奔驰电动车空调泵的检修要点

◆文/广东　汪贵行　汪学慧

2014年7月，一辆奔驰S400混合电动汽车报修，车主反映使用空调时，开始是发现空调压缩机噪声逐步增大，这种现象大约持续了一个多月。最近发现空调不能制冷，同时仪表盘的车速表中央突然出现一个红色的高压电池警告灯，这时车辆不能启动了。这是一款2011年3月购买的S400奔驰汽车，是奔驰公司于2009年后对我国出口的一种新型混合电动汽车。图1所示为该车的动力系统图，它的驱动动力由发动机及其后方的电机提供，而电机是依靠锂离子电池供电的。高压锂电池电压为126V，所供电能经图1中的电控模块转换成三相交流电，以驱动三相电机运转。从图1中可以看出，该车为并联式动力驱动形式，也就是奔驰公司介绍的所谓“平行动力混合驱动系统”，发动机与电机两种动力叠加在一起可增大驱动车辆的能力，电机做成三相饼盘式，还兼做发动机的启动及发电工作，但该车不能单独依靠电机驱动车辆行驶，显然这是一种典型的“弱混式”电动汽车。

此车出现高压电池警告灯红色报警后，我们在检查本车的供电系统时，通过逐一“排除法”进行检查，对该车各个主要的供电插头进行简单的一一拔除，再用检查各系统是否能正常工作的方法，来判断故障发生的部位。当将空调压缩机的直流供电插头拔下后，该车的发动机能启动，车辆也能正常起步运行，再深入查找空调压缩机的供电回路，发现它的电源有短路故障。本车空调压缩机是用电机驱动的，为一种电机与压缩机整体式的结构。整体式压缩机的外形如图2所示，它虽装在发动机的右前部，但发动机上没有驱动皮带与空调压缩机连接，而是由高压锂电池提供电力进行驱动。

整体式压缩机包括三个部分。其一是置于中部的压缩机三相驱动电机。其二是右端小头的高效率涡旋式压缩机，它由电机直接驱动，对F134a制冷剂进行压缩。压缩机和电机二者完全密封在外壳内，从图2可见，其上有制冷剂的低压输入管，还有高压输出管等与全车的制冷系统连接。采用整体式压缩机结构的另一个好处是，可利用低温低压制冷剂气体流经驱动电机时，能有效地吸收热量，降低电机的工作温度。其三是专为空调压缩机服务的电控单元KLA，是一个电源的变频器及控制器，向驱动电机提供三相交流电，并管理驱动电机的转速、电流及温度等运行参数，电机可在800～9000r/min的宽广转速范围内进行无级调节，平滑地调节制冷剂的循环量，以此来控制车内空调的温度。

由于整体式空调压缩机的供电回路出现电源短路故障，在拆解这个压缩机的左端时，电控单元KLA是用树脂密封胶完全封装的，只能从图2右端部分分解，将涡旋式压缩机部分拆下，见图3所示。而中部是驱动电机部分，由于KLA完全封装根本无法拆解，确认该压缩机损坏后，只得花费数万元的高昂价格更换新的总成，才能修复该故障，使车辆正常运行。那么本空调故障是如何产生的？这种电动空调又有什么特点？为此我们作了一些分析探讨。

一、造成压缩机电源部分短路损坏的原因

为分析该故障产生的原因，与车主交谈，得知该车曾于2013年9月发生过严重的连环追尾事故，车头的散热水箱、空调冷凝器及管道等受损严重。对空调系统进行了重新修复并充加了制冷剂，也灌注了相应数量的冷冻机油，当时检测空调系统，制冷功能已恢复正常。但今年7月，本车又出现了如前所述的空调不制冷，并且直接影响发动机启动的故障。

1.解体涡旋式压缩机。图3是涡旋式压缩机的拆解图，图中涡旋式压缩机的定子是不旋转的，电机驱动涡旋式压缩机的转子，上面有涡旋式叶片。图中右上的小照片是转子背面驱动块的形状，其中部的小孔与电机输出轴上的小轴头配合，涡旋转子被电机驱动，只作小半径旋转。涡旋压缩机的定子与转子相互配合，形成容积逐步变小的六个密封腔，最后由定子的中部孔排出高压气态制冷剂。压缩机中部是被电机驱动旋转的，而圆周分布的长形孔是制冷剂低压输入管道。

在拆解这个涡旋式压缩机时发现，两个涡旋的叶轮内部较干燥，没有润滑油的痕迹，但却有明显的杂质油泥存在，还能嗅到一丝漆包线的胶臭。为什么会产生这种现象呢？

2.电动空调必须使用高绝缘性能的冷冻机油。由于本事故车曾发生过追尾事故，对空调制冷系统维修时曾加注过F134a制冷剂，同时也灌注了一定量的润滑机油。但当时维修人员不了解电动空调的维修规定，只是加注了普通的冷冻机油，这就埋下了造成事故的隐患。

从整体式空调压缩机的结构可知，其驱动电机线圈是浸泡在制冷剂和冷冻机油中的，制冷剂和冷冻机油的品质直接影响电机的运行性能。电机运转时，其定子漆包线线圈既要承受制冷剂气体一定的腐蚀作用，也要承受交流高电压的冲击，以及车辆行驶的强烈振动，工作环境是较恶劣的。特别是考虑到对电机的绝缘性能，故要求压缩机使用的润滑机油必须选用奔驰电动车空调压缩机专用的高绝缘性能的润滑油。

其他品牌的电动汽车空调，多采用三相交流电驱动。如在深圳市使用量达2000多辆的比亚迪纯电动大客车K9上面的电动空调，其交流工作电压有的高达540V以上，瞬间尖峰电压甚至可达760V，所以其必须使用高绝缘性能的冷冻润滑油。如丰田及凯迪拉克电动汽车空调系统，要求使用ND-OIL 11号压缩机油，比亚迪秦牌电动空调要求使用POE，E6纯电动车要求使用RL68H的冷冻机油。它们有一个共同特点是：强调对电绝缘性能的要求，同时要求品质高而含杂质极少，绝对不能以普通空调冷冻机油取代，例如不能以常用的ND-OIL 8号压缩润滑油代替。

我们发现当前很多维修人员没有意识到电动压缩机的特殊性，不重视冷冻机油的品质和保管，维修时可能加注了含水量较大、杂质较多的普通冷冻机油，这种冷冻机油不能承受恶劣环境，不满足高绝缘性能的要求，使电机线圈首先受损，接着造成空调电控单元KLA电路过载，从而引起短路。

二、奔驰S400混合电动汽车空调制冷系统的特点

电动汽车空调与普通汽车空调最主要的差别在于空调压缩机不由发动机驱动，而是由电机驱动，这样就可以不受发动机是否运行的约束，使电动空调工作比较灵活。由于电动空调的电源来自高压蓄电池，而镍氢电池或锂电池组均对工作温度有一定的要求，故电动空调还要兼顾电池降温的工作。以下以奔驰S400混合电动汽车空调制冷系统为例，重点谈谈电动汽车空调系统的一些特点。

1.高压锂电池需要保持一定的温度

混合电动汽车的一个重要特点，是高压锂电池需要保持合适的工作温度，这对保持锂电池的容量、充电的循环次数和延长使用寿命都有一定的作用，这个温度范围约在20～70℃之间。所以在装有高压电池的容器内装有温度传感器，用以检测高压电池的温度，同时内部还装有专用的制冷蒸发器管道，如图4所示。高压电池的控制单元会对输入的温度传感器信号进行分析，如果电池工作温度超过了规定值，该车的空调系统就会自动运转来降温。

这个温度传感信号的传输过程是比较复杂的：温度传感信号→电池控制单元→驾驶驱动控制器局域网(它属于底盘的CAN总线系统)→中央网关的转换→到达自动空调KLA控制电脑→自动向空调压缩机的驱动电机发出指令→驱动电控空调压缩机旋转。命令该车的空调系统运转时制冷剂会流经高压锂电池内的蒸发器，对高压电池产生冷却降温作用。同时经网关后的CAN还向发动机控制电脑发出需要冷却的指令，当高压锂电池电压不够时，会控制发动机启动运转。

是否驱动空调压缩机的电机旋转，或压缩机旋转的转速快慢，即压缩机排出高温高压气态制冷剂的量值大小，与高压锂电池的储电容量、温度和放电电流的大小，以及发动机的工况等因素有关。当发动机在怠速或停机状况时，电动压缩机的驱动功率限制在2kW之内，而车辆突然加速行驶，需要大功率驱动时，则会在10s的短暂时间内，限制电动压缩机的驱动功率，甚至命令其停止运转。

从上面的分析可知，当高压锂电池组过热时，电动模块可命令空调系统自动启动运作，以降低锂电池组件的工作温度，直到温度回降到20～70℃范畴，空调系统则自动停止运行。这种功能保护了高压锂电池组件，但它不需驾驶员根据车内温度来操作空调系统，而可由高压锂电池的温度高低来自动运行，这是一种自动调节高压锂电池组温度的功能。有的车主不了解此功能，会觉得明明自己没有开启空调，但空调系统却自动运行了，往往错误地以为空调系统失控了。

2.空调制冷系统有三条制冷回路

由图5可看出，从电动空调压缩机出来的高温高压气态制冷剂F134a，经车头冷凝器的散热变成液态的中温制冷剂，再经干燥过滤器后分别流向：①H型膨胀阀和前蒸发器，可降低车内前部的乘座温度；②经后蒸发器阀的控制，到达后蒸发器，可降低后座环境温度；③经高压电池蒸发器阀的控制，流向高压锂电池内部的蒸发器，有效地降低了锂电池组的温度，保证了高压锂电池的正常输出。由于高压锂电池需要的工作温度在20～70℃范围内，显然远高于乘客所需要的22～26℃的车内制冷温度，所以流经它的蒸发器的制冷剂循环管，是从干燥过滤器后分出，经高压电池蒸发器阀，流向高压锂电池蒸发器后，再流向前蒸发器入口的，其可重复在前蒸发器内产生一定的制冷作用。显然，这样的设计可有效提高制冷剂的循环效率。

3.压缩机带有消声器

本车空调压缩机内的高温高压输出管道上，专门设置了一个容积较大的膨胀腔，这实际上就是一个压缩机的消声器，用于降低涡旋式压缩机工作时气体压缩产生的噪音。实际运行证明，启用空调后即使在车辆静止且发动机处于停转状态下，也几乎感受不到空调系统的噪音。

4.空调具有短暂的“维持制冷”功能

这种功能是指电动空调能在点火开关关闭、发动机熄火后，仍保持有短时的制冷作用。在取下点火钥匙后，只须按压空调风机键，就能启用此项“维持制冷”的功能。如果是传统的汽车空调，由于空调压缩机是由发动机驱动的，发动机停止运转，空调也就无法继续产生冷气，这种短暂的维持制冷功能也就无法做到。但电动空调则不同，它是由电动压缩机来驱动的，不受发动机是否旋转的影响。

如在加油站加油时，点火钥匙取下后发动机会立即停机，驾驶员短时离开车辆，如希望车内温度能够保持舒适状态，此短时制冷功能的作用便发挥出来了，当然这个时间较短，在本混合电动汽车上设计为不能超过6min。