纯电动汽车辅助系统之制冷系统

在电动汽车辅助系统中，很多辅助装置在燃油汽车中已装备，例如电动助力转向系统（EPS）、防抱死制动系统（ABS）等，汽车维修人员对这些装置的构造与原理早已掌握。本文以北汽新能源EV200为例，着重介绍电动汽车辅助系统中制冷系统特有的辅助装置——电动压缩机。

1制冷系统组成

空调系统包括制冷、加热、通风、空气净化、电子控制五个子系统，制冷系统主要由电动压缩机、冷凝器、储液干燥罐、膨胀阀、蒸发器、压力开关等组成，如图1所示。

图1  制冷系统组成

1—电动压缩机　2—冷凝器　3—压力开关

4—储液干燥罐　5—膨胀阀　6—蒸发器

制冷系统以压缩机为分界，分为低压、高压两部分，低压为0.2~0.25MPa，高压为1.5~1.6MPa，平衡状态的压力在0.6MPa左右，使用R134a或R1234yf等制冷剂和专用冷冻油。制冷剂循环如图2所示，单位换算：1bar=0.1MPa。

图2  制冷剂循环

1—电动压缩机　2—冷凝器　3—压力开关

4—储液干燥罐　5—膨胀阀　6—蒸发器

2电动压缩机

（1）对电动压缩机的要求

电动压缩机是电动汽车特有设备，用来代替燃油汽车发动机使用传动带驱动的压缩机。要求电动压缩机效率高、结构紧凑、质量轻、噪声低、成本低、能在各种气候下工作。电动压缩机由电动机、制冷压缩机、电机控制器组成，用螺栓固定在底盘上。

（2）电动机类型

电动机有直流和交流两种类型，直流电动机通过改变直流电压调速，交流电动机通过改变三相交流电的频率调速。北汽新能源EV200采用直流无刷无传感器电动机，如图3所示，高压插座连接高压盒“高压+”和“高压-”端子，低压插座连接12V正极、搭铁线、CAN-H和CAN-L。电机控制器接收CAN 总线发来的指令，利用可控硅改变直流电压进行有级或无级调速。

图3  直流无刷电动机

1—控制器　2—高压插座

3—低压插座　4—制冷剂进口

5—直流无刷电机　6—制冷剂出口

EV200采用的直流无刷无传感器电动机内部结构如图4所示，定子上有6个线圈磁极，转子是永久磁极，转速范围是1000~6500r/min。该电动机未采用冷却液散热，电动机由吸入的低温低压气态制冷剂的蒸发冷却，电机控制器自然冷却。

图4  电动机内部结构

1—电机控制器　2—永久磁极　3—线圈磁极

4—外壳　5—涡旋式压缩机

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涡旋式压缩机

燃油汽车的压缩机有斜盘式（固定排量）、可变斜盘式（可变排量）。电动汽车常采用涡旋式压缩机，其排量不变，通过改变电动机的直流电压或改变交流三相电频率，来改变输出流量。 （1）优点 1）高效节能、可靠性高。吸气、压缩、排气连续单向进行，没有柱塞压缩时的气体泄漏，轴密封采用摩擦小的柔性机构。

2）结构简单、体积小、质量轻。体积是柱塞压缩机的40%，质量是柱塞压缩机的85%。

3）容积效率高。因为没有吸气阀，气体在多腔室连续压缩，所以容积效率高，特别适用于变频调速电动机。

4）起动转矩小、噪声低、振动小。一对涡旋盘中几个月牙空间可以同时进行压缩，即多腔室连续压缩，数个不同相位的工作循环同时进行，前一个波峰恰与后一个波谷叠合，故驱动转矩变化很小，压缩机运转平稳。由于排气连续进行，排气阀片的机械撞击和气流脉动几乎不存在，噪声比其他类型压缩机低3~5dB。运动部件做半径很小的圆周运动，惯性力小，振动非常小。

（2）结构 涡旋压缩机分解如图5所示，主要由静涡旋盘、动涡旋盘、电机控制器、永磁转子等组成。因为气体被吸入两个涡旋盘之间，被压缩而提高压力，所以称作涡旋式压缩机。

图5  涡旋压缩机分解

1—电动机前端盖　2—电机控制器

3—电动机外壳　4—永磁转子

5—电动机后端盖　6—动涡旋盘

7—静涡旋盘　8—压缩机外壳

（3）工作原理

两个涡旋盘同为渐开线形，相互成180°装配在一起，如图6所示。静涡旋盘固定，动涡旋盘沿着很小的偏心距（偏心回转半径）轨道做逆时针摆动。动涡旋盘只有公转，没有自转，两个涡旋盘接触，形成三个变容积的腔室。

图6  动、静涡旋盘

动涡旋盘逆时针摆动至第1个360°时，如图7所示，第1个腔室在进气（气体以蓝色表示），第2个腔室将上一个360°吸入的气体压缩（气体以黄色表示），第3个腔室将上一个360°压缩的气体排出（气体以红色表示）。动涡旋盘逆时针摆动至第2个360°，第1个腔室的进气转给第2个腔室压缩，第2个腔室的压缩气体转给第3个腔室排出，而第1个腔室重新进气。网上有关于涡旋式压缩机工作原理的视频，读者可搜索观看，进一步理解涡旋式压缩机的工作原理。压缩机旋转360°，三个腔室分别完成进气、压缩、排气，没有负荷的起伏变化，因此运转非常平稳，这种特性对驱动电机非常有利。

图7  动涡旋盘逆时针摆动360°

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制冷剂

制冷剂是制冷循环系统内的工作介质，常用制冷剂见表1，全球增温潜能值（Global Warming Potential，GWP）是大气中氯氟化碳物质对全球性气温变暖的影响能力的数值，R134a全球增温潜能值大，将逐渐被淘汰。制冷剂不能混用，否则会导致制冷效果下降，甚至损害制冷系统，尤其是压缩机。

表1  常用制冷剂

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电动压缩机端子定义

（1）技术参数

北汽新能源EV200电动压缩机技术参数见表2。压缩机排量单位是mL/rev，rev的中文是快速转动，涡旋式压缩机只具有排气阀片而不具有进气阀片，慢速转动会使压缩的气体返回进气口，因此，每快速转动360°才能实现27mL的排量。

表2  电动压缩机技术参数

（2）端子定义

北汽新能源EV200电动压缩机插座如图8所示，分为高压插座和低压插座，各端子定义见表3。

图8  电动压缩机插座

表3  电动压缩机插座端子定义

审核编辑：汤梓红