《新能源汽车空调检测与维修》课程框架设计思路解析

◆文/江苏 耿彪

随着人们对环境污染问题的普遍关注和节能环保意识的日益增强，世界各国都在大力发展新能源汽车来代替使用石油燃料的传统汽车。我国更是将新能源汽车产业列入《中国制造2025》规划中的重点发展产业之一，许多新能源汽车研究、生产和使用的鼓励政策也随之出台。新能源汽车与传统内燃机汽车在动力总成上有着本质区别，这使得两者的空调系统也存在差异，本文将从汽车维修企业新能源汽车空调维修数据分析和新能源汽车空调技术特点两个方面为依据，解析《新能源汽车空调检测与维修》课程框架的设计思路。

一、汽车维修企业新能源汽车空调维修数据分析

《新能源汽车空调维修》课程内容必须是以真实维修项目为载体，以实际工作流程为教学过程。根据2021年7月至8月某市汽车维修企业新能源汽车空调维修的数据（图1），分析出常见的维修作业内容：电动压缩机不工作、空调性能测试、制冷剂加注作业、不制冷（不制暖）故障检修、制冷（制暖）效果差的故障检修、空调控制系统故障检修、不出风或出风量少的故障检修等。

图1 2021年7-8月某市新能源汽车空调维修数据汇总

二、新能源汽车空调技术特点介绍

1.与传统内燃机汽车空调系统的区别

新能源汽车包含燃料电池电动汽车、纯电动汽车、插电式混合动力汽车，其装备的汽车空调系统的工作原理也不尽相同。燃料电池电动汽车由于燃料电池的化学能转换效率低，余热排放量大，所以采用余热吸收式制冷系统和利用燃料电池余热实现汽车空调的冷暖功能。纯电动汽车空调系统是使用电动空调压缩机作为动力源来实现制冷功能，有些车型是利用PTC元件直接加热空气或是用加热后的冷却液来加热空气以此实现制暖功能，还有部分车型是利用热交换器加热制冷剂来实现的。插电式混合动力汽车由于仍然安装有传统发动机，所以它的空调系统与传统汽车空调的系统基本上没太大变化，但会采用机械、电动双模压缩机。传统内燃机汽车通过皮带传动和电磁离合器，让发动机曲轴带动机械式空调压缩机运转，即便在空调不工作时，也会增加一定的燃耗。新能源汽车与传统内燃机汽车空调系统的区别，见表1。

表1 新能源汽车与传统内燃机汽车空调系统的区别

2.典型新能源汽车空调系统原理

因燃料电池电动汽车的市场占有率极小，插电式混合动力汽车的空调系统又类似于传统燃油车与纯电动汽车空调系统的糅合，故以下仅介绍近年来刚应用在纯电动汽车上的热泵式汽车空调系统。热泵式汽车空调系统由电动空调压缩机、电磁四通阀、冷凝器、蒸发器、干燥瓶、膨胀阀和热交换器组成。新能源汽车空调制冷系统中空调压缩机的动力来源是电池，因此在压缩机上直接集成了电动机成为电动空调压缩机，并通过控制器控制空调压缩机转速，提高能量利用效率如图2所示。电磁四通阀能够改变制冷剂的流动方向，是热泵式汽车空调系统切换冷热模式的重要部件如图3所示。冷凝器与蒸发器将制冷剂气液转化，达到制冷和制暖的目的。干燥瓶用来干燥、过滤制冷剂中的水分与杂质。膨胀阀可以降低系统压力以便制冷剂在更低沸点下蒸发吸热。热交换器的作用是改善系统在较低环境温度下制暖不良情况。同时更高标准的环保要求，也使得作为制冷剂由常见的R134a（全球气候变暖潜能值GWP=1300）逐渐转变为CO2（GWP=1）和HFO-1234yf（GWP=4）。

图2 带控制器的电动空调压缩机

图3 电磁四通阀

热泵式汽车空调系统在制冷时的工作原理与传统汽车空调相同，即空调压缩机将高温气态制冷剂压向电磁四通阀（从A端进D端出）；高压气态制冷剂经过冷凝器放热后，冷凝为高温高压液态；再通过膨胀阀节流降压，转变为高温低压液态；蒸发器吸收车内温度将高温低压液态制冷剂转化为低温低压气态；最后再次通过（从B端进C端出）回到电控空调压缩机的低压进口处。热泵式汽车空调系统在制暖时，电磁四通阀使制冷剂的流向与制冷时的流向相反（从A端进B端出再从D段进C段出），此时蒸发器和冷凝器的作用也就和制冷时相颠倒，蒸发器放热以加热车内温度，而冷凝器吸收外部热量。由于热泵式汽车空调系统的特点，会在冷凝器处安装热交换器，当外界环境温度较低时，冷凝器吸收热交换器中冷却液的高温，提高制暖效果。热泵式汽车空调系统工作原理图（图4）。

图4 热泵式汽车空调系统工作原理图

图5 某型纯电动汽车空调电子控制系统简图

表2 《新能源汽车空调检测与维修》课程框架表

纯电动汽车与传统内燃机汽车的空调电子控制系统原理也存在部分异同。某型纯电动汽车空调电子控制系统简图，如图5。图中蓝色虚线框内的控制原理与传统车相同，空调控制单元根据空调控制面板上A/C开关、风速开关、风门模式开关并结合温度传感器（环境温度、蒸发箱温度、冷却液温度）、压力传感器和阳光传感器等信号，控制电动压缩机、风门电机和冷却风扇等执行器。红色虚线框中的部件为纯电动汽车独有，空调控制单元控制高压直流电驱动PTC加热器和电动空调压缩机是否需要处于工作状态。

三、《新能源汽车空调检测与维修》课程框架设计

汽车维修作业通常是从发现汽车故障现象开始，经过检测→分析→恢复等一系列流程最终排除故障，整个流程都围绕“排除故障现象”开展的，新能源汽车空调检修也不例外。将典型故障现象或常见作业内容设为项目，设计相应的教学情境，将一个完整的故障排除过程拆分为工作原理、工具使用、电路查询、数据分析、方案制定、检测方法、拆装流程等的单个学习任务。《新能源汽车空调检测与维修》课程框架表，见表2。

四、结语

尽管新能源汽车空调系统工作原理和结构组成与传统汽车有着一定区别，但其故障现象与检测故障的方法却还是万变不离其宗。通过分析，发现《新能源汽车空调检测与维修》课程框架表中的项目3、项目4、项目5与项目2中的部分内容与传统汽车空调课程中的学习内容基本一致，这也就减少了下阶段课程开发的难度与工作量，可以把更多精力放在开发新能源汽车空调独有的学习内容上，争取早日开发出贴合企业发展需求，真正把典型工作任务引入到技能教学中，能让学生在“做中学，学中做”的新能源汽车空调维修实训课程。