新能源汽车空调电动涡旋压缩机技术的应用研究

方金湘

摘要：电动涡旋压缩机可靠性好、效率高，具有无极调速的优势，是新能源汽车产业的核心部件。目前，电动涡旋压缩机技术在新能源汽车热泵空调系统的应用发展迅速，系统设计要充分考虑电动涡旋压缩机的使用需求，润滑与回油对电动涡旋压缩机系统有着作用。针对电动涡旋压缩机的润滑与回油问题进行研究，从而提高电动涡旋压缩机技术的可靠性与稳定性。

Abstract： The electric scroll compressor has good reliability， high efficiency， and has the advantages of stepless speed regulation. It is the core component of the new energy automobile industry. At present， the application of electric scroll compressor technology in the heat pump air conditioning system of new energy vehicles is developing rapidly. The system design must fully consider the use requirements of the electric scroll compressor. Lubrication and oil return have an effect on the electric scroll compressor system. Research on the lubrication and oil return of the electric scroll compressor， so as to improve the reliability and stability of the electric scroll compressor technology.

关键词：新能源汽车空调;电动涡旋压缩机;技术应用

Key words： new energy vehicle air conditioner;electric scroll compressor;technology application

中图分类号：U472.41                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0196-02

0  引言

环境危机与能源危机的陆续出现，使新能源汽车保有量逐年增加。对于新能源汽车而言，由于成本限制与能源密度的诸多限制，导致其对各系统的节能需求与传统汽车相比更高。新能源汽车空调制冷可使用电动压缩机代替传统的离合式压缩机;而制热方面，由于没有发动机余热可利用，目前只能依靠PTC电加热与热泵空调。与PTC材料电加热相比，热泵空调系统的节能效果更好，目前国内外许多车辆生产厂家都在积极进行热泵空调系统的研发，电动压缩机作为新能源汽车制热、制冷的核心部件，也逐渐成为了重点关注项目。而电动涡旋压缩机因其构造简单、噪声小、运行稳定等特点，已大量应用于装设热泵空调系统的新能源汽车。鉴于电动涡旋压缩机的特点，在应用于热泵空调系统时因低温润滑特性与质量降低，需要更为关注回油问题。

1  新能源汽车

新能源汽车指的是使用高效环保能源的汽车，包括电能驱动、混合动力驱动、太阳能驱动、氢能驱动等多种形式。因为新能源汽车需要更为舒适的驾驶与乘坐环境，所以在开发过程中必须对空调系统进行改进完善。目前，电动涡旋压缩机这种压缩机形式最为符合新能源汽车，仅有少数厂商具有生产能力。新能源汽车与传统汽车相比具有显著的节能降耗特点，大力发展新能源汽车有助于我国摆脱对原油的过度依赖，对于国家战略安全具有重要价值。为了更好地促进新能源汽车的发展，我国政府已经发布了新能源汽车的发展规划，环保化与电动化已逐渐成为发展方向。

2  新能源汽车空调系统

2.1 新能源汽车空调系统概况

新能源汽车空调系统主要由电动涡旋压缩机、冷凝器、蒸发器等设备构成，研发新能源汽车时，需要对配套的空调系统进行优化升级，新能源汽车空调系统与传统汽车空调系统的差异目前主要集中在驱动、压缩机、制冷调节以及优缺点等方面。

2.2 新能源汽车热泵空调系统

与普通制冷空调相比，热泵空调系统增加了电磁阀、电子膨胀阀以及各连接管路。对于电动涡旋压缩机而言，应用于热泵空调系统具有显著的特点：其一，热泵空调系统所需的压缩机转速范围大，为了保证润滑效果，润滑油与制冷工质的比率远远高于普通制冷空调压缩机;其二，热泵系统使用温度一般低于-10℃，润滑油与冷媒的溶解度不断降低，冷媒比容开始增加，吸气质量与润滑油质量逐渐降低，因此电动涡旋压缩机转速高时就需要更多的润滑油量;其三，制热时的吸气压力更小，电动涡旋压缩机的压比不断增加，因此排气温度也随之提高，由此就可能导致润滑油炭化效果不理想，严重则可能出现电动涡旋压缩机损坏的情况。

如图1所示，制冷回路中的电动涡旋压缩机①排气进入到冷凝器⑥中，并陆续经过电子膨胀阀⑤、⑩，节流降压后进入蒸发器⑨中，随后经过吸气管进入到气液分离器⑧再回到电动涡旋压缩机内。在该回路中，排气管路与出液管路中的流速较快，润滑油不容易积累;由于冷凝器中的冷凝液一般为微通道结构，油液会出现附着，因此冷凝器流程分配的隔板上应进行回油孔设置，在冷凝器进出口压差的影响下，从而顺利排出油液;制冷剂经过电子膨胀阀⑩，节流降压之后流速逐步降低，随后进入蒸发器内，制冷剂开始以气态、液态两种形式并存，但润滑油依然表现为液态，尤其是制冷剂过热的阶段，这种油气分离现象更为显著。因此，电动涡旋压缩机吸气管就应该采取合理的回油方法。制热工况中的电动涡旋压缩机①排气进入到冷凝器③中，该冷凝器设计要与⑥相同，但一般室内冷凝器的尺寸小于室外冷凝器，集油效果不显著，回油孔可能对系统性能产生一定影响，所以对其可以不进行相关处理;之后经过两通电磁阀④并进入电子膨胀阀⑤，待节流降压后进入蒸发器⑥内容，该蒸发器尺寸较大，同时在蒸发温度过低的情况下油气分离效果更为显著，因此需要格外关注电动涡旋压缩机吸气管路的回油设计。对于热泵空调系统而言，由于差异化的换热量需求与管路数量的变动，制热时需要的制冷剂充注量往往高于制冷工况，此时就应在系统中进行气液分离设置。气液分离既可保证液体不会大量进入电动涡旋压缩机，同时也能使回油结构设计更为合理化。需要强调的是，合理设计应包含进出气管位置与回油孔位置，回油孔位置合理，能够保证一定的制冷剂与油液持续不断地回到电动涡旋压缩机的吸气管路上面。要关注的是，液态制冷剂此时处于低温低速气体状态，润滑油极其容易析出，因此管路要尽可能短些。而设置有气液分离时，蒸发器可以考虑设置适当的孔板，以此使制冷剂流速增加并減缓集油速度。

由此可见，换热器在制冷时为冷凝器，而在制热时便转换为蒸发器，考虑到能够同时兼顾制冷与制热的换热功效，换热器的结构设计可能与传统设置有所差异，这里更应对换热器的回油问题进行重点关注。

3  新能源汽车空调电动涡旋压缩机技术应用

研发适用于新能源汽车空调系统的新型电动涡旋压缩机已成为产业迫切所需。如图2所示，新能源汽车空调电动涡旋压缩机具有四方面特点，其一般构成包括静涡旋盘、电机定转子、驱动控制器、滚动轴等部件。在这之中，骡动塔负责与ECU通讯将直流电转变为交流电;动静盘、滚动轴、曲轴等组成压缩泵;电机定转子需要将电能转化为机械能由此驱动压缩泵，通过电机传递驱动将低温低压气体吸入动静盘中压缩为高温高压气体。

在电动涡旋压缩机之中，主要包括7个摩擦副，压缩时7个摩擦副都需要进行润滑，此时润滑油主要发挥减少摩擦、导热、降噪的功能;另外在压缩中，润滑油还可进行径向密封。因而，若压缩机内缺少润滑油，那么就会导致摩擦副的摩擦损耗与动静盘间的密封性欠佳，压缩机的性能将会显著下降。电动涡旋压缩机在结构方面可分为高压腔与低压腔，新能源汽车空调普遍采用的是低压腔，润滑油在主轴作用下提供离心力到达需要润滑的表面。虽然润滑油对电动涡旋压缩机的导热与润滑非常重要，但油从排气离开压缩机后，其本质就是气体污染。制冷剂中含有油分，不仅会损耗压缩机自身性能，同时也会在制冷系统内部各部件中集油，弱化换热器效能。因为制冷剂与油之间存在较好的互溶性，所以油液在运行时必定会随着制冷剂流动而流动。为了分离油液，部分压缩机会在后盖部位进行油气分离设计，该原理充分利用了离心力。但无论何种措施，油气都不能完全分离，而对于新能源汽车空调而言，鉴于空间限制极少安装气液分裂装置。由此可知，新能源汽车空调与系统相比，其含油率较高。

除此之外，制冷量与能效比是新能源汽车空调系统性能的核心评判标准。制冷量与电动涡旋压缩机能耗随着转速提高而提高，而能效比则随着电动涡旋压缩机转速的提高而下降。由此可知，转速高时能够得到较多制冷量，有利于减少车内降温时间，但对能效提高没有较大帮助，所以还要从各方面进行充分考虑。

4  结语

综上所述，与传统制冷空调相比，电动涡旋压缩机技术应用于新能源汽车热泵空调时，其系统回油问题格外关键，从电动涡旋压缩机系统、气液分离部件、芯体管路等方面在设计初期就要考虑回油问题。一方面，电动涡旋压缩机在润滑之后排气之前可进行适量的油气分离，从而保证一定的油循环，为保证回油率，冷凝器流程隔板需进行回油孔设置。在热泵工作时，蒸发器因制冷剂蒸发而出现的油气分离需重点关注孔板设计，从而加快制冷剂流速并减少集油;另一方面，结合蒸发器制冷量、出风温度以及电动涡旋压缩机能耗等方面因素，高转速能够实现快速降温的目的，但对整体效能提高而言較为不利，所以电动涡旋压缩机转速不应盲目增加。

参考文献：

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