硕士论文
摘 要
电动汽车以其显着的环保性能、低噪声、低能耗等众多优势,已经开始作为环保交通工具使用在了人们出行中.而电动汽车的空调系统与传统汽车空调有较大的不同.随着电动汽车在我国的产业化和市场化,其空调系统的正确合理的使用和发生故障后的诊断维修也将成为电动汽车维修中的新问题.同时也对从业人员提出了新的挑战.
本文从电动汽车空调系统的基本组成和工作原理出发.系统分析了电动汽车空调制冷系统、采暖系统及控制系统的结构组成、工作原理及控制过程,在此基础上对电动汽车空调各系统常见故障特点和故障机理,进行了较为详细的研究和归纳总结.以汽车的故障诊断为基础,结合电动汽车空调系统故障特点,提出了电动汽车空调故障诊断方法.
通过一些典型电动汽车空调系统的故障,如北汽 EV200、比亚迪 F3DM 等车型空调系统中实际故障,对提出的诊断方法进行了实际应用和验证,结果表明本文提出的电动汽车空调系统故障诊断方法在实际使用中具有一定的实用性.
关键词:电动汽车空调,原理分析,故障特点,故障机理,诊断方法
Abstract
Electric vehicles, with their remarkable environmental performance, low noise, lowenergy consumption and many other advantages, have begun to be used as environmentallyfriendly vehicles in people's travel. The air conditioning system of electric car is quitedifferent from that of traditional car. With the industrialization and marketization of electricvehicles in China, the correct and reasonable use of its air conditioning system and thediagnosis and maintenance after fault will also become new problems in the maintenance ofelectric vehicles. It also poses new challenges for practitioners.
This paper starts from the basic composition and working principle of air conditioningsystem of electric vehicle. This paper systematically analyzes the structure composition,working principle and control process of air conditioning refrigeration system, heating systemand control system of electric vehicle. Based on the fault diagnosis of automobile reuse andcombined with the fault characteristics of the air conditioning system of electric vehicle, thefault diagnosis method of the air conditioning system of electric vehicle is proposed.
Through the fault of some typical electric vehicle air conditioning system, such asEV200 and BYD F3DM, the proposed diagnosis method is applied and verified in practice.The results show that the proposed fault diagnosis method of electric vehicle air conditioningsystem has certain practicability in practical use.
Keywords: electric vehicle air conditioning, principle analysis, fault characteristics, faultmechanism, diagnosis method
目 录
第一章 绪论............................................................................................................................ 1
1.1 研究背景与研究意义................................................................................................. 1
1.2 电动汽车空调系统的发展现状................................................................................. 1
1.2.1 国内电动汽车空调发展现状........................................................................ 1
1.2.2 国外电动汽车空调发展现状........................................................................ 2
1.2.3 电动汽车故障诊断和维修现状.................................................................... 2
1.3 本文主要研究内容..................................................................................................... 3
第二章 电动汽车空调系统结构原理概述.......................................................................... 4
2.1 电动汽车空调系统的组成......................................................................................... 4
2.1.1 电动汽车空调系统的基本组成...................................................................... 4
2.1.2 电动汽车空调与传统燃油汽车空调的异同点.............................................. 4
2.2 电动汽车空调系统的制冷原理................................................................................. 5
2.2.1 蒸汽压缩式制冷原理...................................................................................... 5
2.2.2 热电(偶)制冷原理...................................................................................... 7
2.3 电动汽车空调系统制热原理................................................................................... 8
2.3.1 PTC 加热系统................................................................................................... 8
2.3.2 热泵型制热原理............................................................................................ 10
2.3.3 热泵+PTC 的制热方式.................................................................................. 12
2.4 电动汽车空调系统驱动方式................................................................................. 13
2.4.1 非独立式全电动驱动方式原理.................................................................... 13
2.4.2 独立式全电动驱动方式原理........................................................................ 13
2.5 电动汽车空调控制原理........................................................................................... 14
2.5.1 电动汽车空调电动压缩机电路原理............................................................ 16
2.5.2 电动汽车空调系统压缩机变频控制............................................................ 16
本章小结.......................................................................................................................... 17
第三章 电动汽车空调系统常见故障及机理分析............................................................ 18
3.1 电动汽车空调系统制冷系统常见故障及机理分析................................................ 18
3.1.1 空调系统不制冷............................................................................................ 18
3.1.2 空调系统冷气不足........................................................................................ 19
3.1.3 间歇性制冷.................................................................................................... 21
3.1.4 制冷系统噪声大............................................................................................ 22
3.1.5 压缩机绝缘失效............................................................................................ 23
3.2 电动空调制热系统常见故障及机理分析............................................................... 24
3.2.1 PTC 不工作..................................................................................................... 24
3.2.2 PTC 过热......................................................................................................... 24
3.2.3 空调制热量不够............................................................................................ 24
3.3 电动汽车空调电控系统常见故障及机理分析........................................................25
3.3.1 驱动控制器不工作,压缩机不工作.............................................................25
3.3.2 驱动控制器工作正常,压缩机工作异常.....................................................26
3.3.3 驱动控制器工作正常,压缩机不工作.........................................................26
3.3.4 驱动控制器自检正常,压缩机不工作.........................................................26
本章小结...........................................................................................................................27
第四章 纯电动汽车空调系统故障诊断方法...................................................................28
4.1 电动汽车常见故障诊断方法概述............................................................................28
4.1.1 故障树分析法.................................................................................................28
4.1.2 故障码诊断法.................................................................................................29
4.1.3 仪器仪表诊断法.............................................................................................30
4.1.4 经验诊断法.....................................................................................................30
4.2 电动汽车空调系统故障诊断原则............................................................................31
4.3 电动汽车空调制冷系统故障诊断方法的应用........................................................33
4.4 电动汽车空调采暖系统故障诊断方法的应用........................................................36
4.5 电动汽车空调电控系统故障诊断方法的应用........................................................38
4.6 电动汽车空调系统诊断维修注意事项....................................................................41
4.6.1 操作规程.........................................................................................................41
4.6.2 操作注意事项.................................................................................................42
本章小结...........................................................................................................................42
第五章 电动汽车空调系统典型故障诊断方法分析.........................................................43
5.1 电动汽车空调制冷系统故障诊断案例分析..........................................................43
5.1.1 北汽 EV200 空调系统不制冷故障 ...............................................................43
5.1.2 比亚迪 F3DM 电动车空调不制冷................................................................44
5.1.3 北汽 EV160 电动汽车空调制冷不良 ...........................................................46
5.2 电动汽车空调采暖系统故障诊断案例分析..........................................................47
5.2.1 电动汽车空调系统 PTC 故障引起的无暖风故障 .......................................47
5.2.2 电动汽车空调系统 PTC 过热故障引起的故障 ...........................................49
5.3 电动汽车空调控制系统故障诊断案例分析..........................................................49
5.3.1 北汽 EV200 空调控制系统故障引起的不制冷故障 ...................................49
5.3.2 北汽 EV200 空调控制系统故障引起的间歇性制冷故障 ...........................52
本章小结...........................................................................................................................54
全文总结及展望.....................................................................................................................55
1、全文总结.............................................................................................................55
2、展望.....................................................................................................................55
参考文献.................................................................................................................................56
致谢.........................................................................................................................................58
第一章 绪论
1.1 研究背景与研究意义
环境污染的不可逆,全球变暖的日益严重,随着环境可持续发展战略的提出,人们也重新认识到了环境对于可持续发展的重要性,低碳、低排放的发展趋势是现代汽车工业的发展方向.纯电动汽车以其显着的环保性能、低噪声、低能耗等众多优势,已经开始作为环保交通工具使用在了人们出行中.我国将大力支持新能源汽车(特别是纯电动汽车)的发展,《电动汽车科技发展"十二五"专项规划(摘要)》明确指出,纯电动汽车的发展是我国新能源汽车发展的重点,尤其是电气化程度比较高的纯电动汽车[1].空调系统的存在是为了提高电动汽车的使用的舒适性.面对电动汽车空调系统和传统汽车空调系统中很大的不同点,汽车维修人员也将面临新的问题.伴随着电动汽车的快速发展,电动汽车的普及化已经成为必然趋势.电动汽车空调系统的维修就成为汽车维修从业人员的必修课也是将来必须要掌握的技能之一.
目前电动汽车空调系统出现故障时,汽车维修人员基本是根据传统燃油汽车空调的维修经验出发进行电动汽车空调系统的故障诊断及维修.在电动汽车空调系统的维修过程中,由于从业人员对电动汽车空调结构原理和故障特点不了解,增加了修理时间及难度,从而增加了维修成本.
因此,在电动汽车快速发展的过程中,对电动汽车空调系统故障机理和诊断方法的研究十分必要.对于提高从业人员快速掌握电动汽车空调维修技能具有意义.
1.2 电动汽车空调系统的发展现状
1.2.1 国内电动汽车空调发展现状
由于电动汽车有着比传统燃油汽车相比来说更加优良的环保性能,加上电动汽车的快速发展以及纯电动汽车在我国国内的产业化及市场化,更多人开始有意向购买使用纯电动汽车,从提高驾乘人员在乘坐电动汽车时的舒适性上考虑,配备空调系统是必须的.
由于电动汽车的结构的影响,对于纯电动汽车的空调系统来说,没有发动机为制冷系统提供动力,也没有发动机的余热为采暖系统提供热源.对纯电动汽车空调系统,在制冷系统中,用直流电动机驱动的压缩机代替了发动机带动的压缩机,完成了空调系统的制冷的目的[2].从目前纯电动汽车空调系统的使用情况来看,这种设计,基本解决了电动汽车空调系统的制冷,但是效率较低[3].由于在纯电动汽车中,没有发动机的余热作为热源,所以采用了新的制热方式,比较常见的是采用 PTC 加热和电热管加热,但是这些加热模式,依旧在消耗纯电动汽车电能,所以纯电动汽车的续航能力还是会受到影响[4].纯电动汽车空调系统的主要零部件依旧使用了传统汽车空调的零部件,只是改变了压缩机和控制模式[5].据不完全了解,国内研发电动汽车的厂家对于电动汽车空调系统的结构组成配备情况相似,如奇瑞、比亚迪、一汽、上汽、江淮等[6].
1.2.2 国外电动汽车空调发展现状
国外纯电动汽车空调系统的发展和国内相比来说具有较好的成熟度.国外纯电动汽车空调系统也有和国内相似的结构模式、工作模式.但对于纯电动汽车空调系统来说,国外在热泵式空调系统上的技术发展更加成熟一些[6].例如,日本的本田的纯电动汽车,就采用了这种模式的空调系统,一个反换流器控制压缩泵置于系统内[7].此外,采暖系统中也可以选则性的加装一个燃油加热器,在较为寒冷的地区使用.日本电装(DENSO)公司,电动汽车热泵型空调系统在几年前就被开发出来了,这种空调系统依旧沿用 R134a制冷剂,并且,在配气系统中依旧设置了车内冷凝器和蒸发器两个换热器.自然工质CO2 的热物理性能较好,基于这个特性,电装(DENSO)公司在 2003 年开发了一套 CO2热泵空调系统[6].这套系统在配气系统中也设置 2 个换热器[8].这套系统与 R134a 系统相对比来说,在制冷模式状况下工作时,制冷剂的循环流动,同时通过两个冷凝器,即在流过内部冷凝器的同时也流过外部的冷凝器.空调开启后会消耗大量动力电池的电能,为了改善这种情况,空调座椅被美国 Ameerigon 公司应用在了纯电动汽车空调系统中,加装热电热泵在空调座椅上[9].设置一个调温水箱在需要调温的空间外,然后通过这个水箱转移热量,从而实现制热或制冷的目的[10].驾乘人员在车内的舒适性通过这种空调座椅的使用得到了大大的改善,这种系统的节能性也很不错,所以很适合使用在电动汽车上.由此可见,国外电动汽车的空调系统从节能高效和实用性上来看已经有了较大的突破.我国电动汽车行业也需要在节能上考虑,从而进一步提高空调的实用性和舒适性.
1.2.3 电动汽车故障诊断和维修现状
随着电动汽车的发展的日渐成熟,更多的人选择电动汽车作为出行工具.而电动汽车空调系统的维修也成为从业人员常见的情况.目前,针对电动汽车空调系统的维修,由于其制冷系统与传统汽车空调系统的制冷系统相似.故,电动汽车空调制冷系统的维修主要依旧参考传统汽车空调制冷系统的维修模式进行诊断检测.而采暖系统主要通过替换相应的零件来逐一排除故障.
在目前电动汽车空调系统的故障诊断过程中,没有一套系统的诊断方法作为电动汽车空调系统维修从业人员的参考.电动汽车空调系统的故障诊断基本是根据维修人员现有经验,逐一尝试排除故障.这样的检修过程,会导致维修的成本及维修时间增加.而维修成本的增加,并不利于电动汽车在市场上使用的广泛推广,会对电动汽车使用者造成一定的困扰.
1.3 本文的主要研究内容本文的主要研究内容如下:
1、通过调研、资料研读对论文选题进行背景分析,了解国内外研究现状,提出本文研究内容及研究思路.
2、分析电动汽车空调系统的结构原理,包括了基本的制冷制热原理,电动压缩机的原理,驱动方式,控制原理以及电动汽车空调系统中应用较为广泛的制冷、制热原理和电动压缩机的控制方式.
3、对电动汽车空调系统常见的故障原因进行分析总结,归纳出空调各系统故障现象,故障特点和机理.
4、电动汽车空调系统故障诊断方法的研究,研究汽车常见的故障诊断方法.针对纯电动汽车空调系故障机理和特点提出故障诊断方法.
5、通过一些典型案例,对提出的故障诊断方法,进行诊断分析.验证本文中所提出的诊断方法的正确性和可行性.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
全文总结及展望
1、全文总结
本文主要分析了纯电动汽车的空调系统的检修方法.随着全球对环境保护的重视,伴随着纯电动汽车的快速发展.而电动汽车的维修成为汽车维修行业未来的发展重点.空调系统作为纯电动汽车的必要部件,涉及纯电动汽车空调系统的检修就成为从业人员必须掌握的技能之一.
本论文主要完成的工作总结如下:
⑴、通过研究纯电动汽车空调系统中制冷系统及采暖系统的结构、原理、控制方法,分析了电动汽车空调系统和传统汽车空调系统的异同点;
⑵、通过调研、模拟试验、资料研究等手段系统分析了纯电动汽车空调系统中制冷系统,采暖系统中常见的故障特点.结合电动汽车空调系统的原理,分析了电动汽车空调系统的故障机理;
⑶、研究了电动汽车空调系统诊断方法,针对制冷、制热以及控制故障提出了相应的诊断方法;针对不同的故障原因,提出了在不同的故障部位可应用的诊断方法;
⑷、通过典型故障案例,验证了诊断方法的正确性.
2、展望
本文虽然已经完成了课题相关的研究和系统的工作,但是受限于目前作者对一线维修工作经验的欠缺,本文对一些诊断方法仍未进行全面的分析及总结.此外,电动汽车空调系统的结构仍旧存在多样性,本文并未对所以类型的电动汽车空调系统的故障进行全面分析.
1、在今后随着电动汽车的发展,仍还有很多工作要做,需要对诊断方法进行补充和完善;
2、电动汽车仍处在发展阶段,所以空调系统从结构到诊断方法都随着结构的变化在逐渐变化的,需要随着空调系统结构的变化,对其诊断方法进行调整和改进,以适应电动汽车的快速发展和提高从业人员使用本方法的可参考性.
本论文查阅了大量的资料,对资料进行了分析和研究,在此基础上尽力完成.作为一名一线授课教师,本文主要通过便于讲授的模式撰写,中间仍旧有很多的不足.
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