| 前言 传统的燃油汽车由于消耗大量的石油，对环境造成了严重的污染，在日益注重环保的今天，电动汽车由于具有无任何排泄物、不污染环境、噪声低及不消耗石油资源等特点,受到了全世界广泛的关注。尤其是奥运会和世博会即将在我国举办，我国也投入了大量的人力、物力进行电动汽车的开发和研制,取得了大量的成果，并且成功开发出了性能良好样车。为了给电动汽车创造一个舒适的驾驶和乘坐环境，在开发和研制电动汽车同时,必然也要对其配套的空调系统进行开发与研制。 电动车和传统汽车的驱动动力不同，使得它们的空调系统也有很大的区别：电动车没有用来采暖的发动机余热，不能提供作为汽车空调冬天采暖用的热源， 电动车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即要求我们采用热泵型空调系统。同时，压缩机也只能采用电机直接驱动，结构上与现有的压缩机型式不完全相同。 由于用来给热泵空调系统提供动力的电池主要是用来驱动汽车的，空调系统能量的消耗对汽车每充一次电的行程的影响很大。如果电动汽车仍采用现有能效比较低的空调系统，将要求耗费10%以上的电功率，这就意味着不是增加电池的制造成本就是降低电动汽车的驱动性能指标。在开发电动车热泵空调系统的时候，必须**考虑这些特点。电动汽车空调系统及其控制方法 1 电动车热泵空调系统 由于电动车的空调系统必须采用热泵型空调系统，使得它的设计必须区别于传统的燃油型汽车空调系统。而又是应用于汽车这一特殊场合，所以也不能简单的照搬普通的热泵空调系统。陈观生,史保新等为电动车设计了一套由永磁直流无刷电机带动的热泵空调系统[6,8]，该系统与普通的热泵空调系统并无区别，在风道中仅用一个换热器：在制冷模式下为蒸发器，制热模式下为冷凝器。采用这种结构的热泵空调系统，不仅需要开发允许双向流动的膨胀阀，并且在热泵工况下，系统融霜时，风道内换热器上的冷凝水将迅速蒸发，在挡风玻璃上结霜，不利与**驾驶的需要。因此有必要在热泵系统的风道中采用能设有内部冷凝器和蒸发器的结构。设计的系统的结构和运行图如图1所示。
图1 电动车热泵空调系统及运行示意图
目前国内大多数汽车空调系统采用的是由发动机直接带动的斜盘式、摇摆式等型式的压缩机，其制冷系数（COP）在1.3-1.6左右，空调系统的耗功会消耗很大一部分的电功率。为了提高电动车空调系统的能效比，我们必须采用新型高效的压缩机。压缩机采用的是专门为本项目开发的全封闭电动涡旋压缩机，它直接由电池提供的直流电源驱动，性能参数如下表所示。它可以根据车室内温度和环境温度等传感器测得的温度，采用适当的控制算法，通过变频器来调节压缩机的转速，改变系统的制热/冷量，满足车室内舒适性的要求。
图2 全封闭电动涡旋压缩机
根据电动车的热负荷及它的结构尺寸，选用的部件及主要参数如下表所示： 部件 规格 电动涡旋压缩机 压缩机型号 SEE36 压缩机排量 36cm3/转 *大允许转速 6000r/min 涡旋盘壁厚 4.54mm 节距 20.16mm 涡旋盘高度 14mm 重量 9kg 内部冷凝器 型式，尺寸 平行流：117×180×18×2 内部蒸发器 型式，尺寸 层叠式：221×238×70 外部冷凝器 型式，尺寸 平行流：625×360×18 制冷剂 类型 HFC134a 通过测试，发现环境温度在-7℃到40℃的范围内，系统在稳态条件下，可以以较小的能耗满足电动车舒适性的要求。 测试条件 测试结果 容量 能耗 制冷 环境温度40℃，车室干球温度27℃，湿球温度20℃ 4.12Kw 1.77Kw 制热 环境温度-7℃，车室温度20℃ 2.43Kw 1.15Kw 2 电动汽车空调系统及其控制方法 由于热泵空调系统的耗功对于电动车的驱动性能有很大的影响，为了使空调系统在各种工况下都能保持高效率，必须采用有效的控制策略。在传统燃油汽车的自动汽车空调系统中，是通过控制混合风门的开度来调节出风温度以及控制风机的转速来调节风量，以使车室内温度保持在设定值。而对于电动车热泵空调系统而言，没有热水芯来调节出风温度，但是压缩机的转速可以通过变频器来控制。因此它的控制方法也就不同于传统燃油汽车的空调系统。 在电动车热泵空调系统中，压缩机的转速是制冷量的主要控制量，对于压缩机的转速采用的控制方法归纳如下： 1．当车室温度高于设定温度1ºC时，为了尽快使温度达到设定值，压缩机以*大转速运行； 2．若车室温度低于设定温度1ºC，压缩机以*低转速运行； 3．当室温偏差在-1—1ºC之间时，压缩机的转速通过模糊控制算法来控制，以每一采样时刻室温与设定值的温差及温差的变化率为输入量，通过模糊推理得出压缩机的转速值。 同时蒸发器风机的风量不仅影响制冷系统，而且对车室温度有较大的影响。如果只将蒸发器风机以*大风量运行，不仅噪音比较大，也不利于满足车室的舒适性要求。尤其对于电动车空调系统，没有热水芯调节出风温度，车室内的体积比较狭小，如果车室温度只通过调节压缩机的转速来控制，车室内温度会比较容易波动，不利于系统的稳定运行。因此我们应当只在车室负荷比较大的情况下才让风机以*大风量运行，而在其他情况应该采取合适的控制策略，以保证车室内的温度稳定在设定温度。 蒸发器风机的风量与车室内温度，设定温度，环境温度，太阳辐射强度，蒸发器出风温度之间的关系是非线形的，使用公式  计算所需的风量的指数，式中 ， ， ， ， 分别为环境温度，设定温度，车室内温度，蒸发器出风温度和太阳辐射强度，m，n，a，K为常数，然后通过查表的方法来控制蒸发器的风量。
利用上述的控制方法，对电动车热泵空调系统进行实验，实验的初始条件为环境温度和车室温度均为39ºC，设定温度25ºC，太阳辐射强度为1kw/m2，运行100分钟，在60分钟时设定温度由25ºC变为22ºC。
通过以上两图可以看出，在初始打冷阶段，压缩机和蒸发器风机以*大转速运行，能使车室温度迅速降到设定温度。当温度达到设定温度后，有少许超调量，控温精度较高，静态误差不超过0.22ºC。当压缩机从*大转速100rps降到55rps左右时，通过控制蒸发器的风量，车室内温度可以平稳的降到设定温度附近，使得此时压缩机转速的超调量较小。当设定温度由25ºC变为22ºC时，也能使车室温度迅速降到设定温度，并能使车室温度稳定在设定温度。 3 结论 本文根据电动车的实际特点，设计了一套不同于家用热泵的空调系统，通过在风道中增设一个内部冷凝器，不仅不需要开发允许双向流动的膨胀阀，而且解决了从融霜模式到制热模式时，车窗迅速结霜的问题。由于电动车热泵空调系统结构的独特性，本文还对其控制方法进行了研究。采用本文设计的算法，控制压缩机转速和蒸发器风机的转速，通过实验验证，能使车室内的温度保持在设定值，满足车室内舒适性的要求 | 