純電動汽車輔助系統(tǒng)之制冷系統(tǒng)

在電動汽車輔助系統(tǒng)中，很多輔助裝置在燃油汽車中已裝備，例如電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、防抱死制動系統(tǒng)（ABS）等，汽車維修人員對這些裝置的構(gòu)造與原理早已掌握。本文以北汽新能源EV200為例，著重介紹電動汽車輔助系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)特有的輔助裝置——電動壓縮機(jī)。

1制冷系統(tǒng)組成

空調(diào)系統(tǒng)包括制冷、加熱、通風(fēng)、空氣凈化、電子控制五個子系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)主要由電動壓縮機(jī)、冷凝器、儲液干燥罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、壓力開關(guān)等組成，如圖1所示。

圖1 制冷系統(tǒng)組成

1—電動壓縮機(jī)2—冷凝器3—壓力開關(guān)

4—儲液干燥罐5—膨脹閥6—蒸發(fā)器

制冷系統(tǒng)以壓縮機(jī)為分界，分為低壓、高壓兩部分，低壓為0.2~0.25MPa，高壓為1.5~1.6MPa，平衡狀態(tài)的壓力在0.6MPa左右，使用R134a或R1234yf等制冷劑和專用冷凍油。制冷劑循環(huán)如圖2所示，單位換算：1bar=0.1MPa。

圖2 制冷劑循環(huán)

1—電動壓縮機(jī)2—冷凝器3—壓力開關(guān)

4—儲液干燥罐5—膨脹閥6—蒸發(fā)器

2電動壓縮機(jī)

（1）對電動壓縮機(jī)的要求

電動壓縮機(jī)是電動汽車特有設(shè)備，用來代替燃油汽車發(fā)動機(jī)使用傳動帶驅(qū)動的壓縮機(jī)。要求電動壓縮機(jī)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、噪聲低、成本低、能在各種氣候下工作。電動壓縮機(jī)由電動機(jī)、制冷壓縮機(jī)、電機(jī)控制器組成，用螺栓固定在底盤上。

（2）電動機(jī)類型

電動機(jī)有直流和交流兩種類型，直流電動機(jī)通過改變直流電壓調(diào)速，交流電動機(jī)通過改變?nèi)嘟涣麟姷念l率調(diào)速。北汽新能源EV200采用直流無刷無傳感器電動機(jī)，如圖3所示，高壓插座連接高壓盒“高壓+”和“高壓-”端子，低壓插座連接12V正極、搭鐵線、CAN-H和CAN-L。電機(jī)控制器接收CAN 總線發(fā)來的指令，利用可控硅改變直流電壓進(jìn)行有級或無級調(diào)速。

圖3 直流無刷電動機(jī)

1—控制器2—高壓插座

3—低壓插座4—制冷劑進(jìn)口

5—直流無刷電機(jī)6—制冷劑出口

EV200采用的直流無刷無傳感器電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，定子上有6個線圈磁極，轉(zhuǎn)子是永久磁極，轉(zhuǎn)速范圍是1000~6500r/min。該電動機(jī)未采用冷卻液散熱，電動機(jī)由吸入的低溫低壓氣態(tài)制冷劑的蒸發(fā)冷卻，電機(jī)控制器自然冷卻。

圖4 電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1—電機(jī)控制器2—永久磁極3—線圈磁極

4—外殼5—渦旋式壓縮機(jī)

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渦旋式壓縮機(jī)

燃油汽車的壓縮機(jī)有斜盤式（固定排量）、可變斜盤式（可變排量）。電動汽車常采用渦旋式壓縮機(jī)，其排量不變，通過改變電動機(jī)的直流電壓或改變交流三相電頻率，來改變輸出流量。 （1）優(yōu)點 1）高效節(jié)能、可靠性高。吸氣、壓縮、排氣連續(xù)單向進(jìn)行，沒有柱塞壓縮時的氣體泄漏，軸密封采用摩擦小的柔性機(jī)構(gòu)。

2）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕。體積是柱塞壓縮機(jī)的40%，質(zhì)量是柱塞壓縮機(jī)的85%。

3）容積效率高。因為沒有吸氣閥，氣體在多腔室連續(xù)壓縮，所以容積效率高，特別適用于變頻調(diào)速電動機(jī)。

4）起動轉(zhuǎn)矩小、噪聲低、振動小。一對渦旋盤中幾個月牙空間可以同時進(jìn)行壓縮，即多腔室連續(xù)壓縮，數(shù)個不同相位的工作循環(huán)同時進(jìn)行，前一個波峰恰與后一個波谷疊合，故驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變化很小，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。由于排氣連續(xù)進(jìn)行，排氣閥片的機(jī)械撞擊和氣流脈動幾乎不存在，噪聲比其他類型壓縮機(jī)低3~5dB。運(yùn)動部件做半徑很小的圓周運(yùn)動，慣性力小，振動非常小。

（2）結(jié)構(gòu) 渦旋壓縮機(jī)分解如圖5所示，主要由靜渦旋盤、動渦旋盤、電機(jī)控制器、永磁轉(zhuǎn)子等組成。因為氣體被吸入兩個渦旋盤之間，被壓縮而提高壓力，所以稱作渦旋式壓縮機(jī)。

圖5 渦旋壓縮機(jī)分解

1—電動機(jī)前端蓋2—電機(jī)控制器

3—電動機(jī)外殼4—永磁轉(zhuǎn)子

5—電動機(jī)后端蓋6—動渦旋盤

7—靜渦旋盤8—壓縮機(jī)外殼

（3）工作原理

兩個渦旋盤同為漸開線形，相互成180°裝配在一起，如圖6所示。靜渦旋盤固定，動渦旋盤沿著很小的偏心距（偏心回轉(zhuǎn)半徑）軌道做逆時針擺動。動渦旋盤只有公轉(zhuǎn)，沒有自轉(zhuǎn)，兩個渦旋盤接觸，形成三個變?nèi)莘e的腔室。

圖6 動、靜渦旋盤

動渦旋盤逆時針擺動至第1個360°時，如圖7所示，第1個腔室在進(jìn)氣（氣體以藍(lán)色表示），第2個腔室將上一個360°吸入的氣體壓縮（氣體以黃色表示），第3個腔室將上一個360°壓縮的氣體排出（氣體以紅色表示）。動渦旋盤逆時針擺動至第2個360°，第1個腔室的進(jìn)氣轉(zhuǎn)給第2個腔室壓縮，第2個腔室的壓縮氣體轉(zhuǎn)給第3個腔室排出，而第1個腔室重新進(jìn)氣。網(wǎng)上有關(guān)于渦旋式壓縮機(jī)工作原理的視頻，讀者可搜索觀看，進(jìn)一步理解渦旋式壓縮機(jī)的工作原理。壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)360°，三個腔室分別完成進(jìn)氣、壓縮、排氣，沒有負(fù)荷的起伏變化，因此運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，這種特性對驅(qū)動電機(jī)非常有利。

圖7動渦旋盤逆時針擺動360°

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制冷劑

制冷劑是制冷循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的工作介質(zhì)，常用制冷劑見表1，全球增溫潛能值（Global Warming Potential，GWP）是大氣中氯氟化碳物質(zhì)對全球性氣溫變暖的影響能力的數(shù)值，R134a全球增溫潛能值大，將逐漸被淘汰。制冷劑不能混用，否則會導(dǎo)致制冷效果下降，甚至損害制冷系統(tǒng)，尤其是壓縮機(jī)。

表1 常用制冷劑

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電動壓縮機(jī)端子定義

（1）技術(shù)參數(shù)

北汽新能源EV200電動壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)見表2。壓縮機(jī)排量單位是mL/rev，rev的中文是快速轉(zhuǎn)動，渦旋式壓縮機(jī)只具有排氣閥片而不具有進(jìn)氣閥片，慢速轉(zhuǎn)動會使壓縮的氣體返回進(jìn)氣口，因此，每快速轉(zhuǎn)動360°才能實現(xiàn)27mL的排量。

表2 電動壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)

（2）端子定義

北汽新能源EV200電動壓縮機(jī)插座如圖8所示，分為高壓插座和低壓插座，各端子定義見表3。

圖8 電動壓縮機(jī)插座

表3 電動壓縮機(jī)插座端子定義

審核編輯：湯梓紅