本公司的电动压缩机开发始于1986年。开发伊始虽然也经历过摸索阶段,但是在向推进车辆电动化的美国汽车厂商供货的过程中,产品化速度非常之快。1990年,电动车“EVS-10”在美国投入使用。当时就是本公司供应的电动压缩机,但产量还非常少,在成本、充电电池、基础设施的限制下未能普及。 当时的电动压缩机需要另配逆变器,成本昂贵,空间利用率也比较低。之后,本公司在电动压缩机与逆变器的一体化、压缩机构的高效化及小型轻量化等方面推进了开发。 对于2005年上市的本田“思域混合动力”车型,本公司以此前开发的电动压缩机为基础,又开发出了皮带传动与电机驱动兼顾的混合式压缩机(图2)。这种混合式压缩机能够在车内温度高、车速慢等空调负荷较高的情况下同时使用皮带传动和电机驱动,使制冷能力达到最大(图3)。 图2:本田2005年9月上市的“思域混合动力” (a)车辆。(b)混合式压缩机。同时支持发动机驱动与电机驱动。(点击放大) 图3:混合式压缩机的驱动分为三种(a)发动机运转带动压缩机工作时。(b)空调专用电机运转带动压缩机工作时。(c)发动机用与电机用压缩机同时运转时。(点击放大) 而在空调负荷较低时,则可以区别使用皮带传动和电机驱动,在车辆停止时单独使用电机驱动,以最低限度的制冷性能抑制车内温度的上升本公司2009年开始向德国戴姆勒(Daimler)的高级混合动力车“S400”供应电动压缩机(图4)。S400的要求非常高,面临低电压驱动等众多难题。但戴姆勒对我们此前的电动压缩机开发进程以及运动型高级车“SL”上使用的皮带传动型压缩机的性能及质量给予了高度评价,因而采用了我们的产品。 图4:德国戴姆勒2009年6月上市的混合动力车“S400HYBRID” (a)机体,(b)发动机与电机部分。 压缩机中的电机使用钕磁铁,虽然是8.2kW功率,使用转数范围为700~9000rpm的高功率配置,而额定电压仅为120V(图5)。 图5:S400采用的电动压缩机(a)机体,(b)截面图。 通常以低电压实现高功率需要大电流,这样就会导致逆变器周围的电子部件成本上升,体积增大。 而此次开发过程中,电机尺寸、成本、噪声均得到了控制,齿槽转矩等特性在设计时也进行了综合考虑。特别是冷媒压缩部分沿袭了传统的皮带传动型的可靠性,采用了使用低压低温侧冷媒冷却逆变器的方式。 随着车辆电动化的全面展开,空调的电动化正在加速。本公司在全球最先向车辆供应的涡旋式压缩机虽然具备效率高、静音性高、驱动转矩变化小等车辆厂商要求的高水准,但不适合改变排放容积,进行精密控制的需求。 此次,在对压缩机进行电动化后,压缩机转数无需与发动机转数挂钩,可以使用电机达到所需转数。从而实现了与排放容积可变型压缩机相同的高效率、静音性能优良等特点,而且能够实施精密控制。 今后的HEV和EV将不再只是汽车厂商的战略车和高级车,还会向中小型的普及车发展。今后的电动压缩机需要实现更高程度的高效化、小型轻量化及低成本化(图6,7)。 图6:电动压缩机的发展现行的A型已向S400供应。B型除支持客户的CAN通信外,还减少了噪声的产生。新一代型通过实现对高输入电压的支持,缩小了机体体积 图7:电动压缩机的发展过程本公司于1986年开始开发电动空调压缩机。产品于上世纪90年代开始向“EVS-10”供应。之后,混合式产品于2004年投入量产,并向本田供应。今后,本公司计划对S400用型号进行小型及轻量化,向普及型混合动力车和电动汽车供应。 而且,根据今后的环保规定,未来的HEV必须进一步削减CO2排放量。这就要缩短发动机驱动时间、延长电机驱动时间。电机驱动时间的延长必然会缩短内燃机的工作时间,减少车辆产生的热量(排热)。 由于无法再利用排热制暖,因此,对于HEV和EV而言,高效制暖则是重大课题。 制暖效率存在课题 比方说,有实验结果显示,如果现在EV的续航距离为160km,那么,在使用加热器制暖的情况下,续航距离将会减半到80km。也就是说,制冷、制暖会在很大程度上限制EV车辆的商品价值以及用户的使用环境。 这无论对于整车厂商、还是对于空调设备厂商,都是非常紧迫的问题。要想解决这一问题,电池容量的提升、车辆动力效率的提升、空调效率的提升、新机构的采用必须同时达到较高水平。 对于空调设备厂商而言,包括压缩机、冷凝器、蒸发器、加热器铁芯等热交换器的小型及高效化,降低HVAC空气侧的损耗在内,需要在现有产品基础上进行改进的方面还有很多。 而且,如果不能增加新的机构、手法以及控制方式,从空调系统整体出发结合车辆状态进行控制的话,HEV和EV的商品价值将无以维系。 未来以利用热泵为目标 高效制暖方法有一般家庭使用的热泵。虽然将其配备在车辆上就可以解决问题,但实施起来却并不简单。对于住宅与车辆,其外部气体热负荷、负荷变化、振动环境、空间效率等配置要求和使用环境不尽相同,在汽车上安装热泵非常困难。热泵系统的心脏部件——压缩机也必然置身于恶劣的使用环境中,还需要进一步改进。 除汽车设备业务外,本公司还通过独自的制冷制热技术,为自动售货机、商店、居住环境业务等多个领域开发出了相应的系统。 这些系统中广泛使用了热泵技术,除了与各种使用环境相对应,在简单的空调电路的基础上还采用了二级复合电路,加入了同时调节各个温度区域的技术。对于汽车,当务之急是对此类技术实施小型轻量化,开发廉价且环境耐受性优良的产品) |
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