资源简介

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新能源汽车空调概述
新能源汽车空调系统的工作原理
模块一
新能源汽车空调系统认知
课题一
新能源汽车空调概述
了解新能源汽车空调的定义和作用。
熟悉新能源汽车空调系统的类型。
掌握新能源汽车空调系统的五大组成部分。
学习目标
小李在某汽车4S 店做销售工作，一位客户想购买某款新能源汽车，对新能源汽车空调的功能比较关注，请小李介绍该款新能源汽车空调系统的基本情况。
如果你是小李，你知道新能源汽车空调的相关知识吗？
任务描述
本任务要求汽车相关工作人员能够向客户介绍新能源汽车空调的定义、作用、类型；能识别新能源汽车空调系统的主要部件，并向客户做简单介绍。
任务分析
一、新能源汽车空调的定义
新能源汽车空调是以非传统燃料为驱动能量，实现对车厢内空气制冷、加热、换气和净化的装置，简称汽车空调。
相关理论
二、新能源汽车空调的作用
新能源汽车空调的作用与传统汽车空调的作用一致，可以为车内人员提供舒适的乘车环境，减轻驾驶员的疲劳感，增加乘坐舒适性。主要有以下四点：
1. 调节车内的温度
温度调节是汽车空调的主要功能。汽车空调在夏季由空调制冷产生冷气，对车厢内部进行降温；在冬季利用热泵空调供暖或PTC 加热器加热等方式升高车厢内的温度。
2. 调节车内的湿度
湿度对车厢内乘员的热舒适程度有很大影响。车厢内空气湿度的调节是通过制冷系统去除空气中的水分，达到除湿的效果。目前在汽车上还没有安装加湿器，只能通过打开车窗或采取通风设施，靠车辆外部的新鲜空气来调节空气湿度。
3. 调节车内的空气流速
空气的流速对人体舒适性有直接影响。夏季气流速度较快，有利于人体散热降温，但过大的风速直接吹到人身上，会使人感到不舒服。冬季风速大会影响人体的体温，因而冬季采暖时气流速度应尽量小一些。根据人体的生理特点，头部对冷比较敏感，脚部对热比较敏感，因此，在布置空调出风口时，应采用“上冷下暖”的方式，即让冷风吹到乘员头部，让暖风吹到乘员脚部。
汽车空调的舒适性参数见下表。
三、新能源汽车空调系统的类型
不同于传统燃油汽车，新能源汽车使用的能源多样化。根据新能源汽车使用能源的不同，新能源汽车空调系统分为以下几种类型：
1. 纯电动汽车空调系统
纯电动汽车没有发动机作为空调压缩机的动力源，也不能利用发动机余热作为汽车空调冬天制热用的热源，因此其空调系统的冷源、热源和其他能源都来自动力蓄电池。空调系统的制冷功能可以用电动压缩机作为动力源来实现，但为了使电动压缩机更好地工作，还要研发压缩机的转速控制技术，以提高能源利用效率。如何供暖是纯电动汽车空调系统面临的最大问题。电动汽车无法通过燃料燃烧产生热能，电动机散发的热量小，难以回收利用，因此，只能通过动力蓄电池进行加热。
目前通过动力蓄电池加热的方法有两种，一种是利用动力蓄电池直接加热空气，这种方法结构简单、热效率高，但具有一定的安全隐患；另一种方法是利用动力蓄电池加热冷却液，再通过冷却液加热空气，这样做可以沿用传统燃油汽车上的暖风散热器，但系统比较复杂，热效率较低。
2. 混合动力电动汽车空调系统
混合动力电动汽车就是在纯电动汽车上加装一套内燃机，其能源配备结构与传统汽车相比变化不大，由发动机和电动机共同或各自单独驱动汽车行驶，其空调系统与传统汽车空调系统基本没有太大变化，但当驱动压缩机工作的动力来源不同时，要改变相应的配置，以保证空调功能正常。当发动机、电动机都参与动力驱动时，汽车上要配置动力蓄电池，这样就有可能用电力驱动压缩机制冷；当发动机停止运行时，也可用电动压缩机制冷。但受动力蓄电池电压和容量的限制，电动压缩机的功率不可能很大，因此，在发动机运行时，还需要使用发动机带动压缩机，所以理想状态下，使用机械、电力双模式压缩机制冷。
当汽车处于纯电动行驶模式时，为了支撑大功率电动机的运行，就要配备高电压大容量电池，使用高电压电动压缩机进行制冷，解决纯电动行驶模式下的制冷问题。供暖时通常需要更高的功率，所以采用独立的加热器加热冷却液的方案，当发动机停止运行时，启动加热器加热冷却液，冷却液可以通过暖风散热器加热车内空气。
3. 燃料电池电动汽车空调系统
燃料电池电动汽车是以燃料化学能转化成的电能形成动力的。由于燃料电池的化学能转换效率低，余热排放量大，所以燃料电池电动汽车能耗大。燃料电池电动汽车空调的制冷系统也占用一大部分能耗，因此，可以用余热吸收式制冷系统。但由于余热吸收式制冷空调系统的热力系数偏低，运行过程中会出现传热性能变差、制冷量下降等问题，所以还需要做进一步的技术性研究。燃料电池电动汽车的暖风系统可以利用燃料电池的余热加热冷却液，再使冷却液进入暖风器，将经过暖风器加热的空气吹入车内。
四、新能源汽车空调系统的组成
新能源汽车空调系统主要由通风系统、制冷系统、暖风系统、空气净化系统和控制系统组成。
1. 通风系统
汽车空调要向乘员头部、脚部、左右方向送出冷风、热风或新风并向风窗送风除霜除雾，所以有一套比较复杂的风门控制系统。而空气输送机构的构造与分布因车而异。新能源汽车送风系统由鼓风机、风道、风门和出风口等组成。下图所示为新能源汽车通风系统的组成。
汽车空调要向乘员头部、脚部、左右方向送出冷风、热风或新风并向风窗送风除霜除雾，所以有一套比较复杂的风门控制系统。而空气输送机构的构造与分布因车而异。新能源汽车送风系统由鼓风机、风道、风门和出风口等组成。下图所示为新能源汽车通风系统的组成。
汽车空调的通风方式一般有动压通风、强制通风和综合通风三种。
（1）动压通风
如下图所示，动压通风是汽车行驶时，根据车外所产生的风压不同，在适当的地方开设进风口和出风口来实现通风换氧。当车辆移动时，车辆外面的一些地方产生正压，一些地方产生负压，空气入口位于正压处，排风口位于负压处，通过压力差让空气流动。
动压通风
（2）强制通风
如下图所示，强制通风是采用鼓风机强制空气进入和流动的方式，在汽车行驶时，强制通风方式常与动压通风方式一起工作。
在强制通风系统中，使用鼓风机强制空气流过汽车。进气口和排气口一般与动压通风的风口在相同的位置。
强制通风
（3）综合通风
综合通风是指一辆汽车上同时采用动压通风和强制通风两种通风方式。最简单的综合通风是在动压通风的车身基础上，安装强制通风扇，根据需要可分别使用或同时使用。
2. 制冷系统
制冷系统的作用是对车内空气或由外部进入车内的新鲜空气进行冷却，从而降低车内温度。新能源汽车空调制冷系统与传统汽车空调制冷系统的组成基本相同，主要差别在于压缩机的结构及驱动方式。
传统汽车空调制冷系统中的压缩机是由发动机传动带带动进行工作的，无法对压缩机的转速进行有效调节。
纯电动汽车空调制冷系统中的变频器在压缩机控制器的控制下，可将动力蓄电池提供的高压直流电逆变为电压和频率可调的三相交流电，驱动压缩机工作。压缩机可采用全封闭式电动压缩机，如涡旋式压缩机。压缩机控制器可以根据车内与车外的温差变化，
控制电动压缩机的转速，进而使车内环境温度达到舒适性的要求。混合动力电动汽车空调压缩机的驱动方式较为多样化，中混合式（Mild-HEV）可采用传动带传动和电动机驱动兼顾的双驱动压缩机，强混合式（Strong-HEV）可采用电动压缩机，如涡旋式压缩机。
燃料电池电动汽车可采用吸收式制冷空调系统或沿用传统汽车空调制冷系统。后者压缩机仍可采用电动涡旋式压缩机，由燃料电池产生高压电，经DC-DC 转换为稳定的近400 V 的高压直流电，用高压直流电驱动的直流无刷式电动机作为压缩机动力源，并直接与涡旋式压缩机做成一体。
如下图所示，新能源汽车空调制冷系统主要由电动压缩机、冷凝器、储液干燥器、膨胀阀、蒸发器及连接管路组成。在封闭的制冷系统内充注着制冷剂，制冷剂在压缩机的作用下循环流动，在冷凝器处由气态冷凝为液态，放出热量；在蒸发器处由液态蒸发为气态，吸收热量，从而降低车内的温度。上述过程周而复始地进行，便可达到降低蒸发器周围空气温度的目的。
新能源汽车空调制冷系统的组成
3. 暖风系统
新能源汽车与传统汽车在驱动方式、系统构成上存在较大差别，不同类型的新能源汽车又有不同的结构特点，因此，新能源汽车的暖风系统与传统汽车暖风系统也存在较大区别。对于纯电动汽车、燃料电池电动汽车而言，没有发动机作为空调压缩机的动力源，也无法利用发动机余热以达到取暖及除霜的效果；对于混合动力电动汽车来说，发动机因其控制策略，不能随时作为制冷压缩机的动力或暖风的热源。
新能源汽车主要采用PTC 加热器、热泵空调、电加热装置三种方式实现供暖。PTC加热器和电加热装置的工作过程是先加热冷却液，然后由鼓风机吹过暖风散热器使升温后的冷却液放热，从而提高车内温度。热泵空调的制热原理与家用冷暖空调制热原理相似，制热过程中制冷剂的流动方向与制冷时相反。
4. 空气净化系统
空气净化系统一般由鼓风机、空气过滤器、杀菌器、负氧离子发生器和进、出风口等组成。空气净化方式有空气过滤式和静电集尘式两种。
（1）空气过滤式
如下图所示为空气过滤式净化方式，其在空调系统的进风口和回风口设置过滤器，具有结构简单、工作可靠等优点，但气流阻力大，功能单一。
空气过滤式净化方式
（2）静电集尘式
下图所示为静电集尘式空气净化装置结构示意图。静电集尘式空气净化方式是在空气过滤器的基础上再增设一套静电集尘装置。静电集尘是利用高压电极产生高压电场，使空气电离、带电，带电尘粒在电场作用下产生定向运动，沉降在正、负电极上，实现对空气的过滤集尘。灭菌灯放出紫外线，对吸附在集尘板上的尘埃进行照射，将其中的细菌杀死，除尘后的空气被强制通过活性炭滤清器，将其中的烟尘和臭味滤除，保持车内空气清洁。
静电集尘式空气净化装置结构示意图
静电集尘式空气净化装置的工作步骤如下：
1）由粗滤器除去空气中较粗的尘粒。
2）由静电集尘装置吸附细微尘埃。
3）通过活性炭滤清器除去烟气和臭气。
4）通过催化反应器将活性炭不能吸附的有毒气体转化成无毒气体。
5）由负离子发生器供给负离子。
6）由鼓风机将净化后的空气送入车内。
5. 控制系统
（1）控制系统的组成
新能源汽车空调控制系统主要由以下四部分组成：
1）传感器。包括环境温度传感器、空调温度传感器等，专门负责信息的采集和反馈。
2）控制器。包括整车控制器（Vehicle Control Unit，简称VCU）、空调控制器、空调压缩机控制器、PTC（Positive Temperature Coefficient） 控制器， 它们通过CANH、CANL 线路交流，负责接收信息、计算处理和发出动作指令。
3）执行装置。包括空调系统的各种电动机（内外循环电动机、模式转换电动机等）、鼓风机、电动压缩机及各种阀、泵、开关、继电器等。它们按控制器的指令执行动作。
4）自诊断系统。具有存储记忆功能，VCU 通过各类传感器输入的电信号不间断地监测系统的状态和各个元件的工作情况，将系统和元件的故障信息以数字、字母或图形形式存储下来，当维修人员需要时，以一定的操作指令将其提取并显示在屏幕上。另外，当系统电路中出现故障时，VCU 根据故障信息发出指令控制各执行器，使空调系统进入相应的故障安全状态，防止故障进一步扩大。
（2）控制系统的工作原理
下图所示为新能源汽车空调控制系统原理。
新能源汽车空调控制系统原理
传感器作为信息采集部件，将制冷情况、车内外温度和其他有关信息输入到VCU中，VCU 采集到空调A/C 开关信号、空调压力开关信号、蒸发器温度信号、风速信号以及环境温度等信号，经过运算处理形成控制信号，通过CAN 总线传输给空调控制器，由空调控制器控制空调压缩机高压电路的通断，同时向执行装置发出控制信号，对车内空气的温度、湿度及流通状况按照预定要求进行调节，调节的结果被反馈到VCU 中进行比较、分析、处理，然后再传递给执行装置。经过反复调节，直到达到预设定的要求为止。
下图所示为新能源汽车空调核心部件实物图。
新能源汽车空调核心部件实物图
当点火钥匙位于“ON”挡后，VCU 接收动力蓄电池信息，当动力蓄电池SOC（State of Charge，表示荷电状态，用来反映电池的剩余容量）大于10% 时，VCU 发送高压信号。制冷状态时空调控制器采集空调A/C 开关信号、空调压力开关信号、蒸发器温度信号、车速以及室内外温度信号，通过逻辑运算发送CAN 控制信号。压缩机根据控制信号来调节压缩机转速，VCU 根据控制信号以脉冲宽度调制PWM（Pulse WidthModulation）信号方式传输给风扇控制器，风扇控制器再输出0～12 V 之间的变化电压来调整风扇的转速。供暖状态时，空调控制器采集室内温度传感器信号，通过逻辑运算发送CAN 控制信号，PTC 控制器根据控制信号调整发热功率。

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