【电动汽车拆解】空调压缩机 ：不断推进电动化

快乐每一天

三电（SANDEN）从1971年开始生产车载空调压缩机。如今已在欧洲、北美和亚洲拥有生产基地，掌握着全球25％的份额。

　　受全球环保规定和高燃效技术发展的影响，在汽车行业中，发动机的小型化和HEV（混合动力车）·EV（电动汽车）化的速度正在加快。

　　关于应对环保规定的办法，除了提高发动机效率、添设增压器来缩小发动机体积外，HEV还可尽量延长电机驱动时间，EV可在轻量化的同时配备高性能电池等。具体做法因汽车厂商而异。

备有3类压缩机

　　本公司的空调压缩机大致分为三类。

　　面向需要提高现有内燃机效率、实现小型化的汽车厂商，供应的是借助传统发动机皮带传动类型的压缩机。面向以发动机为主体、电机为辅的车辆（Mild-HEV）供应的是皮带传动和电机驱动兼顾的混合式压缩机。对于以电机为主体（Strong-HEV、EV）的车辆，则供应电动压缩机。（图1）。

         

图1：空调压缩机的类型包括使用发动机驱动的类型，同时使用发动机和电机驱动的混合动力型，单纯使用电机驱动的类型3种

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）

爱你的小平

强帖，学习了