新能源汽车电气系统检修 课件 项目六新能源汽车空调系统检测与维修

项目六新能源汽车空调系统检测与维修任务1新能源汽车空调制冷系统检测与维修任务2新能源汽车空调暖风系统检测与维修目录任务1新能源汽车空调制冷系统检测与维修01任务导入一辆比亚迪秦EV纯电动汽车的空调系统不制冷，师傅让小张对该车辆的空调系统进行检测并初步判断故障范围。你能在车辆上找出空调系统各构成部件的位置，并说出空调制冷的原理吗？学习目标知识目标1.认识汽车制冷系统的构成2.熟悉汽车空调制冷的原理技能目标1.能按操作流程对电动汽车空调各构成部件进行拆装2.能根据故障现象初步判断故障范围3.能正确使用工具对汽车空调电路进行检测素质目标1.树立规范安全操作的意识2.培养与人沟通交流的能力及团队协作的意识3.培养分析问题、解决问题的能力4.能在工作结束后按照7S管理规定整理、恢复作业场地，养成良好的工作习惯信息获取汽车空调是车辆舒适系统的重要构成部分，它通过对对车厢内空气进行制冷、加热、换气和净化，将车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声和余压等在控制在一定的标准范围，达到提高车内环境的舒适度的目的。新能源汽车制冷系统的结构新能源汽车一般采用热泵式空调制冷，其制工作程与家用空调基本相同。热泵式空调主要由空调压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀、蒸发器等几大部分构成。图6-1热泵式空调结构热泵式空调主要是利用制冷剂低温低压时蒸发吸热，高温高压时凝结放热的原理，将车辆内部的热量搬运至外部，从而达到制冷的效果。其工作原理如图6-3所示。空调制冷的原理图6-3汽车空调工作原理从压缩机经冷凝器、到达膨胀阀一段，管路中的制冷剂为高压状态，称为高压侧；由膨胀阀经蒸发器返回压缩机一段，制冷剂为低压状态，称为低压侧。制冷系统在工作时，对高低压侧管路内的压力都有严格的要求，在对制冷系统进行检修时，也必须对制冷剂的压力值进行测量。空调制冷的原理低压侧高压侧平衡压力0.25～0.3MPa1.3～1.5MPa0.6MPa表6-1制冷系统压力参数空调制冷的过程压缩制冷剂在进入压缩机前为低温低压气态，经压缩机压缩后，转换为高温高压状态进入冷凝器。冷凝冷凝器一般安装在车头，水箱散热器前面。气态的制冷剂在冷凝器中凝结为液体，气态转换为液体是一个散热的过程，通过这个过程，将车厢内部的热量散发至车辆外部。干燥冷凝后的制冷剂转换了液态，温度和压力略有降低，但依然处于中温高压状态。制冷剂由冷凝器进入储液罐，滤除其中的水份，进入膨胀阀。空调制冷的过程节流膨胀阀最主要的作用是调整制冷剂的流量，降低压力。由膨胀阀流出的液态制冷剂依旧为液态，但压力值由高压变成了低压。蒸发在低压状态下，空调制冷剂的沸点一般为-20℃～-40℃左右。因此当低压液态的制冷剂由膨胀阀进入蒸发器时，由于环境温度高于制冷剂沸点，制冷剂沸腾蒸发，吸收周围环境的热量，由液态变为气态，达到了降温制冷的效果。而低温低压的气态制冷剂再次经由膨胀阀节流后进入压缩机，开始下一轮循环。制冷系统构成部件及功能空调压缩机与膨胀阀是空调系统最核心的构成部件，它们都起到调节制冷剂压力的作用。空调压缩机是对低压气态制冷剂进行压缩，使其达到高压状态；而膨胀阀则对高压液态的制冷剂进行流量调整和降压。新能源汽车空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、储液罐、膨胀阀、蒸发器等五大部分构成。制冷系统构成部件及功能汽车空调制冷剂的沸点约为-20℃～-40℃左右，在常温下处于沸腾状态，因此，需要通过压缩机对气态的制冷剂进行压缩，将其沸点提高至常温以上，当气态的制冷剂进入冷凝器时才能凝结为液态，同时将热量释放到车外。同理，当液态的制冷剂循环至蒸发器时，必须先由膨胀阀降低其压力，令制冷剂沸点重新下降至常温下，液态制冷剂在蒸发器中沸腾，转化为气态，吸收并带走车内热量。调节制冷剂压力的原因在于，物质的沸点与外界压力有直接的关系，当压力升高时，沸点上升，压力降低时，沸点下降。(一) 空调压缩机根据机械结构的不同，空调压缩机又分为活塞式、旋转式、涡旋式。其中，涡旋式空调压缩机体积小、结构简单、压缩效率较高，同时还具备运行平稳、振动小、能耗低、工作环境安静等优势，目前在汽车空调中得到广泛应用。制冷系统构成部件及功能图6-4空调压缩机外形及接口1. 空调压缩机的结构新能源汽车空调大多采用电动变频涡旋式压缩机，以下以比亚迪秦EV车型为例说明。它由控制部件、驱动部件和压缩部件组成。制冷系统构成部件及功能图6-5电动涡流空调压缩机本体内部结构（1）驱动部件电动变频涡旋压缩机的驱动部件是一个三相交流电机，功率模块是一个三相逆变电路，主要作用是将直流电源逆变成驱动电动机旋转的交流电，从而驱动电动机旋转并实现对转速的控制。制冷系统构成部件及功能图6-6压缩机功率模块及驱动电机（2）压缩部件电动变频涡旋式压缩机的压缩部件是两个嵌套在一起的涡旋盘，其中一个是固定在机架上的，称为定涡旋盘，另一个是动涡旋盘，通过曲轴与驱动电机连接在一起。这两个相互啮合的涡盘，线形相同的，相互错开180°，即相位角相差180°。制冷系统构成部件及功能图6-7压缩部件压缩机工作分为吸气、压缩、排气等过程。当驱动电机旋转时，动涡旋盘绕着静涡旋盘做回转运动气态制冷剂从吸气口进入吸气腔，相继被摄入到外围与吸气腔相通的月牙形气腔里。随着月牙形气腔的闭合，并且密闭容积逐渐被转移到静涡盘的中心且不断缩小，气体被不断压缩而压力升高，再从中间的排气口排出。制冷系统构成部件及功能图6-8压缩机工作原理2. 空调压缩机的接口图6-9、图6-10所示为电动空调压缩机高压及低压插接件。制冷系统构成部件及功能图6-9电动空调压缩机低压插接件1-空调继电器2、3-互锁信号4-接地5-CANH6-CANLB-高压电正极A-高压电负极图6-10电动空调压缩机高压插接件

（二）膨胀阀膨胀阀安装在蒸发器入口管路上，是一种感压和感温的自动阀。膨胀阀的主要作用有：节流降压、调节制冷剂流量、防止液击。汽车空调常用的膨胀阀有热力膨胀阀和电子膨胀阀。1.热力膨胀阀热力膨胀阀根据膜片感受到的压力来源不同分为内平衡式和外平衡式，车用空调一般采用外平衡式结构类型。制冷系统构成部件及功能图6-11外平衡式H型热力膨胀阀H型热力膨胀阀有四个接口与制冷系统连接，其中两个接口与普通热力膨胀阀相同，一个连接储液干燥器，一个连接蒸发器进口；另外两个接口，一个连接蒸发器出口，一个连接压缩机进口。感温元件直接处在蒸发器出口的制冷剂气流中。制冷系统构成部件及功能图6-12H型热力膨胀阀内部结构2.电子膨胀阀新能源汽车中，由于电池热管理、热泵空调的应用中对冷媒调节范围、精度等要求的进一步提高，传统膨胀阀难于实现对新型汽车空调及热管理系统的冷媒流量控制要求，一般采用电子膨胀阀代替传统膨胀阀。制冷系统构成部件及功能图6-13电子膨胀阀控制系统原理电子膨胀阀根据工作原理不同又分直动式、减速式和电磁式，以下主要介绍直动式电子膨胀阀。直动式电子膨胀阀阀体内有步进电机，阀杆等部件，其内部结构如图6-14所示。步进电机位于阀体的上方，当控制电路的脉冲电压按一定的逻辑顺序输入到电子膨胀阀电机定子各相线圈上时，电机转子受磁力矩作用正向或反向旋转，通过减速齿轮组传递动力，带动阀杆和阀芯上下移动，改变阀口开启大小。制冷系统构成部件及功能图6-14电子膨胀阀内部结构四相脉冲型步进电机内部有四组绕组，如图6-15所示。因此，电子膨胀阀的插接头一般为六线或五线式的，图6-16所示为比亚迪秦EV电子膨胀阀的插接件针脚。制冷系统构成部件及功能图6-15四相步进电机结构图6-16比亚迪秦EV电子膨胀阀插接件针脚示意图当电子膨胀阀出现故障时，可使用万用表进行初步检测。断开膨胀阀插接件，使用万用表直流电压档测量空调ECU侧的插座端，3脚对搭铁端电压应为12V；使用万用表电阻档可检测步进定子线圈绕组的好坏，测量时应测膨胀阀侧的插头端，各相绕组参考阻值如表6-3所示。若阻值为无穷，则说明线圈绕组断路。制冷系统构成部件及功能测量插脚电阻值1脚-3脚46±3.7Ω2脚-3脚46±3.7Ω4脚-3脚46±3.7Ω5脚-3脚46±3.7Ω3.冷凝器冷凝器是空调制冷系统中的热交换设备。制冷系统构成部件及功能（a）冷凝器（b）冷凝器内部结构图6-18新能源汽车空调冷凝器外形及结构4.蒸发器蒸发器和冷凝器一样，也是一种热交换装置，它的外形近似冷凝器，但比冷凝器窄、小、厚，其外形结构如图6-19所示。制冷系统构成部件及功能图6-19空调蒸发器外形及结构三、制冷系统的控制原理制冷系统的控制原理，如图6-20所示。空调控制器接收空调面板开关、各种相关传感器信号，直接控制鼓风机及各风门电机动作，同时通过CAN信号，指令控制电动压缩机和PTC加热器。制冷系统构成部件及功能四、制冷系统常见故障新能源汽车不制冷，主要原因包括以下几点：1.压缩机起动控制条件未达到2.空调控制面板操作错误3.外界环境温度传感器检测到外界环境温度过低而禁止空调压缩机转动4.高压管处的高、低压力传感器检测到制冷管路的制冷剂过多或过少而禁止空调压缩机转动5.若压缩机起动控制条件已达到，压缩机仍不转动，可能原因有（1）压缩机高压供电保险损坏（压缩机外部供电线路短路)（2）压缩机高压绝缘损坏（3）空调控制器和变频器通信线路损坏（4）压缩机变频器损坏（5）空调控制器损坏制冷系统构成部件及功能任务实施一、任务准备1.实训器材（1）防护装备：绝缘防护装备。（2）实训车辆车辆：比亚迪秦EV或同类纯电动汽车。（3）工具、设备：歧管压力表；电子检漏仪、真空泵、制冷剂回收机、绝缘组合工具拆装工具、手电筒。（4）辅助材料：压缩机油、制冷剂。（5）技术资料：比亚迪秦EV或同类新能源汽车维修资料。2.作业准备：车辆在工位停放周正，铺好车内和车外护套。任务实施二、任务实施步骤1.确认故障现象一辆比亚迪秦EV，正常上电后，打开空调开关，调节到制冷模式后发现空调出风口有风，但不制冷。可能的故障部位有：空调制冷剂不足、空调控制器故障、空调压缩机故障。2.利用故障诊断仪诊断故障连接故障诊断仪，按下一键起动开关，打开故障诊断仪，读取故障码和数据流。车辆下电后，清除故障码；车辆再次上电后，使用故障诊断仪再次读取故障码，并和之前的故障码进行对比，分析故障码的性质。3.执行高压断电操作关闭点火开关，拔出钥匙并妥善保管。断开辅助蓄电池负极，用绝缘胶带包裹，防止虚接发生危险。断开维修开关，等待5min以上，使用万用表验电。任务实施连接空调制冷管路高压加注端口端三、故障检测连接空调制冷管路高压加注端口端连接空调制冷管路低压加注端口端关闭空调压力表下方的旋钮开关任务实施连接空调制冷管路高压加注端口端三、故障检测打开低压加注口旋钮开关打开高压加注口旋钮开关启动车辆任务实施连接空调制冷管路高压加注端口端三、故障检测打开自动空调按键设置空调制冷效果最大设置空调风速为最高档任务实施连接空调制冷管路高压加注端口端三、故障检测检查空调压力表高压和低压压力使用开瓶器连接R134A存储罐，准备加注冷媒往低压端加注口，按标准加注适量的冷媒任务实施连接空调制冷管路高压加注端口端三、故障检测使用温度计测量制冷效果所能达到的最低温度四、竣工检验1．更换空调压缩机，连接好高、低压线束。2．起动车辆，打开空调开关，空调制冷正常，故障排除。3．整理、恢复作业场地。任务2新能源汽车空调暖风系统检测与维修02任务导入一辆比亚迪秦EV纯电动汽车，开启空调制热模式后，出风口无暖风吹出，师傅让小张对该车辆的暖风系统进行检修，你知道该如何排除这个故障吗？学习目标知识目标1.了解新能源汽车暖风系统的作用2.认识汽车供暖系统的构成3.熟悉新能源汽车暖风系统制热的原理及检修方法技能目标1.能按操作流程对供暖系统各部件进行拆装2.能根据故障现象初步判断故障范围3.能正确使用工具对供暖系统电路进行检测素质目标1.树立规范安全操作的意识2.培养与人沟通交流的能力及团队协作的意识3.培养分析问题、解决问题的能力4.能在工作结束后按照7S管理规定整理、恢复作业场地，养成良好的工作习惯信息获取新能源汽车暖风系统是将电能转换为热能而发出的暖风，它可以使乘客在驾驶时享受温暖的环境，提高汽车内部的舒适度。同时，供暖系统还承担着玻璃除雾除霜，电池充电预加热等功能，保障车辆能够处于安全、可靠的运行状态。新能源汽车制热方式目前新能源汽车常见的制热方式有燃油加热式、电动热泵式、PTC加热式等类型，其中PTC加热式应用较为广泛，而电动热泵式则是较有发展前景的一种制热方式。新能源汽车制热方式（一）燃油加热式燃油加热系统就是通过燃烧燃油的方式，将加热后的液体送入电池组与暖风芯体内，从而满足电池组与汽车舱室对于温度的要求。这种方式的优点是整个加热过程不会消耗电池组的电量，不会影响新能源汽车的续航里程，同时由于电池组的放电深度更低，间接的延长了电池的使用寿命，弊端则是须要增加燃油系统，在增加了结构复杂性的同时还产生了尾气排放。新能源汽车制热方式（二）电动热泵式热泵式空调的主要构成部分包括电动压缩机、车内换热器（冷凝/蒸发器）、双向膨胀阀、车内换热器（冷凝/蒸发器）、储液干燥罐，这个结构同上一个任务学习过的制冷系统基本一致，最大的不同是在此基础上增加了换向阀。新能源汽车制热方式1.热泵式空调制冷原理在制冷模式下，热泵式空调车内换热器用作蒸发器，车外换热器用作冷凝器。其工作过程与任务1中讲解过的制冷过程完全一致。压缩机排出的高温高压制冷剂经四通换向阀内的实线路径流向车外换热器，释放热量后，再经由膨胀阀调节，流入车内换热器吸收车内热量，再经由四通换热阀实线路径流回到压缩机后进行下一次循环。新能源汽车制热方式2.热泵式空调制热原理在制热模式下，由四通换向阀调整制冷器的循环路径，车外换热器作为蒸发器，车内换热器作为冷凝器。从电动压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体不再流向车外换热器，而是经四通换向阀的虚线路径进入车内换热器，向车内空气放热，，制冷剂放热后冷凝为低温高压的制冷剂液体，流经双向热力膨胀阀进行节流降压，节流后的制冷剂蒸气进入室外换热器与室外空气进行热交换，吸热后从室外换热器排出的低温低压制冷剂经四通换向阀、气液分离器被电动压缩机吸入气缸，进行下一个制热循环。新能源汽车制热方式比亚迪纯电汽车热泵空调常见的结构如图6-23所示,比亚迪热泵空调系统主要包括电动压缩机，车外换热器、车内冷凝器及车内蒸发器等3个换热器、2个电磁阀（制冷电磁阀及采暖电磁阀）、2个电子膨胀阀（制冷电子膨胀阀及采暖电子膨胀阀）。新能源汽车制热方式在制冷模式下，空调系统中的制冷电磁阀和制冷电子膨胀阀工作。高温高压的制冷剂从压缩机流出，经过制冷电磁阀后进入车外换热器，此时车外换热器用作冷凝器，制冷剂与室外空气进行热交换后变为高压中温液态，流经制冷电子膨胀阀后进入车内蒸发器，吸收车内热量后液态制冷剂变为低压低温的气态回流至压缩机，完成制冷循环。新能源汽车制热方式在供暖模式下，采暖电子膨胀阀及采暖电磁阀工作。高温高压的制冷剂由压缩机流入车内冷凝器并释放热量，冷凝为高压中温的液体，经采暖电子膨胀阀节流后进入车外换热器，此时车外换热器用作蒸发器，制冷剂吸收车外环境的热量后变为低压低温的气态，再经过采暖电磁阀回流至压缩机，完成采暖循环。新能源汽车制热方式（三）PTC加热式供暖系统采用空调驱动器驱动PTC加热器，PTC加热冷却液后供给暖风芯体。1.PTC元件PTC加热式暖风系统的核心单元是PTC加热器。PTC是一种正温度系数的热敏感性半导体材料，其电阻会随着温度变化。在低温区时电阻低，电流流通产生热量；随着温度升高，电阻逐渐增大，电流难以流通，发热量随之降低。PTC元件的特性符合汽车的制热性能要求——具备在低温区的高制热性能。PTC加热通常需要很大的功率，制热使用的是动力电池包提供的高压电源，而非辅助电池提供的12V电源。因此，供暖系统的工作往往会对新能源汽车的续航里程造成较大的影响。新能源汽车制热方式2.PTC加热器结构PTC加热器由若干PTCR热敏陶瓷单片组合后，与波纹散热铝条经高温胶黏结而成，具有热阻小、换热效率高的显著优点。图6-27PTC加热器外形图6-28PTC加热器结构新能源汽车暖风系统（一）PTC加热式暖风系统图6-29所示为比亚迪秦EV2019款电动汽车空调暖风系统结构及控制原理。该车型供暖采用PTC加热模式，空调控制器驱动PTC加热冷却液，通过鼓风机吹出的空气将PTC散发出的热量送到车厢内或风窗玻璃上，用以提高车厢内温度和除霜；或是流入电池包，为动力电池加热。新能源汽车暖风系统（二）热泵式暖风系统控制原理比亚迪海豚采用“热泵+PTC”的供暖系统，该供暖系统主要依靠热泵空调系统制热，极寒工况下辅以PTC加热器。需要注意的是，在该系统中，PTC加热器并非传统电动汽车的高压PTC，而是低压风加热PTC加热器，功率仅为1KW左右，达到节能省电，保障续航的目的。新能源汽车暖风系统1.比亚迪海豚纯电汽车暖风系统结构如图6-30所示，比亚迪海豚热泵空调系统主要由电动压缩机电机散热器、车外换热器、车内冷凝器与车内蒸发器、动力电池直冷直热板、气液分离器、板式换热器、5个电磁阀、3个膨胀阀、三通水阀、单向阀、压力及温度传感器等组成。新能源汽车暖风系统2.比亚迪海豚纯电汽车暖风系统控制原理比亚迪海豚纯电汽车空调系统有多种工作模式，能分别或同时为座舱及动力电池包供暖及制冷。（1）空调采暖模式在该模式下，制冷剂的流动路线为：压缩机→车内冷凝器→采暖电子膨胀阀→水源换热电磁阀→板式换热器→空调采暖电磁阀→气液分离器→压缩机。制冷剂在流过车内冷凝器时放热，流过板式换热器时吸热，实现为座舱采暖的目的。新能源汽车暖风系统（2）空调制冷模式在该模式下，制冷剂的流动路线为：压缩机→空调制冷电磁阀→空气换热电磁阀→车外换热器→单向阀5→制冷电子膨胀阀→车内蒸发器→单向阀4→气液分离器→压缩机。制冷剂在流过车外换热器时放热，流过车内蒸发器时吸热，实现为座舱采暖的目的。新能源汽车暖风系统（3）动力电池加热模式当在寒冷工况下充电或行驶时，热泵空调工作对动力电池直接进行加热，以保障汽车的性能。此时制冷剂的流动路线为：压缩机→电池加热电磁阀→动力电池直冷直热板→电池电子膨胀阀→单向阀1→水源换热电磁阀→板式换热器→空调采暖电磁阀→气液分离器→压缩机。制冷剂在流过动力电池直冷直热板时放热，流过板式换热器时吸热，实现为动力电池加热的目的。新能源汽车暖风系统（4）动力电池冷却模式当车辆充电或行驶时，为防止动力电池或过热，热泵空调工作对动力电池进行冷却，以保障车辆的安全。此时制冷剂的流动路线为：压缩机→车内冷凝器→空调制冷电磁阀→空气换热电磁阀→车外换热器→单向阀5→单向阀2→电池电子膨胀阀→动力电池直冷直热板→电池冷却电磁阀、单向阀3→气液分离器→压缩机制冷剂在流过车外换热器时放热，流过动力电池直冷直热板时吸热，实现冷却动力电池的目的。新能源汽车暖风系统（5）座舱及动力电池同时采暖模式在该模式下，采暖电子膨胀阀、电池电子膨胀阀、水源换热电磁阀、电池加热电磁阀、空调采暖电磁阀均工作，吸收电驱动单元余热，车内冷凝器和动力电池直冷直热板放热。在极寒工况下，开启PTC加热器应急。新能源汽车暖风系统（6）座舱及动力电池同时制冷模式在该模式下，电池电子膨胀阀、制冷电子膨胀阀、空调制冷电磁阀、空气换热电磁阀和电池冷却电磁阀均工作，制冷剂流过车内蒸发器和动力电池直冷直热板时吸热，流过车外换热器时散热。同时为座舱和动力电池降温。新能源汽车暖风系统三、新能源汽车空调无暖风故障分析新能源汽车无暖风，主要原因包括以下几点：1.高压电没加到PTC控制器上。2.PTC控制器内部的开关管损坏。3.PTC控制器未供电工作。4.空调的控制