2024年3月17日发(作者：天籁档次是不是很低)
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新能源汽车
刘春晖(本刊编委会委员)
高级工程师/副教授，现任山东华宇工学院机械工程学院汽车服务工程教研
室主任，有多年的一线汽车电气系统、电子控制系统维修工作经验。现从
事汽车类专业学生专业课的教学工作。在各级汽车维修类杂志上公开发表
论文30篇，出版汽车维修类图书23部。
2022款奥迪Q5 e-tron纯电动汽车
空调与热管理系统(一)
◆文/山东 刘春晖
上汽奥迪Q5 e-tron是上汽奥迪基于纯电MEB平台的中
大型豪华纯电SUV，它设计成3排座，有6座、7座车型可以选
择。Q5 e-tron也是奥迪专门为中国打造的第一款电动汽车。上
汽奥迪Q5 e-tron是奥迪与上汽合资生产的第二款奥迪车型，上
汽奥迪Q5 e-tron在中国生产并仅在中国销售，因此上汽奥迪
Q5 e-tron对于奥迪在中国的电气化战略实施具有重要作用。
上汽奥迪Q5 e-tron的定位与奥迪新品牌战略非常匹配，
在上汽奥迪Q5 e-tron上，新的渐进式设计语言将“生活进
步”的愿景付诸实践。上汽奥迪Q5 e-tron体现了新的奥迪品
牌特色：它系统地注重情感美学、智能、性能、现代对立美学
与个性化技术，以满足目标群体需求。上汽奥迪Q5 e-tron这
款车作为上汽奥迪旗下的首款电动汽车，集成了多项先进的智
能配置，目前共有4款车型，入门版售价为39.55万元，顶配版
售价为51万元。
在配置方面，奥迪Q5 e-tron配备座椅气动按摩、带净化功
能的三区自动空调、“B&O”3D环绕音响系统、AR-HUD增
强现实抬头显示系统、MMI触控反馈系统、奥迪在线服务、远
程车辆控制、V2X智能交通交互技术。在驾驶辅助方面，奥迪
Q5 e-tron凭借全方位的传感系统，具备前后防碰撞预警、全
速域自适应续航、车道居中保持辅助、智能自动泊车系统、变
道辅助、全景可视泊车辅助系统等功能。在动力系统方面，奥
迪Q5 e-tron为消费者提供后置单电机以及双电机四驱两种不同
的版本，其中搭载后置单电机作为驱动的版本输出功率为204马
力(1马力=735.5瓦(W))+310N·m；采用双电机四驱版本的车
型输出功率为306马力+460N·m，动力输出更加强劲。奥
迪Q5 e-tron全系车型均搭载83.4kWh容量的电池组，最高续航
里程分别为560km和520km。
图1 R134a空调系统组成部件
一、R134a空调系统组成部件
如图1所示，R134a空调系统组成部件包括空调压缩机
V454、制冷剂截止阀N424、高电压蓄电池热交换器、电子膨胀
阀N636、制冷剂压力传感器G805以及制冷剂压力和制冷剂温度
传感器G395等。
1.空调压缩机V454
空调压缩机V454的外形如图2所示。奥迪Q5 e-tron的所有
空调系统均采用涡旋式压缩机。根据使用的制冷剂，安装了适合
的空调压缩机。集成在空调压缩机V454中的空调压缩机控制单
元J842通过LIN总线与加热器和空调系统控制单元J979通信。空
调压缩机还有一个三相电机。空调压缩机控制单元J842的作用是
将来自高电压蓄电池1 AX2的直流电压转换为三相交流电压。
电动压缩机安装在发动机舱右前方的额外支架上。这样减
少了从压缩机传递到汽车内部空间的噪声。与机械活塞式压缩机
不同的是，没有类似形式的防阻塞保护装置。机械活塞式压缩机
的首要任务是保护皮带，防止其在压缩机损坏的情况下断裂并导
致整个皮带驱动装置失灵。所输送的制冷剂量通过压缩机转速调
节。原则上而言，涡旋压缩机不易阻塞。但是，如果轴不再旋
转，则压缩机电子装置会识别为阻塞并关闭压缩机。
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循环回路之间进行的。通过将该部件与电动膨胀阀N636组合使
用，可以主动冷却高电压组件，在充电且蓄电池温度高于30℃
时，会通过冷却器主动冷却。在行驶模式下，如果蓄电池温度高
于35℃，会通过冷却器主动冷却。
4.电动膨胀阀N636
电动膨胀阀N636与球阀类似。根据旋转角度，调节制冷
剂膨胀到高电压蓄电池热交换器中的流量。在带有吸入侧制冷
剂压力和制冷剂温度传感器G395的调节回路中，会针对每种冷
却要求调节该电动膨胀阀的横截面。阀门的工作压力被设计为
图2 空调压缩机V454
45bar(1bar=100kPa)。高压侧和低压侧之间的可切换压差约为
30bar。电动膨胀阀N636的结构如图5所示。其4针插接器的作
用为：针脚1接蓄电池正极；针脚2为未占用；针脚3接LIN总线
2，0；针脚4接地。
2.制冷剂截止阀N424
制冷剂截止阀是一种电磁阀，断电时会打开，其结构如图3
所示。如果电磁线圈通电，则会关闭至空调装置蒸发器的制冷剂
供给。由于无需通过蒸发器循环回路泵送不必要的制冷剂，因此
可以优化蓄电池冷却阶段的能耗。其平均工作电压为9～16V，
DC，平均工作温度为-40～80℃。
图5 电动膨胀阀N636
5.制冷剂压力传感器G805
制冷剂压力传感器G805(图6)与其他空调循环回路中的
图3 制冷剂截止阀N424
一样，它通过LIN总线导线与加热和空调装置控制单元J979
相连，管道接口中有一个止回阀，因此可以在不吸出制冷剂的
情况下更换传感器。插接器各连接端子的作用：正极3脚和负
极1脚位于3针插接器上；LIN总线导线则位于中间2脚，它通
过汽车内部空间的右下连接位置与加热和空调装置控制单元
J979相连。
3.高电压蓄电池热交换器
高电压蓄电池热交换器位于车身前部纵梁的右前方，其结构
如图4所示。热交换是在高电压组件的制冷剂循环回路和冷却液
图4 高电压蓄电池热交换器图6 制冷剂压力传感器G805结构
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CHINA
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二、R744空调系统特点
1.环保要求
2016年11月，蒙特利尔议定书第28次缔约方大会中，各缔
约方一致通过《基加利修正案》，汽车空调制冷剂R134a被列入
《基加利修正案》限控清单。R134a在全球范围内的禁用时间表
如图9所示，各国逐步禁用R134a作为汽车空调制冷剂，主要替
代制冷剂为R1234yf或R744(CO
2
，二氧化碳)。
6.制冷剂压力和制冷剂温度传感器G395
制冷剂压力和制冷剂温度传感器G395(图7)的管道接口中有
一个止回阀，因此可以在不吸出制冷剂的情况下更换传感器。采
用R134a作为制冷剂的具有一个截止阀、一个电动膨胀阀和一个
高电压蓄电池热交换器。因此制冷剂流量可以在汽车内部空间冷
却系统和蓄电池冷却系统之间分配。
图9 R134a在全球范围内的禁用时间表
到目前为止，奥迪汽车使用过R12(二氯二氟甲烷)、
R134a(四氟乙烷)和R1234yf(四氟丙烯)这几种制冷剂。不同制
图7 制冷剂压力和制冷剂温度传感器G395
为了能够通过高电压蓄电池热交换器满足高电压组件的所
有冷却要求，必须将吸入侧的压力和温度作为调节系统的输入参
数。因此，具有温度测量功能的第二压力传感器必不可少。传感
器可以用工具头T40284这种专用工具拆卸和安装。管道接口中
有一个止回阀，因此可以在不吸出制冷剂的情况下更换传感器。
冷剂的对比见表1。CO
2
是最合适的应用方向，R134a受其物理
性质(蒸发温度等)影响，-10℃以下效率较低，-20℃以下，就不
能工作了。Q5 e-tron使用CO
2
作为制冷剂，并采用R744命名。
CO
2
既不含氟也不含氯，而是通过一系列自然过程生成的。CO
2
不
会破坏地球的臭氧层。R744和R134a的分子排列如图10所示。
表1 几种制冷剂性能对比
项目
全球变
暖系数
臭氧系数
燃烧性
生物毒性消费用户
R134a
1 430
0
不燃
无毒
需回收
20元/辆
3MPa
R744(CO
2
)R1234yf
1
0
不燃
无毒
无需回收
0.5元/辆
14MPa
有待提高
低温性
能较差
已过保
护期
国内有
无
国内有
4
0
弱可燃
燃烧后
有毒
需回收
500元/辆
3.4MPa
略低于
R134a
性能强项
在保护
期内
霍尼韦尔，
杜邦垄断
低温性
能差
已过保
护期
国内有
R410
1 730
0
不燃
无毒
需回收
30元/辆
4.2MPa
7.R134a空调系统工作原理
如图8所示，增加制冷剂截止阀ASV的目的是在只为高电压
蓄电池单独冷却，而车内空间无需冷却时工作。
环保性
回收要求
成本
工作压力
制冷性能
制热性能
专利
供应商
注：优点待克服缺点
CO
2
是一种无色的不易燃气体，与其他元素结合后具有化学
图8 R134a空调系统工作原理
惰性。CO
2
比空气重，它是自然界中存在的物质，并且可以低成
本获得。如果制冷剂循环回路中出现泄漏，可以顺利将其排放到
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图10 R744和R134a的分子排列
自然循环中。CO
2
能够以固态、液态、气态和超临界状态存在。
但是，在汽车空调装置中只有气态、液态和超临界状态。与传统
空调相比，采用CO
2
的空调装置以高约10倍的压力运行。因此，
制冷剂循环回路必须设计得更加密封，因为CO
2
的分子比旧式制
冷剂的分子更小。
R744制冷剂是一种自然物质，不受《物质封闭循环与废弃
物管理法案》的约束。它允许被排放到环境中，并且其在欧洲无
需提供制冷剂化学证明。使用纯度至少为3.0(99.9%)或更高的制
冷剂，含水量必须小于10ppm。R744与R134a的相关参数对比
列于表2。
表2 R744与R134a的相关参数对比
特征
化学分子式
化学名称
沸点(在1bar的
绝对压力下)
临界点
温室效应(GWP值)
制冷剂类型
易燃性
颜色
气味
R744
CO
2
二氧化碳
-78.7℃
31.1℃/73，8bar
系数1
自然
不易燃
无色
无固有气味
R134a
C
3
H
2
F
4
四氟乙烷
-26.5℃
101.1℃/40，7bar
比二氧化碳高
合成
不燃
无色
有微弱的固有气味
注：开氏温度(k)=摄氏温度(℃)+273
图11 R744的超临界状态
3.温度压力表(静态)
不同温度和加注密度下的R744压力见表3，如果超出加注
密度，则制冷剂循环回路中的静止压力大幅上升，过压排放阀打
开，直至达到允许的制冷剂循环回路中的静止压力(例如，在加注
密度为400kg/m
3
时，静止压力在80℃环境温度下就已经升高至
144bar)。
在达到临界温度之前，如空调管路内的制冷剂处于饱和蒸汽
状态，则压力和温度之间存在特定关系，且与加注密度无关。如
制冷剂的温度高于临界温度，则空调管路内的压力还将随着加注
密度变化而变化。 (未完待续)
表3 不同温度和加注密度下的R744压力(bar)
温度
(℃)
-10
-5
0
10
15
20
25
30
31.1
35
40
50
60
70
80
90
200
kg/m
3
26
30
35
45
51
57
64
67
67
68
71
76
82
88
94
99
225
kg/m
3
26
30
35
45
51
57
64
68
68
71
74
82
88
97
102
107
250kg/m
3
300kg/m
3
标准加注密度
26
30
35
45
51
57
64
70
70
73
77
85
92
100
108
116
26
30
35
45
51
57
64
70
72
75
82
92
102
111
121
130
超
临
界
状
态
饱和蒸
汽压力
26
30
35
45
51
57
64
72
74
2.超临界状态
温度及压力均处于临界点以上的状态叫超临界状态。超临
界流体介于气态与液态之间，基本上仍是一种气态，但又不同于
一般气体，是一种稠密的气态。其密度比一般气体要大数百倍，
与液体相近。其黏度比液体小数百倍，而扩散速度比液体大数百
倍，因此具有较好的流动性和传递性能。
如图11所示，制冷剂R744的临界点为31.1℃。因此，该温
度以上，制冷剂R744在超临界范围内工作。冷凝器中的制冷剂
在超临界范围内不再液化，而是仅冷却。
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