淺談純電動汽車空調和冷卻的節能措施

1 電池的冷卻系統
水冷系統以及空調系統是當前現有電動汽車主要的電池冷卻系統，但是這兩種方式必須要經過壓縮機以及水泵等來實現。為了能夠進一步的降低電動汽車冷卻系統中的能耗，可采用無動力電池冷卻，將熱管原理充分利用，在常溫的條件中，通過自然驅動冷卻的方式促使電池達到冷卻效果，從而降低了汽車的冷卻水泵工作。
在熱管原理的基礎下研發出了無動力電池冷卻系統，現如今在電信、電力等各種電氣機房節能中都可以見到熱管技術的身影，在純電動汽車等領域也逐漸開始使用。其運行原理見圖1，其中上升管、蒸發器、上位冷凝器以及下降管等各個方面構成了無動力電池冷卻系統，通過高度差以及溫度差，降管路中工質的蒸發以及冷凝循環進行了封閉，使其產生動態熱力平衡，由驅動力將熱量快速并高密度的向外界環境傳遞，保證了電池的冷卻。其具體過程：電池組自身產生熱量之后會直接傳遞到蒸發器中，液態工質在吸收熱量后進行蒸發，從而降低了電池組的溫度。壓力會隨著高溫氣態工質密度的變小而增大，受到冷凝器和蒸發器的壓差，工質從上升管當中進入到冷凝器；外部空氣可將在上位冷凝器中的氣態工質進行冷卻，工質冷凝放熱；同時由于受到壓差以及重力的影響，通過下降管流回到蒸發器當中。通過這種循環的方式使得熱量被*的輸送到外部環境里。

圖1　無動力電池冷卻系統原理
2 蓄能式的制冷系統
2.1 蓄冷式冷藏柜
汽車上對于冷藏柜或者冷凍柜以及保險柜的應用相當廣泛，常用的技術有三種：一是利用汽車電能以及半導體技術來制冷，但其制冷能力較低，只能小規模應用；二是利用空調系統的壓縮機并聯管路使冷藏柜的蒸發器工作制冷，但對于電能燃油的消耗較大，會降低車的整體動力性能；三是在空調系統風道的中央通道設計微型冷藏箱，但是冷藏容量小，效果不持久。為了解決這些技術中存在的缺陷，可以嘗試一種蓄冷式冷藏柜，在純電動汽車停駛的過程中，將獨立的外接插頭連接到電源，通過控制面板打開蓄冷模式，電動壓縮機會在220V 電源的驅動下運行，通過制冷循環就能夠在停駛期間完成蓄冷式冷藏柜的制冰儲冷和空調制冷。通常來說，蓄冷式冷藏柜的位置會設置在后備箱內或者車頂行李架上。
2.2 蓄冷式的空調系統
蓄冷式空調系統是通過在停駛期間進行冰蓄冷，然后行使時蓄冷水箱釋放儲存冷量的方式，達到制冷要求，降低電動汽車的電能消耗。蓄冷式空調系統新增了蓄冷柜、冰水泵和冰水散熱器之類的部件，蓄冷柜一般設置在后排座椅或者儀表臺右方位置，設置在后排座椅位置可以滿足里程需求的蓄冷水箱體積設計，設置在儀表臺右方則可以減小管路阻力損失。
2.3 混合蓄能式的空調系統
混合蓄能式空調系統新增了壓縮空氣儲存系統，其中包含電動空氣壓縮機、壓縮空氣儲存系統以及空氣瓶和電池閥等，可以降低冰蓄冷中冰水循環所需要的電能消耗，以及*消除傳統空調系統壓縮機產生的電能消耗，這種系統的兩種設置方式都會將220V 的交流電動壓縮機放置到前艙，地板下方則放置空氣瓶，而不和蓄冷水箱的設置位置相同。
3 電動汽車的熱管理節能集成方案
熱管理節能集成方案是在汽車停駛充電期間，在外接220V 電源的情況下可以驅動電動空氣壓縮機，然后儲存高壓壓縮空氣到空氣瓶中，在空氣瓶蓄能的過程中，壓縮空氣會驅動空調系統渦輪式壓縮機運行，從而實現空調制冷，且于蓄能水箱里進行冰漿蓄冷。在冰漿蓄冷滿足蓄能要求后，制冷工作會停止，待空氣瓶儲存壓縮空氣到滿足了設定要求時，壓縮空氣蓄能也會停止。要注意的問題是，車載動力電池的冷卻的需求主要由冰蓄冷維持，所以控制策略必須要預留足夠的電能滿足電池冷卻需求。通過利用熱管原理、壓縮空氣儲能技術以及冰蓄冷技術，可以實現電動汽車空調系統和冷卻系統的無電能消耗。

圖2　混合蓄能式空調系統構造圖
4 結　語
通過對空調和冷卻系統供能方式的改善措施，可以更好的降低純電動汽車的電能消耗，可以讓電動汽車的行使里程突破當前的瓶頸限度，也開啟了純電動汽車尋找新型蓄能技術的路線，對未來的電動汽車研究發展有著一定的推進作用。