|
天气越来越热，马上到了开冷空调的季节，小姐姐们也到了穿短裙、展现S型身材的时候了，尽管看起来很凉快，但是燥热的天气总是让人也很燥热，好的汽车空调，一上车就能让你身心舒爽，如沐春风！ 今天 就和漫谈君一起来看看 纯电动汽车空调系统的介绍与应用 汽车大漫谈4群已快满员，话说都是汽车研发工程师，每天都在分享技术，有需要进群的童鞋，加漫谈君微信：autotechstudy，备注名称+专业哟，方便邀请进群！ 一、前言 纯电动汽车没有发动机给空调系统提供动力源，也没有发动机余热进行采暖，因此不能直接使用传统的汽车空调系统，需要电能作为动力源。这样，蓄电池不仅要提供行驶所需动力，还要为空调系统提供能量。据了解，空调制热消耗的电能约占电动汽车整车消耗能量的33%。因此，研发符合电动汽车的新型空调系统显得尤为重要。 二、传统汽车空调系统 现代汽车越来越多地采用冷暖一体化的自动空调系统，这种自动空调器由制冷系统、采暖系统、通风与空气调节系统、空气净化装置以及电子控制系统等组成。 制冷系统的作用是将车内的热量通过制冷剂在循环系统中循环转移到车外，实现车内降温。 汽车中一般都装备有暖风系统，其作用如下： 1） 冬季可向车内提供暖风，提高车室内温度； 2） 冬季或初春，当室内外温差较大时，车窗玻璃容易结霜或起雾，影响司机视线，不利于安全行车，这时可用暖风来除霜或除雾。 三、电动汽车空调系统方案 1） 余热制冷 目前余热制冷主要有吸收式制冷、氢化物制冷和固体吸附式制冷。吸收式制冷以热能作为动力源，沸点不同的两种物质混合在一起组成的溶液，利用其气液不平衡的性质来实现制冷循环，最常见的有氨水和溴化锂吸收式制冷循环。氢化物制冷是以金属氢化物为工质，利用不同温度时该氢化物吸收和释放氢气的特点来进行制冷循环。固体吸附式是利用吸附和解吸过程来实现压力的变化，相当于压缩机的压缩作用。 吸收式的制冷设备有较大的体积，需要的空间大，对安装的要求高，制冷系统复杂，对汽车减振的要求和路面的要求较高。目前纯电动汽车没有足够的热量来提供给吸收式制冷循环，即使可以驱动单效制冷机组，该系统的热力系数也很低。要与电池的工作温度相耦合，这样就要求电池热管理精度提高。吸收式制冷系统运行一段时间后容易形成污垢，需要定期进行清理。氢化物制冷中有氢气产生，可燃、可爆。固体吸附式制冷效率较低，基本型中没有回热措施，制冷过程不连续。可见，纯电动汽车采用余热制冷系统还不成熟。 2） 热电制冷 热电技术自世纪年代末发展起来，其理论基础是泊尔帖、赛贝克物理效应。原理是型和型半导体通过金属导流片连接，当电流由通过时，电场使中的电子和中的空穴反向流动，它们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，在另一端放热，产生温差。因其具有的独特的优点而得到了较广泛的应用，解决了许多特殊场合的空气调节问题,满足了人们在特种场合的需要。 热电制冷系统与传统空调相比有其自身的特点。 A. 电流方向的改变就可以有制热制冷的逆效果； B. 工作电流为直流电源； C. 热电元件热惯性小，若热端有良好的散热，只需要较短的制冷时间； D. 通过调节电流就可以调节制冷的温度和速度，并且控制温度的精度高，可连续调节能量； E. 最高制冷的效率能够达到90%，热效率远大于1； F. 重量轻、体积小、紧凑的结构，可以减小电动汽车质量； G. 不需要传动部件、无摩擦、无振动、抗冲击、寿命长、可靠性高。 优值系数高的热电材料，热电效果好，目前热电材料理想的优值系数为0.0034—0.0036/K。经济性能而言，若使热电制冷和机械制冷相同，那么优值系数就应该达到 0.013/K，可见差距之大，优值系数还需要很大提高。现阶段热电制冷只有机械式效率的一半左右，在优值系数没有得到提高的前提下，热电制冷主要应用在对小体积和轻量化要求比较高的地方。
碲、铋、硒、锑是构成热电元件的常见四种元素。其中，硒、铋、锑的储存量大，而碲的量是有限的，炼铜的废料是它主要的来源，碲的一小部分用来生产热电堆。若需要与传统汽车空调有相同的舒适性，则四百组热电堆需要被安装在每辆汽车上，每年只有大约两万辆汽车能够安装热电空调系统，这样碲产量制约了在汽车上安装热电空调系统。
3） 电动机械压缩制冷 对于电动汽车以及其他拥有高压电源的汽车来说，均可以采用电动压缩机制冷空调系统。该系统的基本原理为，电池组的直流电经逆变器为空调压缩机驱动电机供电，空调电机带动压缩机旋转，从而形成制冷循环，产生制冷效果。电动压缩机制冷空调系统相对于传统汽车空调系统的改变量最小，在结构上只是压缩机驱动动力源由发动机变为驱动电机，对于传统汽车空调与电动汽车空调系统结构上的不同见下图。
纯电动汽车没有发动机，不能像传统汽车那样利用发动机冷却水的余热进行采暖，电动汽车设计早期采取了一些采暖措施。 1） 取暖器提前预热 在使用汽车前，利用取暖器等其它加热设备对停放的汽车车室内进行提前预热。该方法不消耗电动汽车上电池的电量，也不会对电动汽车产生重量负荷。它的缺点是一次加入的热量是有限的，仅能满足短途驾驶和室外环境温度不是很低的情况。 2） 蓄能器加热 这种方案与简单的热水储能方式不同，它是利用化学反应产生的热量。蓄能器系统增加了制热剂罐和溶液罐，通过调整反应溶液的浓度来控制化学反应的强弱，从而控制产生供暖能量的多少。该方案增加了两个自身重量较大的储能罐，增加了电动车的负荷，而且化学反应物质存在对乘员的安全问题，所以，该方案应用在纯电动汽车上还不成熟。
3） 燃油加热 一些寒冷地区，在电动车上安装了专门的对车室内进行加热的燃油装置。该方案可以对车室内进行加热，给驾乘人员提供舒适环境，但消耗燃油，并且是直接燃烧燃油，燃油利用率低，还会产生环境污染，正是在能源日益短缺、环境污染日益严重的今天所应该避免的。另外，该装置安装在电动汽车上也增加了电动汽车电池的负荷，使电动汽车的续驶里程减少。所以，在纯电动汽车上采用燃油加热车室方案是不经济、不环保的，发展前景比较暗淡。
4） 电暖风芯加热 电暖风芯安装在空调系统的风道中，电暖风芯结构如下图。通电后电暖风芯温度升高，鼓风机引进的冷空气流经电暖风芯时被加热，然后吹进电动汽车车室，对汽车进行供暖。该方案可以达到供暖的目的，但是由于将纯电动汽车的电能直接通过热阻元件产热量，对电能的利用率较低。该方案增加了电动汽车电池的负荷，影响电动汽车的动力性能和续驶里程。
5） 热泵供暖 热泵装置能够通过压缩机消耗功量使热量由低温端传向高温端，使循环工质在低温环境吸热而向高温环境放热，最终实现向高温端放热的目的，该逆向卡诺循环即为热泵循环。作为电加热元件的PTC加热器最好情况下是将消耗的全部电能转化为热能，而热泵系统的供热系数最大为1。由此可见，热泵比其他电加热设备的经济性好，消耗相同量的能量能够供给室内更多热量。热泵系统供热时具有能耗低、性能稳定、安全性好的特点。有关热泵系统的具体内容会在下期文章进行详细介绍，部分可参照《汽车试验：汽车空调采暖系统及性能试验解析！》
四、热管技术 热管技术指1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件进行散热的技术，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。 热管（heat pipe）是一种具有极高导热性能的新型传热元件，通过在全封闭真空管内的液体蒸发凝结来传递热量，利用毛细作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控等特点。 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段)，另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。
热管具有良好的散热效果，将其运用于汽车空调系统将有效地起到节能减排的作用。 如将热管安置于排气系统中，利用热管的特性可以回收利用排气系统中的余热，用于车内温度调节，夏季也可以利用热管换热的能力将车内热量散出。其中对于余热的利用可以解决汽车空调的供暖问题，而且由热管的特性，其传热无需外部能源输入，达到了节能的效果。 热管在散热方面的使用高效且实用，热管技术在汽车空调系统中的利用将有效地改善汽车空调中相关问题，制造以解决空调问题的车载热管并研究其运用技术，将进一步地提升汽车空调系统的效率，对于之前提到的新能源汽车空调也会有节能方面的改善空间。
五、结语 汽车空调做为空调技术在汽车上的应用，它能创造车内热微环境的舒适性，保持车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声和余压等在舒适的标准范围内，不仅有利于保护司乘人员的身心健康，提高其工作效率和生活质量。
|
|
|
