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电动空气压缩机在电动客车上的应用及发展研究

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》2021年8期4月下作者：贾清江

[导读] 在我国追求可持续绿色发展的过程中，客车作为公共交通工具体系中的重要组成部分，传统的燃油发电机不但需要消耗大量的能源，并且也会加重环境污染问题，使得电动客车逐渐普及，因其并未设置发动机，再加之依靠电力驱动，电动空气压缩机得以在电动客车中广泛应用。

瑞立美联制动技术（廊坊）有限公司贾清江河北廊坊 065000

摘要:在我国追求可持续绿色发展的过程中，客车作为公共交通工具体系中的重要组成部分，传统的燃油发电机不但需要消耗大量的能源，并且也会加重环境污染问题，使得电动客车逐渐普及，因其并未设置发动机，再加之依靠电力驱动，电动空气压缩机得以在电动客车中广泛应用。本文围绕这电动客车中电动空气压缩机的应用，就电动空气压缩机的控制方式、常用类型进行分析，依据其发展现状，阐述其发展趋势。
关键词:电动空气压缩机；电动客车；应用；发展趋势
        1、电动空气压缩机的控制方式
        电动汽车内部的制动、门泵、空气悬架等大部分都是采用的高压起源，而高压气运也是由电动空气压缩机系统所提供的，电动空气压缩机系统主要包括了电动空压机、控制器、气压传感器、电器线路等诸多部分。从目前的情况来看，电动客车上所用的电动空气压缩机主要有卸荷式和压力开关是两种方式，前者是在储气罐内部的储气和压力达到调定数值的情况下，空气压缩机不需要停止运转，而是需要在打开安全阀进行不压缩运转[1]。压力开关方式则是在储气管内部压力数值达到调定数值的情况下，空压机自动停止运转。因为考虑到电动汽车在运行的过程中需要节约电能，用以显著地延车辆的行驶里程，为此，基本都使用的是压力开关控制方式，在具体的运行过程中，压力开关会对储气罐里的气压数值进行全面检测，并将检测到的压力信号及时传递给对应的控制器，借此有效控制空压机的启动和停止。同时也需要以压力开关的实际压力数值大小有效控制变频器的输出频率，在压力数值相对较大的情况下，因为荷载有所增大，需要降低其频率减缓打气速度，显著提高电机的过载能力。在压力数值相对较小的情况下，则需要增大频率，进一步加快打气速度，以此来有效满足电动客车整体的需要，确保其整车气压能够始终处于一种相对稳定的状态。电路空气压缩机通过使用变频器来有效的控制内部电机的转速，而这一转速也直接决定了打气泵的转速，以此组成的一个变频闭环控制系统。
        2、电动客车中常用的电动空气压缩机概述
        2.1活塞电动空压机
        我国最早期出现了的纯电动车主要是在工业现场进行应用，其中运用到的是活塞式电动空气压缩机。这类压缩机曲轴出旋转的情况下，借助连杆的传动，活塞便可以进行往复的运动，包括了气缸内壁、缸盖以及活塞顶面共同构成的工作容积就会出现周期性的变化。活塞从气缸盖开始运动的情况下，气缸内部的工作容积会逐渐增大，这种情况下，气体则会顺着进气管推开进气阀，最终进入到气缸内部，直到工作容积达到其最大数值为止，在这种情况下，进气阀门处于关闭状态。而活塞在做反向运动的情况下，气缸内的工作容积则会逐渐缩小，气体压力有所上高，在气缸内部压力达到并且稍微高于排气压力的情况下，排气阀门便会打开，气体排出气缸，活塞运动到达极限位置为止，排气阀门则会及时关闭。
        2.2滑片电动空压机
        这种滑片式空压机的主机主要包含了转子和定子两个部分，其中在转子上分布有纵向的滑槽，滑片需要在其中自由进行滑动，定子作为一个气缸，需要在定子的中偏心位置进行设置。当转子处于旋转状态的情况下，滑片会受到离心力的作用甩出，并和定子通过油膜紧密进行接触。相邻位置的两个滑片，会和定子的内壁直接形成一个封闭的空气腔和压缩腔等[3]。在转子转动的时候，压缩腔的体积都会随着滑片出量的大小而发生改变。在吸气的时候，空气中常会经过过滤器被吸入到压缩腔里，最后与喷入主机内部的润滑油进行混合。在空气压缩的过程中，因为压缩腔的体积会出现缩小，压力数值会有所增加，最终的油气混合物会通过排气口进行排出。

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        2.3单螺杆电动空压机
        单螺杆空压机是一种单轴容积式的回转性压缩机，其中的啮合副主要包括了蜗杆和两个平面布置的星轮，并且这两个组成部分可以和机壳内壁共同形成一个封闭的基元容积。在具体工作的过程中，电动机可以通过联轴器或者是皮带将其动力传送到蜗杆上，最后由蜗杆带动星轮齿在蜗杆槽内做出相对移动，如此一来便会导致封闭的基元容积发生一定程度的改变，气体输送进行压缩，而在达到设计压力数值的前提下，则会有主机壳上呈现出左右两侧对称的三角形排气泵将气体排放到油气分离器内部。
        3、目前电动客车中电动空气压缩机的应用现状及发展趋势
        3.1应用现状
        目前国内电动客车所用的电动空气压缩机的滑片式和螺杆式空压机，因为在使用过程中存在着油乳化问题并且现象较为严重，如果单纯采用延时停机的处理方式，让干燥器卸荷排除润滑油中的水分，虽然会改善油的乳化问题，但却进一步加大整体电车的消耗，无形中降低了电动客车的运行效率。在综合考虑电动客车运行成本、维护工作多种因素的前提下，电力空压机的结构需要紧凑，具备良好的环境适应性，并维持较为稳定的性能水平。目前主要使用的是活塞式电动空压机。就目前的情况来看，有油活塞空压机应用范围相对较广，而无油活塞空压机也是目前各大生产厂商的主要生产和推广产品，无油的活塞电动空压机自身润滑主要是依靠免维护的润滑脂，冷却依风冷，这种电动空压机不但维护成本相对较低，且操作较为方便，涡轮电力空压机仍旧处于研究阶段。
        3.2应用发展趋势
        无论今后的电动空压机如何发展变化，在电动客车快速发展的过程中，都需要维持安全、可靠、低成本、低噪音、高效率的要求。就目前电动客车内部的电动空气压缩机发展状况看来，在未来的一段时间内，因为电动汽车需要考虑到后期的维护和制造成本，通常会使用无油活塞的电动空气压缩机。那些对于噪声要求相对较高的车辆，滑片和双螺杆的电力空气压缩机具备一定的发展空间。在我国工业生产制造水平持续提升的规定下，涡旋式的电动空气压缩机具备一定的推广优势。总结而言，电动空气压缩机发展的趋势便是要安全、可靠、高效率、低噪声、节能[3]。具体而言，电动空气压缩机的安全性需要符合电动客车操作安全以及故障防护要求，使用的电机需要完全满足现行电动客车安全技术要求，使用的均匀材料阻燃性需要完全符合HB级水平燃烧，垂直燃烧V-0级，不存在任何的安全隐患。同时电动空气压缩机的使用需要完全满足电动客车运行的安全技术条件，换言之，制动系统的结构和装置使用具备较为稳定的性能水平，不能因为接受振动和冲击而遭受损坏，除此之外，电机和控制器的电气设计也需要外满足电磁兼容和工作环境的具体要求。电动空压机按照汽车所用空气压缩机台架试验方法测试，满足台架对噪声的基本要求，在实车上要满足相关标准要求。
        4、总结
        本文对当前电动客车所应用的各类电动空气压缩机的特点、应用和发展做了简单的概述。结合当前主要几类电动空压机的应用情况和存在的问题，论述了发展趋势。随着空气压缩机技术水平和制造水平的发展，以及电机控制技术水平的提高，电动空压机成本会逐渐降低，安全、可靠、低成本、高效节能、轻量化、低噪声的电动空气压缩机则将陆续出现，满足电动客车不断升级的高端需求。
参考文献
[1]于洋. 一种电动客车空压机空气滤清器的集成式设计[A]. 河南省汽车工程学会.第十七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C].河南省汽车工程学会:河南省汽车工程学会,2020:3.
[2]唐瑜亮,杨晓云.纯电动城市客车电动空压机与储气筒容积匹配分析[J].汽车电器,2020(10):6-10.
[3]王波,冯汝广,许璇,崔庆虎,孙景新,郭杨.电动客车空气压缩机测试系统设计[J].客车技术与研究,2019,41(03):42-44+48.