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电动汽车空调系统的设计分析

毕业论文 ziyuan 1个月前 (05-18) 50次浏览 已收录 0个评论

摘 要:汽车作为重要交通工具,现在已经被广泛的应用到生活生产中,对改善生活质量,提高生产效率具有重要意义。为提高汽车驾驶安全性与舒适性,需要重点对其空调系统进行设计优化。与普通燃油汽车相比,电动汽车空调系统具有一定特点,直接由电池驱动,并不受发动机影响,且无法利用发动机余热,制热难度更高。本文结合电动汽车运行特点,对其空调系统设计要点进行了简要分析。
关键词:电动汽车;空调系统;系统设计
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.055  为降低能源消耗,电动汽车作为清洁交通工具,在实际生产生活中存在的优势更为明显,具有噪声低、零排放以及能源利用率高等优点。基于电动汽车特点,为提高其运行效率,在对其空调系统进行设计时,要明确车载空调运行所需能耗大特点,对现存缺陷进行研究解决,在不影响空调系统功能性的同时,减少运行能耗。
1.电动汽车空调系统运行特点  电动汽车空调系统需要安装车辆结构内,具有承受频繁且剧烈冲击振动的能力,因此要求所选空调系统各部分构件均具有较强的强度与气密性。结合电动汽车设计特点,其内部成员所占空间更大,将会产生更多的热量,设计时要求空调系统能够快速制冷,降低车辆内热负荷。另外,还应注意电动汽车一般门窗设置比较多,且玻璃面积大,整个车身隔热性交叉,空调冷气热漏损失严重,对系统性能要求十分严格[1]。并且电动汽车设置有足够的电能来却动电动空调压缩机工作,但是因为直流电只有通过蓄电池提供作为汽车动力源,无法利用发动机余热制热,使得空调系统制热需要面临更大的困难。未达到车辆运行安全性与舒适性要求,就需要基于电动汽车结构与运行特点,做好空调系统性能分析,在现有基础上对各节点进行优化分析,保证空调系统足以应对复杂的工况。
2.电动汽车空调系统运行原理  与传统燃油汽车空调系统运行原理相同,电动汽车空调制冷系统需要由用户按照规章操作,将系统启动后,整车控制器将会发出指令并通过压缩机控制器来驱动电动压缩机,驱使制冷剂可以在空调系统内循环流动。气态制冷剂由压缩机压缩成高温高压制冷剂气体,然后利用压缩机排气管道输送到冷凝器内,逐步通过散热、降温、冷凝等环节,最后成为中温高压液态制冷剂。然后中温高压液态制冷剂可以通过液体管道到达膨胀阀释放出成为低温低压液态冷剂,迅速进入到蒸发器内部,并对流经蒸发器的空气热量进行有效吸收,造成周边空气温度降低,最后通过鼓风机来吹出蒸汽器周边空气,达到制冷效果。  其中,电动汽车热泵式空调系统主要为双路空气流动方案,且在通风装置内安装了隔板。此种设计方案,主要特点是内部设置有两个热交换器,制冷时作为蒸发器应用,而制热时则作用冷凝器使用。但是就实际应用效果来看,此种结构设计方案并不适合用于汽车空调,由于空调系统由制冷模式转变为加热模式时,热交换器内冷凝的水会直接蒸发在挡风玻璃上产生雾化,影响行车安全性。因此,在面对双路流动装置时,需要对冷凝器和蒸发器进行分别安装,以此来提高行车安全与稳定性。
3.电动汽车空调系统设计优化要点
3.1  空调制冷负荷计算
3.1.1 汽车参数  一方面,车室内参数。夏季维持人舒适体感温度为 25~28℃,体感舒适湿度 30%~70%,设定温度为 25℃、湿度 50%。另外,夏季汽车车室内空气流速为 0.5m/s,推荐车内气流速 0.25m/s~0.5m/s,设定车内气流流速为 0.3m/s。各驾乘人员所需新鲜空气量大概为 20m3/h~30m3/h,设定人均需求量为 25m3/h。另一方面,车室外参数。根据当地夏季气候特征,选择湿度推荐值 50%,室外温度为 35℃。
3.1.2 冷负荷  冷负荷决定了汽车空调制冷量大小,分析前需要根据容量、类型以及驾乘人员数量等数据相同传统轿车,确定电动汽车车内得热量,并由此来设计空调容量。受汽车车体蓄热性能限制,汽车空调系统冷负荷并不完全等于车内得热量,只有当车辆周围围护结构不具有蓄热能力或得热量内部包含辐射时,两者才相同[2]。
3.1.3 得热量  夏季车外温度大于车室内温度,且受太阳辐射影响,会有更多热量通过汽车门窗、车壁进入到车是内部(QB)。同时,因为车室密封不严密,会有部分热空气进入到内部形成热风(QG)。以及换气新风热量(QF)和驾乘人员散热(QP)造成室内温度升高。则车内总得热量 Q=QB+QG+QP+QF。
3.1.4 制冷量  汽车空调制冷量与汽车得热量间关系:Q0=r·Q,其中 r 表示修正系数,r=1.05~1.15。则通过得热量计算后便可得到汽车空调系统制冷量。
3.2  空调控制性系统设计
3.2.1 系统要求  电动汽车空调控制系统设计,对于独立式全电动压缩机,其应用无刷直流电机与压缩机一体化设计方法,可以充分发挥电机体积小、性能好有点,压缩机具有更高的效动力,同时还可以通过压缩机循环冷夜来向电机创造良好的散热条件。但是要注意,电动空调压缩机制冷液会对霍尔传感器产生一定腐蚀,且安装难度大,处于高温与频繁振动环境下,会对霍尔传感器位置产生影响。为解决此类问题,应加强对无位置无刷直流电机控制系统的研究。
3.2.2 系统设计  为实现电动空调系统变速模式控制,需要合理选择压缩机电机驱动系统控制方式,通过软硬结合设计方法,实现无位置无刷直流的电流控制。可以对定子绕组内感应反电势进行测定,并有效判断转子位置,设计电机“三段式”控制方案,达到无位置无刷直流电机自适应闭环速度控制目的[3]。整个控制系统主要为包括控制电路、电压电流检测电路、功率驱动电路以及硬件保护电路等,由模数转换器采集无刷直流电电机端电压与电流数据,并根据速度给定值和采样信号完成计算,将控制信号传递给智能功率模块,达到实时控制电机的目的。
4.结束语  电动汽车应用数量在不断增多,为提高其驾驶安全性与舒适性,需要重点做好空调系统的设计研究,根据系统运行原理,确定设计优化要点,采取专业技术方案,争取进一步提高系统运行综合效率。
参考文献
[1]刘中历.电动汽车空调系统设计及风道的设计改进 [D].吉林大学 ,2014.
[2]彭庆丰 , 赵韩 , 陈祥吉 , 方运舟 , 赵家威.电动汽车新型热泵空调系统的设计与试验研究[J].汽车工程,2015(12):1467-1470+1432.
[3]李丽 , 魏名山 , 彭发展 , 张虹.电动汽车用热泵空调系统设计与实验[J].制冷学报,2013(03):60-63.

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