2 电动汽车空调制冷系统中电动压缩机的选择
2.1 电动压缩机在电动汽车上的合理匹配
压缩机是汽车空调制冷系统的心脏, 它的作用是压缩从蒸发器输出的高温、 低压的气态冷媒, 输送给冷凝器高温、 高压的气态冷媒, 压缩机性能的好坏直接影响到整个空调系统的制冷性能、 噪声大小和可靠性。
电动压缩机作为电动汽车上能耗较大的零部件, 其性能的好坏直接影响到电动车的续航里程,故电动压缩机必须要做到效率高、 结构紧凑、 质量轻、 噪声低、 成本适中, 鉴于其为高电压电机直接驱动, 压缩机的高转速性要求也较高。
2.2 压缩机驱动方式的选择
电动压缩机根据驱动能源的不同大体上可以分为两种: 一是由发动机和电机混合驱动的电动压缩机, 称为混合驱动压缩机; 二是只用电力驱动的电动压缩机, 称为全电动压缩机。 全电动压缩机根据驱动方式的不同, 又分为非独立电动压缩机和独立式电动压缩机。 非独立电动压缩机是指压缩机直接由主驱动电机通过皮带驱动的压缩机; 独立式电动压缩机是指利用压缩机控制器直接从电池组取电来驱动的压缩机 。 以上电动压缩机的对比情况见表1。
由表1可看出, 独立式电动压缩机明显优于其他两种驱动方式的压缩机, 故确定电动空调制冷系统所用压缩机为独立式电动压缩机。
2.3 压缩机转速模式的分析
以上压缩机驱动方式选用的是独立式电动压缩机, 故我们下面只对独立式电动压缩机转速模式进行分析, 其转速模式总体上来说可以分为定速模式与变速模式两种。 下面对这两种模式分别进行说明。
1) 定速模式是指电动压缩机在运行时以恒定的转速工作。 当室内温度达到设定温度时, 压缩机自动切断; 当室内温度高于设定温度时, 压缩机自动开启。 如此反复, 虽然制冷系统能够高效率地工作,但压缩机驱动电机的持续工作会消耗大量的电能,并且压缩机的反复启动会缩短压缩机的使用寿命。
2) 变速模式是指电动压缩机控制器根据控制系统的信号和汽车实际行驶工况来调节电动压缩机的转速。 启动电动压缩机时, 电动压缩机以最低转速运行; 当整车启动时, 压缩机以最高转速运行;当室内温度达到设定温度时, 压缩机转为低速运转, 以最低的能耗保持车内环境温度的恒定。
总之, 定速模式存在能耗大、 减短压缩机使用寿命的缺点, 变速模式不但可以根据整车的实际工况调节转速来达到控制要求, 而且避免了固定转速带来的能源浪费, 故压缩机转速模式确定为变速模式。
2.4 压缩机形式及压缩机驱动电机的选择
德国汉诺威大学曾对往复式、 活塞式、 斜盘式、 螺杆式以及涡旋式等8种车用空调压缩机进行过性能比较, 结果表明涡旋式压缩机在4000 r/min以上转速时的性能明显高出其他压缩机的性能, 其低噪声、 低润滑、 高效以及高可靠性成为涡旋式压缩机独有的优势。 性能比较见图3。
目前应用于电动空调制冷系统的驱动电机分为有刷直流电机和无刷直流电机两种。 无刷直流电机具有结构简单、 调速性能优越、 效率高、 维修方便等特点; 有刷直流电机在运行时可能会产生火花、 碳粉, 容易造成电机的损坏, 甚至可能会发生高电流外泄的危险。 故驱动电机应选用无刷直流电机。