CN101665069B - 电动汽车车载独立式空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车车载独立式空调系统，包括发动机及车载空调系统，其发动机采用高效率、低排放的HCCI均质充气压缩点燃发动机，发动机的输出通过离合器联接空调压缩机，发动机通过发动机控制器连接系统控制器，发动机工作在低消耗、低排放的高效转速工作区，发动机在高效工作模式下的输出功率是发动机满负荷输出功率的40％～70％。它有效地解决了目前电动汽车存在的车内空调耗费电能大而影响电动汽车续驶里程的问题，也解决了现有车载空调系统采用普通小型发动机存在油耗大、废气排放量大，影响环保的问题。本发明为HCCI发动机在应用技术上开辟了一个新领域，并且具有独特的比较优势。

Description

电动汽车车载独立式空调系统

技术领域

本发明涉及车用空调系统，尤其是一种电动汽车用的、动力源采用HCCI(homogeneous charge compression ignition)均质充气压缩点燃发动机的电动汽车车载独立式空调系统。

背景技术

众所周知，中国汽车燃油战略性的长期短缺，已经是不可改变的事实，并将随着汽车产量的剧增而进一步加剧，强制性燃油耗量法规及废气排放法规的出台也将促使政府强令并政策性地引导汽车厂家谋求出路，以便尽快开发能满足此要求并适应此环境的新的汽车产品来。从能源与环保的角度来说，电动汽车已被世界汽车业公认为“未来汽车”，随着技术水平的进一步提高和生产工艺的进一步成熟，电动汽车的性价比将进一步提高，电动汽车产业也将得到进一步发展。目前在国内外均有各种纯电动及混合型电动汽车在试运行，但都没有大规模的量产，主要原因是纯电动车的动力来源是车载的蓄电池，即使采用目前性能最优良的蓄电池，其存电量对于电动汽车来说，其续驶里程仍然非常有限，加上车内的空调、音响等电器设备的使用，更使得蓄电池的存电量问题成为影响电动汽车发展的最大问题。另外，电动汽车不能随时随地充电，如果车载电池的存电量在行驶途中耗尽，那么，电动汽车就只能半路抛锚，等待救助了，这个问题也在很大程度上影响了电动汽车的发展。为了解决这些问题，国内外的许多厂商与研究机构都作了很多有益的探索。公开日为2004年5月26日、公开号为CN2617620Y的专利文件公开了一种电动车用独立空调发电装置，它属于小型发电装置，特别是一种可以使用在电动车上的发电装置，它包括一个空调压缩机、一个独立空调发电机，在所述的空调压缩机与独立空调发电机之间设有电磁离合器，通过皮带传动装置相联接；它还包括一个可以实现能源控制和转换的空调发动机控制器，在所述的发电机与空调发动机控制器之间设有一台发电机。该实用新型实现了当开空调制冷的同时，发动机上连接的发电机将通过发电控制器供给驱动电机能源，使得电动车的行驶距离大大增加，同时，电池的电能消耗大为减少，寿命也可延长数倍，完全满足了城市交通的需要，且运行成本较其他驱动方式更低。这种结构虽然解决了电动汽车的空调用电问题以及在一定程度上增加了电动汽车的续驶里程，但是该实用新型由于采用了普通的燃油发动机，电动汽车的废气排放量显著增加，使电动车丧失了低排放的环保优势。

发明内容

本发明为解决目前电动汽车存在的车内空调耗费电能大而影响电动汽车续驶里程的问题，提供了一种使用空调时不耗费车载电池电量的电动汽车车载独立式空调系统。

本发明的第二个目的是为解决目前电动汽车存在的车载电池电量不足时电动汽车只能停驶等待救援的问题，提供了一种电池电量不足时可以自行充电、使电动汽车具有跛行回家功能的电动汽车车载独立式空调系统。

本发明的第三个目的是为解决目前电动汽车车载空调系统采用普通小型发动机存在的油耗大、废气排放量大，影响经济性及环保的问题，提供一种低燃油消耗、低排放、高效环保的电动汽车车载独立式空调系统。

本发明为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为：一种电动汽车车载独立式空调系统，包括发动机、车载空调，所述的发动机为高效率、低排放的HCCI均质充气压缩点燃发动机，所述的HCCI均质充气压缩点燃发动机工作在低消耗、低排放的高效转速工作区，发动机在低消耗、低排放的高效工作模式下的输出功率是发动机满负荷输出功率的40％～70％，且该输出功率大于电动汽车除驱动电机外的所有耗能设备的功率总和；发动机的输出通过离合器联接空调压缩机，发动机通过发动机控制器连接系统控制器，所述发动机的输出还联接发电机，发电机通过整流器连接整车电池组。本发明采用的HCCI发动机，是一种全新燃烧方式的发动机，与传统的内燃机相比，它的燃油消耗和有害气体排放显著降低，具有高效率、低油耗、低排放的特点，是当前发动机燃烧技术的一个重大突破，HCCI发动机的燃油消耗由普通新技术发动机的270g/kW.h降低到200g/kW.h，废气排放也同时降低了很多。采用专门的HCCI发动机来驱动车载空调系统，开启空调时可以不耗费车载电池的电量，保证了电动汽车的续驶里程，同时，在停车或较长时间等红绿灯时，也可以使用空调。本发明为HCCI发动机在应用技术上开辟了一个新领域，并且具有独特的比较优势。目前没有全面推广使用HCCI发动机的主要原因，是由于HCCI发动机在高转速大负荷工况下，电控系统及传感器的跟踪反应速度和控制精度达不到发动机要求，特别是在发动机高速区的变化更加难以控制，再加上燃烧温度低，难以采用涡轮增压装置。而本专利避开了HCCI发动机在高转速大负荷工况下的不足，利用了它在中低转速、中低负荷下的显著优势，这是HCCI发动机在应用技术上的重大突破。为了延长电动汽车的续驶里程，在发动机工作时，电动汽车上所有的耗电设备包括空调、音响、大灯等所需的能源，均由发动机提供，这样，整车电池组的存电量就单供电动汽车驱动电机使用，可以增加电动汽车的续驶里程。发动机上联接发电机，在使用空调时发动机剩余的功率可以用来发电，补充车载电池的储电量，从而延长电动汽车的续驶里程；当需要超出电动车规定的续驶里程行驶时，可充分利用燃油供给HCCI发动机，使其带动发电机工作，在行驶中不断地给车载电池进行补充电量，这可以使电动车行驶相当长的里程，以满足较长里程行驶的需要；此外，在车载电池的蓄电量耗尽时，还可以停车利用发电机为车载电池充电，使电动汽车具备跛行回家的功能，避免电动汽车出现车载电池储电不足而半路抛锚，等待救援的尴尬局面。

作为优选，发动机的满负荷输出功率为8-12千瓦。考虑到一般电动汽车上空调、音响、大灯等耗电设备的总功率为4～8千瓦，同时考虑发动机不在满负荷状态下工作，因此，发动机的满负荷输出功率可以选用8～12千瓦。

作为优选，发电机为三相励磁硅整流发电机或三相硅整流发电机，发电机的工作状态由系统控制器控制，发电机的输出功率大于电动汽车上除驱动电机、空调压缩机外的所有耗电设备的功率总和。由于空调压缩机由HCCI发动机直接带动，因此，发电机的输出功率只用于电动汽车上除驱动电机、空调压缩机外的耗电设备，发电机的输出功率可以根据电动汽车的具体配置情况加以选择，一般发电机的输出功率在1～3千瓦之间。考虑到汽车上使用直流电源，而三相硅整流发电机自带整流电路，且输出的直流电压平稳，因此，发电机采用三相励磁硅整流发电机或三相硅整流发电机，这样无需单独设置整流电路，同时，选用硅整流发电机的输出电压与电动汽车上整车电池组的工作电压相适配，可以进一步简化电路的结构。

作为优选，空调压缩机为高效率漩涡压缩机，工作在中高速高效工作区，空调压缩机的输入功率为3～4千瓦。涡旋压缩机是一种新型、节能、省材和低噪的容积式压缩机，该机主要是利用动、静涡旋齿的相对公转运动形成闭死容积的连续变化，实现压缩气体的目的，与同容量的往复式相比，其效率可提高10％，体积减少40％，噪声减少5～6dB，具有结构简单，零件数少，无易损件，可靠性高的优点。对于一般的电动汽车，选用输入功率为3～4千瓦的空调压缩机即可满足整车对空调系统的要求。

作为优选，空调压缩机通过高低压开关连接冷凝器，冷凝器通过储液罐、膨胀阀连接蒸发器，蒸发器与空调压缩机相连接，构成一个闭环制冷系统。

作为优选，离合器为电磁离合器，电磁离合器受系统控制器控制。电磁离合器控制容易，系统控制器可以通过继电器直接控制电磁离合器，操作方便。

作为优选，系统控制器通过发动机控制器将HCCI均质充气压缩点燃发动机控制在低消耗、低排放的高效转速工作区，系统控制器控制空调压缩机及发电机的工作状态。系统控制器通过发动机控制器将HCCI均质充气压缩点燃发动机控制在低消耗、低排放的高效转速工作区，使HCCI发动机低消耗、低排放的优势得以充分显现；系统控制器控制空调压缩机及发电机的工作状态，在需要使用空调时，系统控制器通过继电器闭合电磁离合器从而开启空调压缩机，不需要使用空调时，系统控制器通过继电器分开电磁离合器从而关闭空调压缩机；需要使用发电机时，系统控制器接通发电机的输出电路，不需要使用发电机时，系统控制器断开发电机的输出电路。通过系统控制器的控制，根据不同的情况，发动机可以单独带动空调压缩机或发电机，也可以同时带动空调压缩机和发电机，发动机单独带动空调压缩机或发电机时，虽然发动机的功率较空调压缩机或发电机高出许多，但由于HCCI发动机在低速、低负荷下同样具有低消耗、低排放的特点，因此，不会造成发动机功率的浪费，从而做到了整车经济性最好，排放性能最佳，达到了环保、节能的目的。

本发明的实质效果是：它有效地解决了目前电动汽车存在的车内空调耗费电能大而影响电动汽车续驶里程的问题，也解决了现有车载空调系统采用普通小型发动机存在油耗大、废气排放量大，影响环保的问题。本发明采用了高效率HCCI发动机，可体现出它独有的燃油经济性和低排放，用较少的燃料即可满足电动车空调系统以及延长续驶里程的需要，为HCCI发动机开辟了一个新的应用领域，与采用电动空调相比，本发明可以减少整车电池数量，有效地降低整车制造成本和使用费用。同时，当车载电池的储电量在行驶途中耗尽时，本发明还可以为其充电，使电动汽车具备跛行回家的功能。

附图说明

图1是本发明电动汽车车载独立式空调系统的结构框图。

图2是本发明电动汽车车载独立式空调系统的空调系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1

在如图1所示的实施例1中，电动汽车车载独立式空调系统，包括发动机、车载空调，所述的发动机1为高效率、低排放的HCCI均质充气压缩点燃发动机，发动机1的满负荷输出功率为10千瓦，发动机1通过发动机控制器6与系统控制器7电路连接。发动机1采用一带二的方式，其输出轴直接与发电机2机械连接，同时通过皮带轮、离合器3与空调压缩机4机械连接，离合器3为电磁离合器，系统控制器7通过继电器控制电磁离合器的开合；空调压缩机4为高效率漩涡压缩机，空调压缩机4的输入功率为3.5千瓦；发电机2为三相励磁硅整流发电机，发电机2的输入功率为2千瓦，其输出通过设置在发电机内部的整流器连接整车电池组5，发电机2的输出电压与电动车整车电池组的工作电压相适配。

发电机2的工作状态由系统控制器7控制，系统控制器7通过发动机控制器6将HCCI均质充气压缩点燃发动机控制在低消耗、低排放的高效转速工作区，发动机在低消耗、低排放的高效工作模式下的输出功率控制在发动机满负荷输出功率的60％左右，其输出功率大于电动汽车除驱动电机外的所有耗能设备的功率总和。系统控制器7控制空调压缩机4及发电机2的工作状态。

空调压缩机4工作在中高速高效工作区，空调压缩机4通过高低压开关8连接冷凝器9，冷凝器9通过储液罐10、膨胀阀11连接蒸发器12，蒸发器12与空调压缩机4相连接，构成一个闭环制冷系统(见图2)。

实施例2

实施例2的HCCI发动机1满负荷输出功率为8千瓦，发电机2为三相励磁硅整流发电机，发电机的输入功率为1千瓦，空调压缩机4的输入功率为3千瓦，发动机在低消耗、低排放的高效工作模式下的输出功率控制在发动机满负荷输出功率的55％左右，其余与实施例1相同。

实施例3

实施例3的HCCI发动机1满负荷输出功率为12千瓦，发电机2为三相硅整流发电机，发电机的输入功率为3千瓦，空调压缩机4的输入功率为4千瓦，其余与实施例1相同。

电动汽车正常行驶时，系统控制器通过发动机控制器将HCCI均质充气压缩点燃发动机控制在低消耗、低排放的高效转速工作区，发动机带动空调压缩机运转，为整车空调系统提供动力，其剩余的动力通过发电机发电，为整车电池组补充电量，以增加电动车的续驶里程；电动车无须充电或长时间停车等待时，系统控制器将发电机的输出断开，发动机的动力只提供给空调压缩机，这样可以降低发动机的输出功率，节约能源；当电动汽车急需补充电量时，系统控制器可以通过电磁离合器断开空调压缩机，将发动机的动力只提供给发电机发电，以满足电动汽车快速充电的需要。

Claims (3)

1.一种电动汽车车载独立式空调系统，包括发动机、车载空调，其特征是：所述的发动机(1)为HCCI均质充气压缩点燃发动机，所述的HCCI均质充气压缩点燃发动机的输出功率是发动机满负荷输出功率的40％～70％，且发动机(1)的输出功率大于电动汽车除驱动电机外的所有耗能设备的功率总和；发动机(1)的输出通过离合器(3)联接空调压缩机(4)，所述的空调压缩机(4)为漩涡压缩机，空调压缩机(4)的输入功率为3～4千瓦，所述的空调压缩机(4)通过高低压开关(8)连接冷凝器(9)，冷凝器(9)通过储液罐(10)、膨胀阀(11)连接蒸发器(12)，蒸发器(12)与空调压缩机(4)相连接组成一个闭环制冷系统；发动机(1)通过发动机控制器(6)连接系统控制器(7)，所述的发动机(1)的输出还联接发电机(2)，所述的发电机(2)为三相励磁硅整流发电机或三相硅整流发电机，发电机的工作状态由系统控制器(7)控制，发电机的输出功率大于电动汽车上除驱动电机、空调压缩机外的所有耗电设备的功率总和，发电机(2)通过整流器连接整车电池组(5)。

2.根据权利要求1所述的电动汽车车载独立式空调系统，其特征在于所述的发动机(1)的满负荷输出功率为8～12千瓦。

3.根据权利要求1所述的电动汽车车载独立式空调系统，其特征在于所述的离合器(3)为电磁离合器，电磁离合器受系统控制器(7)控制。

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