新能源汽车空调系统的设计

．新能源技术．　

电动汽车用热泵空调系统的设计与研究　

徐　磊　，２林用满１　宋文吉１　冯自平　

（１．中国科学院广州能源研究所；２．中国科学院大学）　★　

【摘要】采用封闭式涡旋压缩机搭建了一套热泵型电动汽车空调系统，利用低压直流调速控制器对压缩机进行　变频控制　分别在制冷及热泵运行工况下，研究压缩机转速对空调系统运行性能的影响，分析压缩机输入功率、系统　制冷ＩＳＥＪ热量、ＣＯＰ随转速的变化趋势。研究结果表明，本文的热泵空调系统能取得较好的制冷、制热效果，且系统制　冷性能随压缩机转速升高而增强。　主题词：电动汽车空调涡旋压缩机热泵　

中图分类号：Ｕ４６３．８５＋ｌ　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—３７０３（２０１３）１　１－００５５—０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｈｅａｔ　Ｐｕｍｐ　ＡＣ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　

Ｘｕ　Ｌｅｉ　一，Ｌｉｎ　Ｙｏｎｇｍａｎ　，Ｓｏｎｇ　Ｗｅｎｊｉ‘，Ｆｅｎｇ　Ｚｉｐｉｎｇ’　（１．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＥｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ；２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＣｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｔｙｐｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｃｌｏｓｅｄ　ｖｏａｅｘ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ＤＣ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＇ｓ￣ｅｑｕｅｎｅｙ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＇ｓ　ｓｐｅｅｄ　ｏｎ　ＡＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＇ｓ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｐｕｔ，ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ＇ｓ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ／ｈｅａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｆＣＯＰ）ｖａｒｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ＇ｓ　ｓｐｅｅｄ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ＡＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ｂｅｔｔｅｒ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｓｐｅｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ，Ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，Ｖｏｒｔｅｘ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，Ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　

新能源汽车空调控制系统

摘要：传统燃油汽车空调结构主要有:压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液罐、控制系统和送风及其管路系统组成。空调压缩机主要动力来源于发动机，空调主要能耗是压缩机和冷凝器。大家熟知传统汽车空调工作原理，这里不再介绍，这类空调共同特点是由发动机直接提供动力，消耗发动功率约为20%，且效率转化值不足40%。如何降低能耗，提高效率一直是空调领域关注的焦点。新能源汽车空调在结构上大体与传统汽车近似，电动汽车空调制冷系统主要由:电动压缩机、电动压缩机控制器、冷凝器、管路系统(液体管、压缩机排气管、压缩机吸气管)、室内温度传感器、室外温度传感器、阳光传感器、空调主机(蒸发器、加热器、温度风门执行器、模式风门执行器、内外循环风门、鼓风器、蒸发器温度传感器)、膨胀阀、空调控制器等零部件构成。但是电动汽车空调系统不但要满足汽车制冷需要，还要制热。目前电动汽车空调制热主要采用PTC加热和电热管加热的两种模式，由于系能源电动汽车动力取自电动机，能量来源与动力电池，所以多数国内车企在使用电动压缩机直接利用蓄电池供电带动其工作，虽然电动压缩机比就流行使用无刷永磁直流电动机，电子控制单元等是其结构简单，体积小、制冷效率高，但是仍然影响电动汽车的续航里程，而且制热的效率也不高。鉴于目前新能源汽车空调现状，其明显的缺陷制约着我国新能源电动汽车的普及。特别是北方地区，冬季车内制热可损失大约50%的续航里程。如果我国要在全国范围内推广新能源电动汽车一些关键技术还亟需解决。

关键词：空调;新能源;汽车;控制

一：新能源汽车空调系统发展趋势

未来新能源汽车空调系统的发展趋势还是集中在高效控制，节能环保上来。在空调控制方面上，传统汽车空调目前采用ECU电控系统加“变排量控制”。在效率上有所提升。新能源电动汽车采用电动压缩机，在电控领域我们可以借鉴家用空调的控制模式采用“变频控制”，目前各空调厂家已经研究交流变频电动压缩机，而且变频空调在技术上比较成熟，主攻方向是车内的应用。另一项技术应用也可以借鉴家用空调，就是热泵技术。由于空调制冷时会有大量热能损失，如果能有效利用热交换，不但能提高效率还能降低续航里程压力。

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ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD 2021.3设计应用esign & ApplicationD一种电动汽车空调系统PTC加热器控制器设计

Design of PTC heater controller for air conditioning system of electric vehicle

王晓辉 （奇瑞新能源汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241000）

摘 要：根据电动汽车空调系统PTC加热器特性设计控制器，采用PWM方式控制功率开关器件通断实现PTC

加热器功率的线性调节。控制电路在高压侧，选用反激电源为辅助电源，通讯电路选用隔离CAN电路。具备

下电保持功能进行故障处理，过压、欠压和过流都具有硬件和软件双重保护功能。功率电路均分为两路，提高

了功率器件的可靠性和减小瞬态冲击电流。通过整车搭载验证，在空调系统实现同等制热效果的条件下具备明

显的节能效果。

关键词：电动汽车、空调系统、PTC加热器、控制器

0 引言

发展电动汽车是国家应对国际环境和能源危机的重

要决策，我国大力发展电动汽车并取得显著技术成果，

欧美各国从国家高度到企业层面，也已迅速调整发展战

略，将汽车电动化作为未来的发展方向。

传统燃油车空调系统利用发动机热量制热，电动汽

车电驱系统效率可以高达90%以上，损耗产生的热量

远不足以供给空调系统制热，所以电动汽车空调系统制

热使用PTC（正温度系数）加热器产生热量。目前比较

普遍的方案是使用继电器控制PTC加热器电源通断，

通过风门开度控制冷热风的风量来控制温度，此类方案

能源浪费较大。

采用PWM（脉宽调制）方式控制功率开关器件通

断PTC加热器电源，实现PTC加热器输出功率的线性

控制。本设计中PTC加热器峰值功率5.2 kW，输入电

压范围260~410 V。考虑开关器件的散热需求，将功率

电路均分为两路2.6 kW。考虑设计裕量，单路最大电

流按10 A设计，同时也有助于减小开关器件开通瞬间

新能源汽车热泵空调工作原理

新能源汽车热泵空调是汽车热泵空调系统中的一种应用形式。热泵空调利用新能源作为动力发动机，采用热泵技术，将热量转化为空气冷却制冷。

新能源汽车热泵空调原理：新能源汽车热泵空调是汽车空调系统中的一种应用形式。热泵空调利用新能源作为动力发动机，采用热泵技术，将热量转化为空气冷却制冷剂热能而产生冷却效果。新能源汽车热泵空调分为内置型和外置型，内置型新能源热泵空调系统是把新能源动力发动机安装在车辆内，热泵把机舱内热量转移出去。外置型新能源热泵空调系统是把新能源动力发动机安装在汽车车外，热泵把机舱内热量转移出去。

新能源汽车热泵空调的工作原理：新能源汽车热泵空调通过热泵把热能从温度较高的一方吸入空气中，经过压缩变热、冷却、再压缩，把热能转换成冷却制冷剂的热能而产生冷却效果，把热量传输到温度较低的一方以实现低温冷却。热泵空调通过提供冷热温度以及不断循环，实现冷热温度改变与控制，从而达到房间内适宜的温度控制。

新能源汽车热泵空调的优点：是汽车热泵空调系统中高效率空调，能更有效地释放、储存和节省能源，低噪音、火焰抑制、故障少、可靠性强、持久耐用。而且能提高空调的运行效果，满足需要的温度和湿度，确保舒适的汽车空调环境，可使汽车以节能环保的方式行驶。