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0 引言
流行的燃油汽车不仅消耗大量的石油资源，而且还严重污染大气环境，危害人类健康。据统计排放到大气的污染物中，汽车的废气（主要是氮氧化物、碳氧化物及碳氢化合物等）约占42%。鉴于此，许多国家政府通过立法逐步限制这种高污染产品。电动汽车具有无任何排泄物、不污染环境、低噪声及节省石油资源等特点，再次引起全世界的广泛关注。世界汽车发达国家都投入大量的人力、物力进行电动汽车开发和研制，取得了大量的成果，一批批先进的电动汽车不断面市，有的已形成商业化规模生产。与燃油汽车一样，电动汽车也要创造一个舒适的驾驶和乘座环境，即要配备相应的空调系统，提高其中舒适性和竞争力。在开发和研制电动汽车同时，也对配套的空调系统进行了开发与研制。热电空调系统因效率太低而无法被电动汽车所接受[1]。采用直流电动机驱动蒸汽压缩制冷系统的电动货车空调系统的试验结果表明，其性能与普通燃油汽车空调系统基本相当[2]。90年代初又对采用环保制冷剂的电动货车空调系统进行了试验[3]、[4]。 字串2
我国也制定了电动汽车的研究与开发计划，并正在逐步实施。本课题组对电动汽车配套的空调系统进行研制，开悄磁直流无刷电机直接驱动旋转压缩机的电动汽车热泵空调系统，本文介绍该系统及对其所进行的试验研究。
将太阳电池布满整个车顶可以起到两个作用；一是给电动汽车空调系统提供部分能量，使其取自车载蓄电装置的动力减少；二是可将电动汽车所需冷量的峰值减少40%[5]，从而使空调系统取自蓄电装置的动力进一步减少。根据Sekurit公司太阳能盖板的产品介绍，20组100mm×100mm单晶硅电太阳电池在完全曝晒时可产生25W的电能，对于小型轿车有1.81m2（19.5ft2）车顶面积[6]，这个空间安装的光电池在完全曝晒时能产生大约225W的电能。这种方案非常适合电动汽车使用，因为它在不加大车载蓄电装置容量的条件下，使电动车的有效行驶距离增加。本文也对太阳电池在电动汽车空调系统中的进行探讨。
1 电动汽车热泵空调系统
电动汽车热泵空调系统的工作原理如图1所示，压缩机由直流无刷电机通过皮带驱动，空调系统的制热/制冷运行方式由四通换向阀转换，实线箭头表示制冷运行方式，这时向车室内吹冷气，使车内降温冷却；虚线箭头表示制热运行方式，这时向车内吹热风使车内升温加热或对挡风玻璃除雾/霜。通过感受车室温度，逆变器调制电动机电源的脉冲宽度来控制压缩机转速的大小，从而改变空调系统的冷（热）量大小，以满足各种环境条件下车室的舒适性及除雾/霜要求。从原理上讲，该系统与普通的热泵空调并无区别，但由于该空调系统是用于电动汽车这一特殊场合，该系统所用的主要部件都有其特殊性。为此，我们配套开发了双工作腔滑片压缩机，专门制作直流无刷电动机和逆变器控制系统。 字串8
1.压缩机 2.驱动电机 3.逆变器 4.车室温度传感器
5.平行流换热器（车外单元） 6.四通换向阀 7.轴流风阀
8.膨胀阀 9.平等流换热器（车内单元） 10.离心风扇
11.制热工作方式 12.制冷式方式
图1 电动汽车热泵空调系统
Fig.1 Heat pump air conditioning system for electric vehicle
专门研制的双工作腔滑片压缩机的结构原理如图2所示，圆形转子同心地安装在扁圆形气缸内，五个滑片置于转子上开设的槽中并能来回滑动，原动机驱动转子转动时，滑片靠离心力被甩出，紧贴在气缸内表面上，在气缸内腔分隔成若干个随转子转角变化其容积的小空间（称为基元），随着转子转动，基元容积的大小周期性变化，从而完成了气体的吸入、压缩、排出等工作过程。该压缩机具有以下特点：
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1.气缸 2.转子 3.滑片 4.吸气口 5.排气阀
图2 双工作腔滑片压缩机
Fig.2 Schematic view of vane compressor with double-acting chambers
1) 结构简单，零部件少，加工与装配容易实现。
2) 运转平稳。由于无偏心转动零部件，动力平衡性能好，尤其在高转速运动时振动和噪声很小。
3) 起动冲击小。滑片在起动时逐步伸出，静摩擦转矩小，因而起动转矩缓慢上升，减少了起动冲击。
4) 效率高。由于没有吸气阀，余隙容积小且余隙膨胀不直接影响吸气基元，因而使吸气损失减少，容积效率提高。
5) 体积小，重量轻，便于狭窄空间安装，因而比较适合汽车空调使用。
6) 压缩机每转完成两次吸、排气，输气量大且脉动性小。
表1列出了所研制双工作腔滑片压缩机的主要尺寸，图3为它与电装（Denso）公司容量相同的汽车空调用涡旋压缩机制COP[4]比较，从图中可以看出：转速低于2500r/min时，涡旋压缩机的COP低于双工作腔滑片压缩机，这主要是由于涡旋压缩机的内泄漏间隙比较长，低转速时其内泄漏量较大的缘故；转速高于2500r/min时，涡旋压缩机的COP则高于双工作腔滑片压缩机，但高出的幅度并不很大， 这主要是因为双工作腔滑片压缩机随转速的升高摩擦功率增加比较快的缘故 。考虑到其它因素：如加工简单、高转速下的振动和噪声很小、起动冲击小等，双工作腔滑片压缩机是适合电动汽车空调系统使用的压缩机。涡旋压缩机虽然也有优良的性能，但对加工和装配等的要求都比较高，国产设备还不能完全满足其技术要求。 字串9
表1 主要参数表
Table 1 Main Parameters of vane compressor 字串1
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参数名称 |
单位 |
数量 |
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工作腔容积
转子半径
气缸矢径升程
气缸矢径
滑片径向高度
滑片轴向长度
滑片厚度
滑片数
滑片端部半径
滑片前倾角度
密封弧间隙 字串9 |
cm3
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
deg
μm 字串3 |
36.64
28
8.5
28+8.5sina2Φ
17
44
4
5
5
5°
15 字串9 |
1.滑片压缩机 2.涡旋压缩机
图3 压缩机COP的比较
Fig.3 Comparison of COP between vane and scroll compressor
驱动电动机采用专门制作的稀土永磁直流无刷机，它用电路取代传统直流电动机的电刷及换向棒。电动机及电子设备一起构成了具有线性、高效的变转速系统。换热器采用具有90年代技术水平的平行流全铝换热器，换热效率高，□□□□，坚固耐用。
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