空调系统研究_开题报告

题目：电动汽车空调系统设计

学院：电气专业：电力电子与电能转换：桑斯日学号：07291089

三．研究方法：1.电动车空调方案的介绍

对于电动空气调节系统，目前采用的方案主要包括电动热泵式空调系统，电动压缩机制冷与与电加热器混合调节空调系统。

1）电动汽车热泵式空调系统

由皮带驱动的直流无刷电机的电动汽车热泵式空调系统。其工作原理如图1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, 但是用于电动车辆上, 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,风道换热器上的冷凝水将迅速蒸发, 在挡风玻璃上结霜, 影响驾驶的安全性。还有其采用的制冷剂为CFC12, 已经不能满足环保法规的要求。

电装公司开发的采用HFC134a制冷剂的电动汽车热泵空调系统, 其在热泵系统的风道中采用了车冷凝器和蒸发器的结构, 如图2所示。制冷工况循环为: 由压缩机经四通阀至车外冷凝器, 再经电子膨胀阀1、蒸发器回到压缩机。制热及除霜工况循环为: 由压缩机经四通阀至车冷凝器, 再经电子膨胀阀2、车外冷凝器、电磁阀回到压缩机。当系统以除霜/除湿模式运行时, 制冷剂将经过所有3个换热器。空气通过部蒸发器来除湿, 将空气冷却到除霜所需要的温度, 再通过车冷凝器加热,然后将它送到车室, 解决了汽车安全驾驶的问题。

2．空调系统参数匹配与设计计算

1）空调系统制冷负荷的计算

空调的制冷负荷是指为了保持车空气温、湿度恒定，空调设备在单位时间自车室取走的热量，计算制冷负荷前首先应计算车室得热量，再将结果换算成空调的制冷负荷。

车室的热量主要包括以下几部分：车身不透明围护结构的逐时传人热量、车窗玻璃的逐时传人热量、乘员散发的热量、车室外空气带人的热量以及电气设备散热所形成的得热量。根据整车有关结构参数计算得到车室的热量后，可采用Z传递函数法计算得到空调系统制冷负荷。车室的热量Q(Z)与制冷负荷的关系式为： (1)

式中．G (z)为车室的热量与制冷负荷的z传递函数。将式中各项皆用Z的负幂多项式表示，则有：

将以上各式代入式(1)，按同次幂系数进行整理．则可得到任意时刻制冷负荷的计算公式：

(5)

由于Z变换系数，收敛很快，只需取2～3项就可以满足工程要求，于是得到计算制冷负荷的简化式为：

(6)

不同的得热形式对应不同的值，．与车室和空调情况有关，在确定各系数后就能计算出任意时刻任意形式得热量所需要的空调制冷负荷，即对于汽车空调系统制冷负荷计算，只需将由围护结构传人的热量按式(6)转化为制冷负荷值。乘员和设备散发的热量虽然含有不能直接转化为制冷负荷的辐射成分，但由于其形成因素比较复杂，为简化计算，一般将得热量直接作为制冷负荷参与计算，而由通风换气和密封泄漏带人的热量全部由对流换热产生，所以得热量即等于制冷负荷。

2）空调系统参数匹配计算

确定空调系统工况，并根据所确定的工况条件得出其热力循环压焓图如图所示，其中各状态点参数如表所列：

压缩机所需的轴功率：(7)式中为压缩机的机械效率；为压缩机的指示

效率。压缩机排量：(8)式中，为输气系数；为压缩机吸气口处制冷剂

蒸气比体积；n为压缩机转速。传统汽车压缩机转速取决于燃机转速及两者间的传动比，不能随意改变，而电动压缩机是由单独电机进行驱动，其

转速可根据空调工作负荷需求自由调整。为使电动压缩机能够高效率运行，取驱动电机的额定转速来匹配压缩机排量。

3）实例分析

以一辆乘员为五人的轿车为例，计算了制冷负荷，并针对所得到的制冷负荷值进行了空调系统参数匹配计算。该车车体结构材料导热参数如表所列。

结合车身各传热部分面积，最后计算结果为：车身传热热负荷Q1=725W；车窗玻璃传热热负荷Q2=1820w 换气热负荷Q3=1190w 司乘人员热负荷

Q4=400w 动力舱传入车厢的热负荷Q5=150w 总共热负荷为4285w

4）空调系统参数匹配

蒸发器热负荷即为整车车厢热负荷，后者不是恒定值，在计算值上下波动，参考汽车空调设计手册，在此取波动上限值为计算值的1．1倍，即4700w。故在特定的空调计算工况下，取压缩机转速及蒸发器热负荷两个变量r计算压缩机驱动电机功率、压缩机排量以及冷凝器热负荷，计算所得见下表由计算所得可以看出，电机功率、冷凝器热负荷与压缩机转速无关，只与蒸发器热负荷有关。而压缩机计算排量随压缩机计算转速增大而减小，随蒸发器计算热负荷增大而增大。根据系统平衡计算，并经综合考虑，如要达到制冷目标，主要单体性能要求如下：

电机功率3.2kw；

电机额定电压288V;

压缩机排量55ml／r；

冷凝器热负荷不小于7300w;

蒸发器热负荷不小于4700w。

首先,车室热负荷模块根据输入的参数计算在一个步长车室的热负荷;同时,控制系统根据温差及其变化率,控制电动压缩机所需要的转速与

转矩,并将所得转速与转矩传入电动空调模块;电动空调模块利用传递过

来的转速与转矩,计算出在这个步长需要的制冷量。然后,从车室热负荷模块计算的车室热负荷中扣除该制冷量,并根据剩余热量计算出当前车室的实时温度;再将当前车室温度反馈到模糊控制系统进行下一个步长的控制,如此循环。最后使车室温度达到设定的舒适温度。

四．预期成果：

基于这次毕业设计的主要研究方向是电动空调的控制系统，所以我的预期成果是可以设计出一个电动空调控制系统的模型，能够检测出环境温度并在将其转化为电信号后，计算出所需要的电机转速指标并输出电信号控制电机以需要的功率运行。

五．参考文献：

[ 1] 清泉, 逢春, 祝嘉光. 现代电动汽车技术. : 理工大学, 2002；124-128.

[ 3] 新民，王燕芳．微型计算机控制技术教程。：电子工业出版设，2005；115-122．

[ 4]江平，芝久．电动车空调系统及其控制方法的研究．市制冷学会2005年学术年会论文集。2005：272-274．

[ 5] 吴坚，英觊。计算机控制系统．；理工大学，2002：247-249．

[6]孟湘．汽车空调．；交通大学，2001：59-63．

[7]向农．汽车空调制冷系统匹配研究：[硕士学位论文]．：工业大学低温与制冷工程，2002．

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段容时间安排备注

1 收集查阅有关电动汽车书籍文献资料，

进一步熟悉相关理论知识。

3月1日到3月7日

2 和指导老师交流并完成开题报告。3月7日到3月16日