【技术】通过传感器技术实现EV电动汽车的HVAC暖通风系统的优化

时间： 2023-09-14 来源：安费诺传感器学堂公众号

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在典型的家庭中，供暖、通风和空调（HVAC）相关成本是每月电费的几乎固定的一部分，尤其是夏天，冬天的时候。为了保持室内环境的舒适，住宅和工业暖通空调系统需要大量的电力来运行，因为它们几乎全天连续运行。

同样的原则也适用于电动汽车暖通空调系统。虽然电动汽车的内部比家庭小，但运行暖通空调系统并保持座舱温度舒适仍然需要大量能量，尤其是在非常炎热或非常寒冷的气候下。废热或冷空气迫使系统更加努力地工作。

与从电网获取电力的家庭供暖和制冷系统不同，电动汽车的暖通空调系统只有一种能源：车辆的牵引电池。电动汽车的自动HVAC系统的运行成为主电池上的额外损耗，最大的影响是损失了续航里程。为了最大限度地减少这种寄生损耗并为HVAC系统获得最大的性能系数（COP），与传统的内燃机（ICE）系统相比，EV为座舱，电动机，电池和逆变器部署了更复杂的热泵和复杂的加热和冷却回路。这些新系统需要对组件状态进行智能感知，以便在适当的温度和流速下精确地控制制冷剂和冷却剂，并根据需要增加或去除热量。

暖通空调系统给电动汽车电池带来的压力

最新一代汽车热泵系统为乘员空间提供高效的加热和冷却功能，驾驶员和乘客都会注意到这一点，并且提供了驾驶员在炎热或寒冷的日子里返回无人看管车辆时就具有舒适温度的功能，这与传统内燃机车辆相比有明显的体验上的改善。这些新系统还履行了在后台安静地为电池、电机和逆变器提供最佳温度的职责，而无需驾驶员介入，这要归功于智能传感器对各个子系统的精确监控。

在短期内，运行电动汽车的HVAC会对车辆的电池产生直接影响 - 系统减少了可用功率。随着电池储存的能量用于管理机舱环境，电动汽车的每次充电续航里程会降低。在极端条件下 - 例如在零下温度下运行加热器或在压迫性高温下运行HVAC系统情况下，电池的续航里程可以减少近 160 公里。

在电动汽车电池的使用寿命过程中，极端温度带来的影响和电池充电会对移动电源造成损害。就像电视遥控器中的一对可充电 AA 电池一样，随着时间的推移，电动汽车的电池会失去容量（它可以容纳的电量），HVAC 系统的影响会对整体的续航里程产生更大的影响。

电动汽车暖通空调系统优化所需的传感器

由于电动汽车中的暖通空调使用对其电池造成负担，因此优化系统对于保持车辆的整体性能至关重要。幸运的是，电动汽车加热和冷却系统比您家中的系统更高端。

借助智能电动汽车传感器技术，他们能够实际调节自己并管理能源消耗。然而，如果没有传感器技术向系统及其操作员提供反馈，让其高效运行并仅使用必要的功率是做不到的。优化 EV HVAC 性能的必备传感器包括：

室外空气温度传感器
除非您为电动汽车加热和空调选择了空气内循环选项，否则为座舱加热或冷却的空气来自外部。外部空气温度传感器提供暖通空调系统需要的外部空气温度参数，以控制加热设备等将车内温度调整到所需范围。例如，加热 -20°F 的空气明显比 20°F 的空气需要更多的能量来预热。进气温度传感器对于模拟各种组件和热交换器的排热也至关重要。

排气温度传感器
正如了解空气的起始温度对于调节HVAC系统及其功耗很重要一样，对于被加热或被冷却后的空气温度的监测同样也很重要。排气空气温度传感器告诉系统排出 HVAC 系统的冷空气温度有多少。有了这些信息，系统就可以确定它是否需要更多或更少的能量才能将机舱内的空气温度保持在舒适的范围内。

制冷剂温度传感器
制冷剂是冷却车辆内部空气温度以及电机、逆变器和电池的关键，通过蒸发器芯体内的膨胀循环，制冷剂从座舱环境中吸收热量，然后在压缩时将其热量排出。制冷剂温度监控允许系统精确控制膨胀周期，以最大限度地减少功率损耗，同时可以吸收最多的热量。

制冷剂压力传感器
与保持适当的制冷剂温度齐头并进的是保持适当的制冷剂压力。这提供了有关电控膨胀阀高压侧和低压侧的关键压力信息，并监控流量控制阀和流量换向功能，从而为每个系统子组件实现最佳热交换。

蒸发器温度传感器
蒸发器芯通过制冷剂膨胀从座舱中吸收热量。通过蒸发器翅片的空气可能含有水蒸气，水蒸气会冻结在翅片上并限制气流。为防止蒸发器翅片结冰，蒸发器表面温度需要控制在冰点以上 1 - 2°C。蒸发器温度传感器提供精确的温度测量，以控制膨胀阀，该膨胀阀调节蒸发器的温度并防止其低于冰点。

风门传感器
空气无法自由通过电动汽车的管道，这就需要风扇再次地从电动汽车电池中获取更多电力。风门传感器检查空气如何通过系统，并提供位置反馈，用于在循环内部空气或从外部引入空气之间切换。

空气过滤器监测传感器
HVAC系统中的空气过滤器为机舱提供清洁的空气，消除机舱空气中的灰尘，花粉和其他过敏原。在多尘的环境中，该过滤器可能会堵塞并限制进入车辆的气流，这将迫使系统更加费力地工作。空气滤清器监测为车辆提供可以预示的数据，允许在空气滤清器出现问题之前提示有计划地更换空气滤清器。

自动除雾传感器
自动除雾传感器将人为因素排除在挡风玻璃无冷凝之外。监测前挡玻璃表面温度、空气温度和相对湿度，以确定挡风玻璃的冷凝点。通过高精度监控，系统可以自动为除霜器气流提供最少的热量，以提供始终清晰的挡风玻璃，且不会过度进行气流补偿。

阳光传感器
将HVAC优化带到一个独特的方向上，阳光传感器测量照射到电动汽车的光的红外光谱（提供热量的太阳光），并了解其角度和强度。有了这些信息，电动汽车加热和冷却系统可以调整汽车的加热或冷却方式，在最需要的地方提供更温暖或更凉爽的空气。例如，如果太阳在汽车的乘客侧，传感器会告诉系统为车辆的该侧提供更多冷却。所有这些热建模都需要精确可靠的传感器来为控制系统提供关键输入信息。

座椅和方向盘温度传感器
这似乎是这个列表中的一个奇怪的补充，但它与管理电动汽车的HVAC系统有关。当驾驶员或乘客接触座椅加热器或方向盘加热器时，就会对车辆有一个即时的反应。借助智能技术，车辆系统可以优先考虑配电以加热座椅或方向盘，而不是加热空气。精确的传感提供关键的舒适反馈，使乘员以最有效的方式感到舒适。

电动汽车暖通空调系统优化，实现性能最优化
电动汽车HVAC系统的操作界面被认为是舒适乘坐的必要条件，其设计直观，操作监控或修改的要求最低。智能传感器技术集成到电动汽车加热和冷却系统的设计中，确保车辆相应功能符合预期，并以最小的功耗和智能化地按预期运行，使驾驶员能够专注于道路。

安费诺传感器为您的电动汽车暖通空调系统带来新的效率。

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