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新能源汽车空调系统的工作原理

【摘要】:
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)制
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)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。
 
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。
 
(2)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。