Résumé des technologies clés pour la conception de compresseurs de climatisation pour véhicules électriques

Lecompresseur de climatisation pour véhicule électriquepeut être principalement décomposé en trois parties : structure mécanique, partie moteur électrique et système de contrôle. Chacun d’eux assume des fonctions essentielles différentes. Les connaissances professionnelles impliquées sont tout à fait différentes.
◆ La structure mécanique du compresseur est principalement responsable de l'augmentation de la pression du réfrigérant ;
◆ Le moteur électrique fournit un couple pour entraîner le mécanisme de compression ;
◆ La partie commande électronique est principalement responsable de la communication avec le contrôleur supérieur et du contrôle du fonctionnement du moteur.
Cet article présentera les points clés duconception d'un compresseur électroniquesur la base des trois aspects énumérés ci-dessus.

1. Structure mécanique pour la compression

Les compresseurs électriques scroll sont reconnus par l'industrie comme les compresseurs de climatisation électriques les plus idéaux pour les véhicules électriques.

1.1 Conception et modification du profil

La structure en spirale du parchemin est appelée « Profil ».
À l'heure actuelle, les profils utilisés dans les compresseurs électriques scroll sont grossièrement divisés en deux types : épaisseur de paroi fixe et épaisseur de paroi variable.◆ Leprofil à épaisseur de paroi fixesignifie que l'épaisseur de paroi depuis l'anneau intérieur de la spirale jusqu'à l'anneau extérieur est une valeur constante. Il présente une structure simple, une faible difficulté de conception, un faible coût et est facile à traiter ;
◆ L'épaisseur de paroi duprofil à épaisseur de paroi variablediminue progressivement de l’anneau intérieur à l’anneau extérieur du rouleau. Il peut réduire le poids du rouleau dans une certaine mesure et améliorer la stabilité de fonctionnement, propice à la réalisation d'une conception légère du compresseur.

Conception de profilest la technologie clé pour la conception des spirales fixes et orbitales des compresseurs électriques à spirale, et c'est également la partie centrale du mécanisme de compression, car elle détermine la cylindrée. Les volutes fixes et orbitales adoptent la même conception de ligne théorique, et la conception à développante circulaire est plus couramment utilisée. Le pas, l’épaisseur de paroi, la hauteur d’enroulement de la volute et le nombre d’anneaux sont tous des paramètres de conception de base. À l'heure actuelle, la cylindrée du compresseur est principalement modifiée en ajustant la hauteur de l'enveloppe de la spirale.
Modification du profil :Limité par le diamètre de l'outil d'usinage, lors du traitement d'une enveloppe à volutes composée d'un seul profil, l'outil d'usinage et le profil de l'enveloppe à volutes interféreront, provoquant des effets néfastes. Le profil de défilement doit donc être modifié. La modification du profil affecte l’efficacité des gaz d’échappement et de la production. À l'heure actuelle, les méthodes courantes de modification de profil comprennent principalement : la modification de troncature directe, la modification de double arc, la modification d'arc linéaire, la modification d'arc multi-segments, la modification de courbe quadratique et la modification de fonction trigonométrique, etc. Parmi elles, la correction de double arc est la plus simple, la plus méthode efficace et réalisable. C'est aussi une méthode couramment utilisée dansproduits actuels de compresseurs à spirale électriques.

1.2 Matériaux et procédés de traitement de surface

En raison des exigences de conception légère, outre le moteur, le vilebrequin et les roulements, le carter et les volutes fixes et orbitales sont tous en alliage d'aluminium.
Le revêtement de surface de la spirale est également un point essentiel qui affecte la durée de vie du compresseur. Afin de répondre aux exigences de régime élevé et de résistance élevée à l'usure, la spirale orbitale doit subir un traitement de surface pour améliorer la dureté.
L'oxydation anodique (anodisation) et le nickelage sont deux procédés de traitement de surface couramment utilisés. Compte tenu de la force de liaison, de la résistance à l’usure de la surface, de l’efficacité de l’étanchéité des lignes, etc., la méthode courante dans l’industrie est le placage autocatalytique au nickel-phosphore.
La technologie mature d’étamage chimique peut également être utilisée sur la volute fixe. Son objectif est de protéger le matériau de base de la spirale et de fournir une protection efficace contre le démarrage à froid. Le placement d'une couche lubrifiante d'étamage sur la surface du matériau de base peut réduire le bruit et sa perte par frottement, prolongeant ainsi la durée de vie du compresseur.
La conception de la volute doit également prendre en compte la résistance aux coups de bélier. Puisque le liquide est presque incompressible, en plaçant un trou de vidange à une position spécifique, lorsqu'une grande quantité de liquide existe, la haute pression sera évacuée par le trou de vidange pour éviter une panne du compresseur.

1.3 Mécanisme anti-rotation à défilement orbital

Le mécanisme anti-rotation est l’une des pièces importantes du compresseur électrique scroll. Ses paramètres structurels affectent directement les performances du compresseur.
Pendant le fonctionnement du compresseur à spirale, la force tangentielle agissant sur la spirale en orbite génère un moment de rotation qui fait tourner la spirale en orbite autour de la ligne excentrique de l'arbre principal (ligne centrale du maneton de l'arbre principal). Ce moment de rotation détruit le fonctionnement normal du compresseur scroll.
Utilisant des principes structurels, un mécanisme anti-rotation est utilisé pour limiter le mouvement rationnel de la spirale en orbite, permettant à la spirale en orbite d'effectuer un mouvement de rotation et de translation, garantissant l'engagement correct de l'enveloppe de la spirale fixe et orbitale, permettant ainsi au compresseur à spirale de travailler de manière stable.
Il existe de nombreuses formes structurelles de mécanismes anti-rotation, telles que les traverses, les accouplements sphériques, les accouplements à broches et à trous, les accouplements combinés à billes et à rainures annulaires en acier, les manetons, etc.
Mécanisme de traverse : La combinaison d'un arbre principal avec un maneton et un mécanisme de traverse est utilisée pour réaliser le mouvement plan et l'entrée de puissance de la volute orbitale. C'est actuellement la forme structurelle la plus couramment utilisée danscompresseurs de climatisation électriques entièrement fermés. Le mécanisme anti-rotation est placé entre la volute orbitale et le corps du support. Une paire de clés convexes correspond à la rainure de clavette du rouleau en orbite, et l'autre paire correspond à la rainure de clavette du corps du support.
Des recherches approfondies sur le mécanisme anti-rotation peuvent rendre le mouvement de la volute orbitale plus stable et fiable ; cela est bénéfique pour la réduction du bruit du compresseur et les économies d'énergie ; cela peut augmenter la durée de vie du compresseur scroll et améliorer son efficacité de fonctionnement.

2. Technologie des moteurs électriques

Afin de répondre aux exigences techniques de miniaturisation et de haute efficacité,compresseurs électriques à courant alternatifsont actuellement entraînés par des moteurs synchrones à aimants permanents. Selon la forme de l'enroulement du moteur, le stator a deux formes structurelles : l'enroulement concentré et l'enroulement distribué.

Le stator utilise un fil émaillé spécial résistant au fluor pour garantir la fiabilité à long terme du moteur lorsqu'il est trempé dans des environnements de réfrigérant et d'huile lubrifiante, et a une performance d'isolation supérieure à 500 MΩ ; Les pôles magnétiques des rotors couramment utilisés comprennent les structures à 4 pôles, 6 pôles et 8 pôles.

3. Technologie de contrôle

D'un point de vue électrique, le système de climatisation se compose principalement des éléments suivants : contrôleur de climatisation, compresseur et système thermodynamique, moteur du compresseur et son contrôleur, module de communication et capteur de température et de pression. Comme indiqué ci-dessous.La partie électrique du climatiseur du véhicule est divisée en deux parties, la partie haute tension et la partie basse tension. Comme le montre la figure ci-dessous, DC+ et DC- sont des alimentations haute tension directement connectées au contrôleur du moteur du compresseur. Le « relais de climatisation » sur la photo est l'interrupteur d'alimentation du contrôleur de climatisation.

Logique

La partie basse tension du climatiseur est contrôlée par VCU. VCU contrôle la marche et l'arrêt de l'ensemble du climatiseur en contrôlant le circuit d'alimentation 12 V « relais du climatiseur » ; il transmet les informations de commande au contrôleur du climatiseur via le bus CAN et définit la valeur cible de la température de fonctionnement ;
Le contrôleur de climatisation renvoie des informations sur l'état de fonctionnement de la climatisation au VCU, y compris des informations d'activation et de désactivation du circuit à courant fort, la pression du compresseur et la température d'entrée et de sortie du compresseur. L'alimentation haute tension du compresseur A/C provient du convertisseur DC-DC monté sur le véhicule. Le contrôleur de climatisation contrôle l'activation et la désactivation du contacteur sur le circuit d'alimentation via le port de déclenchement du contacteur, puis contrôle l'état de fonctionnement du moteur du compresseur.
◆ Convient pour travailler dans des environnements à basse température de -20 ℃ et à haute température de 125 ℃.
◆ Répond aux exigences EMC d'au moins les normes de niveau 3.
◆ La sélection des composants électroniques nécessite des produits certifiés véhicule.
◆ Il présente une bonne sécurité électrique haute tension et répond à la rigidité électrique nécessaire pour travailler à une altitude de 4000 m.
◆ La puce a une capacité suffisante pour répondre à l'environnement matériel de développement logiciel sous-jacent d'UDS et de Bootloader.
◆ La méthode de communication adopte la communication CAN ou LIN.