摘要：分析电动汽车主流的热泵空调方案,针对电磁阀等核心部件的控制技术进行研究,给出一套完整的控制逻辑,应用于某一纯电动车辆。
关键词：电动汽车; 热泵空调; 电磁阀; 控制技术;
Analysis and Research on Control Logic of Heat Pump Air Conditioning Solenoid Valve
Liu Jianhao Ren Jianhua Yang Qifu
New Energy Passenger Vehicle Company of Jianghuai Automobile Group Co., Ltd.
Abstract：This paper analyzes the mainstream heat pump air conditioning scheme of electric vehicle,studies the control technology of core components such as solenoid valve,and gives a complete set of control logic,which is applied to a pure electric vehicle.
一、概述
随着电动车热管理技术的发展,热泵空调是冬季加热节能的重要的热管理措施。普通空调冬季采暖,主要通过PTC加热,无论是风暖PTC还是水暖PTC,本质上都是直接将电能通过PTC片转换为热能,理论效率为100%,但算上损耗,实际可能只有90%,而热泵空调的效率为200%。根据行业内大数据显示,冬季PTC平均能耗约2kw,热泵空调平均能耗约1kw,节能约50%[1]。随着热泵空调产业化的发展,主流的方案有三换热器式、节流降压有节流短管和电子膨胀阀三种。本文就低成本节流短管的三换热器热泵空调,描述电磁阀的控制方法。三换热器热泵空调原理框图如图1所示。
从原理图分析中可以看出,3个电磁阀起到制冷剂流向切换的作用,从而实现制冷、制热、除湿等相关功能;2个节流短管起到节流降压的作用;电子膨胀阀可以起到电池冷却的节流降压及电池与乘员舱冷量分配作用[2]。该热泵空调系统在实际使用中存在NVH的弊端[3],主要表现在:
1.空调制冷关闭时,制冷节流短管处压差,在节流短管处会产生“滋滋”的异响。
2.热泵制热关闭时,制热电磁阀处因压差,瞬间产生较大异响。
本文就如何实现热泵空调系统电磁阀等关键核心控制,解决工作过程中产生的异响,提出一套完整的方案。
二、控制方案及逻辑
(一)总体控制方案
本方案选用一款排量34cc的电动压缩机提供动力输出。三换热器节流短管式热泵空调结构如图2所示。
图1 三换热器热泵空调原理框图
乘员舱制冷:电动压缩机4将低温低压的冷媒气体压缩成高温高压的气体,流经车外换热器9,冷凝为低温高压的液体,之后经制冷节流短管6节流降压,流经乘员舱蒸发器5,转换为低温低压的气体再流进压缩机。此时制冷电磁阀1打开,制热电磁阀2打开,旁通电磁阀3关闭,电子膨胀阀关闭[4]。
电池制冷:电动压缩机4将低温低压的冷媒气体压缩成高温高压的气体,流经车外换热器9,冷凝为低温高压的液体,之后经电子膨胀阀8节流降压,流入电池冷却器蒸发,转换为低温低压的气体再流进压缩机。此时制冷电磁阀1关闭,制热电磁阀2打开,旁通电磁阀3关闭,电子膨胀阀打开。
乘员舱热泵制热:电动压缩机4将低温低压的冷媒气体压缩成高温高压的气体,流经车外换热器9,冷凝为低温高压的液体,之后经制冷节流短管6节流降压,流经乘员舱蒸发器5,转换为低温低压的气体再流进压缩机。此时制冷电磁阀1关闭,制热电磁阀2关闭,旁通电磁阀3打开,电子膨胀阀关闭。
(二)稳定状态下的电磁阀逻辑控制
电磁阀逻辑控制如表1所示。
(三)模式切换中电磁阀工作状态控制逻辑
图2 三换热器节流短管式热泵空调结构框图
表1 电磁阀逻辑控制
1.从热泵制热(模式6)转到(模式2)时,先关闭压缩机,3个电磁阀动作延迟2min,此时制热电磁阀两端的压差已泄完,延迟结束,切换到目标模式状态,此时制热电磁阀2即不再产生异响[5]。
2.如果从热泵制热(模式6)转到(模式1),关闭压缩机,3个电磁阀状态始保持5min。由于电磁阀一直保持,故制热电磁阀2即不再产生异响,5min后恢复至表1 状态。
3.从热泵制热(模式6)转到(模式7),压缩机延迟1min关闭,3个电磁阀延迟2min,此时制热电磁阀两端的压差已泄完,延迟结束,切换到目标模式状态,此时制热电磁阀2即不再产生异响。
4.从热泵制热(模式6)转到其他模式,3个电磁阀延迟1min,此时制热电磁阀两端的压差已泄完,延迟结束,切换到目标模式状态,此时制热电磁阀2即不再产生异响。
5.从乘员制冷模式(模式3、5、9、10)转到(模式1、2、7),制冷电磁阀1立即吸合,电子膨胀阀打开,制热电磁阀2和旁通电磁阀3按照上表状态执行。1min后,制冷电磁阀恢复。制冷电磁阀关闭后,制冷节流短管处即不再有冷媒流入,不再泄压产生声音。打开电子膨胀阀,靠电子膨胀阀缓慢泄压。1min后系统压力平衡,制冷电磁阀可恢复。
6.其他模式相关之间跳转,按表1的电磁阀逻辑控制表执行。
7.钥匙置于OFF时,整车VCU需要给空调系统延迟送电1min,保证空调控制器供电控制电磁阀。
三、结语
针对热泵系统控制方法,建立了主流三换热器低成本热泵空调电磁阀控制方案,既解决了制冷关闭时,节流短管处产生的“滋滋”声,又解决了制热关闭时,制热电磁阀处产生的冲击声。
由于目前热泵空调受限于制冷剂特性,只能工作在-10℃以上,所以通过环境温度的识别,让热泵空调制热与PTC制热需进行智能切换,保证用户采暖的舒适性,及热泵系统运行的可靠性。
参考文献
[1]马国远,史保新,陈观生,等.电动汽车热泵空调系统的试验研究[J].低温工程,2000 (4):40.
[2]谢卓,陈江平,陈芝久.电动车热泵空调系统的设计分析[J].汽车工程,2006,28 (8):763-765.
[3]欧阳光.热泵型电动汽车空调系统性能实验研究[D].广州:华南理工大学,2011.
[4]陈东,谢继红.热泵技术及应用[M].北京:北京化学工业出版社,2006..
[5]黄朝宗,热泵型新能源汽车空调系统设计及实验研究[D].合肥:合肥工业大学,2017.
