| 前言 傳統的燃油汽車由于消耗大量的石油，對環境造成了嚴重的污染，在日益注重環保的今天，電動汽車由于具有無任何排泄物、不污染環境、噪聲低及不消耗石油資源等特點,受到了全世界廣泛的關注。尤其是奧運會和世博會即將在我國舉辦，我國也投入了大量的人力、物力進行電動汽車的開發和研制,取得了大量的成果，并且成功開發出了性能良好樣車。為了給電動汽車創造一個舒適的駕駛和乘坐環境，在開發和研制電動汽車同時,必然也要對其配套的空調系統進行開發與研制。 電動車和傳統汽車的驅動動力不同，使得它們的空調系統也有很大的區別：電動車沒有用來采暖的發動機余熱，不能提供作為汽車空調冬天采暖用的熱源， 電動車的空調系統必須自身具有供暖的功能，即要求我們采用熱泵型空調系統。同時，壓縮機也只能采用電機直接驅動，結構上與現有的壓縮機型式不完全相同。 由于用來給熱泵空調系統提供動力的電池主要是用來驅動汽車的，空調系統能量的消耗對汽車每充一次電的行程的影響很大。如果電動汽車仍采用現有能效比較低的空調系統，將要求耗費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汽車的驅動性能指標。在開發電動車熱泵空調系統的時候，必須**考慮這些特點。電動汽車空調系統及其控制方法 1 電動車熱泵空調系統 由于電動車的空調系統必須采用熱泵型空調系統，使得它的設計必須區別于傳統的燃油型汽車空調系統。而又是應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系統。陳觀生,史保新等為電動車設計了一套由永磁直流無刷電機帶動的熱泵空調系統[6,8]，該系統與普通的熱泵空調系統并無區別，在風道中僅用一個換熱器：在制冷模式下為蒸發器，制熱模式下為冷凝器。采用這種結構的熱泵空調系統，不僅需要開發允許雙向流動的膨脹閥，并且在熱泵工況下，系統融霜時，風道內換熱器上的冷凝水將迅速蒸發，在擋風玻璃上結霜，不利與**駕駛的需要。因此有必要在熱泵系統的風道中采用能設有內部冷凝器和蒸發器的結構。設計的系統的結構和運行圖如圖1所示。
圖1 電動車熱泵空調系統及運行示意圖
目前國內大多數汽車空調系統采用的是由發動機直接帶動的斜盤式、搖擺式等型式的壓縮機，其制冷系數（COP）在1.3-1.6左右，空調系統的耗功會消耗很大一部分的電功率。為了提高電動車空調系統的能效比，我們必須采用新型高效的壓縮機。壓縮機采用的是專門為本項目開發的全封閉電動渦旋壓縮機，它直接由電池提供的直流電源驅動，性能參數如下表所示。它可以根據車室內溫度和環境溫度等傳感器測得的溫度，采用適當的控制算法，通過變頻器來調節壓縮機的轉速，改變系統的制熱/冷量，滿足車室內舒適性的要求。
圖2 全封閉電動渦旋壓縮機
根據電動車的熱負荷及它的結構尺寸，選用的部件及主要參數如下表所示： 部件 規格 電動渦旋壓縮機 壓縮機型號 SEE36 壓縮機排量 36cm3/轉 *大允許轉速 6000r/min 渦旋盤壁厚 4.54mm 節距 20.16mm 渦旋盤高度 14mm 重量 9kg 內部冷凝器 型式，尺寸 平行流：117×180×18×2 內部蒸發器 型式，尺寸 層疊式：221×238×70 外部冷凝器 型式，尺寸 平行流：625×360×18 制冷劑 類型 HFC134a 通過測試，發現環境溫度在-7℃到40℃的范圍內，系統在穩態條件下，可以以較小的能耗滿足電動車舒適性的要求。 測試條件 測試結果 容量 能耗 制冷 環境溫度40℃，車室干球溫度27℃，濕球溫度20℃ 4.12Kw 1.77Kw 制熱 環境溫度-7℃，車室溫度20℃ 2.43Kw 1.15Kw 2 電動汽車空調系統及其控制方法 由于熱泵空調系統的耗功對于電動車的驅動性能有很大的影響，為了使空調系統在各種工況下都能保持高效率，必須采用有效的控制策略。在傳統燃油汽車的自動汽車空調系統中，是通過控制混合風門的開度來調節出風溫度以及控制風機的轉速來調節風量，以使車室內溫度保持在設定值。而對于電動車熱泵空調系統而言，沒有熱水芯來調節出風溫度，但是壓縮機的轉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燃油汽車的空調系統。 在電動車熱泵空調系統中，壓縮機的轉速是制冷量的主要控制量，對于壓縮機的轉速采用的控制方法歸納如下： 1．當車室溫度高于設定溫度1ºC時，為了盡快使溫度達到設定值，壓縮機以*大轉速運行； 2．若車室溫度低于設定溫度1ºC，壓縮機以*低轉速運行； 3．當室溫偏差在-1—1ºC之間時，壓縮機的轉速通過模糊控制算法來控制，以每一采樣時刻室溫與設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的轉速值。 同時蒸發器風機的風量不僅影響制冷系統，而且對車室溫度有較大的影響。如果只將蒸發器風機以*大風量運行，不僅噪音比較大，也不利于滿足車室的舒適性要求。尤其對于電動車空調系統，沒有熱水芯調節出風溫度，車室內的體積比較狹小，如果車室溫度只通過調節壓縮機的轉速來控制，車室內溫度會比較容易波動，不利于系統的穩定運行。因此我們應當只在車室負荷比較大的情況下才讓風機以*大風量運行，而在其他情況應該采取合適的控制策略，以保證車室內的溫度穩定在設定溫度。 蒸發器風機的風量與車室內溫度，設定溫度，環境溫度，太陽輻射強度，蒸發器出風溫度之間的關系是非線形的，使用公式  計算所需的風量的指數，式中 ， ， ， ， 分別為環境溫度，設定溫度，車室內溫度，蒸發器出風溫度和太陽輻射強度，m，n，a，K為常數，然后通過查表的方法來控制蒸發器的風量。
利用上述的控制方法，對電動車熱泵空調系統進行實驗，實驗的初始條件為環境溫度和車室溫度均為39ºC，設定溫度25ºC，太陽輻射強度為1kw/m2，運行100分鐘，在60分鐘時設定溫度由25ºC變為22ºC。
通過以上兩圖可以看出，在初始打冷階段，壓縮機和蒸發器風機以*大轉速運行，能使車室溫度迅速降到設定溫度。當溫度達到設定溫度后，有少許超調量，控溫精度較高，靜態誤差不超過0.22ºC。當壓縮機從*大轉速100rps降到55rps左右時，通過控制蒸發器的風量，車室內溫度可以平穩的降到設定溫度附近，使得此時壓縮機轉速的超調量較小。當設定溫度由25ºC變為22ºC時，也能使車室溫度迅速降到設定溫度，并能使車室溫度穩定在設定溫度。 3 結論 本文根據電動車的實際特點，設計了一套不同于家用熱泵的空調系統，通過在風道中增設一個內部冷凝器，不僅不需要開發允許雙向流動的膨脹閥，而且解決了從融霜模式到制熱模式時，車窗迅速結霜的問題。由于電動車熱泵空調系統結構的獨特性，本文還對其控制方法進行了研究。采用本文設計的算法，控制壓縮機轉速和蒸發器風機的轉速，通過實驗驗證，能使車室內的溫度保持在設定值，滿足車室內舒適性的要求 | 