Resumen de tecnologías clave para el diseño de compresores de CA para vehículos eléctricos

Elcompresor de ca para vehículo eléctricoSe puede descomponer principalmente en tres partes: estructura mecánica, parte del motor electrónico y sistema de control. Cada uno de ellos asume diferentes funciones básicas. El conocimiento profesional involucrado es bastante diferente.
◆ La estructura mecánica del compresor es la principal responsable de aumentar la presión del refrigerante;
◆ El motor eléctrico proporciona par para accionar el mecanismo de compresión;
◆ La parte de control electrónico es la principal responsable de comunicarse con el controlador superior y controlar el funcionamiento del motor.
Este artículo presentará los puntos clave de ladiseño de compresor electrónicobasado en los tres aspectos mencionados anteriormente.

1. Estructura Mecánica para Compresión

Los compresores scroll eléctricos son reconocidos por la industria como los compresores de aire acondicionado accionados eléctricamente más ideales para vehículos eléctricos.

1.1 Diseño y modificación del perfil

La estructura en espiral del pergamino se llama "Perfil".
En la actualidad, los perfiles utilizados en los compresores scroll eléctricos se dividen a grandes rasgos en dos tipos: espesor de pared fijo y espesor de pared variable.◆ Elperfil de espesor de pared fijosignifica que el espesor de la pared desde el anillo interior de la envoltura en espiral hasta el anillo exterior es un valor constante. Tiene una estructura simple, baja dificultad de diseño, bajo costo y fácil de procesar;
◆ El espesor de la pared delperfil de espesor de pared variabledisminuye gradualmente desde el anillo interior hasta el anillo exterior de la envoltura de espiral. Puede reducir el peso de la espiral hasta cierto punto y mejorar la estabilidad de funcionamiento, lo que favorece la realización de un diseño liviano del compresor.

Diseño de perfiles la tecnología clave para el diseño de scrolls fijos y orbitales de compresores scroll eléctricos, y también es la parte central del mecanismo de compresión, porque determina el desplazamiento. Las volutas fijas y orbitales adoptan el mismo diseño de línea teórica, y el diseño de involuta circular se usa más comúnmente. El paso, el espesor de la pared, la altura de la envoltura de la espiral y el número de anillos son parámetros de diseño básicos. En la actualidad, el desplazamiento del compresor se cambia principalmente ajustando la altura de la envoltura espiral.
Modificación de perfil:Limitado por el diámetro de la herramienta de mecanizado, durante el procesamiento de una envoltura en espiral compuesta de un solo perfil, la herramienta de mecanizado y el perfil de la envoltura en espiral interferirán, provocando efectos adversos. Por lo tanto, es necesario modificar el perfil de desplazamiento. La modificación del perfil afecta la eficiencia del escape y la producción. En la actualidad, los métodos comunes de modificación de perfiles incluyen principalmente: modificación de truncamiento directo, modificación de arco doble, modificación de arco lineal, modificación de arco de múltiples segmentos, modificación de curva cuadrática y modificación de función trigonométrica, etc. Entre ellos, la corrección de doble arco es la más simple y más método eficaz y factible. También es un método comúnmente utilizado enProductos actuales de compresores scroll eléctricos.

1.2 Materiales y Procesos de Tratamiento de Superficies

Debido a los requisitos de diseño liviano, además del motor, el cigüeñal y los cojinetes, la carcasa y las espirales fijas y orbitales están hechas de aleación de aluminio.
El revestimiento de la superficie del scroll también es un punto central que afecta la vida útil del compresor. Para cumplir con los requisitos de altas RPM y alta resistencia al desgaste, la espiral orbital debe recibir un tratamiento superficial para mejorar la dureza.
La oxidación anódica (anodización) y el niquelado son dos procesos de tratamiento de superficies comúnmente utilizados. Teniendo en cuenta la fuerza de unión, la resistencia al desgaste de la superficie, la eficiencia del sellado de líneas, etc., el método principal en la industria es el revestimiento de níquel-fósforo no electrolítico.
La tecnología madura de estañado químico también se puede utilizar en la voluta fija. Su propósito es proteger el material base de la espiral y proporcionar una protección eficaz contra el arranque en frío. Colocar una capa de estañado lubricante sobre la superficie del material base puede reducir el ruido y su pérdida por fricción, extendiendo así la vida útil del compresor.
El diseño de la espiral también debe considerar la resistencia al golpe de líquido. Dado que el líquido es casi incompresible, al colocar un orificio de drenaje en una posición específica, cuando exista una gran cantidad de líquido, la alta presión se liberará a través del orificio de drenaje para evitar fallas en el compresor.

1.3 Mecanismo antirrotación de desplazamiento en órbita

El mecanismo antirotación es una de las partes importantes del compresor scroll eléctrico. Sus parámetros estructurales afectan directamente el rendimiento del compresor.
Durante el funcionamiento del compresor de espiral, la fuerza tangencial que actúa sobre la espiral en órbita genera un momento de rotación que hace que la espiral en órbita gire alrededor de la línea excéntrica del eje principal (línea central del pasador del cigüeñal del eje principal). Este momento de rotación destruye el funcionamiento normal del compresor scroll.
Utilizando principios estructurales, se utiliza un mecanismo antirrotación para limitar el movimiento racional de la espiral en órbita, haciendo que la espiral en órbita realice un movimiento de rotación y traslación, asegurando el acoplamiento correcto de la envoltura de espiral fija y orbital, permitiendo así que el compresor de espiral trabajar de manera estable.
Hay muchas formas estructurales de mecanismos antirrotación, como cruceta, acoplamiento esférico, acoplamientos de pasador y orificio, acoplamientos combinados de bolas de acero y ranura de anillo, pasadores de manivela, etc.
Mecanismo de cruceta: la combinación de un eje principal con un pasador de manivela y un mecanismo de cruceta se utiliza para realizar el movimiento plano y la entrada de energía de la espiral en órbita. Actualmente es la forma estructural más utilizada encompresores de aire acondicionado eléctricos completamente cerrados. El mecanismo antirrotación se coloca entre la espiral orbital y el cuerpo del soporte. Un par de llaves convexas coinciden con el chavetero de la espiral orbital y el otro par coincide con el chavetero del cuerpo del soporte.
Una investigación en profundidad sobre el mecanismo antirrotación puede hacer que el movimiento de la espiral en órbita sea más estable y confiable; es beneficioso para la reducción del ruido del compresor y el ahorro de energía; Puede aumentar la vida útil del compresor scroll y mejorar su eficiencia de trabajo.

2.Tecnología de motores eléctricos

Para cumplir con los requisitos técnicos de miniaturización y alta eficiencia,compresores electricos de caActualmente son accionados por motores síncronos de imanes permanentes. Según la forma del devanado del motor, el estator tiene dos formas estructurales: devanado concentrado y devanado distribuido.

El estator utiliza alambre esmaltado especial resistente al flúor para garantizar la confiabilidad a largo plazo del motor cuando se sumerge en ambientes de refrigerante y aceite lubricante, y tiene un rendimiento de aislamiento superior a 500 MΩ; Los polos magnéticos de los rotores de uso común incluyen estructuras de 4, 6 y 8 polos.

3. Tecnología de control

Desde una perspectiva eléctrica, el sistema de aire acondicionado consta principalmente de las siguientes partes: controlador de aire acondicionado, compresor y sistema termodinámico, motor del compresor y su controlador, módulo de comunicación y sensor de temperatura y presión. Como se muestra a continuación.La parte eléctrica del aire acondicionado del vehículo se divide en dos partes, la parte de alto voltaje y la parte de bajo voltaje. Como se muestra en la figura siguiente, DC+ y DC- son fuentes de alimentación de alto voltaje que están conectadas directamente al controlador del motor del compresor. El "relé de aire acondicionado" en la imagen es el interruptor de encendido del controlador de aire acondicionado.

Lógica

La parte de bajo voltaje del aire acondicionado está controlada por VCU. VCU controla el encendido y apagado de todo el aire acondicionado controlando el "relé del aire acondicionado" del circuito de alimentación de 12 V; transmite información de comando al controlador del aire acondicionado a través del bus CAN y establece el valor objetivo de temperatura de funcionamiento;
El controlador de aire acondicionado envía información sobre el estado de funcionamiento del aire acondicionado a la VCU, incluida información de encendido y apagado del circuito de corriente fuerte, presión del compresor y temperatura de entrada y salida del compresor. La alimentación de alto voltaje del compresor A/C proviene del convertidor DC-DC montado en el vehículo. El controlador de aire acondicionado controla el encendido y apagado del contactor en el circuito de alimentación a través del puerto de activación del contactor y luego controla el estado de funcionamiento del motor del compresor.
◆ Adecuado para trabajar en ambientes de baja temperatura -20 ℃ y alta temperatura 125 ℃.
◆ Cumplir con los requisitos de EMC de no menos de los estándares de Nivel 3.
◆ La selección de componentes electrónicos requiere productos con certificación vehicular.
◆ Tiene buena seguridad eléctrica de alto voltaje y cumple con la resistencia eléctrica para trabajar a una altitud de 4000 m.
◆ El chip tiene capacidad suficiente para cumplir con el entorno de hardware de desarrollo de software subyacente de UDS y Bootloader.
◆ El método de comunicación adopta comunicación CAN o LIN.