关于对新能源汽车空调系统技术的分析

唐静娴

江苏省淮阴商业学校 江苏省淮安市 223001

1 引言

新能源汽车空调系统和传统燃油汽车空调系统基本相同，差异主要表现在空调压缩机的驱动方式和暖风的来源上。新能源汽车目前普遍采用电动压缩机制冷，高压电动空调压缩机由动力电池驱动。电动车暖风通常采用电加热方式，电加热方式也分为两种：一种是通过加热冷却液，再经过循环为暖水箱提供热量（目前为主流）；另一种是直接加热经过蒸发箱的空气实现暖风。而对于强混车辆，其暖风的来源在发动机工作时以发动机冷却液作为热源，在EV模式时一般采用电加热的PTC来提供热源。

2 新能源汽车空调系统概述

空调系统是汽车内部舒适性体系的关键部分。随着新能源技术的持续发展，将积极推进新能源汽车的发展创新，为汽车应用领域提供全新的发展方向。同时为了实现汽车的使用功效与实用功能，还需要通过科学运用新能源汽车空调系统核心技术，以提升新能源汽车空调的效率，使新能源车辆的舒适度得到保证。由于新能源车辆的空调系统设计不同于传统车辆，为适应新能源车辆的需要，空调系统的供能方案也与传统车辆有较大差异，这就导致了新能源汽车空调系统的整体架构设计不同。强化新能源汽车空调控制系统关键技术研发，提高新能源汽车空调效率，是积极促进新能源我国汽车行业可持续发展的关键手段，在新能源汽车行业科技发展中有着非常关键的作用。

3 新能源汽车空调发展的现状

空调控制系统是提升新能源车舒适度的关键因素，它能够针对不同的要求调整车内温度控制。新能源汽车空调系统的动力源并不同于传统燃料车，由于新能源车辆以发电和产生混合动能为主，而由于新能源车辆的总容量是恒定的，因此空调系统的总功率也会影响传统燃料车辆的续航，使得新能源车辆的空调系统技术上更为节能有效。根据中国新能源汽车行业的实际状况，中国新能源热发电汽车空调系统主要包括了直接使用能源的热泵空调系统和使用汽车余热的制冷空调系统。由于这些空调技术的应用，将对新能源车的整体构造与功能产生一定的影响，所以有必要加大对中央空调整体技术的分析研究。由于清洁燃料汽车产业的日渐成长和国家政策的积极扶持，新能源汽车日益得到人们的青睐。空调系统作为车辆驾乘者舒适的基本功能要求，也就一定会产生比较高的需求。在新能源汽车空调系统领域方面，由于目前受限于动力电池科技的进展以及车辆续航里程的短板，导致汽车空调控制系统的节电效率已变成第一大考量因素。从目前空调科技的发展趋势以及工作效率来看，热泵式空调系统完善的工作性能也将成为重要的技术趋势，虽然当前的新能源汽车已可以克服一些存在的技术问题，但随着时代的进展，进一步完善新能源汽车的空调控制系统也将是必须达到的目的目标。

4 新能源汽车空调系统的技术分析

4.1 热泵式空调技术

热泵式空调系统的技术原理是运用热泵原理，进行车内冷却、采暖功能。理论上，利用热泵技术能够达到三点零以上的能效比，更适合于新能源汽车的发展。同时，由于热泵式空调控制系统的主体控制驱动方法是电动压缩机，有独特的空气供能机制，因此新能源车辆的正常行驶速度对热泵式空调控制系统影响不大。而这种方法最重要利用的基本原理就是：在外界空气进入不动时，利用热泵技术迅速升温，将空气经由新能源车辆内部的窗户排出。不但能够实现新能源车辆内的正常空气流通，还能够达到在低温气候下对汽车门窗玻璃产生的除霜效应。而热泵空调控制体系中的空气循环系统，一般是利用加热新能源车辆底部排出的空气，从而控制车内温度。也就是由于这样的技术，对于热泵式空调系统，能够具备不错的温度控制性能，同时效率也比高，但在低温状态下，制热效率却较差，所以热泵技术就必须和PTC加热器或用太阳能辅助的热泵技术加以补充，而PTC火电机组则是一个对具备良好制热技术的能源汽车空调控制系统的补充装置。而由于采用PTC热敏电阻器件，则能够有效增强节能的汽车在冬季制热性能，提高车辆舒适性。但由于PTC加热器系统为汽车空调控制系统的附属功能，因此必须合理利用，主要因素是PTC加热器系统会耗费大量新能源车辆的能量，并损害了新能源车辆的续航性能。

太阳能辅助热泵技术通过合理布局太阳能电池板，使用太阳能电池板所产生的能量作为热泵技术空调系统的辅助能量，有助于改善空调系统的室温调整能力以及新能源车辆的续航能力。

4.2 燃料电池余热利用空调系统

在燃料电池汽车上，充分利用燃料电池发动机余热进行制冷和采暖，可以有效降低能耗，并改善燃料电池发动机散热问题，符合新能源汽车的发展要求。在实际的使用中，燃料电池主要是通过燃料与氧化剂的反应，将其转化为新能源的动力。燃料电池使用过程中，转化的发电效率和热效率几乎相当，各占50%左右，如果对这部分余热通过转化装置进行综合回收利用，将有效提高燃料电池的利用效率。而且，当燃料电池过热时，需要合理利用余热，减少余热对新能源汽车的影响，燃料电池余热可作为新能源汽车空调系统的主要能源，实现新能源汽车空气质量控制调节，在一定的程度上提升了新能源的使用效率，在单位能源的基础上，达到高的能效比，同时也能够降低空调使用成本，从而减少车辆使用的成本，提高性价比。使用燃油动力电池余热已经成为新能源汽车空调的重要能耗，因此人们必须结合实际状况，合理地选用空调的冷却方案，而目前，人们普遍选用了吸附式冷却式空调体系，进行汽车内部温度调控。由于吸附式冷却式空调体系的重要热源是来自于燃油电池发动机内部产生的余热，所以中央空调系统功率极低，从而有效减少了新能源汽车的重要能耗。使用燃油动力电池余热的空调控制系统总体能耗约占所有新能源车辆功率的百分之四，有效提升了新能源车辆的续航力量。在燃油动力电池余热使用空调控制系统实践过程中，在燃油电池汽车引擎开启前，提前开启热截止阀。在发动机启动后，通过控制燃料电池的发动机内部冷却水液自动循环控制系统，经热交换器的换热，再得到余电能量，并进行整车内部温度控制调整动力源。

和传统的汽车空调相比，新能源的空调系统本身减少了对能源的消耗，同时，在空调技术的应用方面更多依靠提升使用效率来实现空调节能，而且新能源汽车空调系统在使用的过程中，和汽车的行驶速度关系并不大，这就不会对新能源汽车的使用方式产生影响，整体的使用更加简单，而且由于电力驱动，因此很多时候不会产生过大的噪音，本身的使用寿命也比较高，所以相较于传统的汽车空调，新能源汽车空调具有更高的可靠性和性价比。

4.3 空调加热技术

PTC加温设备和电加热管升温模型都是当前最为普及的纯电动汽车空调系统制热模型。因为在该种制热模型下，空调控制系统的发热能全部由PTC芯体承受，使得在该模型下空调控制系统的热功率一般超过四安培。PTC加温设备由于自身具备功率低、性能稳定安全、交直流通用、体积小，且最高工作时额定电流高达几十安沛等优点，从而成为了纯电动汽车热源的理想选择。另外，由于纯电动汽车的空调系统电能大部分都是由动力电池供给的，所以，在冬季采暖时，空调控制系统就可以直接地把采暖芯体和动力电池联系在一块，而后再利用在采暖芯体上设置PTC或电阻等采暖部件的方法，就可以直接地按照车辆内成员的设定条件提出具体的问题。而这样利用人为电能调节并控制电压大小和热能的方法，不仅结构设计容易、使用温度款，而且同时降低了在空调控制系统工作过程中的热能损失，从而提高了随着车辆内水温提高的热速率。

4.4 空调制冷技术

现阶段，中国国内纯电动汽车的空调控制系统，在冷却时与传统轿车所使用的冷却方式大体相近。在空调控制系统的整个工作流程中都是由动力电池直接为电子压气机供给能量，而通过蓄电池供给的能量则成为了当前汽车空调系统制冷时最常用的工作方式之中，这个设计模式就和传统的通过电池供电驱使电动无刷永磁直流电动机牵引挤压机工作的传统空调系统冷却方式一样，该种空调系统工作方式通过电子模块系统单元组成，可以自由调整挤压机工作的持续时间和速度，从而大大提高了车辆内能源的使用率。尽管电力压缩机控制系统自身结构设计简洁、体积小，且冷却效能较高等优势已被广泛于纯电动汽车的空调制冷体系中，不过这些空调系统的冷却方案还是面临着增加纯电动汽车续航里程的困难。而且如果是在北方地区应用的话，纯电动汽车其航里程数损失往往会大于百分之五十，所以，也提高了该技术推广与使用的困难。

5 新能源汽车空调系统发展趋势

新能源汽车也是中国节能环保战略发展的重要内容，其未来的主要发展方向就是持续地利用各种高品位能量，以提升汽车能量的效率，而新能源空调管理系统在其中的作用也不容小觑。在空调管理系统中，能量支出的重要组成部分就是制冷、制热管理系统。从空调系统的层面上来看，由于其能量主要集中于压缩机，因此通常要耗费的能量、机械能比较多;而制冷系统则耗费的能量要更大，并可利用余电等能量。所以，人们在设计汽车空调控制系统总体方案之时，就必须综合考虑整个汽车的能量分配情况，并选取最合理的技术方法，在人类经济社会不断发展过程中，对新能源技术对于汽车空调控制系统的节能及保护性能的需求也愈来愈高，所以在未来的经济发展过程中，新能源空调控制系统就该有效克服了制冷、制热二大关键性难点另外，未来新能源汽车空调控制系统的主要发展方向还是聚焦于高效操控，以及节电保护技术方面的。在空调控制系统技术方面上，常规汽车空调体系目前只能通过ECU对电控系统加"变排量调节"。在工作效率上有所提高。新能源电动汽车使用电动压缩机，在电控制应用领域我们应该参考家庭空调的操控方式使用"变频电机操控"，而目前各大空调制造商也已开始研发交流智能变频电动压缩机控制系统，而目前变频空调在技术上也已较为完善，主攻方向主要是车站内的应用。而另外一种技术应用也可参考家庭中央空调系统，即热泵式技术。因为家庭空调在制冷时有巨大的热量损失，若能合理使用热能转换，不仅能够提高效率还能减少续航里程压力。此电子空调系统比较于其他的空调系统有着不少优势，但是在纯电动汽车上匹配时必须重视对整机特性的影响，尤其是续驶里程与最高速度，不可厚此薄彼，要综合考量，系统内各部分的使用都要以环保为中心。电车上的空调系统，目前大多使用的都是电动压缩机式空调系统，但是其它类型的空调系统也有较大的发展[4]。要让电动汽车的空调系统更加节约有效，可从下面这样一些视角去着力解决问题：（1）研发更高效率的直流涡旋压缩机;（2）研究控制更精确、更节电的硅电子膨胀阀;（3）选用高效率的过冷式平行流冷凝器;（4）通过改进微通道蒸发器构造，使制冷剂的挥发程度更均匀。

6 结语

综上所述，新能源汽车作为未来汽车的发展趋势，会采用更多新技术，已达到更好的综合使用效果和客户体验。随着新能源汽车技术的不断进步，新能源汽车空调技术必然会更加完善和成熟，从而达到更好的使用效果，创造更大的社会和经济价值。