy;cars;heat pump air conditioning;technology;application

中图分类号：U472.43                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）20-0215-02

0  引言

从工作原理角度来说，传统燃油和新能源汽车空调系统工作原理相同，只是在暖风产生方式和驱动空调压缩机方式方面，有一定的差异性。通过高压电，新能源汽车能够驱动空调系统电动压缩机，通过压缩，电动空调压缩机能够在冷凝器中加压低压低温的蒸汽，从而循环环绕制冷剂系统。本文将从新能源汽车热泵空调技术研究、新能源汽车热泵空调的应用两大方面来进行深入剖析。

1  新能源汽车热泵空调技术研究

针对于新能源汽车热泵空调技术研究，笔者整理了三点，分别是：热泵空调温控原理、部分传感器以及执行器选型、硬件电路设计，本章将一一进行论述。

1.1 热泵空调温控原理

热泵空调并没有十分复杂的原理，在制热或者是制冷环境下，都能转移热量。

电动压缩机在车内制冷的过程中，会将低压高温的冷媒转化成高压高温的液体形态，采用控制阀的方法，朝着车外流向液体，转化为热器，相较于车内来说，车外温度低，在降温后，冷媒会转化为液体，此液体低温且高压，通过阀的膨胀后，冷媒膨胀经过车内换热器转化为低压低温的液珠，降低车内气温。而后，冷媒朝着低压高温气体方向转化，并直接流入电动压缩机。就在这样循环的状态下，能够实现制冷车内的目的[1]。

电动压缩机在车内制热的过程中，会将低压高温的冷媒转化成高压高温的液体，经过切换阀，在车内热交换器中流入冷媒，这样的环境下，会升高车内温度，与此同时，会将冷媒转化为液体，此液体高压且低温，通过膨胀的电子阀后，冷媒膨胀为液珠，此液珠低压低温，并朝着车外换热器内流向;相较于车外来说，冷媒没有较高的温度，在对车外气体热量完全吸收过后，会相应的转变为气体，气体具有较高的温度和较低的气压，而后朝着电动压缩机流。在这样的循环情况下，能够实现制热车内的目的。

1.2 部分传感器以及执行器选型

1.2.1 电磁阀SOV

电流在线圈影响作用下，会发生一定的电磁吸力，对内部芯片进行上下移动，在开启控制阀后，来有效控制介质流通的一种执行器件，即为电磁阀。

Dc9V-16V是该热泵控制系统选择的电磁阀电压具体的变化范围，12V为额定电压值，0.8A为具体的工作电流额定值，10W为具体的额定功率，介质具体流动的方向为单向，适宜且合理的制冷剂为R134a，具体工作压力值不大于3.6MPa。感性负载为负载的具体类型。组成内容为两pin脚，且不分负正，一个引脚高低电平引脚，另一个引脚需要接地。

1.2.2 电子膨胀阀EXV

在电动车空调系统中，热力膨胀阀会逐渐替代为电子膨胀阀。通过对电子膨胀阀的使用，能够提高控制过热度的精确性和准确性，从而强化最终的节能效果。LIN控制是热泵控制系统选择的电子膨胀阀。12V为具体的额定电压值，9V-16V为具体的工作电压范围，0.35V为最大的额定电流值，30-120PPS为具体的驱动频率范围，依据脉冲数，对膨胀阀开度进行改变，如若0为具体的脉冲数时，就会紧闭膨胀阀，如若480为具体的脉冲数时，就会全开膨胀阀，适合的制冷剂有多种，包括：R410A等等，双向为介质的具体流动方向[2]。

1.2.3 PT传感器

压力温度传感器能够达到同一点一个传感器能够对冷媒温度和压力进行同时测量，无论客户安装阀座，亦或是对配线束时，都会相应的节省时间，第一时间做出反应，而后加强维护和保护压缩机，从而有效提高空调系统工作质量。R1234yf、R134a、R410a为工作介质。-30摄氏度至130摄氏度为具体的工作温度范围。0.8摄氏度-1.8摄氏度为温度精度的具体值。

1.3 硬件电路设计

1.3.1 主控芯片

现阶段，市场上存在的单片机，具有多样化的种类，但是能够切实满足于汽车实际需要的单片机种类，屈指可数，在满足于汽车需要的种类中，飞思卡尔单片机存在着较为明显的优势，即强可靠性、快运行速度、芯片好实时性等，通过优化调整后，飞思卡尔单片机中的MC9S12G128转化为了16bits MCU，优点是低消耗、功能齐全、低成本等。

1.3.2 步进电机驱动电路

四相步进电机是一种步进电机，能够有效对风门进行控制。驱动芯片选择L9826，此芯片被汽车行业所专用，通过SPI，能够有效控制八个out的输出，其中CLK为时钟引脚，数据输出为SDO，数据输入为SDI。并且，在电流能力输出方面，芯片最高可以达到450Ma，能够保护过热、过压、负载短路等，实际满足于步进电机驱动能力的切实需要。无论是内外循坏风门、混合风门，亦或是模式风门都使用了三个步进电机，为此需要在控制器中使用L9826芯片，具体数量为两片[3]。

1.3.3 SOV阀驱动电器

首款智能型四通道低侧开关为英飞凌TL9104SH，在12V系统中，可以达到5A的电流值。这就能驱动多种类的负载，例如：高精度端口燃油噴射器等。

目前，在市场上，TLE9104SH相较于同种类产品来说，能够驱动更大的电流，也拥有更强的负载能力，不需要太大的封装面积，能够对布局面积进行极大的缩减。由于加入了16位串行外设接口，在功能方面，能够实现诊断和控制的目的，任何一个通道能够达到保护过流和过温的情况，通过增强有源钳位电路，负载于驱动感性。能够通过负载状态SPI：电池短路、开路负载、对地短路。这四个输入引脚能够实现对开关的直接控制，与此同时还包括一系列安全功能。

1.3.4 CAN总线驱动

通过恩智浦半导体公司，选择该控制器CAN通信芯片为TJA1042，此芯片适用于汽车行业，并且应用十分广泛，拥有较高的成熟度。相较于TJ1040，次芯片对静电的防范能力更强，不仅如此，能够符合相关规范标准。此电路不仅能够对Can类型的压缩机进行有效控制和把握，还能通信整个车，与此同时，可以应用在多个方面，例如：故障反馈、上电自检等。

1.3.5 EXV通信Lin总线驱动

因为需要通过对LIN通信控制的使用，来控制电子膨胀阀，为此设计并且加入了LIN通信电路在该控制器中，LIN通信电路是常见的电路，电容以及二极管能够对滤波噪音进行有效祛除，基于LIN2.0/SAEJ2602收发器，恩智浦公司的TJA1021在TJA1021芯片内部集成了ESD保护电路，能够提高抵抗静电的能力和水平，与此同时，还能同时兼容TJA1020和TJA1021，相应的提高波特率，从而能够对具体需要进行满足。LIN通信芯片为常见的芯片类型，通过接口LIN中物理总线和本地互联网络，广泛应用在汽车LIN通信领域中。

1.3.6 鼓风机驱动电路

加强使用鼓风机，在新能源热泵空调系统中，这一方面，与传统空调大体一致，所以，可以对以往空调控制鼓风机的电路进行继续沿用。经过积分电路和运放，输出PWM信号能够根据实际需要，对鼓风机的速度进行改变和调整，通过优化PWM信号占空比，可以对鼓风机的端电压进行优化和改变，从而达到调整鼓风机速度的这一功能[4]。

1.3.7 Pt传感器采集电路

此电路的ADC采集电路具有一定的典型性，在添入RC后，能够有效预防干扰，提高防范能力，该电路可以有效获取6个PT传感器。实时、动态化的获取冷媒温度值和压力值，能够监控热泵空调系统工作的具体情况。单片机AD采集的具体位数值为10bits，准确性较高，可以对客户切实需求进行满足。

2  新能源汽车热泵空调的应用

在实际应用热泵式空调系统后，通过车内顶部位置，吸取空气，加热空气之后，完成处理除霜工作在挡风玻璃位置，并随之喷洒出热气，在经过一系列处理后，沿着风道左侧和右侧同时吹出。这样的情况可以对能耗进行节省，还能有效解决和处理车内起霜以及较多湿气的情况，不会对安全汽车驾驶情况产生严重影响。基于此，通过步进电动机，驱动电子膨胀阀，对出口空气温度、制冷剂流量以及阀门开度进行合理控制。制冷系统适用的环境条件为百分之五十相对湿度、27摄氏度车内温度、40摄氏度环境温度，在系统功能方面，每1kW能够得到2.9kW制冷量。制热系统适用的环境条件为环境温度值为-10摄氏度、车内温度为25摄氏度，在系统功能方面，每1kW能够得到2.3kW制热量[5]。

如若处于低温环境的时候，可以充分发挥出PTC热敏电阻的功能，从而实现加热处理工作，并对空调制热效率进行有效控制，保障除霜工作的顺利展开。可以通过车载蓄电池，PTC加热装置能够得到直流电，对轴流式风机和离心式风机进行安装，合理设计风道，保障PTC发热器周边有均匀的风俗，将发热性能的功能发挥到极致。

3  结束语

总而言之，热泵空调系统能效比较高，在新能源汽车中应用热泵空调系统，具有较多益处。为此，相关人员要全面掌握和熟悉热泵空调系统技术，明确实际应用方法，从而最大程度的发挥出热泵空调系统功能，进而推动新能源汽车的健康发展。

参考文献：

[1]张婷，邱家彩.基于单片机STM32新能源电动汽车热泵空调系统设计[J].内燃机与配件，2020（21）：18-19.

[2]汪琳琳，焦鹏飞，王伟，等.新能源电动汽车低温热泵型空调系统研究[J].汽车工程，2020，42（12）：1744-1750，1757.

[3]郑美玲.新能源汽车二氧化碳热泵高压空调管的开发[J].汽车零部件，2020（11）：1-5.

[4]杨少柏，李尾，钟昌，等.新能源汽车热泵空调控制系统设计实现[J].汽车科技，2020（4）：62-68.

[5]高红波，聂光辉，王庆合.提高新能源汽车热泵空调能效比的策略分析[J].中国新技术新产品，2020（11）：42-44.