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浅析新能源汽车空调系统技术
东莞市技师学院 李恩定
摘要：传统燃油汽车在使用过程中产生了大量的有害气体，并加剧了对不可再生石油资源的依赖。在当前资源有限、环境污染非常严重的情况下，发展新能源汽车已经成为了解决能源及环境问题、实现可持续发展的重要措施。在发展新能源汽车的同时，新能源汽车空调技术也在逐渐的发展，本文分析了新能源汽车常见的热泵式空调系统技术、燃料电池余热利用空调系统技术，以及比较新能源汽车空调系统与传统汽车空调系统的不同之处。
关键词：新能源；空调系统；发展趋势；新技术
1绪论新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或者用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括电动汽车、气体燃料汽车、生物燃料汽车、氢燃料汽车等。电动汽车是目前新能源汽车的主要类型，同时也是新能源汽车的发展方向。电动汽车又包括混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电池电动汽车。
1.1新能源汽车空调系统的研究意义传统的汽车主要以汽油、柴油等为燃料，但是考虑到大自然能源的短缺以及车尾排出的废气这两个问题，人们研究出一系列采用非常规的车用燃料为动力来源的汽车即新能源汽车。新能源汽车空调系统与传统汽车的空调系统有所不同，新能源汽车空调系统采用的能源供应方式与传统的汽车空调系统是不一样的，也就使得新能源汽车的空调系统结构设计上与传统的存在差别，新能源汽车空调系统是采用电池供电驱动电机的能源系统，不需通过离合器进行动力输出，直接对压缩机进行供电即可完成动力的驱动的目的。
1.2新能源汽车空调系统的现状新能源汽车空调系统的动力来源与传统汽车空调系统的动力来源存在一定的差异。新能源汽车主要以电力和混合动力作为动力来源，但是新能源汽车的电池容量是固定的，空调系统的能量消耗，会对新能源汽车的续航能力有一定的影响，迫使新能源汽车空调系统的技术要更加接近于节能和高效能源利用。根据新能源汽车的实际状况，新能源汽车空调主要分为余热利用制冷空调系统和直接利用电能的热泵空调系统。这些空调系统的使用，会让新能源汽车的结构和功能有一定的影响，因此要加强对汽车空调系统技术的分析和理解。
2新能源汽车空调系统根据供电的使用方式和新能源汽车电池系统的发热利用方式，可以将新能源汽车空调系统分成两种，一种是利用电池发热驱动吸收式制冷系统的空调系统；另一种是直接利用电能的热泵式空调系统。
2.1燃料电池余热利用空调系统技术燃料电池余热利用空调系统，是指把燃料电池作为汽车的动力源，利用其产生的动力驱动空调系统运行。如果直接采用燃料电池会造成电池过热、降低其工作性能，故新能源汽车空调系统采用燃料电池余热对汽车进行加热，减少对燃料电池工作性能的影响。燃料电池余热利用，是提高能源利用效率，降低能源损耗的重要因素，符合新能源汽车的发展趋势。燃料电池是确保新能源汽车稳定运行的重要因素。燃料电池以电解质的种类区分，有五种类型: 碱性燃料电池( AFC) 、磷酸燃料电池( PAFC) 、熔融碳酸盐燃料电池( MCFC) 、固体氧化物燃料电池( SOFC) 、质子交换膜燃料电池( PEMFC)。从相关的车辆动力方面综合考量来看，质子交换膜燃料电池（PEMFC）在世界各大厂商的新能源汽车设计中应用更广泛。
图1：燃料电池余热利用的汽车空调供暖系统
图1所示的是燃料电池余热利用方式的汽车空调的供暖系统，其工作过程如下：先是打开相应的截止阀，当系统的燃料电池发动机启动之后，对三通阀旁通燃料电池散热器进行有效控制，冷却液在相应的热交换器当中经过，从燃料电池发动机的出口流向其进口位置，之后通过中间所具有的换热器，从中获得所需要的热量，通过供暖管路从而达到对整个车厢供暖的控制的效果，其中供暖回路的水泵和风扇采用手动开关控制。
由于燃料电池的化学能转换效率低，余热排放量大，所以燃料电池汽车能耗大。汽车空调的制冷系统也占一大部分能耗，因此可以用余热吸收式制冷系统。但由于余热吸收式制冷空调系统的热力系数还偏低，运行过程中会出现传热性能变差，制冷量下降等问题，所以还需要做进一步的技术性研究。
燃料电池余热利用空调系统体积大，系统较复杂，对汽车整体要求较高，技术不够成熟，随着技术成熟发展，由于其高能量利用率、节能环保等优点，具有良好的发展前景。
2.2热泵式汽车空调系统技术热泵式汽车空调系统，是指在汽车空调正常运转过程中采用电动压缩机来驱动，并且电动压缩机所提供的能源供应方式是独立的，然后利用汽车所配备的电池为压缩机和系统驱动电机提供电力支持，保证汽车空调系统正常工作。热泵式空调系统技术主要是通过对热泵技术进行应用，通过热泵技术实现对汽车内部的制热供暖，热泵技术理论上能够达到3以上的制热能效比，切合新能源汽车的发展趋势，并且热泵式空调系统的驱动方式是电动压缩机，具有独立的能源提供方式，新能源汽车的运行状况与热泵式空调系统之间的影响不大。
2.2.1热泵式汽车空调系统的结构及工作原理
图2：电动汽车热泵式空调系统工作原理图
热泵式空调系统是在原有燃油汽车上进行改进的，压缩机是由永磁直流无刷电动机直接驱动。图2即热泵式汽车空调系统，延用传统燃油汽车空调系统的电动制冷系统的组成，热泵式汽车空调系统主要由电动压缩机、冷凝器、蒸发器、储液罐、膨胀阀和控制电路等组成。
热泵式汽车空调系统的工作原理：根据图2所示，热泵式汽车空调系统采用的方式是双路空气流动，用隔板将风道分开，当外部新鲜空气从上部的风道流入时，会经过热泵技术的处理，实现对空气的加热，并从相应挡风玻璃内部表面吹出，这样不但能够完成新能源汽车内部的空气流通，还能在天气气温较低时实现对汽车门窗玻璃的除霜效果。而热泵空调系统内部的空气循环则由下部的风道流入，经过热泵系统，对空气进行加热，从乘客脚部出风口吹出，促使车内温度得到控制。这种双路空气流动方式比传统的空气流动方式更节能，且有效解决了外界温度较低、车内温度较湿的情况。如若出现车内湿度状况较严重时，热泵式汽车空调系统就会自动利用车内所具备的空气进行再循环,以此达到除霜目的。
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