純粋な電気自動車のエアコン システムの仕組み
空調システムに関しては、電気自動車と従来型車両とではシステム構成に違いがあり、電気自動車の種類によって特性も異なります。 この記事では主に純粋な電気自動車のエアコンシステムの動作原理を紹介します。
純粋な電気自動車には、エアコン用コンプレッサーの動力源としてエンジンが搭載されておらず、暖房や霜取り効果を得るために利用できるエンジンの廃熱もありません。 燃料電池電気自動車は、エアコン用コンプレッサーの動力源としてエンジンを搭載していませんが、燃料電池エンジンは比較的安定した廃熱を発生することができます。
ハイブリッド電気自動車の場合、その制御戦略により、いつでもエンジンを冷凍および圧縮用の動力源として使用することはできません。 カーエアコンが車室内の空気を調整するために行う最初のことは、空気の温度を調整し、冷却によって気温を下げることです。
電気自動車の特性に応じて、現在電気自動車で使用できる主な冷凍空調方式には、熱電冷凍、電動コンプレッサー冷凍、廃熱冷凍などがあります。 その中でも廃熱冷凍は燃料電池電気自動車への利用が考えられます。
電気自動車用空調システム：冷凍システム
熱電冷凍としても知られる半導体冷凍は、冷媒を使用せず、作動部品を持たない固体冷凍技術です。 サーモパイルは圧縮冷凍圧縮機として機能し、コールドエンドとその熱交換器は圧縮冷凍蒸発器に相当し、ホットエンドとその熱交換器は凝縮器に相当します。 電気が印加されると、自由電子と正孔がサーモパイルの低温端から出て、外部電場の作用により高温端に向かって移動します。これは、コンプレッサーにおける冷媒の圧縮プロセスに相当します。 電気加熱パイルの低温端では、熱交換器の熱吸収を通じて電子正孔対が同時に生成されます。これは、蒸発器内の冷媒の熱吸収と蒸発に相当します。 電気加熱パイルのホットエンドでは、電子と正孔のペアの再結合が発生し、同時に熱交換器を通じて熱が放散されます。これは、コンデンサー内の冷媒の加熱と凝縮に相当します。
熱電空調には次の特徴があります。熱電素子が動作するには DC 電源が必要です。 電流の方向を変えると、冷却と加熱の逆効果が生じる可能性があります。 熱電冷凍部品の熱慣性は非常に小さく、冷却時間は非常に短く、ホットエンドでの熱放散は良好で、コールドエンドは空です。 負荷がかかった状態では、冷凍チップは電源投入後 1 分以内に最大温度差に達します。 コンポーネントの動作電流を調整することで冷凍速度と温度を調整でき、温度制御精度は0.001度に達し、エネルギーの継続的な調整を簡単に実現できます。 適切な設計および適用条件下では、冷却効率は 90% 以上に達し、加熱効率は 1 をはるかに上回ります。 小型、軽量、コンパクトな構造であるため、電気自動車のメンテナンス品質の低下につながります。 信頼性が高く、長寿命でメンテナンスが容易です。回転部品がないため、振動、摩擦、騒音、衝撃に強いです。
電気自動車空調システム: 暖房システム
燃料自動車の空調システムの加熱源は主にエンジン冷却水ですが、電気自動車の暖房システムはこれとは異なります。 電気自動車の空調システムで空気を加熱するための一般的なソリューションは次のとおりです。
①ヒートポンプ。 ブラシレスDCモーターによって駆動される伝動ベルトによって駆動される電気自動車ヒートポンプ空調システムの動作原理を図に示します。 空調システムの冷暖房モードは四方切換弁によって切り替えられます。 実線の矢印は冷却条件を示し、点線の矢印は加熱条件を示します。 このシステムは原理的には通常のヒートポンプエアコンと変わりませんが、電気自動車用として、二重作動室スライディングベーンコンプレッサー、DCブラシレスモーター、インバーター制御システムを特別に開発しました。 ヒートポンプの作動状態では、システムが除霜モードから暖房モードに切り替わると、エアダクト内の熱交換器に付着した結露水が急速に蒸発し、フロントガラスに霜が付き、運転の安全性に影響を与えます。
②PTC電気ヒーター。 PTC電気ヒーターは、PTCサーミスタ素子を熱源としたヒーターです。 PTC サーミスタは通常、半導体材料で作られており、湿度の変化により抵抗値が急激に変化します。 外気温が低下するとPTC抵抗値が低下し、発熱量が増加します。 材質によりセラミックPTCサーミスタと有機ポリマーPTCサーミスタに分けられます。 セラミックPTCサーミスタは空調補助用電気ヒーターに使用されています。 PTC サーミスタ素子は周囲温度の変化に応じて抵抗値が増加または減少する特性を持っているため、PTC ヒーターは省エネ、温度一定、安全性、長寿命などの特性を備えています。
電気自動車用空調システム：ヒートポンプ空調システムの原理。
空調補助電気ヒーターは、接着セラミック PTC ヒーターと金属 PTC 管状ヒーターに分類できます。 接合型セラミックPTCヒータは、複数のセラミックPTCチップとアルミ波型ヒートシンクを耐高温樹脂接着剤で接合したヒータです。 優れた放熱性と安定した電気的性能を備えています。 このうち、接合型セラミックPTCヒータは、ヒータ表面帯電タイプとヒータ表面非帯電タイプに分けられます。
金属PTC管状ヒーターは、加熱材料として輸入されたニッケル鉄合金線を使用しています。 加熱管にはアルミニウム製ヒートシンクが嵌め込まれており、放熱効果は非常に優れています。 ヒーターには温度コントローラーと温度ヒューズを搭載しており、より安全・安心にお使いいただけます。 この種のヒーターはPTC材料の優れた特性を備えており、一部のエアコンはこのタイプのヒーターを補助暖房として使用します。
③廃熱＋補助PTC。 高出力機器（電力変換装置、駆動モーター、モーターコントローラー等）の動作時に発生する熱を利用し、車内環境と熱交換を行います。 熱が不十分な場合は、補助 PTC ヒーターが有効になります。
電気自動車は重要な交通手段となっており、車を購入する際には空調、冷暖房も車選びの重要な要素となっています。 結局のところ、冷暖房にも電気がかかります。
