奔驰电动车空调泵的检修要点
汪贵行;汪学慧
【期刊名称】《汽车维修与保养》
【年(卷),期】2014(000)010
【总页数】奔驰机3页(P82-83,85)
【作 者】汪贵行;汪学慧
【作者单位】;
【正文语种】中 文
汪贵行长期在汽车运用与检测的第一线工作，1984年起被交通部门指派长期在伊拉克、也门等多个阿拉伯国家工作，负责机务技术并兼高级电气工程师。1995年起在深圳市特发华日丰田汽车公司从事技术工作，2009年退休后到深圳市通达汽车培训学校工作，是深圳市现代汽车新技
术及电动汽车的主要授课老师之一。从1998年起至今，连续十六年被深圳市广播电台交通台、中央人民广播电台“华夏之声”电台的汽车节目聘为特约嘉宾。2014年3月，在“香港之声”宣传电动汽车的应用，得到广大车友的积极关注与好评。2013年，由深圳市科技部门推荐，主要工作业绩被选编在“特区人物志”中。
2014年7月，一辆奔驰S400混合电动汽车报修，车主反映使用空调时，开始是发现空调压缩机噪声逐步增大，这种现象大约持续了一个多月。最近发现空调不能制冷，同时仪表盘的车速表中央突然出现一个红的高压电池警告灯，这时车辆不能启动了。这是一款2011年3月购买的S400奔驰汽车，是奔驰公司于2009年后对我国出口的一种新型混合电动汽车。图1所示为该车的动力系统图，它的驱动动力由发动机及其后方的电机提供，而电机是依靠锂离子电池供电的。高压锂电池电压为126V，所供电能经图1中的电控模块转换成三相交流电，以驱动三相电机运转。从图1中可以看出，该车为并联式动力驱动形式，也就是奔驰公司介绍的所谓“平行动力混合驱动系统”，发动机与电机两种动力叠加在一起可增大驱动车辆的能力，电机做成三相饼盘式，还兼做发动机的启动及发电工作，但该车不能单独依靠电机驱动车辆行驶，显然这是一种典型的“弱混式”电动汽车。
图1　S400混合电动汽车的动力系统
此车出现高压电池警告灯红报警后，我们在检查本车的供电系统时，通过逐一“排除法”进行检查，对该车各个主要的供电插头进行简单的一一拔除，再用检查各系统是否能正常工作的方法，来判断故障发生的部位。当将空调压缩机的直流供电插头拔下后，该车的发动机能启动，车辆也能正常起步运行，再深入查空调压缩机的供电回路，发现它的电源有短路故障。本车空调压缩机是用电机驱动的，为一种电机与压缩机整体式的结构。整体式压缩机的外形如图2所示，它虽装在发动机的右前部，但发动机上没有驱动皮带与空调压缩机连接，而是由高压锂电池提供电力进行驱动。
图2　S400电动汽车空调冷泵
整体式压缩机包括三个部分。其一是置于中部的压缩机三相驱动电机。其二是右端小头的高效率涡旋式压缩机，它由电机直接驱动，对F134a制冷剂进行压缩。压缩机和电机二者完全密封在外壳内，从图2可见，其上有制冷剂的低压输入管，还有高压输出管等与全车的制冷系统连接。采用整体式压缩机结构的另一个好处是，可利用低温低压制冷剂气体流经驱动电机时，能有效地吸收热量，降低电机的工作温度。其三是专为空调压缩机服务的电控单元KLA，是一个电源的变频器及控制器，向驱动电机提供三相交流电，并管理驱动电机的转速
、电流及温度等运行参数，电机可在800～9000r/min的宽广转速范围内进行无级调节，平滑地调节制冷剂的循环量，以此来控制车内空调的温度。
由于整体式空调压缩机的供电回路出现电源短路故障，在拆解这个压缩机的左端时，电控单元KLA是用树脂密封胶完全封装的，只能从图2右端部分分解，将涡旋式压缩机部分拆下，见图3所示。而中部是驱动电机部分，由于KLA完全封装根本无法拆解，确认该压缩机损坏后，只得花费数万元的高昂价格更换新的总成，才能修复该故障，使车辆正常运行。那么本空调故障是如何产生的？这种电动空调又有什么特点？为此我们作了一些分析探讨。
图3　涡旋式压缩机的拆解图
一、造成压缩机电源部分短路损坏的原因
为分析该故障产生的原因，与车主交谈，得知该车曾于2013年9月发生过严重的连环追尾事故，车头的散热水箱、空调冷凝器及管道等受损严重。对空调系统进行了重新修复并充加了制冷剂，也灌注了相应数量的冷冻机油，当时检测空调系统，制冷功能已恢复正常。但今年7月，本车又出现了如前所述的空调不制冷，并且直接影响发动机启动的故障。
1.解体涡旋式压缩机。图3是涡旋式压缩机的拆解图，图中涡旋式压缩机的定子是不旋转的，电机驱动涡旋式压缩机的转子，上面有涡旋式叶片。图中右上的小照片是转子背面驱动块的形状，其中部的小孔与电机输出轴上的小轴头配合，涡旋转子被电机驱动，只作小半径旋转。涡旋压缩机的定子与转子相互配合，形成容积逐步变小的六个密封腔，最后由定子的中部孔排出高压气态制冷剂。压缩机中部是被电机驱动旋转的，而圆周分布的长形孔是制冷剂低压输入管道。
在拆解这个涡旋式压缩机时发现，两个涡旋的叶轮内部较干燥，没有润滑油的痕迹，但却有明显的杂质油泥存在，还能嗅到一丝漆包线的胶臭。为什么会产生这种现象呢？
2.电动空调必须使用高绝缘性能的冷冻机油。由于本事故车曾发生过追尾事故，对空调制冷系统维修时曾加注过F134a制冷剂，同时也灌注了一定量的润滑机油。但当时维修人员不了解电动空调的维修规定，只是加注了普通的冷冻机油，这就埋下了造成事故的隐患。
从整体式空调压缩机的结构可知，其驱动电机线圈是浸泡在制冷剂和冷冻机油中的，制冷剂和冷冻机油的品质直接影响电机的运行性能。电机运转时，其定子漆包线线圈既要承受制冷剂气体一定的腐蚀作用，也要承受交流高电压的冲击，以及车辆行驶的强烈振动，工作环境
是较恶劣的。特别是考虑到对电机的绝缘性能，故要求压缩机使用的润滑机油必须选用奔驰电动车空调压缩机专用的高绝缘性能的润滑油。
其他品牌的电动汽车空调，多采用三相交流电驱动。如在深圳市使用量达2000多辆的比亚迪纯电动大客车K9上面的电动空调，其交流工作电压有的高达540V以上，瞬间尖峰电压甚至可达760V，所以其必须使用高绝缘性能的冷冻润滑油。如丰田及凯迪拉克电动汽车空调系统，要求使用ND-OIL 11号压缩机油，比亚迪秦牌电动空调要求使用POE，E6纯电动车要求使用RL68H的冷冻机油。它们有一个共同特点是：强调对电绝缘性能的要求，同时要求品质高而含杂质极少，绝对不能以普通空调冷冻机油取代，例如不能以常用的ND-OIL 8号压缩润滑油代替。
我们发现当前很多维修人员没有意识到电动压缩机的特殊性，不重视冷冻机油的品质和保管，维修时可能加注了含水量较大、杂质较多的普通冷冻机油，这种冷冻机油不能承受恶劣环境，不满足高绝缘性能的要求，使电机线圈首先受损，接着造成空调电控单元KLA电路过载，从而引起短路。
二、奔驰S400混合电动汽车空调制冷系统的特点
电动汽车空调与普通汽车空调最主要的差别在于空调压缩机不由发动机驱动，而是由电机驱动，这样就可以不受发动机是否运行的约束，使电动空调工作比较灵活。由于电动空调的电源来自高压蓄电池，而镍氢电池或锂电池组均对工作温度有一定的要求，故电动空调还要兼顾电池降温的工作。以下以奔驰S400混合电动汽车空调制冷系统为例，重点谈谈电动汽车空调系统的一些特点。