電動汽車HVAC系統(tǒng)的不同之處

電動汽車HVAC（暖通空調(diào)）系統(tǒng)依賴先進(jìn)的傳感器、作動器和控制器，以確保車輛在所有溫度條件下都能保持最佳運行狀態(tài)。（TDK-Micronas）

Jeroen Van Ham博士是TDK多款傳感器系統(tǒng)總監(jiān)。（TDK）

TDK的專家Jeroen Van Ham博士表示，越復(fù)雜的電動汽車HVAC系統(tǒng)需要全新的傳感器解決方案。

眾所周知，極端溫度會對電動汽車的性能（特別是續(xù)航能力）造成損害，這是電動汽車廣為詬病的一個問題。不過OEM已經(jīng)認(rèn)識到這個問題并通過創(chuàng)新和迭代的新技術(shù)加以解決。如今，基于最先進(jìn)、穩(wěn)定的傳感器和作動器的復(fù)雜HVAC被越來越多的電動汽車采用。

極端高溫同樣會影響內(nèi)燃機汽車，只是不如電動汽車頻繁。兩種動力類型在HVAC的問題上各有得失。內(nèi)燃機汽車HVAC系統(tǒng)的構(gòu)造相對簡單，只包括空氣冷卻系統(tǒng)、冷卻劑（水乙二醇）、加熱器和熱交換器（包括空調(diào)）。但電動汽車的HVAC系統(tǒng)在技術(shù)要求上比內(nèi)燃機汽車復(fù)雜得多。了解具體差異對于設(shè)計一個有效的HVAC系統(tǒng)十分重要。

電動汽車HVAC系統(tǒng)的不同之處

電動汽車的HVAC系統(tǒng)包含多個熱敏子系統(tǒng)和部件，各個系統(tǒng)和部件的最佳運行溫度范圍不盡相同，偶爾會出現(xiàn)范圍重合的情況。具體如下：

為防止消磁，電機中磁性元件的溫度必須保持在80°C（176°F）以下。

電機變頻器和充電元件的溫度必須保持在120°C（248°F）以下。

鋰離子電池必須在10-40°C（50-104°F）之間運行。

氫燃料電池可能需要在100-200°C（212-392°F）之間運行，具體溫度取決于燃料電池技術(shù)。

在任何車輛內(nèi)，讓乘客感到舒適的溫度通常在20°C（68°F）左右。

電動汽車的HVAC系統(tǒng)之所以如此復(fù)雜，就是因為其往往需要同時滿足所有溫度要求。電動汽車有三個不同的加熱/制冷循環(huán)回路：電池系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和座艙各有一個專門的循環(huán)回路。運行多個工作溫度范圍各不相同的系統(tǒng)需要精細(xì)的管理方案。例如，電動汽車制造商必須設(shè)計出一種同時管理電力系統(tǒng)（最高運行溫度為120°C）和電池系統(tǒng)（最高運行溫度為40°C）的方案。

為了充分利用車輛的空調(diào)單元，電動汽車工程師將原本共同用于電力系統(tǒng)和電池系統(tǒng)的單一熱回路拆分為兩個通道。

在該熱回路的一個通道中，水乙二醇在40-100°C的溫度范圍內(nèi)循環(huán)經(jīng)過電力設(shè)備和散熱器；而在另一個通道中，水乙二醇被空調(diào)系統(tǒng)中冷卻到40°C以下。在此過程中，冷卻器將水乙二醇在電池回路中產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到空調(diào)制冷劑中。

調(diào)節(jié)電池溫度

電動汽車的一塊電池中可能包括上千塊電芯，每塊電芯都必須接受單獨的溫度和電壓監(jiān)測。所有電芯盡可能保持負(fù)荷均衡時，電池的運行效率更高，因此必須安裝電壓感應(yīng)。產(chǎn)生的感應(yīng)數(shù)據(jù)由電動汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）記錄。在溫度感應(yīng)方面，高溫天氣下需要對電池進(jìn)行冷卻以防性能降低，這種降低會在40° C以上的溫度加速發(fā)生。為此，需要使用前文所述的冷卻劑以及通風(fēng)設(shè)備和風(fēng)扇。

在寒冷天氣下則需要對電池進(jìn)行加熱。因為如果鋰離子電池的溫度過低，便會影響電動汽車的續(xù)航。還需要注意的是，即使車輛沒有行駛，電池也必須保持溫暖，這就是電動汽車制造商為電池配備專用加熱器的原因，是為了使電池一直處于最佳溫度范圍內(nèi)不僅是硬性的技術(shù)要求，而且還有助于在寒冷天氣下保證汽車的續(xù)航，而這一點常常被電動汽車批評者忽略。

豐富的傳感器類型

對電動汽車的多個子系統(tǒng)進(jìn)行加熱和冷卻并使其保持在最佳溫度范圍內(nèi)，其中涉及的熱泵、水泵、三通閥、膨脹閥等設(shè)備的數(shù)量均多于一般內(nèi)燃機汽車。所有這些設(shè)備都必須受到監(jiān)測和控制，所以需要借助安裝在不同位置的溫度傳感器和壓力溫度傳感器，以及針對水乙二醇制冷劑的壓力傳感器。

為防止惡劣天氣影響，其中許多傳感器需要采用專業(yè)封裝進(jìn)行保護。此外，這些傳感器的安裝和固定也很講究，必須將汽車在道路上長期經(jīng)受的沖擊和振動考慮在內(nèi)。TDK可提供多種能夠滿足要求的作動器（HVC 4xyzF）和傳感器（HAL 39xy），以使電池在任何時候都能提供最大續(xù)航。

高效的HVAC系統(tǒng)=安全性

精確的測量不僅對車輛的高效運行至關(guān)重要，同時也是一個安全問題。

多數(shù)電動汽車都可以至少在一定程度上利用交流電源并將其轉(zhuǎn)換為直流電進(jìn)行充電。而交流和直流充電接口的功率往往超過100kW。

作為這一過程的副產(chǎn)品，熱量的產(chǎn)生不可避免。如果不加以管理，積累的熱量可能成為潛在的安全隱患。因此，溫度傳感器在電動汽車動力系統(tǒng)的所有關(guān)鍵節(jié)點上都發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

電動汽車要求在充電插頭處安裝一個溫度傳感器以確保充電安全。針對這些熱點區(qū)域，TDK推出了耐高壓的負(fù)溫度系數(shù)（NTC）傳感器，這些傳感器都具有高工作溫度和高電絕緣的特點。

復(fù)雜的電動汽車HVAC系統(tǒng)依賴先進(jìn)的傳感器、作動器和控制器，使車輛即便在寒冷天氣下也能保持最佳運行狀態(tài)。

審核編輯：湯梓紅