新能源汽車空調系統技術探討

李俊才 薛小康

摘 要：隨著新能源汽車產業深入推進，不僅推動了空調系統技術發展步伐，并且使用效益更加顯著。新能源汽車應用的空調系統主要包括余熱利用空調與熱泵式空調系統兩種，無論是在壓縮機類型上，還是在制冷制熱系統形式上，以及蒸發器、冷凝器等方面，都存在較大差異。但對空調系統安全性、可靠性等方面的追求都是不變的，以確保駕駛室舒適度與穩定性。

關鍵詞：新能源;汽車;空調系統

1 新能源汽車空調系統技術的現狀

1.1 熱泵式空調系統技術

（1）熱泵式空調系統技術主要是通過對熱泵技術進行應用，通過熱泵技術實現對汽車內部的制熱，熱泵技術理論上能夠達到3以上的制熱能效比，切合新能源汽車的發展趨勢，而且，熱泵式空調系統的驅動方式是電動壓縮機，具有獨立的能源提供方式，新能源汽車的運行狀況與熱泵式空調系統之間的影響不大。（2）熱泵技術主要的工作原理主要是：熱泵空調制冷工況運行時，與傳統汽油車空調基本一致。熱泵空調制熱工況運行時，四通閥換向線接通。這時室內換熱器成為冷凝器，室外換熱器成為蒸發器。從室外換熱器來的低溫低壓過熱氣經四通閥流入氣液分離器，氣體經四通閥流入室內換熱器放熱冷凝，成為過冷液，過冷液經過節流裝置節流降壓后成為低溫低壓氣液混合態.進入室外換熱器蒸發吸熱，隨后經四通閥和氣液分離器進入下一循環。（3）熱泵空調系統技術，具有良好的溫度調節能力，適用于現階段的人們的生活中，尤其適用于溫度較低的冬季，具有良好的應用效果，冬季時，環境溫度為零下12℃時，熱泵式空調系統能夠將車內的溫度控制在26℃，確保新能源汽車舒適度。（4）PTC加熱器與太陽能輔助熱泵技術，通過PTC熱敏電阻元件的使用，可以有效地提高新能源汽車的冬季加熱能力，提高汽車的舒適度，但是作為空調系統輔助使用的PTC加熱系統需要合理地進行使用，主要是由于PTC加熱會對新能源汽車的電能進行利用，影響新能源汽車的續航能力。太陽能輔助熱泵技術，需要合理的對太陽能電池板進行布置，并將電池板產生的電能作為熱控空調系統的輔助能源，提高空調系統的溫度調節質量，提高新能源汽車的續航能力。

1.2 燃料電池余熱利用空調系統

所謂燃料電池就是在相關燃料利用過程中與氧化劑發生相應化學反應，然后將發生反應的能源進行直接性的電能轉換，其在具體的轉化效率可以達到55%-65%，然后將剩余部分通過一定方式轉化為廢熱、溫水及蒸汽，通過轉化裝置將其能量作為主要的動力來源，在具體的能源利用當中，其在具體的能源利用率與普通燃料動力來源相比，明顯高于后者數倍。如果在運行當中存在相應燃料電池過熱狀況，會導致其所具有的工作效率下降，并造成其相關的性能惡化，所以可將燃料電池所產生余熱能源直接用在相關車輛供暖當中，對于車輛的經濟效益和能量利用率狀況都具有很好的提升效果，從而使燃料電池在具體的車輛用能方面更加具有合理性。其與傳統的以甲醇和汽油為其燃料的電池相比，在具體的成本、環境效益以及效率等方面綜合考量來看，在燃料電池汽車當中氫是首要的能源選擇目標。通過電解質的方法可以將燃料電池劃分為五種類型，分別是磷酸燃料電池（PAFC）、堿性燃料電池（AFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）以及固體氧化物燃料電池（SOFC）。從相關的車輛動力方面綜合考量來看，世界各大車廠對質子交換膜燃料電池更加關注和所重視，這種燃料電池的工作電流為（1-5A/cm2，0.7V），其相應的比功率高為（0.2-0.3kW/kg），這種能源不僅具有很好的比能量，而且在具體的能量效率上也非常高，在冷啟動時間短也是其它能源所無法比擬的。這種電池所具有的正常工作溫度為65℃-110℃，并且在具體的室溫狀況下其在額定功率還可以達到85%，其所排出的廢熱溫度可以達到75℃。如果采用這種燃料作為其能量來源，其在具體的汽車空調選擇上，可以根據實際需要采用吸收式制冷空調系統，利用其排出的熱源來實現對熱泵的動力供應作用，熱源可以從燃料所排出的冷卻水當中進行提取，吸收式熱泵在輸出功率耗費方面明顯優于傳統壓縮式空調系統，其在具體的運作過程中只有溶液泵對少量的電能進行消耗，其相關的總需求的電能狀況與壓縮式熱泵相比，是后者的4%。

2 汽車空調系統比較

傳統汽車空調的壓縮機類型，包括往復式、搖擺式、斜盤式三種。新能源汽車空調的壓縮機類型，包括往復式、旋葉式、渦旋式三種。傳統汽車空調，其壓縮機結構，以開啟式為主;新能源汽車，其空調壓縮機結構，涉及半封閉式，與全封閉式兩種。兩種汽車的蒸發器與冷凝器類型基本一致，相比普通汽車空調，新能源汽車空調制熱系統，除蒸汽壓縮式外，還包括了一種吸收式。尤其是全封閉、渦旋式壓縮機，制冷系數大幅度提高，功率與質量顯著下降。普通汽車空調制冷，通過蒸汽壓縮制冷，以冷卻液為制熱熱源，當發動機冷卻液處于溫度較高狀態時，由系統熱交換器，實現空氣熱交換，從而實現車內供暖。新能源汽車空調，以熱泵式、電加熱、燃料電池余熱完成供暖。同時新能源汽車制冷量，能夠隨時調節參數，如空氣溫度等，不受車輛行駛影響，且噪聲小，確保了乘客舒適度。而電動壓縮機驅動效率高，且壽命長，噪聲小，發動機、壓縮機傳動裝置取消，汽車結構得到簡化。在空調制冷劑方面，新能源汽車將二氧化碳作為制冷劑，成本低且無毒無害，基于超臨界循環角度分析，制冷量大，壓縮機體積小，傳熱性能佳，交換器體積小，系統結構緊湊等優勢。

3 結語

新能源汽車空調系統，相比傳統汽車既有優勢也存在不足，未來汽車空調系統技術發展還需加大對電池過熱、電池循環壽命等方面的技術突破，確保電池冷卻系統能夠使電池始終在最佳工況下完成供電等工作。在汽車行駛中，系統不可避免地會出現振動與沖擊現象，還需加強對系統零部件氣密性與強度等方面的優化研究。

參考文獻：

[1]劉明瑞.新能源汽車空調系統工作原理與檢修注意事項[J].汽車電器，2019（03）：17-18.

[2]胡利波.論新能源汽車空調系統工作原理與檢修注意事項[J].湖北農機化，2019（20）：75.