2023新能源汽车热管理论坛:同轴管对电压机的影响

7月6日，上海海立新能源技术有限公司热管理总工程师陶宏从同轴管(回热器)主办的2023新能源汽车热管理论坛上、涡旋电动压缩机在汽车空调系统中的应用，如补气增焓、吸气压力保护过低、油量匹配、热气旁通循环等。

陶宏|上海立新能源技术有限公司热管理总工程师

以下是演讲内容的整理:

同轴管对电压机的影响

同轴管热力学称为回热器，即冷凝器出口的过冷段和蒸发器出口的过热段，形成同轴管换热器，可增加冷凝器出口的过冷度，降低蒸发器入口的干燥度，但会增加蒸发器出口的温度。这一过程在热力学上被称为回热过程，制冷量明显提高，但吸气温度会升高。在制冷剂泄漏等一些极端条件下，最高吸气温度可达近50℃，比正常温度高10k~20k以上。

目前的电动压缩机不同于传统的皮带轮压缩机。除压缩涡旋盘泵外，制冷剂还必须首先通过电气控制和电机。排气温度高于传统的皮带轮压缩机，导致电气控制、电机、轴承等冷却条件恶化。

功率半导体的可靠性/故障率和电机的绝缘性会受到温度的影响，其使用寿命也会下降。在下图中，压缩机运行范围的左上角，由于回热器导致排气温度升高，运行范围逐渐缩小。因此，同轴管的使用对当前的电动压缩机有负面影响。

图片来源：演讲嘉宾材料

补气增焓的优点

从下图表可以看出，当蒸发温度下降时，吸气压力和密度也在下降。零下25℃蒸发温度密度为零度蒸发温度密度的1/3；同时，随着压力比的增加，体积效率也会下降。如果吸气压力过低，空气和水泄漏，氧气和水会对油质产生更大的影响，导致酸化，对润滑产生不良影响。

图片来源：演讲嘉宾材料

从以下原理图中可以看出，h51和h52混合物从h3节流进入闪蒸罐，其中h51节流进入h51进入蒸发器，h52被吸入压缩机中间的补气口；这样，蒸发器从环境中携带热量的能力就增加了(h4-h41)，称为增焓。

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如果蒸发温度或吸气压力保持不变，压缩机的吸气流量不会改变，但蒸发器的能力需要相应增加。由于压缩机中间的补气，排气温度有效降低，可以扩大压缩机的运行范围。补气增焓是一项优秀的技术，但由于其系统复杂，会增加相应的匹配工作量。不建议提高压缩机的排量或速度；同时，采用电子膨胀阀控制微量液体吸入，降低排气温度。

吸气压力过低的有效保护

冷凝器过冷段有三态压力开关，其高压保护值为3.14mpag，低压保护值为0.196mpag。当前端冷却不良时，高压保护；当制冷剂泄漏严重或环境温度低于0℃（平衡压力过低）时，低压保护；但当膨胀阀堵塞引起的吸气压力过低（但过冷段压力不低于0.196mpag）时，难以保护。

如果吸气压力过低，制冷剂流量过小，润滑不良会导致摩擦热增加。这不仅会产生更多的热量；而且冷却不良，最终热积累会导致过热问题。

原三态压力开关组合中的LP开关在上述故障中难以提供有效保护，需要在吸气侧增加压力开关或传感器保护。

油量匹配

在油量匹配方面，需要确保油量，以确保足够的油稀释率，并根据实验条件确认，确保压缩机残留油量达到最小值，油是否透明，如果油不透明，可能溶解过多氟利昂，导致乳白色，或泡沫较多，长期使用会对压缩机润滑产生不良影响。

有时候压缩机OCR的最小值也需要。我们推荐几种实验条件:一是高速/高蒸发温度、低速/低蒸发温度的实验条件。高速/高蒸发温度流量大，压缩机出油多，低速/低蒸发温度，系统回油慢；还有高低速往返、高速出油多、低速回油慢的积累过程；第二，看空调蒸发器或者Chiler单独运行。它可能会导致蒸发器或小时内的油积累，需要长时间检查压缩机残留的油量；第三，工作模式的切换，如电池冷却、霜冻；第四，低温静态启动。如果制冷剂的稀释率不够，低温静置时间足够长，重启时很容易“抱轴”。

压缩机的油量检测方法包括称重法和视镜压缩机。视镜压缩机不能直观地看。使用相机，无需重复拆卸压缩机，也可以看到启动或停止的过渡过程，并可以看到油色和泡沫。

随着压缩机转速的增加和OCR的增加，压缩机和系统其他部件中的油量随着压缩机转速的增加而减少；下图提供了压缩机和系统中油量分布的估计方法。

图片来源：演讲嘉宾材料

三角循环

三角形循环是过去两年相对较热的概念。下图为高压侧放热三角形循环，从压缩机的h1点到h2，再到换热后的h3，然后节流回到压缩机的吸入口。你可以看到换热器的热量等于压缩机的输入功率。

图片来源：演讲嘉宾资料

下图显示了从压缩机H1点到H2的低压侧放热三角循环，然后节流到H5，然后将热量转换回压缩机的吸入口。可以看出，热交换器的热量释放等于压缩机的输入功率。

图片来源：演讲嘉宾材料

目前，压缩机有两种耐久性测试装置：一种是全循环法；另一种是热气旁路法。方法1：压缩机从h4到h1需要电加热，从h2到h3需要冷却水冷却。如果使用热气旁路，可以看到h4和h5与h1混合，不需要电加热（节能），对冷却水的需求也减少了。因此，这种使用方法更基于节能的目的。

图片来源：演讲嘉宾材料

虽然上述热气旁路循环方案可以节省PTC成本，但调整难度大，匹配量大，可靠性难以保证；我们推荐以下方案，冷凝器可以通过水系统引入蒸发器吸热，形成自力循环，使系统放热是压缩机的输入功率，当然，蒸发器也可以从余热中吸收和处理一些热量。如何实现低温快速启动是一个问题。如果使用PTC辅助，可以加快但增加成本，需要各方进一步合作讨论。

图片来源：演讲嘉宾材料

（以上内容来自2023年7月6日在盖世汽车主办的2023年新能源汽车热管理论坛上发表的《涡旋电动压缩机在汽车空调系统中的应用》主题演讲，由上海海力新能源科技有限公司热管理总工程师陶宏发表。）