汽车电控空调(一文带你看懂新能源汽车空调系统)

随着社会的电气化率不断提高，新能源汽车空调系统逐步向精细化方向发展，其复杂程度也越来越高。相比于传统燃油汽车的空调系统，新能源汽车的空调系统新增了空调压缩机和PTC加热器等核心部件，这为国内供应商切入市场提供了机会。新能源汽车的空调系统主要通过制冷系统、取暖（制热）系统、通风系统等实现不同功能。

一.空调制冷系统的组成和原理

1.空调制冷系统的组成

汽车空调系统具有制冷、采暖、除霜、除雾以及通风换气的功能。新能源汽车的电控空调制冷系统与传统燃油车的空调系统大致相同，主要由空调箱体、空调管路、电动压缩机、冷凝器、空调控制面板及其相关传感器等部件组成，如图所示：

其最大的区别在于压缩机，新能源汽车的空调压缩机不再靠发动机驱动， 是通过高压动力蓄电池提供的电能驱动其运转。纯电动汽车和混合动力汽车通常都使用电动涡旋压缩机，也叫电动螺旋压缩机，电动压缩机如图所示：

电动压缩机集电子控制单元电动机和压缩机为体，压缩机外部有高压接口，电动制冷剂压缩机使用高电压，使空调系统在所有行驶状况下均可运行，不仅是车内空间的冷却系统，动力电池也间接通过制冷剂循环回路冷却。

2.空调制冷系统的工作原理

电动空调压缩机从蒸发箱中抽出气态的制冷剂，然后将其以高压气态的形式压入冷凝器。高压气态的制冷剂（80～90℃，1.5MPa）经过冷凝器时释放热量转为中温的液态（1.0~1.2MPa)，制冷剂流经膨胀阀在节流的作用下以雾状的形式进入蒸发箱，制冷剂在蒸发箱内吸收大量的热量迅速蒸发，转为低温低压的气态形式（0℃，0.15MPa），再次被空调压缩机抽走，如此循环反复。与此同时，蒸发箱附近被冷却后的空气通过鼓风机吹入车厢，达到给车厢内降温的目的。

3.空调热交换器的作用

空调中的冷凝器和蒸发器统称热交换器，热交换器的性能直接影响汽车空调的制冷性能。热交换器的金属材料消耗大，它的质量要占整个汽车空调装置质量的50%~70%;热交换器的体积大，它所占据的空间直接影响汽车的有效容积，布置起来又很困难。所以，汽车空调使用高效的热交换器是极为重要的。

蒸发器、冷凝器的作用是实现两种不同温度的流体之间的热交换。蒸发器使管内的低温低压液态制冷剂通过管壁和翅片吸收其周围空气的热量，然后沸腾汽化。管内是制冷剂吸热过程而管外的空气则被降温减湿，是放热过程。

冷凝器使管内的高温高压气态制冷剂通过管壁和翅片放出热量给周围空气，从而冷凝成液体，是放热过程。

蒸发器、冷凝器换热状态的好坏，直接影响系统匹配和效率，如制冷量、功耗、体积及经济性。

二.空调制热系统的组成和原理

1.空调制热系统的组成

空调制热系统亦即采暖系统，其采用水暖式制热，采暖系统主要由发动机、空调采暖电动水泵、PTC水加热器、蒸发器、鼓风机及一些串联采暖介质的胶管及通风管组成。混合动力有如下两种采暖方式（纯电动车仅有一种采暖方式，即没有发动机采暖）。

EV模式：主要利用PTC水加热器来加热空调采暖系统中的冷却介质，加热的冷却介质通过空调电动水泵进行循环，加热的冷却介质流经暖风芯体后与穿过暖风芯体的气流进行换热，加热后的气流通过鼓风机带人乘员舱，冷却的介质重新回到PTC里面进行加热。如此循环，达到EV模式的采暖，且在PTC加热满足不了当前采暖需求时，空调会请求起动发动机进行辅助加热。

HEV模式：主要利用发动机工作产生的余热，通过发动机工作带动的机械水泵，将发动机工作加热器的冷却介质带入空调箱体中的暖风芯体的气流进行换热，再由鼓风机将加热的气流带人乘员舱，从而达到采暖的效果;且在发动机余热满足不了当前采暖需求时，会通过开启PTC水加热器进行辅助加热。

2.空调制热系统的原理

制热系统是利用加热器加热空气，并将热空气吹入车内来供热的系统。常见的加热方式有电热管加热、PTC加热、热泵加热等。新能源汽车的取暖系统主要包括暖气循环和冷却液循环两大循环。其工作原理如图所示：

（1）暖气循环。通过鼓风机，取暖系统能将外界的空气吸入加热芯体中。除了吸入的新空气，取暖系统还会混合部分残留的热空气，使它们一同进行暖气循环。这些空气被加热芯体加热后会从出风口排出，帮助升高车内的温度。

（2）冷却液循环。空气的加热工作主要通过冷却液的热传递完成。首先，低温冷却液通过PTC加热器和PTC电动水泵被加热为高温冷却液，然后高温冷却液通过加热芯体将热量传递给低温空气，变成低温冷却液。通过控制PTC电动水泵的开关，可控制流入加热芯体中高温冷却液的量，进而影响传递给空气的供热量。

3.PTC加热器结构与原理

PTC是正温度系数的英文缩写，是一种新型的热敏电阻材料，其主要用途有开关功能和发热功能两大类。PTC具有性能稳定、升温速度快，受电源波动影响小等特点。

PTC加热器是采用热敏陶瓷元件和波纹散热铝条经高温胶粘而成，具有热阻小、换热效率高等优点，是一种自动恒温、节省电能的电加热器产品。它最突出的特点是安全性能好，任何情况下都不会发生类似电热管类加热器表面“发红”的现象，从而引起烫伤或火灾等安全隐患。

PTC加热器的温度调节是靠自身材料特性，不需要专门温度传感器进行温度反馈。加热器本体的设计加热温度在200℃以下，任何情况下使用均不发红且有保护隔离层。PTC加热器的电能消耗小，高发热效率的材料也大幅提升了电能的利用效率。新能源汽车制热方式主要有PTC水加热器和PTC加热器。

（1）PTC水加热器

PTC水加热器是通过加热冷却液的方式完成车辆制热功能。先利用水泵将储液壶里面的冷却液泵入PTC水加热器内，然后由PTC对其进行加热，加热后的冷却液流经暖风水箱使周围的空气温度上升，通过鼓风机将热量输送至空调出风口，以此提高车内温度，最后冷却液再流回储液壶，如此循环。如图所示为大众e－Golf的水加热器。

(2)PTC加热器

PTC加热器安装在空调蒸发箱上面，主要由控制器、散热器、加热元件以及塑料框架等部件组成。PTC加热器外观如图所示。

三.通风系统的组成和原理

通风系统是将新空气送入车内，并排出车内污浊空气的系统。它不但可以有效地保证车内的新空气供应，还可以对风窗玻璃进行除雾。新能源汽车的通风系统主要有自然通风、强制通风与综合通风三种工作方式。

1.自然通风

自然通风是利用汽车行驶过程中车身内外的风压差，将车外新空气吸入车内的方式。通过在车身适当的地方开设进风口，如副驾驶的前方，空气可被吸入车内，并通过车身侧方的排风口流向车外，如图所示。在密闭状态下，自然通风能实现车内的通风换气

2.强制通风

强制通风是当汽车车速变化时，帮助车内置换空气的方式。强制通风主要依靠鼓风机完成。在汽车车速变化时，因为车身内外的气压差不足，无法将车外新空气吸入车内，所以会由鼓风机将车外的新空气强制送入车内，最终实现通风换气。

3.综合通风

综合通风是指同时采用自然通风和强制通风来换气的方式。目前新能源汽车上基本都是采用综合通风的方式进行通风换气的。

为了提高通风系统的工作效率，新能源汽车的通风系统要实现以下几种功能：

（1）吹面：通过仪表板出风口送风。

（2）吹脚：通过吹脚出风口送风。

（3）双向：通过仪表板出风口、吹脚出风口送风。

（4）除霜：通过前风窗出风口送风。

（5）混合：通过吹脚、前风窗出风口送风。