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新能源汽车空调智能控制系统关键技术研究
摘要:微型车价格汽车去碳化是我国实现双碳目标、实现生态文明建设的重要工作,是我国应对气候变化的重要措施之一,是温室气体减排的关键领域,也是提高能源效率与节约能源的重要组成部分。目前,我国主要从鼓励技术发展和扩大新能源汽车适用范围等方面对汽车碳中和进行支持。在这样的时代背景之下针对新能源汽车内部的空调控制系统进行研究和分析,不仅有利于减少汽车的能源消耗,还对提升能源的利用效率来说有着重要的意义。
关键词:新能源汽车;空调;智能控制
1汽车空调系统的特点
汽车空调具有结构紧凑、质量轻、制冷制热能力强、抗冲击能力强、动力来自发动机或电池组等特点。由于汽车本身的结构限制,对于汽车空调的要求要重量轻巧,要符合汽车轻量化的要求。由于汽车的工作收到外部环境温度和天气的影响,再加上车内空间狭小,对于温度恒定要求较高,因此需要汽车空调能够在短时间内将汽车的温度调高或者调低。其次汽车在运行过程中产生的震动会对空调系统产生冲击,因此空调系统的管路容易发生松动,影响空
调系统的正常运行,甚至会损坏空调系统部件。因此空调系统的抗冲击能力要较强,在管路连接处要牢固结实,不容易松动。传统的燃油汽车空调系统的动力主要来自于发动机,被称为非独立式空调,而对于大中型客车和纯电动汽车来说,汽车空调系统所需要的动力则来自于动力电池组。
2新能源汽车空调智能控制系统关键技术
2.1热泵空调技术
热泵型空调技术是由原燃油汽车空调技术改进得到的,制冷制热系统和普通的燃油汽车空调系统并无本质上的区别,其工作原理如图2所示,通常由压缩机、冷凝器、蒸发器、储液干燥剂和膨胀阀等组成。压缩机由永磁直流无刷电机直接驱动,压缩机一般为全封闭的电动涡旋压缩机,压缩机将制冷剂压缩至液体状态,通过制冷器的气化带走热量制冷,制冷剂气化回流形成循环。在理论上,制冷循环的逆转可以实现制热(调换蒸发器和冷凝器的位置),但在环境温度较低时,制暖制热性能会大幅下降,无法实现寒区应具备的高制暖要求,同时,在冬天制暖时,当冷凝器结霜后(制热时冷凝器改为蒸发器),需考虑对其增加加温除霜的系统,否则需耗时等待其化霜,这个问题使得制暖性能难以发挥。一般
采用热气旁通不间断制热除霜方式,除霜时的运行原理和制热相同,只是将融除霜电磁阀打开,使压缩机释放出来的高温高压的过热气体被分流到室外换热器的入口,迅速将室外换热器的温度升至0℃以上,融化掉室外换热器上的霜层,使换热器能够保持良好的换热效率。其制冷效率高,比如在环境温度为40℃、舱内温度为27℃、空气相对湿度为50%的环境下,当其工作稳定时,能通过1kW的能耗获取超过2.8kW的制冷量,其能效比通常大于2.8。热泵型空调系统控制和设计与很多因素相关,如汽车室内温度、设定温度、环境温度、太阳辐射强度及出风量等。
解决低温制热难题,提高在低温环境下的制热能效比,才能为电动汽车提供舒适的驾乘环境并满足节能需求。一般从以下角度进行研究:(1)优化涡旋压缩结构,设计出更高效的涡旋压缩机系统;(2)提高硅电子膨胀阀等控制元件的精密度,减少能耗损失;(3)提高过冷式平行流冷凝器的效率,优化微通道蒸发器的结构,使制冷器中的蒸发更均匀;(4)降低热惯性和热冲击,降低电能消耗;(5)对热泵型空调变工况设计,需考虑车速、怠速、光照及湿度负荷等因素。
2.2电动压缩机控制系统
在新能源汽车智能空调控制系统中的电动压缩机控制系统。主要由直流工作电源、功率开关、电路、压缩机、驱动电路、控制器、电流以及位置检测部分等构成。由于新能源汽车由电池组取代了发动机作为动力源,因此在空调压缩机的能源驱动上也由发动机改为电机进行驱动。新能源汽车将传统的原始驱动与新型的电机驱动合二为一形成了整合型的密闭结构。电动压缩机控制系统主要使用永磁同步电机,也就是我们俗称的PMSM电机。永磁同步电机分为面装式永磁同步电机,嵌入式永磁同步电机以及内装式用磁同步电机三种。
将电动压缩机控制系统制作成整合型的结构优势在于整体性更强,方便汽车组装的时候进行安装。由于整体密闭结构,所以空调压缩机的防尘防水效果较传统方式要好得多,提高了空调压缩机的寿命和安全系数。
2.3燃料电池余热系统
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新能源汽车空调系统中的电池余热系统是新能源智能空调控制系统中的核心技术。利用电池余热可以大大减少电机组的能源使用,提高了新能源汽车的能源使用效率,减少能源损失。目前我国新能源在续航方面面临的主要问题是电池组无法适应寒冷的环境。经过测试,在寒冷环境中的电池效率要比温度较高环境的电池效率低20%左右。这是目前需要解
决的一大难题,而使用电池余热系统,减少了对电池组的能源消耗,变相的增加了新能源汽车的续航。对燃料电池余热进行更高效率的利用,可以提高车辆的稳定性,通过燃料与氧化剂之间的反应,为空调提供运行动力,也可以转化成为新能源汽车的使用电量,整个过程属于冷水条件下进行,这一项技术已经广泛运用于车辆内部的温度调节工作中。
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2.4智能化空调控制系统
在我国新能源汽车发展的过程中,智能空调控制系统是目前空调系统发展的大方向。随着科技的进步,自动化已经成为了社会需求的一方面,比如扫地机器人、无人驾驶汽车、智能语音助手等等,智能化使我们的生活越来越便利。而在汽车空调控制系统中,通过网络资源的利用以及结合人工智能,可以简化空调控制系统的操作,使空调控制工作效率得到保障,为人们提供更大的便利。在智能空调控制系统方面,主要包括智能调温、智能测温、远程调控等。充分利用现代科学技术和人工智能,使智能空调控制系统对于温度和外界环境的变化有更敏感的反应。在行驶过程中可以避免驾驶员手动进行调节,增强了驾驶的安全性和成员的身体安全。
2.5PTC加热器
新能源汽车正温度系数(PTC)加温装置和常规家用PTC式浴暖所使用的元件一致,其发热量完全来自PTC芯体电热丝。采用PTC和电加热丝进行加热是目前纯电动汽车空调最为普遍的一种运行方式。多个PTC芯体并排加热,通常配置在驾驶位和副驾驶位之间的地板下方,常见的功率普遍高于4kW,使用的电源与驱动电机采用锂离子充电电池高压电流,即便如此,其工作电流仍可达数十安培,加热器PTC机身内部有板状加热器元件,通过元件两侧通入冷却液提高散热性,也可以不使用冷却液,直接用吹风机吹送经PTC加热器加热的暖风至驾驶室内,其直接热量作用于进气,因此热损失较小,温升速度快,但实际热效率并不高。控制单元或微型电脑通过在驾驶室内设置所需的空调温度,控制PTC的工作电流或制热功率,产生合适的热量进行升温。PTC电阻具有随元件温度变化阻值改变的性质,在低温区电阻低,电流易流通产生热量,随温度升高,阻值逐渐增大电流减小,发热量随之降低,因此PTC加热器具备低温区的高制暖性能。另外还具无极性、不分交直流、体积小和使用寿命长等优点,但由于大功率加热是在驾驶室内部进行,存在一定的高压电安全隐患。
结束语
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993综上所述,环保是新能源汽车未来发展方向,而新能源汽车智能空调控制系统对于新能源汽车环境保护方面的重要性显而易见。因此进一步研究新能源汽车智能空调控制系统、加大空调利用效率、减少能源损耗是当前新能源汽车研究的主要方向。
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