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电动汽车空调制冷系统故障分析

2017-09-27  双喜临门

    摘要:本文阐述电动汽车空调制冷系统的工作原理,结合作者的工作经验,对常见的故障现象进行系统分析,并提出具体的解决方法。

    随着夏季来临,人们开始频繁开启汽车空调制冷系统,但是搁置了大半年的制冷系统能否正常工作,是否处于最佳工作状态,如果发生故障该如何检查维修。本文从某电动物流车空调系统的故障现象案例入手,对电动汽车空调使用过程中经常出现的问题进行系统地阐述,供大家参考。

    1 电动汽车空调制冷系统的主要总成部分
    首先对该车型空调制冷系统进行简单介绍。其制冷原理如图1所示。制冷剂的循环方向如图1中箭头所示,系统中没有设置视液镜。

    1)电动压缩机压缩制冷剂,使制冷剂在系统中循环。一般可分为压缩机控制器和压缩机本体,可以做成一体式,也可以做成分体式。本文所述车型的电动压缩机为一体式压缩机,外形如图2所示。

    2)冷凝器从压缩机排出的气态制冷剂在管道中进行降温散热,使其变成液态制冷剂。该车型采用过冷式冷凝器。
    3)冷凝风扇为冷凝器强制通风,使空气吹过冷凝器带走热量。
    4)蒸发器使制冷剂膨胀,并吸收空气中的热量,达到制冷的作用。
    5)膨胀阀节流降压。该车型采用H型膨胀阀。
    6)鼓风机将车内热空气吹向蒸发器,并从各出风口吹出凉风。
    7)压力开关当系统的压力过高或过低时,使制冷系统停止工作,保护管路或使压缩机停止工作。
    8)空调管路制冷剂的循环通道。
    空调系统的电器原理如图3所示。

    2 空调制冷系统常见故障解析
    空调系统常见故障可以分为压缩机无法启动、系统制冷效果差、制冷时断时续、系统振动噪声大、压缩机绝缘失效等,下文对这些故障现象分别进行分析。
    2.1系统无法启动
    主要现象为:车辆可以正常上电,开启鼓风机,按下A/C开关,出风口无风吹出,或者吹出的风与自然风温度相同,压缩机不启动。
    1)出风口无风吹出。首先检查模式开关是否处于除霜或者吹脚模式,当模式风门处于除霜或者吹脚模式时,吹面风门是不会有风的。如果模式开关处于吹面模式依然无风吹出,则需要检查调速电阻是否正常,电源线正负极之间电压是否在9~16 V之间。如果调速电阻与电源线都正常,则确定为鼓风机失效,更换鼓风机。
    2)出风口有风吹出,但温度与自然风相同。首先检查整车电量是否小于20%,当sOC小于20%时,将限制空调制冷系统的开启,以增加续航里程。
    若电量大于20%,则检查蒸发器温度传感插接件是否连接牢固,并用万用表测量温度传感器两端的电阻值是否处于0.33~5.38kΩ之间。如果范围超出,则判定为温度传感器失效,更换温度传感器。
    若温度传感器正常,则检查空调管路中的压力开关线路是否连接正常,并使用万用表检测压力开关的导通性。如果压力开关不导通,则进行冷媒压力的进一步检测。使用歧管压力表检测系统压力,读取压力表数值,此时高压侧与低压侧压力应该基本一致。若压力表读数小于0.2 MPa则系统缺少冷媒,系统需要排查漏点并重新加注冷媒;若压力处于0.2~0.8 MPa之间,则压力开关失效,更换压力开关。
    若压力开关正常,则使用万用表检查电动压缩机主电源电压是否处于195~405 V之间,信号传输线束中12V+和12V-电压是否在9~16 V之间。如果上述电压不在范围之内,分别检查高低压线路是否正常连接。
    如果上步检测结果正常,则需要对CAN信号进行检查,将诊断仪连接到车辆检测口,读取VCU发往压缩机的报文,查看VCU是否发出开启命令,压缩机是否执行VCU发出的命令。如果VCU未发出开启命令,则故障由VCU引起,更换VCU或者刷新程序;如果压缩机没有执行VCU的开启命令,则故障由压缩机引起,更换压缩机,或刷新压缩机控制程序。

    2.2系统制冷效果差
      主要现象为压缩机可以启动,出风口的温度比自然风低,但高于9℃。这种情况下,电动压缩机将处于高转速运行状态,增加耗电量,降低续航里程。
    1)首先检查系统的冷媒压力。检测工况为:环境温度20~35℃,鼓风机调整为4挡,出风模式为全吹面,新风风门调整为外循环。使用歧管压力表,分别连接高压与低压接头(手阀关闭),读取压力表数值。低压正常值为0.15~0.3MPa之间,高压为0.9~1.5MPa之间。图4为使用歧管压力表检测压力的照片。

    2)高、压压表指示比正常值低很多,系统高、低压管路温差几乎分辨不出。这种情况是由于系统中基本没有制冷剂,需要查找漏点。方法是:使用抽打一体机对系统进行打压,至1.5 MPa左右,保压的同时,用洗洁精水(水:洗洁精≈5:1)在各管路接头、压缩机壳体处找漏点,重点关注有油污的地方。对于冷媒漏完的系统,一般都能找到漏点。对漏点进行修复后,经抽真空后加注足量冷媒(该车型为430 g)。图5为使用洗洁精水排查到漏点的照片。

    3)高、低压表指示均比正常值偏低,并且系统高压管路温热,低压管路微凉,温差不大。这种情况是由于制冷剂不足导致,需要查找漏点,并予以修复。重新加注足量制冷剂。
    4)低压表指示接近0,高压表指示比正常低,并且在膨胀阀附近的管路出现结霜或露滴现象。这是由于制冷剂中水分含量过高,造成膨胀阀堵塞引起的。解决方法为:关闭制冷系统,回收制冷剂,更换过冷式冷凝器中的干燥滤芯,并反复对系统抽真空,重新加注制冷剂。
    5)高压侧压力正常,但是低压侧压力高于0.3 MPa,低压管路的温度偏低,有较多露滴出现。这种情况是由于膨胀阀的调节不当,使制冷剂汽化过多造成的。解决方法是:调小膨胀阀开度。
    6)高压侧低于正常值,低压侧高于正常值,低压管路表面结霜。这是由于膨胀阀损坏,无法起到节流作用。需要更换膨胀阀。
    7)高压侧压力过高、低压侧压力偏高。这种情况是由于制冷系统中进入了空气,需要回收冷媒后,重复抽真空,再加注冷媒。
    8)若高压侧与低压侧压力基本一致,则压缩机内部损坏,不能产生足够的压力。需要更换压缩机。
    2.3制冷时断时续
    主要表现为:压缩机启动后,在1~2min内停机,经过1~2min后再次开启,反复如此。压缩机启动时,吹出凉风,压缩机停止时,出风温度逐渐上升。
    1)首先检查压缩机是否触发高温保护状态。当压缩机控制器温度高于88℃时,触发高温保护,压缩机自行停机,等压缩机温度下降至85℃,压缩机再次开启。检查方法为:风量调整到最大,温度设定为最低,调整到外循环模式,记录压缩机的启、停间隔是否有改善。如果依旧频繁启停,则可以判断压缩机冷却功能失效,导致控制器温度过高,更换控制器。注意更换控制器时,应在接触部位均匀涂抹导热硅脂0.5~1 mm。涂抹区域如图6所示。

    2)如果压缩机没有进入高温保护状态,则进一步检查蒸发器温度传感器的阻值是否正常(正常为0.33 ~5.38kΩ之间),阻值是否随温度上升而下降。如果不满足以上条件,需要更换蒸发器温度传感器。
    3)如果温度传感器阻值正常,使用3~5 kΩ的电阻代替传感器,再次开启制冷系统,如果压缩机能够持续运行,则说明温度传感器脱离设定位置,需要重新装配。图7为电阻代替温度传感器的照片。

    2.4制冷系统噪声大
    主要表现有:压缩机振动噪声大、鼓风机噪声大、冷凝风扇振动噪声大。
    1)压缩机振动噪声大。压缩机通过橡胶减震垫安装在支架上,当橡胶减震垫失效或者螺栓松动时,会引起振动噪声偏大,这时需要重新更换减震垫或者紧固螺栓。压缩机安装无问题时,应该检查压缩机本体与控制器之间的三相线的插接件是否连接正常,是否造成缺相运行。当压缩机缺相运行时,会产生较大的噪声。三相线插接件位置如图8所示。

    压缩机出现刺耳的摩擦噪声时,可以判断压缩机本体已经损坏,需要更换压缩机。
    当压缩机出现明显敲击声时,并且低压管路表面出现严重结霜,可以判断压缩机出现液击,一般由于蒸发器结霜或者制冷剂过量导致。可以分别排查蒸发器温度传感器和制冷剂的充注量。如果制冷剂充注过量,需要回收部分冷媒。低压管路表面结霜图片如图9所示。

    2)鼓风机噪声大一般有鼓风电机磨损、叶轮动平衡失效2类原因,都需要更换鼓风机。
    3)冷凝风扇振动噪声大。首先排除冷凝风扇安装处的橡胶减震垫(有时与冷凝器集成在一起)是否失效,如果失效需要更换。若更换后问题依然存在,则属于冷凝风扇电机磨损、叶轮动平衡失效导致,需要更换冷凝风扇。
    2.5压缩机绝缘失效
    主要表现为:整车无法上电,报绝缘故障,拔下压缩机高压插接件,绝缘故障消失。
    1)拔下高压插接件,使用绝缘测试仪检测压缩机高压电源频脚与外壳之间的阻值,检测时使用500 V挡位,如果阻值小于20 MΩ,则该压缩机内部绝缘失效。
    2)确认压缩机内部绝缘失效后,打开压缩机控制器,观察压缩机与控制器之间是否有水存在,并测量三相线接线柱与壳体之间的阻值。如果小于20 MΩ,可以确认为压缩机本体绝缘失效,更换压缩机本体;否则压缩机控制器绝缘失效,更换压缩机控制器。

    3 结论
    本文结合实际案例对电动汽车空调系统的常见问题进行了分析和总结,为电动汽车空调问题排查提供了参考意见。
 

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