清凉一夏：解读普锐斯的消暑利器-电动空调

进入夏季，多伦多又一次的迎来连续的湿热天气，高温警报一个接一个。由于紧邻着安大略湖造成的湿热效应，多伦多夏天的体感温度甚至也能达到40度以上，这让我觉得有时候跟四川的夏天越来越接近了。天气热也不得不出行，好在普锐斯有一套性能绝佳的好空调。即便艳阳高照，出行仍然是一种清凉的享受（至少在车上的时候是这样的）。不仅如此，这套制冷强劲的空调对于油耗的影响也并不明显，当然这还是要从普锐斯空调系统的独特部件说起。

高效节能的电动变频空调

电动变频空调？是的，不过我说的不是家里装的壁挂式空调，而是车载空调。事实上，电动空调在第二代普锐斯上就已经是标配了，不过第三代车型全新设计的空调系统让电动空调这一先进概念体现出更好的性能。混合动力车匹配电动空调有其得天独厚的条件，因为他们的大容量电池组可以为电动空调提供持续并且充足的电力，而对于只有铅酸小电瓶的普通车型则只能望洋兴叹。

图2：电动空调不仅制冷强劲而且更加高效，目前不少混动车型都采用电动空调。

第三代普锐斯的电动空调压缩机由一台288VAC交流电机驱动，这台体积小巧的交流电机可以随着制冷量的变化而实时改变转速，进而提高制冷效率，降低耗电量，而所消耗的电力则由244V镍氢电池组提供，经过DC-AC转换为交流电供压缩机使用。另外，值得一提的是，这台电机的部分组件回收自普锐斯MG1发电机。电动压缩机的最大优势就在于它不需要发动机直接驱动，因此压缩机本身并不会直接消耗发动机输出功率。前者的好处在于制冷时，不需要发动机启动，这对于希望发动机工作时间越短越好的混动车至关重要，后者的好处则在于从根本上杜绝了出现开空调动力乏力，或者制冷效果差的情况。

图3：普锐斯空调（制冷/制热）原理图，空调压缩机由一台288VAC交流电机独立驱动。</o:p>

图4：由于不需要发动机驱动，因此普锐斯的空调压缩机没有带轮，取而代之的是体积紧凑的交流电机，整个电动压缩机的体积甚至比普通的压缩机还要小。</o:p>

快速制冷：

再说说普锐斯空调的实际使用效果：用制冷强劲来形容普锐斯的空调性能一点都不夸张。因为电动变频空调的最大的特点便是可以快速制冷。启动车辆后，空调压缩机会调节至最大功率全力运转，出风口的风速也会自动调整到较最大风速低一级的设定，力求在最短时间内达到自动空调设定的温度。因此即便车被暴晒一下午，启动后不出15秒一定可以从出风口感受到源源不断的干爽冷空气扑面而来。当车内温度适宜时，电动空调并不会关机，而是进入低能耗状态下稳定工作，维持车内温度。此举不仅可以均匀制冷，而且也不会出现因为压缩机关闭，湿度上升产生明显的体感温度变化。

图5：7月初的多伦多持续高温，可能很多人很难想象加拿大这种高纬度国家怎么会有39度的高温天气，其实全球变暖还真不只是生活在热带岛国人们所想要关注的事情。另外，在这种气温和暴晒下，普锐斯车顶上的太阳能板就是全力发电也没有办法阻止车厢内成蒸笼的事实，而我放在车里的矿泉水更是被加热成了温开水。关于太阳能板下篇细说。

无怠速停等：

由于电动空调由专门的电机驱动，因此与发动机是否启动互不干扰，这一特点对于喜欢开空调停等的人们来说可以等得更淡定（当然现在国外很多城市都开始执行1分钟怠速法案，怠速停等这样的习惯并不是提倡）。如果电量全满，普锐斯最长可以开空调停等30分钟而不用启动发动机（取决于内外温差等因素）。当电量降至2格时，发动机会启动3分钟左右充电至3格，然后又可以维持10分钟，直至电量重新降至2格。

图7：如果电量全满，普锐斯最长可以开空调停等30分钟而不用启动发动机。图为开空调停等15分钟油耗状态，发动机未启动。

图8：如果在停车场开空调停等看到这样的场景，不要担心，使用电动空调一样会产生冷凝水。

结论：开空调并不明显影响油耗

对于很多人来说，夏季往往是一年中油耗最高的季节，而一大主要因素就在于空调。对于由发动机驱动压缩机的常规动力车型，压缩机不仅是一大附件，同时也是一个额外的负载。如果再加上点拥堵路况，百公里油耗十几升轻而易举（我们以前在北京的凯越HRV虽然排量仅有1.6升，夏天油耗保持在12-14升/百公里，一箱油用不过一星期，可见按排量判断是否节能是何等的不靠谱）。

相比之下，采用电动空调的混动车则不会因为是否开空调而产生如此大的差异，甚至在匀速的高速行驶时反而会比其他季节更容易跑出更低的油耗。从我统计的油耗记录（计算油耗）当中，三年来的整箱油年度最低油耗均出现在全程空调的夏季（2010年7月2日4.83升/百公里，2011年6月25日4.55升/百公里，2012年6月21日4.58升/百公里）。不过如果在拥堵的市区行驶，还是会感觉到发动机启动的次数会比不开空调时略频繁一些，但是根据我记录的油耗数据，反映在百公里油耗上的差异也只有0.5升左右（小于1升）的区别而已。

图9：采用电动空调的混动车则不会因为是否开空调而产生如此大的差异，甚至在匀速的高速行驶时反而会比其他季节更容易跑出更低的油耗。图为今年夏天旅行时记录的油耗数据，乘员三人，全程空调，加油后在高速上以110km/h定速巡航行驶近80公里，油耗仅为4.3升/百公里。

图10：前几天用DashCommand记录的两组行车数据（同样线路，早上略有拥堵，晚上通畅），上图为早上去程油耗，气温29度，全程空调（设定23度），下图为晚上回程油耗，气温23度，无空调，两组油耗数据仅相差0.1升，并且还是不开空调的回程油耗略高（受地形，车速等因素影响），普锐斯电动空调的功力可见一斑。

高效的秘密：喷射器循环系统（ECS）

正如前面所说，电动空调早在第二代普锐斯上就已经是标准配置，不过第三代普锐斯的电动空调比上一代更加高效节能的一大秘密，便是电装(Denso)最新开发的轿车用小型冷媒喷射器，而第三代普锐斯便是首次使用该系统的轿车车型。

电装一直对空调循环系统展开研究，采用冷媒喷射器的循环系统可以大幅高制冷循环能量利用率，早在2003年便已经投产并且首先应用在冷藏车的冷冻机中。不过早期的冷媒喷射器尺寸较为庞大，直至电装研发出能使用于乘用车上的冷媒喷射器，并且于2007年应用于陆地巡洋舰，使得空调和车用冰箱可以同时工作，并且对制冷性能互不影响。而在第三代普锐斯上应用的小型冷媒喷射器体积进一步的减小，与散热器整合，实现了在轿车发动机舱内布置的可能。

图11：普锐斯的空调系统得益于电装一直对空调循环系统的研究，采用冷媒喷射器的循环系统在2003年便已经投产并且首先应用在冷藏车的冷冻机中。

图12：传统制冷循环与喷射器制冷循环原理对比图。配备喷射器的新系统则用喷射器替代了膨胀阀，此举可以减小压损，提高制冷效果，减轻压缩机负荷，从而降低能耗。

车载空调消耗的能量多被压缩冷媒的压缩机所消耗。传统的空调系统为了使用蒸发器冷却空气，需要用膨胀阀（冷媒的调节阀）减压冷媒，而配备喷射器的新系统则用喷射器替代了膨胀阀，利用喷射器内的喷嘴部分减压，且减压时的力还起到了将冷媒升压的作用（相当于把在膨胀阀中损失的能量转换为了压力能量），从而减轻了压缩机的负荷，降低能耗。因此与之前相比，采用冷媒喷射器后，电动压缩机的功耗最大可降低约25%。

图13：喷射器工作原理图与各阶段压力变化图，可以看到喷嘴部分减压，扩散部减速增压的过程。

图14：普锐斯上的喷射器循环系统结构很紧凑，喷射器被布置于蒸发器上方，不占据额外的空间。不过铝合金材质的喷射器加工精度要求非常高。

电装此次用在普锐斯上的喷射器循环系统（ECS=EjectorCycleSystem），喷射器长度仅为150毫米并且被布置于蒸发器上方，因此实现小型化。装有喷射器的蒸发器尺寸与原蒸发器相同，易于替换现有装置。不过这一高效系统的代价是更精密的加工工艺和更高的制造成本。

下一篇说说大家好奇并且关心的带天窗的太阳能板和空调出风口。