電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法的

電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)及其控制方法的研究摘要：由于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力不同于普通的燃油汽車，使得它的空調(diào)系統(tǒng)也與普通的汽車空調(diào)系統(tǒng)有所不同。根據(jù)它的特點(diǎn)，本文為某型電動(dòng)車設(shè)計(jì)了一套熱泵型空調(diào)系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)的不同，本文還對其控制方法進(jìn)行了研究。關(guān)鍵字：電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)控制方法0前言傳統(tǒng)的燃油汽車由于消耗大量的石油，對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，在日益注重環(huán)保的今天，電動(dòng)汽車由于具有無任何排泄物、不污染環(huán)境、噪聲低及不消耗石油資源等特點(diǎn),受到了全世界廣泛的關(guān)注。尤其是奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)即將在我國舉辦，我國也投入了大量的人力、物力進(jìn)行電動(dòng)汽車的開發(fā)和研制,取得了大量的成果，并且成功開發(fā)出了性能良好樣車。為了給電動(dòng)汽車創(chuàng)造一個(gè)舒適的駕駛和乘坐環(huán)境，在開發(fā)和研制電動(dòng)汽車同時(shí),必然也要對其配套的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)與研制。電動(dòng)車和傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力不同，使得它們的空調(diào)系統(tǒng)也有很大的區(qū)別：電動(dòng)車沒有用來采暖的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，不能提供作為汽車空調(diào)冬天采暖用的熱源，電動(dòng)車的空調(diào)系統(tǒng)必須自身具有供暖的功能，即要求我們采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)。同時(shí)，壓縮機(jī)也只能采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)上與現(xiàn)有的壓縮機(jī)型式不完全相同。由于用來給熱泵空調(diào)系統(tǒng)提供動(dòng)力的電池主要是用來驅(qū)動(dòng)汽車的，空調(diào)系統(tǒng)能量的消耗對汽車每充一次電的行程的影響很大。如果電動(dòng)汽車仍采用現(xiàn)有能效比較低的空調(diào)系統(tǒng)，將要求耗費(fèi)10%以上的電功率，這就意味著不是增加電池的制造成本就是降低電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)性能指標(biāo)。在開發(fā)電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)候，必須全面考慮這些特點(diǎn)。1電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)由于電動(dòng)車的空調(diào)系統(tǒng)必須采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)，使得它的設(shè)計(jì)必須區(qū)別于傳統(tǒng)的燃油型汽車空調(diào)系統(tǒng)。而又是應(yīng)用于汽車這一特殊場合，所以也不能簡單的照搬普通的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。陳觀生,史保新等為電動(dòng)車設(shè)計(jì)了一套由永磁直流無刷電機(jī)帶動(dòng)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)[6,8]，該系統(tǒng)與普通的熱泵空調(diào)系統(tǒng)并無區(qū)別，在風(fēng)道中僅用一個(gè)換熱器：在制冷模式下為蒸發(fā)器，制熱模式下為冷凝器。采用這種結(jié)構(gòu)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，不僅需要開發(fā)允許雙向流動(dòng)的膨脹閥，并且在熱泵工況下，系統(tǒng)融霜時(shí)，風(fēng)道內(nèi)換熱器上的冷凝水將迅速蒸發(fā)，在擋風(fēng)玻璃上結(jié)霜，不利與安全駕駛的需要。因此有必要在熱泵系統(tǒng)的風(fēng)道中采用能設(shè)有內(nèi)部冷凝器和蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)大多數(shù)汽車空調(diào)系統(tǒng)采用的是由發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)的斜盤式、搖擺式等型式的壓縮機(jī)，其制冷系數(shù)（COP）在1.3-1.6左右，空調(diào)系統(tǒng)的耗功會(huì)消耗很大一部分的電功率。為了提高電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)的能效比，我們必須采用新型高效的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)采用的是專門為本項(xiàng)目開發(fā)的全封閉電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)，它直接由電池提供的直流電源驅(qū)動(dòng)，性能參數(shù)如下表所示。它可以根據(jù)車室內(nèi)溫度和環(huán)境溫度等傳感器測得的溫度，采用適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，通過變頻器來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變系統(tǒng)的制熱/冷量，滿足車室內(nèi)舒適性的要求。圖2全封閉電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)根據(jù)電動(dòng)車的熱負(fù)荷及它的結(jié)構(gòu)尺寸，選用的部件及主要參數(shù)如下表所示：籠部件娃規(guī)格嶼電動(dòng)渦旋類壓縮機(jī)蜂壓縮機(jī)型辦號拉SEE3俯6前壓縮機(jī)排揀量糕36cm賀3帆/廁轉(zhuǎn)瓣最大允許圍轉(zhuǎn)速摸6000珠r/mi墊n院渦旋盤壁帝厚暫4.54里mm享節(jié)距賽20.1叮6mm召渦旋盤高佳度到14mm尺重量壽9kg塞內(nèi)部冷凝準(zhǔn)器猜型式，尺瀉寸撤平行流細(xì)：絨117×吃180×礦18×2狠內(nèi)部蒸發(fā)惹器戒型式，尺屠寸寺層疊式再：莊221×鈴238×淚70唱外部冷凝稱器稀型式，尺陡寸壓平行流綢：嘗625×峰360×頃18扔制冷劑刑類型食HFC1盆34a通過測試，發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度在-7℃到40℃的范圍內(nèi)，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)條件下，可以以較小的能耗滿足電動(dòng)車舒適性的要求。贈(zèng)

伶測試條件拐測試結(jié)果啄容量曠能耗團(tuán)制冷庸環(huán)境溫鐮度步4綠0?！娴?，車室干真球溫鐘度片2混7謹(jǐn)℃存，濕球溫簡度絮2粱0吼℃流4.12頃Kw盈1.77魯Kw鑄制熱傻環(huán)境溫段度渾-肝7城℃驢，車室溫牲度己2蓮0每℃幟2.43襲Kw嗓1.15巨Kw2系統(tǒng)控制方法的研究由于熱泵空調(diào)系統(tǒng)的耗功對于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)性能有很大的影響，為了使空調(diào)系統(tǒng)在各種工況下都能保持高效率，必須采用有效的控制策略。在傳統(tǒng)燃油汽車的自動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中，是通過控制混合風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度以及控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，以使車室內(nèi)溫度保持在設(shè)定值。而對于電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)而言，沒有熱水芯來調(diào)節(jié)出風(fēng)溫度，但是壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過變頻器來控制。因此它的控制方法也就不同于傳統(tǒng)燃油汽車的空調(diào)系統(tǒng)。在電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是制冷量的主要控制量，對于壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速采用的控制方法歸納如下：1．當(dāng)車室溫度高于設(shè)定溫度1oC時(shí)，為了盡快使溫度達(dá)到設(shè)定值，壓縮機(jī)以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行；2．若車室溫度低于設(shè)定溫度1oC，壓縮機(jī)以最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行；3．當(dāng)室溫偏差在-1—1oC之間時(shí)，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速通過模糊控制算法來控制，以每一采樣時(shí)刻室溫與設(shè)定值的溫差及溫差的變化率為輸入量，通過模糊推理得出壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速值。側(cè)同時(shí)蒸發(fā)搞器風(fēng)機(jī)的免風(fēng)量不僅亮影響制冷廈系統(tǒng)，而囑且對車室合溫度有較農(nóng)大的影響射。如果只薄將蒸發(fā)器計(jì)風(fēng)機(jī)以最駱大風(fēng)量運(yùn)悶行，不僅品噪音比較研大，也不抄利于滿足綿車室的舒洪適性要求租。尤其對糾于電動(dòng)車窄空調(diào)系統(tǒng)擺，沒有熱燒水芯調(diào)節(jié)苦出風(fēng)溫度授，車室內(nèi)邊的體積比府較狹小，爬如果車室厘溫度只通嘆過調(diào)節(jié)壓問縮機(jī)的轉(zhuǎn)礙速來控制黑，車室內(nèi)浙溫度會(huì)比慧較容易波汁動(dòng)，不利朵于系統(tǒng)的塘穩(wěn)定運(yùn)行袋。因此我罪們應(yīng)當(dāng)只篇在車室負(fù)縣荷比較大縱的情況下沖才讓風(fēng)機(jī)躺以最大風(fēng)傻量運(yùn)行，悅而在其他鋼情況應(yīng)該胞采取合適忽的控制策堆略，以保彩證車室內(nèi)濁的溫度穩(wěn)么定在設(shè)定勞溫度。晉蒸發(fā)器風(fēng)標(biāo)機(jī)的風(fēng)量首與車室內(nèi)皺溫度，設(shè)紅定溫度，語環(huán)境溫度儀，太陽輻機(jī)射強(qiáng)度，貌蒸發(fā)器出致風(fēng)溫度之穿間的關(guān)系袖是非線形形的，使用恥公式率計(jì)算所需脅的風(fēng)量的直指數(shù)，式汽中行，，繁，，趟分別為環(huán)靜境溫度，史設(shè)定溫度品，車室內(nèi)輝溫度，蒸巴發(fā)器出風(fēng)舟溫度和太招陽輻射強(qiáng)型度壇，肚m砍，撫n剩，呈a垂，面K資為常數(shù)，踏然后通過叢查表的方江法來控制坐蒸發(fā)器的屢風(fēng)量。彩利用上述淡的控制方像法，對電悅動(dòng)車熱泵診空調(diào)系統(tǒng)搭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)朋，實(shí)驗(yàn)的鋸初始條件翁為環(huán)境溫軋度和車室雞溫度均談為鼻39o陰C拍，設(shè)定溫歉度順25o贈(zèng)C庸，太陽輻哲射強(qiáng)度見為扮1kw/海m遭2悟，運(yùn)厭行英10搖0熟分鐘，壇在璃6壩0青分鐘時(shí)設(shè)屆定溫度晃由蘿25o擁C乘變舟為拾22o居C典。膚通過以上胸兩圖可以如看出，在代初始打冷臭階段，壓蓄縮機(jī)和蒸憂發(fā)器風(fēng)機(jī)盜以最大轉(zhuǎn)諒速運(yùn)行，處能使車室困溫度迅速勢降到設(shè)定依溫度。當(dāng)鬼溫度達(dá)到扁設(shè)定溫度它后，有少認(rèn)許超調(diào)量惱，控溫精給度較高，訓(xùn)靜態(tài)誤差或不超解過化0.22痰o突C蘇。當(dāng)壓縮翻機(jī)從最大艙轉(zhuǎn)沫速伍100r道p窮s選降障到匹55rp蠢s滑左右時(shí)，素通過控制背蒸發(fā)器的田風(fēng)量，車框室內(nèi)溫度渴可以平穩(wěn)嫁的降到設(shè)羞定溫度附竿近，使得卷此時(shí)壓縮和機(jī)轉(zhuǎn)速的腫超調(diào)量較皮小。當(dāng)設(shè)許定溫度累由嫂25o頂C姿變鹿為學(xué)22o翁C日時(shí)，也能浪使車室溫仙度迅速降翠到設(shè)定溫睬度，并能趕使車室溫恐度穩(wěn)定在淋設(shè)定溫度淹。3結(jié)論浮本文根據(jù)重電動(dòng)車的粉實(shí)際特點(diǎn)面，設(shè)計(jì)了醫(yī)一套不同議于家用熱戶泵的空調(diào)坦系統(tǒng)，通敘過在風(fēng)道施中增設(shè)一澆個(gè)內(nèi)部冷且凝器，不獨(dú)僅不需要膽開發(fā)允許澤雙向流動(dòng)營的膨脹閥茫，而且解鐵決了從融有霜模式到枝制熱模式調(diào)時(shí)，車窗鉤迅速結(jié)霜毫的問題。介由于電動(dòng)殺車熱泵空爛調(diào)系統(tǒng)結(jié)逆構(gòu)的獨(dú)特榮性，本文夠還對其控脈制方法進(jìn)貌行了研究音。采用本映文設(shè)計(jì)的科算法，控尸制壓縮機(jī)喚轉(zhuǎn)速和蒸蚊發(fā)器風(fēng)機(jī)幕的轉(zhuǎn)速，劃通過實(shí)驗(yàn)飽驗(yàn)證，能卸使車室內(nèi)逼的溫度保陡持在設(shè)定衛(wèi)值，滿足尤車室內(nèi)舒歷適性的要闊求參考文獻(xiàn)話1.T劑akah瀉isa下Suzu河ki,糟Kats夜uya.避Air盆Con許diti疊onin河gSy洪stem作for先Elec幼tric幻Veh判icle戴;So蒙ciet君yof蒜Aut色omot省ive荷Engi菠neer述ing;筋199盯6兇2核．乓R.N萬.N.K掛oury董,L.予Mach熱ado沃etc.軟Num誕eric估alS吊imul陸atio望nof引ava懸riab登les濱peed媽ref挺rige否rati誘ons扮yste拒m;I煙nter兩nati志onal睡Jou慕rnal晴of疫Refr妹iger溫atio勵(lì)n;20凈01,常192-災(zāi)200獅3址．許Youn稼Che允olP麥ark壞etc.查華Perf初orma愛nce指Anal饑ysis企on接aMul辣ti-t寬ype瓶Inve索rter起Air重Con戒diti繪oner殺;En趙ergy慶Con插vers攤ion暴and教Mana派geme債nt;牽2001戀,160萌7-16芳21辮4王．洗Suzu音kiT宮.El遼ectr穩(wěn)icV狠ehic襯leA碗irC悶ondi攝tion已ing.式Aut嫌omot呈iveE鐘ngin快eeri轉(zhuǎn)ng;方1996閣(9),付113爸-117妥.贏5屑．旦Wern貝er,墾Nobu殖haru廁,et各c;C綱O2H療eat胖Pump恒Sys藍(lán)tem捷with府Elec核tric賄Com考pres修sor;興VDA芽Alt副erna壟teR贊efri咽gera矛ntW統(tǒng)