新能源汽车空调系统工作原理与检修注意事项

摘 要：本文介绍新能源汽车空调系统的系统组成及工作原理，阐述与传统空调系统的区别和检修注意事项。

关键词：新能源汽车 空调系统 故障检修

随着能源使用问题和节能环保意识的增强，新能源汽车的发展成为各国汽车发展的主要方向，中国《电动汽车科技发展“十二五”专项规划（摘要）》指出，发展电气化程度比较高的纯电动汽车，是中国新能源汽车技术发展的重中之重。目前，新能源汽车销量已经有了很大提升，其与传统燃油汽车有较大不同，其中空调系统的工作就是其中之一。要想解决未来新能源汽车空调系统的维护检修，需要对新能源汽车空调系统具有新的学习和认识。

一、新能源汽车空调系统组成及工作原理

热电制冷技术是在20世纪50年代发展起来的，其理论基础是波尔贴、塞贝克物理效应。我国在20世纪60年代开始对热电技术进行了研究。热泵是利用一部分高质能从低位热源中吸取一部分热量，并把这两部分能量一起输送到需要较高温度的环境或介质的设备。正温度系数（PTC）电加热器使用具有正温度系数的热敏材料作为加热元件，其电阻和发热功率可以根据自身的温度变化自发调节，从而达到控制受控对象温度变化的目的[1]。

（一）制冷系统

半导体制冷又称为热电制冷，是固态制冷技术，它不用制冷剂，没有运行件。其热电堆起着压缩式制冷压缩机的作用，冷端及其热交换器则相当于压缩式制冷蒸发器，而热端及其热交换器相当于冷凝器。通电时自由电子和空穴在外电场的作用下，离开热电堆的冷端向热端移动，相当于制冷剂在压缩机中的压缩过程。在电热堆的冷端，通过热交换器的吸热，同时产生电子-空穴对，相当于制冷剂在蒸发器内的吸热和蒸发。在电热堆的热端，发生电子-空穴对的复合，同时通过热交换器散热，相当于制冷剂在冷凝器中的发热和凝结[2]。

热电空气调节具有以下特点：热电元件工作需要直流电源；改变电流方向即可产生制冷、制热的逆效果；热电制冷片热惯性非常小，制冷时间很短，在热端散热良好、冷端空载的情况下，通电不到1min，制冷片就能达到最大温差；调节组件工作电流的大小即可调节制冷速度和温度，温度控制精度可达0.001℃，并且容易实现能量的连续调节；在正确设计和应用条件下，其制冷效率可达90%以上，而制热效率远大于1；体积小、重量轻、结构紧凑，有利于减小电动汽车的整备质量；可靠性高、寿命长并且维护方便；没有转动部件，因此无振动、无摩擦、无噪声且耐冲击[3]。

（二）暖风系统

燃油汽车空调系统的暖风热源主要由发动机冷却液提供，而电动汽车的暖风系统与之不同。电动汽车空调系统暖风常见的方案如下：

①热泵。由传动带驱动的直流无刷电动机的电动汽车热泵式空调系统工作原理如图所示。空调系统的制冷/制热模式由四通换向阀转换，实线箭头表示制冷工况，虚线箭头表示制热工况。从原理上讲，该系统与普通的热泵空调并无区别，但是用于电动汽车上，其专门开发了双工作腔滑片压缩机、直流无刷电动机和逆变器控制系统。在热泵工况下，系统从融霜模式转为制热模式时，风道内换热器上的冷凝水将迅速蒸发，在风窗玻璃上结霜，影响驾驶的安全性。

②PTC电加热器。PTC电加热器是采用PTC热敏电阻元件为发热源的一种加热器。PTC热敏电阻通常是用半导体材料制成的，它的电阻随湿度变化而急剧变化，当外界温度降低，PTC电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。按材质可以分为陶瓷PTC热敏电阻和有机高分子PTC热敏电阻。用于空调辅助电加热器的是陶瓷PTC热敏电阻。PTC热敏电阻元件因具有随环境温度高低的变化，其电阻值随之增加或减小的变化特性，所以PTC加热器具有节能、恒温、安全和使用寿命长等特点。空调辅助电加热器可以分为粘接式陶瓷PTC加热器和金属PTC管状加热器。粘接式陶瓷PTC加热器是将多个陶瓷PTC芯片及铝波纹散热片用耐高温树脂胶粘接在一起的加热器，其散热性好，电气性能稳定。其中粘接式陶瓷PTC加热器又分为加热器表面带电型和加热器表面不带电型。

金属PTC管状加热器采用进口镍铁合金丝为发热材料，发热管外镶铝散热片，其散热效果非常好。加热器配用温度控制器和热熔断器，使产品使用更安全可靠。这种加热器具有PTC材料的良好特性，一些空调均采用此类加热器作为辅助加热。

③余热+辅助PTC。利用大功率器件（功率变换、驱动电机、电机控制器等）工作时产生的热量，对车内环境进行热交换。当热量不足时，启用辅助PTC加热器。

二、新能源汽车空调故障现象与检修注意事项

（一）新能源汽车空调故障现象

新能源汽车空调故障与传统汽车空调故障是一样的，都是不能制冷或制冷不足、暖风失效。其故障现象有：压缩机高压驱动电机故障、压缩机内部故障、冷凝器散热不良、冷凝风扇不工作、制冷剂不足、制冷剂水分含量超标、冷冻机油过多、管路有空气、蒸发器鼓风机工作不良、蒸发器脏堵、膨胀阀堵塞、膨胀阀开度过大或过小、控制面板故障、空调出风口堵塞等[4]。

（二）新能源汽车空调检修注意事项

空调系统故障现象表现与传统空调故障现象表现一致。但在维修过程中，由于新能源汽车空调采用了高压电驱动压缩机，因此，不能与传统汽车空调故障排除一样，它涉及高压动力电池、高压配电箱、驱动电机、DC-DC转换器、电动压缩机总成、PTC加热器等，为确保维修人员的安全，按规范要求操作检修，需要注意以下维修注意事项。

1）车辆维修过程中涉及高压部件需要标明高压勿动警示牌。2）维修操作人员不得携带手表、项链等金属物品，穿戴个人安全防护设备。3）没有取得高压安全操作许可证的，不允许对高压部件进行维修操作。4）需要设置维修安全区域，并设置高压操作警示牌，他人不得随意移除。5）对高压部件维修前，检查所有绝缘工具绝缘性，检查绝缘手套的绝缘性和密封性能。6）断开点火开关，拔出钥匙并放到安全区域。7）移除車辆上的所有外部电源，含12V蓄电池，拆下12V蓄电池负极电缆，远离负极区域。8）戴上绝缘手套，单手将动力电池维修把手拆下，并放在口袋里，防止他人误安装维修把手。9）拆下维修把手，静置10min后，保证高压能量释放完毕，方可操作高压部件。10）在维修车辆期间，要有两位取得高压安全操作许可证的人同时进行工作，一人作为工作监护人，负责监督维修过程，如发生触电事故时，监护人应立即采取有效措施执行急救。

三、结束语

新能源汽车采用高压动力电池作为动力源，其系统工作跟传统燃油机汽车有很大区别，如驱动方式、能量回收、空调系统工作，都是高压电作为能量。在维修过程中，如果不能严格执行安全规范操作，很容易引起触电危险。因此，作为维修人员，要认真学习高压电安全操作规范，同时要懂得新能源汽车各系统工作原理和控制方式，为新能源汽车发生故障时，更好、更有效地为顾客排除故障。

参考文献

[1] 张明华.纯电动汽车空调系统的特点和检修探讨[J].中国高新技术企业，2016（21）：93-95.

[2] 丁鹏，王忠，葛如海，等.新能源汽车暖风分段制热控制系统[J].汽车安全与节能学报，2017，（8）3：95-101.

[3] 赵金国，李治国.新能源汽车高压安全与防护[M].北京：人民交通出版社，2017.

[4] 包科杰，徐利强.新能源汽车维护与故障诊断[M].北京：人民交通出版社，2017.

作者简介：阮世鑫（1976年10月出生），学历：本科，单位名称：黑龙江农垦科技职业学院，研究方向：汽车检测维修方向，现有职称：副教授。