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想請教下電動汽車空調的相關知識。關於配套整個空調系統的知識?

2017-07-07數碼

電動汽車的熱管理系統不同於傳統燃油汽車,尤其是在供暖方面,傳統汽車借助於發動機產生的余熱給暖風系統,從而實作低溫環境下的熱舒適性,而電動汽車沒有發動機這種熱源,所以只能透過其他方式來實作供熱。根據熱系統架構與整合化程度,電動汽車熱系統的發展歸納為如下三個階段:

  • 單冷加PTC加熱器供暖
  • 常規熱泵套用
  • 寬溫區熱泵及一體化熱系統
  • 1、第一階段:單冷加PTC加熱器供暖

    電動汽車發展的初期階段,汽車通常都是油改電形式,只是用電池、電機等動力系統替代傳統的發動機、變速箱系統,而空調、供暖以及電池熱管理系統也都是在傳統燃油車熱系統基礎上逐步改進而來的。純電動汽車的空調跟燃油車空調都是透過壓縮機制冷,只不過燃油車的壓縮機動力來自發動機,而電動汽車的壓縮機直接采用電動壓縮機,相比之下變化不是很大。但是冬天供暖系統就不同了,傳統燃油車可以利用發動機余熱對乘員艙進行供暖,而純電動汽車的電池和電機余熱無法滿足冬季供暖需求,因此冬季制熱是純電動汽車需要解決的問題。

    早期的電動汽車采用的加熱方式是透過PTC(正溫度系數)加熱器發熱來實作對車艙內的供暖,這種方式基於燃油車改動變化較小,而且PTC的熱阻小、換熱效率高,非常適合用於空調系統制熱,所以早期的電動汽車基本都是單冷加PTC加熱器方式。

    2、第二階段:常規熱泵套用

    電動汽車冬季供暖采用PTC加熱器加熱,從熱力學角度分析其COP(效能系數)始終小於1,使得PTC加熱器制熱耗電量較高,能源利用率低,嚴重影響了電動汽車的冬季續駛裏程。而熱泵技術利用蒸氣壓縮式迴圈將環境中的低品位熱量搬運到車內,制熱的理論COP大於1,具有更高的能效利用,所以使用熱泵系統代替PTC加熱器可以增加電動汽車制熱工況下的續駛裏程。在一些高端電動汽車上率先套用,目前已經在乘用車領域已經非常普及。

    然而在低溫環境下,傳統熱泵系統制熱量衰減嚴重,無法滿足電動汽車低溫環境下的制熱要求,需要額外的PTC加熱器輔助加熱。因此,熱泵加PTC加熱器輔熱的制熱方式成為電動汽車冬季低溫下乘員艙制熱的主要方式。隨著動力電池容量提升,風冷技術無法滿足電池熱管理要求,所以液冷成為電池溫控的主要方式,所以低溫環境下也會透過換熱器給電池加熱。這樣一來,就有了電池、電機余熱再利用的可能,因此熱泵加PTC輔熱加余熱利用成為大多數乘用車主流供熱方式。

    3、第三階段:寬溫域熱泵及一體化熱系統

    傳統熱泵空調在低溫環境下的制熱效率低、制熱量不足,制約了其在電動汽車上的套用。因此,一系列提升熱泵空調低溫工況下效能的方法得以開發套用,比較典型的是采用閃發罐或者經濟器的補氣增焓法。另外,透過合理的增加二次換熱回路,在對動力電池和電機系統進行冷卻的同時,對其余熱進行回收利用,可以提高電動汽車在低溫工況下的制熱量。然而在環境溫度更低,余熱回收更少時,均透過余熱回收無法滿足低溫制熱量需求,仍然需要采用PTC輔熱來彌補熱泵的不足。

    隨著電動汽車整車熱系統整合度逐漸提升,可以透過合理地增大電機發熱量的方法增加余熱的回收量,從而提高熱泵系統的制熱量和COP,避免使用PTC輔熱。其實,目前還有回風利用、新風結構創新等方式來改善供熱系統的制熱效率,隨著供熱系統整合化、高效化的發展,電動汽車的熱系統在極端條件下的適應力也在提高。

    另外,值得一提的是,隨著對空調工質的ODP(臭氧破壞因子)和GWP(全球暖化因子)的控制,當前使用的R410和R134a冷媒受到管控禁止,汽車熱系統的制冷劑替代研究也稱為行業研究熱點。目前比較熱門的替代工質有R1234yf、R744(CO2)、R290三種純工質及其混合物,以後會對這幾種工質專題介紹。