电动压缩机控制器的设计与实验研究

电动压缩机及其控制器的设计与实验研究

钟民先

上海三电贝洱汽车空调有限公司

摘要：本文设计开发了适用于电动汽车的压缩机和控制器，并对压缩机进行了优化设计。实验结果表面，国产压缩机的性能达到或者超过了国际同类产品的性能，符合实际装车要求。

关键词：电动压缩机、控制器、优化设计、实验分析

Experimental Study of Electrical Compressor and Its Controller

Min-Xian Zhong

Shanghai SANDEN BERH Air Conditioning System Co. Ltd.

Abstract: A design proposal of electrical compressor and its controller for electrical vehicles is developed. Based on the experimental results, compressor and its controller are optimized. The experimental results showed that the performance of the electrical compressor is equal to or exceed the abroad products’ performance. Keywords: electrical compressor, controller, optimization, experimental analysis 1、前言

近年来，国外各大汽车厂都在发展电动汽车，其中通用的电动汽车即将投放市场，日本已批量销售混合动力车如丰田公司的Prius。此外，Ballard、Benz、GM、TOYOTA正加强燃料电池的开发，并宣布2003-2005年将燃料电池车投入市场。

而随着中国863火炬计划中电动汽车项目的进展和“2008年绿色奥运”口号的提出，国内的电动车开发异军突起，上汽与同济大学汽车工程学院合作成

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立了同济电动车公司开发了超越一号和超越二号燃料电池轿车，东风汽车公司成立了东风电动车公司开发纯电动车和混合动力车，天津汽车公司成立了清源电动车公司以夏利车为原型开发纯电动车，一汽以红旗车为原型开发了混合动力车，万向集团成立了电动车公司开发了纯电动大巴和轿车，奇瑞汽车厂与交大合作开发纯电动车，此外比亚迪公司、清华大学、通用泛亚等都在开发电动汽车。

由于纯电动车和燃料电池车取消了传统的发动机，采用电机来驱动汽车前进，因此压缩机也要由原来的发动机驱动转换成电机驱动。在国外，日本三电与GE合作于90年代推出了电动涡旋压缩机，日本电装和HARRISON近年也推出了电动压缩机样品。而在国内，电动压缩机还处于理论研究阶段。 本文即在国内外电动压缩机的设计和开发的基础上，提出了适合我国市场和电动车发展需要的压缩机开发方案，并对开发的样机的进行了实验分析和优化设计。 2、设计方案

鉴于电动汽车内器件空间布置比较紧、自重又大的特点，为实现电动压缩机小型化和轻量化的目的，本文采用了直流无刷电机和涡旋压缩机一体化半封闭的设计方案，这是因为直流无刷电机有着良好的控制特性、调速性能好、起动力矩大、过载能力大、效率高而体积又小，同时使用寿命长而不用维护。而涡旋压缩机也有着运行转速高、起动扭矩小、效率高、噪音小的特点。在驱动控制上采用了IPM智能功率模块驱动和DSP数字信号处理器实现全数字化的控制，控制算法集成了现代先进的模糊控制、神经网络和自适应控制等智能控制技术，使得电动压缩机能够进行无级变速，实现冷量的任意调节，进而也能实现对整个空调系统的智能控制。图1所示为本次研究所开发的第一轮和第二轮

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样机及控制器。

3、压缩机及其控制整体设计参数

3.1自主设计制造的整体式电动压缩机和控制器参数如下： 1）电动压缩机调速范围：900～6500 r/min； 2）电动压缩机排量：36 cc/rev； 3）电机功率：3.2 KW（对应最大转速）； 4）直流无刷电机电压：300V?40V； 5）电机启动扭矩：≥10 N.m； 6）电机工作温升低于80?C；

3.2压缩机：首先考虑采用涡旋压缩机形式，同时也研究采用其它压缩机形式的可能性。

１）压缩机COP≥1.5；

２）电动压缩机在2000rpm时工作噪音≤75dB(A)；

3）电动压缩机能连续运行10小时以上，合计运行达到300小时。 4.3电机：采用直流无刷电机

1）电机可以在900～6500RPM范围内正常工作； ２）电机工作效率大于70%；

３）电机可以在288V?50V范围内正常工作和启动。

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4.4控制器：

１）控制器可以实现软启软停，采用无位置传感器的控制方式； ２）控制器可以在80?C环境温度内正常工作； ３）控制器工作时不得有电噪音。 4、优化设计

在确定采用电动涡旋压缩机的整体草案后，我们首先对压缩机的动、静涡盘型线进行了优化设计，并对其加工技术进行了专门的研究.同时对涡旋压缩机的防旋机构进行了攻关，分析了钢球固定环上圆锥角度对涡旋盘运动轨迹的影响，从而从零件加工上保证了压缩机在900～6500 r/min的转速范围内保持合适的效率。图2和图3所示为优化设计后的动、静涡盘。

图2静涡盘、动涡盘 图3 防旋机构

5.实验分析

本文根本国家有关标准，对电动压缩机及控制器正式样机进行了冷量试验、系统试验和耐久试验。图4为冷量试验台和耐久试验台。 图5为电动压缩机冷量试验的对比数据，图6为电动压缩机在SANTANA3000的空调系统上所做的系统试验数据。

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由冷量试验和系统试验的数据可以看出电动压缩机的性能已达到进口样机的水平，也达到了项目标的要求。电动压缩机的系统冷量也能满足电动轿车的制冷要求。

在电动压缩机耐久试验时，发生了压缩机过热保护的情况，经过对压缩机分解，发现电机内的绝缘漆在制冷剂和油中受热开裂剥落、磁钢发生了退磁、涡盘上的密封条磨损严重。对此情况，本文进行了分析研究，首先在电机制造过程中去掉浸漆工道、选用耐高温耐油的绕组绑扎线，其次对密封条的磨损，在其冲压加工后增加了高温处理工道，消除密封条的热变形。通过改进，第二轮正式样机完成了900小时的耐久试验，运行状况良好，电动压

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