戚鵬 陳冠霖 丁鵬

摘 要：完善的汽車計(jì)算機(jī)控制的空調(diào)系統(tǒng)不僅可以對(duì)車內(nèi)空氣的溫度、濕度、清潔度、風(fēng)量和風(fēng)向等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，給乘客提供一個(gè)優(yōu)良的乘車環(huán)境，提高乘客的舒適性和安全性。文章首先介紹了新能源汽車暖風(fēng)空調(diào)的發(fā)展概況。描述了新能源汽車空調(diào)的結(jié)構(gòu)組成，在此基礎(chǔ)上解釋了新能源汽車空調(diào)的工作原理。從理論上分析了PTC所產(chǎn)生的熱量，從而設(shè)計(jì)了PTC暖風(fēng)的故障診斷系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，PTC暖風(fēng)的故障診斷系統(tǒng)工作良好，性能優(yōu)越。

關(guān)鍵詞：汽車;新能源;空調(diào);暖風(fēng)

中圖分類號(hào)：U463.85+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）12-03-03

Abstract： A perfect computer-controlled air-conditioning system for automobiles can not only automatically adjust the temperature， humidity， cleanliness， air volume and direction of the air in the car， but also provide a good riding environment for passengers and improve their comfort and safety. Firstly， this paper introduces the development of new energy automotive heating air conditioning. This paper describes the structure and composition of new energy automobile air conditioning， and explains the working principle of new energy automobile air conditioning on this basis. The heat generated by PTC is analyzed theoretically， and the fault diagnosis system of PTC warm air is designed. The experimental results show that the fault diagnosis system of PTC warm air works well and has superior performance.

Keywords： automobile; new energy; air conditioning; warm air

引言

汽車空調(diào)現(xiàn)已成為汽車的基本部件。汽車空調(diào)的主要功能是調(diào)節(jié)和調(diào)控室內(nèi)空氣的溫度、濕度、速度和清潔度，使乘客感到舒適，防止或清除車窗玻璃上的霧、霜、冰和雪，保證乘客的健康和行車中的安全。隨著人們對(duì)汽車空氣質(zhì)量的重視，近年來(lái)越來(lái)越多的空氣凈化技術(shù)在實(shí)際車輛上得到應(yīng)用。提高更好的舒適度和更好清潔度將是未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)方向?？照{(diào)作為“大能耗車”占發(fā)動(dòng)機(jī)功率的20%。在日益嚴(yán)重的燃油限制條件下，如何降低動(dòng)力消耗，使燃油經(jīng)濟(jì)性更高，將成為汽車空調(diào)系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。輕質(zhì)、高效、節(jié)能已成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。電動(dòng)汽車的發(fā)展是汽車空調(diào)的一個(gè)新課題。非政府組織已經(jīng)測(cè)試過零攝氏度，空調(diào)和空調(diào)不開放，里程下降了約50%，因此如何提高加熱和冷卻里程需要解決。汽車空調(diào)正朝著輕量化、高效化的方向發(fā)展，并通過提高電動(dòng)汽車的性能來(lái)提高改造效率，這勢(shì)必會(huì)改變關(guān)鍵零部件、設(shè)計(jì)過程和材料應(yīng)用等。新能源汽車空調(diào)一直是研究熱點(diǎn)方向，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者作出大量的研究，取得了豐碩的成果。文獻(xiàn)[1]介紹了一種多熱源分階段制暖的新能源汽車暖風(fēng)系統(tǒng)，有效的降低了汽車空調(diào)的耗能。文獻(xiàn)[2]介紹了一種分布式新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)，減輕了空調(diào)對(duì)電池的依賴，延長(zhǎng)了續(xù)航里程。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)了空調(diào)的控制電路和控制策略，提高了能源利用率。

本文介紹了新能源汽車空調(diào)冷暖兩種形式。首先介紹了制冷系統(tǒng)的組成和工作原理，然后描述了一種基于PTC的暖風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了整車暖風(fēng)系統(tǒng)的控制原理圖，分析了暖風(fēng)系統(tǒng)的制熱量，對(duì)其做了實(shí)驗(yàn)。

1 新能源汽車空調(diào)組成

新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)主要有，空調(diào)傳感器主要用來(lái)采集各種數(shù)據(jù)，如陽(yáng)光傳感器，速度傳感器等。執(zhí)行器，包括電機(jī)，放大器，PTC加熱器等組成。電源部分，主要有整車電源，DC-DC變換器，低壓電源等組成。制冷用的電子壓縮機(jī)，壓縮機(jī)是管路中間介質(zhì)運(yùn)營(yíng)的壓力源，沒有壓縮機(jī)，系統(tǒng)不但不能制冷，而且失去工作的能力。冷凝器汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷凝器是一個(gè)與管和散熱器結(jié)合的熱交換器。其功能是冷卻從壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，使其冷凝成高壓制冷劑液體。它是一種鰻魚喜歡直接尖銳的T恤平面片，然后組裝成冷凝器，散熱鱔片和管道作為一個(gè)整體，不存在接觸電阻和輻射性能良好;此外，沒有復(fù)雜的管焊接工藝和薄膜加工，節(jié)省材料，抗振動(dòng)特別好。因此，它是一種更先進(jìn)的汽車空調(diào)冷凝器。蒸發(fā)器它也是一個(gè)熱交換器，也稱為冷卻器，是一種在制冷循環(huán)中冷卻空氣的直接裝置。其效果是從管道中的熱膨脹閥蒸發(fā)低溫低壓液體制冷劑，以降低蒸發(fā)器和周圍空氣的溫度。同時(shí)對(duì)空氣起減濕作用。膨脹閥，膨脹閥又稱節(jié)流閥，是汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的主要組成部分。它安裝在蒸發(fā)器入口，是車輛空調(diào)和制冷系統(tǒng)的高壓和低壓之間的邊界。

貯液干燥器，安裝在冷凝器與膨脹閥之間，它的作用是貯存從冷凝器出來(lái)的臨時(shí)的液態(tài)制冷劑，使制冷負(fù)荷的變化和系統(tǒng)泄漏，液體制冷劑可以補(bǔ)充和調(diào)整熱力膨脹閥的電源，以確保連續(xù)性和制冷劑流量穩(wěn)定性。在制冷系統(tǒng)中，制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)壓縮和輸送，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。膨脹閥起到節(jié)流制冷劑和減壓的作用，同時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑液體流量，這是系統(tǒng)高壓和低壓之間的分界線。蒸發(fā)器起吸收熱能的作用，其中制冷劑吸收被冷卻空氣的熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。冷凝器是釋放熱能的設(shè)備。從蒸發(fā)器吸收并由壓縮機(jī)消耗轉(zhuǎn)換的熱能，在冷凝器由冷卻空氣帶走。只有當(dāng)外界消耗的功 ，能使制冷劑不斷地將車內(nèi)低溫空氣吸收的熱能傳遞到車外高溫空氣中，才能達(dá)到制冷的目的。

2 暖風(fēng)系統(tǒng)的故障診斷設(shè)計(jì)

在純電動(dòng)汽車制暖系統(tǒng)中，防凍液在直流電動(dòng)泵的作用下一直在系統(tǒng)中循環(huán)，防經(jīng)PTC的電阻絲加熱后，溫度升高。在進(jìn)入蒸發(fā)器中，鼓風(fēng)機(jī)將高溫防凍液的熱量帶走，為車廂加熱。系統(tǒng)利用風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)空氣流經(jīng)蒸發(fā)器吹入汽車乘員室，實(shí)現(xiàn)熱交換。

在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)時(shí)，首先要計(jì)算暖風(fēng)機(jī)的傳熱能量，這是部件選型的基礎(chǔ)工作。假設(shè)水循環(huán)過程中管道散熱量非常小，加熱器無(wú)效率損失，根據(jù)能量守恒定律，單位時(shí)間內(nèi)：

暖風(fēng)機(jī)傳熱能量=加熱器加熱能量—水上升熱量：

式中，C1為水的比熱容，為水的密度，V為加熱器水的體積;

t2為當(dāng)前溫度，t1為上次溫度，t0為環(huán)境溫度;

U為電壓，T為間隔時(shí)間，n為占空比;

K為暖風(fēng)機(jī)傳熱系數(shù)，A為傳熱面積。

傳熱系數(shù)與風(fēng)機(jī)送風(fēng)量，水泵流量，溫度差有關(guān)，需要通過實(shí)驗(yàn)確定傳熱系數(shù)的最大和最小值。

暖風(fēng)機(jī)傳熱能量可以看作是空調(diào)的工作功率（單位時(shí)間），我們知道空調(diào)功率應(yīng)該是在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)功率超出該范圍區(qū)間時(shí)，我們可以認(rèn)為加熱器故障。

當(dāng)散熱量大于理論最大散熱量時(shí)，若電壓檢測(cè)故障或PWM 控制量大于等于最大能量輸出，且溫度不上升，此時(shí)認(rèn)為高壓線路故障;否則則認(rèn)為是其他故障。

當(dāng)散熱量小于理論干燒散熱量時(shí)，若PWM 控制量小于等于1，且溫度上升，此時(shí)認(rèn)為IGBT 故障;否則則認(rèn)為是水位過低。當(dāng)散熱量小于理論最小散熱量時(shí)，此時(shí)認(rèn)為水泵或暖風(fēng)機(jī)故障;其他情況則認(rèn)為系統(tǒng)正常。

當(dāng)某個(gè)故障連續(xù)多次被檢測(cè)到時(shí)，程序會(huì)進(jìn)去故障停止模式，此時(shí)控制器不在有PWM輸出，高壓不工作。1 分鐘后，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。當(dāng)檢測(cè)有故障時(shí)，串口發(fā)送對(duì)應(yīng)的故障代碼，故障端口輸出對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)。

3 加熱器試驗(yàn)

3.1 硬件試驗(yàn)方案

3.1.1 分路功率輸出峰值功率測(cè)試

（1）試驗(yàn)?zāi)康?/p>

利用現(xiàn)有小功率高壓測(cè)試電源，對(duì)兩路功率驅(qū)動(dòng)加熱模塊分別進(jìn)行試驗(yàn)，以測(cè)試其耐久特性。

（2）試驗(yàn)方法

a.控制板電源12V采用鉛酸電池外供模式。

b.分“加熱絲1”及“加熱絲2”兩路分別單獨(dú)工作，平均功率不小于2.2kw，平均每路工作時(shí)間不小于2 小時(shí)，試驗(yàn)中加熱器內(nèi)部水溫維持在70℃±1℃、75℃±1℃，通過可調(diào)電源控制散熱器風(fēng)扇來(lái)保持溫度恒定。

（3）試驗(yàn)結(jié)果如表1：

3.1.2 兩路同時(shí)輸出峰值功率測(cè)試

（1）試驗(yàn)?zāi)康?/p>

測(cè)試在兩路加熱絲在同時(shí)工作條件下，加熱器是否可可靠工作。

（2）試驗(yàn)方法

a.控制板電源采用鉛酸電池外供電模式， 高壓供電分別采用200V、300V和400V。

b.兩路同時(shí)工作，總功率大于或等于4kw（200V 電壓供電時(shí)，峰值4kw，400V 電壓供電時(shí)，峰值4.5kw），試驗(yàn)過程保證在不同的溫度條件下（將水溫分別維持在70℃±1℃，75℃±1℃，分別進(jìn)行試驗(yàn)），持續(xù)工作時(shí)間大于30 分鐘。

（3）試驗(yàn)結(jié)果如表2：

4 小結(jié)

本文描述了新能源汽車空調(diào)的結(jié)構(gòu)組成，在此基礎(chǔ)上解釋了新能源汽車壓縮機(jī)的工作原理。重點(diǎn)從理論上分析了PTC所產(chǎn)生的熱量，從而設(shè)計(jì)了PTC暖風(fēng)的故障診斷系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，PTC暖風(fēng)的故障診斷系統(tǒng)工作良好，性能優(yōu)越。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁鵬，王忠，葛如海，等.新能源汽車暖風(fēng)分段制熱控制系統(tǒng)[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)， 2017，08 （03）： 303-309.

[2] 丁鵬，王忠，王瑩，等.分布式新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)， 2018.

[3] 閡海濤，王曉丹，曾小華，等.電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)匹配與計(jì)算研究[J].汽車技術(shù)， 2009（6）：19-22.