电动汽车拆解3――空调压缩机.

空调压缩机:不断推进电动化

三电(SANDEN 从 1971年开始生产车载空调压缩机。如今已在欧洲、北美和

亚洲拥有生产基地,掌握着全球 25%的份额。

受全球环保规定和高燃效技术发展的影响, 在汽车行业中, 发动机的小型化和HEV (混合动力车·EV(电动汽车化的速度正在加快。

关于应对环保规定的办法, 除了提高发动机效率、添设增压器来缩小发动机体积外, HEV 还可尽量延长电机驱动时间, EV 可在轻量化的同时配备高性能电池

等。具体做法因汽车厂商而异。

备有 3类压缩机

本公司的空调压缩机大致分为三类。

面向需要提高现有内燃机效率、实现小型化的汽车厂商, 供应的是借助传统发动机皮带传动类型的压缩机。面向以发动机为主体、电机为辅的车辆(Mild- HEV

供应的是皮带传动和电机驱动兼顾的混合式压缩机。对于以电机为主体 (Strong-HEV 、 EV 的车辆,则供应电动压缩机。(图 1。

图 1:空调压缩机的类型包括使用发动机驱动的类型,同时使用发动机和

电机驱动的混合动力型,单纯使用电机驱动的类型 3种。

本公司的电动压缩机开发始于 1986年。开发伊始虽然也经历过摸索阶段,但是在向推进车辆电动化的美国汽车厂商供货的过程中, 产品化速度非常之快。 1990年, 电动车“EVS -10”在美国投入使用。当时就是本公司供应的电动压缩机, 但产量还

非常少,在成本、充电电池、基础设施的限制下未能普及。

当时的电动压缩机需要另配逆变器, 成本昂贵, 空间利用率也比较低。之后, 本公司在电动压缩机与逆变器的一体化、压缩机构的高效化及小型轻量化等方面推进了开发。

对于 2005年上市的本田“思域混合动力”车型,本公司以此前开发的电动压缩机为基础,又开发出了皮带传动与电机驱动兼顾的混合式压缩机(图 2。这种混合式压缩机能够在车内温度高、车速慢等空调负荷较高的情况下同时使用皮带传动和电机驱动,使制冷能力达到最大(图 3。

图 2: 本田 2005年 9月上市的“思域混合动力” (a 车辆。(b 混合

式压缩机。同时支持发动机驱动与电机驱动。

图 3: 混合式压缩机的驱动分为三种(a 发动机运转带动压缩机工作时。

(b 空调专用电机运转带动压缩机工作时。(c 发动机用与电机用压缩

机同时运转时。

而在空调负荷较低时, 则可以区别使用皮带传动和电机驱动, 在车辆停止时单独使用电机驱动,以最低限度的制冷性能抑制车内温度的上升。

最新型电动压缩机

本公司 2009年开始向德国戴姆勒 (Daimler 的高级混合动力车“S400”供应电动压缩机(图 4。 S400的要求非常高,面临低电压驱动等众多

难题。但戴姆

勒对我们此前的电动压缩机开发进程以及运动型高级车“SL”上使用的皮带传动型压缩机的性能及质量给予了高度评价,因而采用了我们的产品。

图 4: 德国戴姆勒 2009年 6月上市的混合动力车“S400HYBRID” (a 机

体,(b 发动机与电机部分。

压缩机中的电机使用钕磁铁,虽然是 8.2kW 功率,使用转数范围为 700~9000rpm 的高功率配置,而额定电压仅为 120V (图 5。

图 5:S400采用的电动压缩机(a 机体,(b 截面图。

通常以低电压实现高功率需要大电流, 这样就会导致逆变器周围的电子部件成本上升,体积增大。

而此次开发过程中,电机尺寸、成本、噪声均得到了控制,齿槽转矩等特性在设计时也进行了综合考虑。特别是冷媒压缩部分沿袭了传统的皮带传动型的可靠性,采用了使用低压低温侧冷媒冷却逆变器的方式。

随着车辆电动化的全面展开, 空调的电动化正在加速。本公司在全球最先向车辆供应的涡旋式压缩机虽然具备效率高、静音性高、驱动转矩变化小等车辆厂商要求的高水准,但不适合改变排放容积,进行精密控制的需求。

此次, 在对压缩机进行电动化后, 压缩机转数无需与发动机转数挂钩,

可以

使用电机达到所需转数。从而实现了与排放容积可变型压缩机相同的高效率、静音性能优良等特点,而且能够实施精密控制。

今后的 HEV 和 EV 将不再只是汽车厂商的战略车和高级车,还会向中小型的普及车发展。今后的电动压缩机需要实现更高程度的高效化、小型轻量化及低成本化(图 6, 7。

图 6: 电动压缩机的发展现行的 A 型已向 S400供应。 B 型除支持客户的 CAN

通信外,还减少了噪声的产生。新一代型通过实现对高输入电压的支持,

缩小了机体体积。

图 7: 电动压缩机的发展过程本公司于 1986年开始开发电动空调压缩机。

产品于上世纪 90年代开始向“EVS -10”供应。之后,混合式产品于 2004

年投入量产,并向本田供应。今后,本公司计划对 S400用型号进行小型

及轻量化,向普及型混合动力车和电动汽车供应。

而且,根据今后的环保规定,未来的 HEV 必须进一步削减 CO 2

排放量。这就要缩

短发动机驱动时间、延长电机驱动时间。电机驱动时间的延长必然会缩短

内燃机的工作时间,减少车辆产生的热量(排热。

由于无法再利用排热制暖,因此,对于 HEV 和 EV 而言,高效制暖则是重大课题。

制暖效率存在课题

比方说,有实验结果显示,如果现在 EV 的续航距离为 160km ,那么,在使用加热器制暖的情况下,续航距离将会减半到 80km 。也就是说,制冷、制暖会在很大程度上限制 EV 车辆的商品价值以及用户的使用环境。

这无论对于整车厂商、还是对于空调设备厂商, 都是非常紧迫的问题。要想解决这一问题,电池容量的提升、车辆动力效率的提升、空调效率的提升、新机构的采用必须同时达到较高水平。

对于空调设备厂商而言,包括压缩机、冷凝器、蒸发器、加热器铁芯等热交换器的小型及高效化,降低 HVAC 空气侧的损耗在内,需要在现有产品基础上进行改进的方面还有很多。

而且, 如果不能增加新的机构、手法以及控制方式, 从空调系统整体出发结合车辆状态进行控制的话, HEV 和 EV 的商品价值将无以维系。

未来以利用热泵为目标

高效制暖方法有一般家庭使用的热泵。虽然将其配备在车辆上就可以解决问题, 但实施起来却并不简单。对于住宅与车辆,其外部气体热负荷、负荷变化、振动