余學(xué)偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

電動(dòng)壓縮機(jī)技術(shù)在電動(dòng)車上的應(yīng)用研究

余學(xué)偉

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

文章首先介紹了壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，然后描述了電動(dòng)渦旋式壓縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)。接著以某微型電動(dòng)轎車為例，從熱負(fù)荷計(jì)算、壓縮機(jī)選型、設(shè)計(jì)校核，等方面，詳細(xì)闡述了電動(dòng)渦旋式壓縮機(jī)在江淮電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)上的應(yīng)用研究過程。結(jié)果表明電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)應(yīng)用完全具有可行性，對(duì)節(jié)能減排有著重要的意義。

電動(dòng)壓縮機(jī)；空調(diào)系統(tǒng)；電動(dòng)車

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.006

CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-15-03

前言

電動(dòng)汽車因無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)，無(wú)法使用傳統(tǒng)燃油車上通過皮帶輪驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，針對(duì)電動(dòng)汽車的特點(diǎn)開發(fā)了適合電動(dòng)汽車使用的渦旋式電動(dòng)壓縮機(jī)，此壓縮機(jī)將電機(jī)與壓縮機(jī)泵體封閉在同一個(gè)密封殼體內(nèi)，直接使用電動(dòng)汽車上的電池供電，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高。

1、電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)是一種新型的容積式壓縮機(jī)，它是靠定渦旋盤與動(dòng)渦旋盤的相對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使密閉空間中的容積發(fā)生變化，從而排出高壓氣體的機(jī)構(gòu)。

電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)主要由動(dòng)渦旋盤、定渦旋盤、回旋機(jī)構(gòu)、防旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、前端蓋部件和電機(jī)機(jī)體等構(gòu)成。電機(jī)渦旋壓縮機(jī)采用柔性驅(qū)動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)，解決了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生平衡破壞而引起的振動(dòng)。同時(shí)采用球形聯(lián)接器結(jié)構(gòu)式的防旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

1.2 特性與參數(shù)

1.2.1 特性

1）電機(jī)與壓縮機(jī)一體式設(shè)計(jì)：電機(jī)在壓縮機(jī)內(nèi)部對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過冷媒循環(huán)可自行冷卻而不需外加冷卻設(shè)備；

2）欠壓保護(hù)：當(dāng)動(dòng)力電源電壓過低（低于260V）時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)切斷電路以保護(hù)電池與壓縮機(jī)。在不重啟壓縮機(jī)的情況下， 若電源電壓回升至275V則壓縮機(jī)自動(dòng)重新啟動(dòng)；

3）過流保護(hù)：當(dāng)電路中電流過高（高于11A±0.5A）時(shí)，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)切斷電路以避免電流過大對(duì)壓縮機(jī)及驅(qū)動(dòng)器造成損壞；

4）預(yù)留調(diào)速信號(hào)輸入接口：通過在調(diào)速線上輸入400Hz，12V占空比可調(diào)的PWM信號(hào)可以對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，0-100%占空比對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為500RPM-4000RPM；

5）驅(qū)動(dòng)器使用全鋁外殼并自帶風(fēng)扇對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行冷卻；

1.2.2 參數(shù)

1）工作環(huán)境溫度范圍：驅(qū)動(dòng)器：-30℃to85℃；壓縮機(jī)：-30℃to105℃；

2）電源：

1 ->工作電壓范圍：260V-380VDC；

2->最大輸入電流：15A；

3->額定輸入電壓：320VDC；

4->額定輸入功率：1500W；

5->控制電源電壓范圍：9-15VDC；

6->控制電源最大輸入電流:500mA；

3）電機(jī)參數(shù)：

1->電機(jī)類型：直流無(wú)刷無(wú)傳感器電機(jī)，4極；

2->額定電壓：320VDC；

3->額定功率:1500W；

4->額定轉(zhuǎn)速:3000rpm；

5->最小轉(zhuǎn)速:500rpm；

6->最大轉(zhuǎn)速:4000rpm；

7->轉(zhuǎn)速誤差:<1%；

4）壓縮機(jī)參數(shù):

1->排量:36cc/rev；

2->重量:11.5Kg；

3->尺寸:370X180X155；

電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)在電動(dòng)車上的應(yīng)用

下面以江淮某微型電動(dòng)車為例，闡述電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)的應(yīng)用過程。

2.1 技術(shù)指標(biāo)的制定

根據(jù)空調(diào)性能要求可設(shè)定初步的技術(shù)指標(biāo)，如下表：

表1 技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)指標(biāo)繪制制冷分析圖：

圖2 制冷分析圖

2.2 熱負(fù)荷的確定

關(guān)于熱負(fù)荷的計(jì)算方法有許多種，下面就一種方法計(jì)算江淮電動(dòng)轎車空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷的計(jì)算，

傳統(tǒng)方法是將各部分熱負(fù)荷一一算出，然后加起來(lái)，這種算法目的很明顯，就是為了準(zhǔn)確得出各部分的熱負(fù)荷，以便于設(shè)計(jì)和運(yùn)行中有針對(duì)性地減少熱量損失，而本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要是為了估算熱負(fù)荷，以此為參照，對(duì)系統(tǒng)各部件進(jìn)行校核檢驗(yàn)?，F(xiàn)采取計(jì)算出較易確定的太陽(yáng)輻射熱QT和玻璃滲入熱QB，然后按QT+QB占總熱負(fù)荷的比例（70%），既可得出總熱負(fù)荷Qg，為安全起見，取修正系數(shù)K=1.05，從而實(shí)際熱負(fù)荷Q=KQg。

2.2.1 工況條件確定

冷凝溫度tk=63℃、蒸發(fā)溫度te=0℃、過冷溫度t4=57℃、吸氣溫度t1=10℃、室外溫度t0=35℃、室內(nèi)溫度ti=27℃、該車正常行駛速度WC=40Km/h。

熱負(fù)荷構(gòu)成：

式中：QT——太陽(yáng)輻射及太陽(yáng)照射得熱量；

QB——玻璃窗滲入量；

Qm——人體散熱量（2排座5人）；

QA——室外空氣滲入熱量；

QE——發(fā)動(dòng)機(jī)室傳入熱量；

Qq——其它儀器、設(shè)備發(fā)熱量。

2.2.2 太陽(yáng)輻射得熱量QT

由于太陽(yáng)照射，汽車車體溫度升高，在溫差作用下，熱量以導(dǎo)熱方式傳入車廂內(nèi)。太陽(yáng)輻射是由直射和散射輻射構(gòu)成，車體外表面由于太陽(yáng)輻射而提高了溫度，同時(shí)向外反射輻射熱，可將太陽(yáng)輻射強(qiáng)度化成相當(dāng)?shù)臏囟刃问剑c室外空氣溫度疊加在一起，構(gòu)成太陽(yáng)照射表面的綜合溫度tm.對(duì)車身圍護(hù)結(jié)構(gòu)由太陽(yáng)輻射和照射熱、對(duì)流換熱兩部分熱量組成：

式中：QT——車身外表面所受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；

α—室外空氣與日照表面對(duì)流放熱系數(shù)；

tm—日照表面的綜合溫度；

K—車身圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)的傳熱系數(shù)；

to—車廂外設(shè)計(jì)溫度；

ti—車廂內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。

α應(yīng)采用對(duì)流系數(shù)換熱準(zhǔn)則式求解，但由于車速變化范圍大，車身外表面復(fù)雜，難以精確計(jì)算，一般可采用下面近似公式計(jì)算：

Wc是汽車行駛速度，可采用40km/h（11.1m/s）計(jì)算：

聯(lián)立可得tm：

由于車廂內(nèi)外溫差不大，上式后項(xiàng)近似to，則有：

將各參數(shù)代入（3）式求得：

玻璃窗滲入熱量QB

太陽(yáng)輻射通過玻璃窗時(shí)，一部分被玻璃吸收，提高了玻璃本身溫度，然后通過溫差傳熱將熱量傳入車內(nèi)，另有大部分輻射熱將通過玻璃窗直接射入車廂內(nèi)。玻璃窗的滲入熱量是由溫差傳熱和輻射傳熱兩部分組成：

式中：A——玻璃窗面積（m2）；

K——玻璃窗的傳熱系數(shù)；

tb——玻璃溫度，取車室外溫度；

ti——車廂內(nèi)溫度；

C——玻璃窗遮陽(yáng)系數(shù)；

μ——非單層玻璃校正系數(shù)；

qb—通過單層玻璃的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，qb=τGIG+τSIS；

τG—透過窗玻璃的太陽(yáng)直射投射率；

τs—透過窗玻璃的太陽(yáng)散射投射率。

將以上各參數(shù)帶入式（6）得：

熱負(fù)荷確定：

2.3 制冷量的確定

注：以上制冷量的確定是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作原理得出制冷量，對(duì)于電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)消耗很大的電能，需要在內(nèi)燃機(jī)計(jì)算得出的制冷量的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚瑢⒅评淞拷档退姆种蛔笥?，以利于保證電動(dòng)車的正常行駛里程；

2.4 壓縮機(jī)的選型和校核

根據(jù)前面的計(jì)算，壓縮機(jī)選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)條件：

1）具有合適的能效比；

2）制冷量應(yīng)滿足修正后制冷量；

3）合適的轉(zhuǎn)速。

2.4.1 壓縮機(jī)參數(shù)的確定

下圖為參考待用機(jī)型EWXH-036-1的性能曲線圖，從性能曲線中可以看出壓縮機(jī)在3000rpm左右時(shí)，制冷量可以達(dá)到3kW，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 壓縮機(jī)性能曲線

2.4.2 壓縮機(jī)速度定義

由于此款壓縮機(jī)具有自我調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的功能，具體可調(diào)的范圍為：

500 rpm＜n＜4000rpm

考慮到壓縮機(jī)需要消耗比較多的電能建議將轉(zhuǎn)速設(shè)定在能效比最高的轉(zhuǎn)速位置，以上可以看出轉(zhuǎn)速定義為在2000rpm-3000rpm最宜。

3、結(jié)論

在電動(dòng)車上應(yīng)用電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)技術(shù)是完全可行的，并具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）空調(diào)性能可以達(dá)到使用要求；

2）低轉(zhuǎn)速可以很穩(wěn)定的能效比節(jié)約電能；

3）加速電動(dòng)轎車的普及；

通過對(duì)電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究，使得江淮微型電動(dòng)車轎車提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 史保新,馬國(guó)遠(yuǎn),陳觀生.電動(dòng)車用空調(diào)裝置的研究.流體機(jī)械.2002,58-50.

[2] 江志斌,吳志寶,何斌.汽車空調(diào)模糊控制的研究.制冷學(xué)報(bào).1995, 25-29.

[3] 陳觀生,史保新,馬國(guó)遠(yuǎn).電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究.廣州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2000,11-1.

Research of Electric Compressor Technology Applied in Electric Car

Yu Xuewei
(Anhui jianghuai Automobile Co., Ltd., Auhui Hefei 230022)

Abstrac: The paper describes the development trend of compressor, and the technical characteristics of electric scroll compressor, then taking one mini-electric car, for example, from the heat load calculation, compressor selection, design verification, etc.the paper detailed the research process of electric scroll compressor Applied in JAC electric car air-conditioning system . The research showed that application of electric scroll compressor completely feasible, and it has an important significance for energy-saving emission reduction.

electric compressors; air-conditioning systems; electric car

U469.72

A

1671-7988 (2016)12-15-03

余學(xué)偉（1983—），助理工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。