新能源汽车空调系统(新能源汽车之空调系统)

新能源汽车与传统汽车在系统构成上存在着差别，不同类型的新能源汽车汽车又有不同的特点。就纯电动汽车而言，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以及除霜的效果。而对于混合动力汽车来说，发动机因其控制策略决定不能随时作为制冷压缩的动力源或制热的热源。因此两者的空调系统又不完全相同。但从原理上说，新能源汽车空调系统和传统燃油汽车空调系统基本相同。

一、制冷系统

电动汽车的制冷系统与传统动力汽车基本相同，由压缩机、冷凝器、蒸发器、冷却风扇、鼓风机、膨胀阀、储液干燥器和高低压管路附件等组成。传统汽车空调压缩机由发动机传动带通过电磁离合器带动，而电动汽车采用电动压缩机，由动力电池提供的高压电驱动。

汽车空调工作时，压缩机受高压电驱动，吸入从蒸发器出来的低温低压的气态制冷剂，经压缩，制冷剂的温度和压力升高，并被送入冷凝器。在冷凝器内，高温高压的气态制冷剂把热量传递给经过冷凝器的车外空气而液化，变成液体。液态制冷剂流经膨胀阀，温度和压力降低，并进入蒸发器。在蒸发器内，低温低压的液态制冷剂吸收经过蒸发器的车内空气的热量而蒸发，变成气体。气体又被压缩机吸入进行下一轮循环。这样，通过制冷剂在系统内的压缩-冷凝-膨胀-蒸发循环，不断吸收车内空气的热量并排到车外空气中，使车内空气的温度逐渐下降。

二、制热系统

目前，电动汽车空调制热系统主要有两种类型：PTC热敏电阻加热器和热泵系统。不同类型的制热系统的工作原理有很大区别。

1.PTC热敏电阻型加热系统

PTC是Positive Temperature Coefficient 的缩写，即正的温度系数，泛指正温度系数很大的半导体材料或元器件。简单说，就是通过给热敏电阻通电，使得电阻发热来提高温度。我们日常生活中用到的电烫斗、卷发烫发器等，都是这个原理。现在国内大部分电动汽车采用的是PTC制热，有些车型采用PTC直接将冷空气加热，这种方式的效率较高，但是高压进入驾驶舱带来安全隐患，因此目前多采用水为介质，PTC将水加热后送到空调风道的加热芯体，再经鼓风机把暖风吹向车厢内。

用水作为介质的制热系统由鼓风机、电加热器(PTC)、 加热器水泵、加热器芯体等组成。当自动空调系统处于加热模式时，加热器在高压电的作用下对冷却液进行加热，高温冷却液被加热器水泵抽入加热器芯。同时，冷暖温度控制电机将风门旋转至采暖位置，气流在鼓风机的作用下流过加热器芯，产生热量传递。外部空气在进入乘客舱前，与加热后的空气混合，吹出舒适的暖风。虽然这种做法效制热率会有所降低，但是安全性是有保证的，也是目前的主流。

PTC制热最大的不足就是耗电，从而影响纯电动汽车的续航，特别是在寒冷的冬天。以一个2kW的PTC为例，全功率工作一个小时要消耗掉2kWh电。如果按一辆车行驶百公里耗电15kWh计，2kWh就将损失13公里的续航里程。 很多北方车主抱怨电动汽车续航里程缩水太多，部分原因就在于PTC制热耗电上。再加上冬天寒冷天气下，动力电池内的物质活性下降，放电效率不高，续航里程也会打折。

2.热泵系统

PTC制热是将电能转化为热能，是制造热量，在极致情况下，也只能实现100%的能量转换，耗费1焦耳的能量，最多只能提供1焦耳的热量， 而热泵，是搬运热量，可以使用1焦耳的能量，从更冷地方移动大于1焦耳的能量，因此在耗电量上要大为节省。

热泵的基本原理和家用空调一样，低沸点的制冷剂经过节流阀减压之后蒸发，从较低温处（车外）吸热，然后经压缩机将蒸汽压缩，使温度升高，在经过冷凝器时放出吸收的热量而液化后，再回到节流阀处。如此循环工作能不断地把热量从温度较低的地方转移给温度较高（需要热量）的地方。

使用热泵除了可以降低车内制热耗能，还可以帮助电动汽车其它部件的热管理。当前，很多电动汽车将驾驶舱的空调和电池包热管理、电驱动系统热管理结合到一起。比如，特斯拉、吉利就可以将电机的发热转移到驾驶舱的制热上。

热泵的好处是显而易见的，但是国内大部分电动汽车采用的还是PTC，主要有以下原因：

①室外温度过低的时候，制暖效果一般。在室外环境温度靠近-18 ℃时，耗费1焦耳的能量，也大概只能搬运1焦耳的热量。另外，当热泵从室外低温的空气中获取热量时，空气中的水分会凝结并冻结在室外交换器上，系统就必须阶段性地除去这些冰霜。当外面空气极端寒冷时，热泵取暖有可能不如PTC的取暖器。

②价格较贵。热泵空调单车价格3000元左右，比传统空调只高出1000元。但由于需求量的提升成本将会大幅度下降，搭载热泵空调将是一个趋势。

为了解决以上问题，有的企业提供了喷气增焓技术，解决了低温制热衰减问题，能在零下20-25度有效制热。和传统不带喷气增焓功能相比，该技术可使能耗降低10%-15%，跟PTC加热比较，则可以降低超过50%的能耗，增大电动汽车的续航里程。

三、通风控制系统

通风控制系统上的各种位置可使模式阀门通过风道混合或引入冷风、热风和外部空气，通过操作空调面板上的送风模式开关，可以将气流由风道系统和出风口将空气输送到乘客室。

在`AUTO(自动)”模式中会自动选择相应的模式状态，使用"MODE(模式)”按钮可更改车辆的送风模式。如果当前显示一个送风模式，则按“MODE(模式)”按钮可选择下一送风模式。

空气流向安下列模式进行改变：

吹面——通过仪表中央出风口送风

双向——通过仪表中央出风口、吹脚出风口送风

吹脚——通过脚部出风口送风

混合——通过脚部、除霜出风口送风

除霜——除霜出风口送风

四、电动汽车空调系统的控制

电动汽车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断通，如下图所示。