CN102635968B - 用于电池电动车辆的hvac-apu系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电池电动车辆的HVAC-APU系统。系统包括但不限于致冷剂流体。功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分彼此选择性地流体连通，以便使致冷剂流体前进通过系统。压缩机-膨胀机系包括但不限于由轴操作地连接的可反转的压缩机-膨胀机和高压泵。高压泵加压致冷剂流体以便形成高压致冷剂流体。辅助燃料容器和燃烧单元加热热传递流体。热交换器将热量从被加热的传递流体传递至高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体。可反转的压缩机-膨胀机使被加热的高压致冷剂流体膨胀以使轴沿第一方向旋转以驱动高压泵。

Description

用于电池电动车辆的HVAC-APU系统

技术领域

本发明的技术领域总体涉及用于车辆的加热通风与空气调节（HVAC）和辅助功率单元（APU）系统，并且更具体地涉及用于电池电动车辆的HVAC和APU系统。

背景技术

内燃发动机驱动的车辆已经商业销售超过一个世纪并且统治着车辆工业。尽管被广泛使用，但汽油燃料的内燃发动机与多种问题相关联。首先，由于化石燃料的有限储量以及有限的区域可用性，大幅的价格波动和汽油成本的通常向上的计价趋势是很常见的，这些都能够对消费者层级造成影响。其次，化石燃料燃烧与环境问题相关联，诸如，包括二氧化碳、温室气体以及造成全球变暖的因素的排放的排气排放。因此，已经花费了大量的努力来寻找用于个人和商用车辆中的替代性驱动系统。

电池电动车辆为使用内燃驱动系的车辆提供了有前景的替代方案。电池电动车辆是一种类型的电动车辆（EV），其使用存储在可充电电池（例如，可充电电池组）中的化学能来为电动马达而不是内燃发动机提供电功率，用于推进。然而，使用电池电动车辆有两个主要问题。

这两个主要的问题是关于通常称为车程焦虑的在电池电荷用尽之前能够驾驶的车程以及如果电池组没有能量该怎么办的忧虑。电池电动车辆的典型可驾驶车程是大约70英里。然而，这些车程很大程度上取决于电池组的年龄、驾驶情况以及驾驶员的驾驶习惯。另外，由于在车辆被拖曳时可能对变速器造成的潜在损害，很多电池电动车辆不适合于拖曳。在这些情况下，在路边搁浅的电池电动车辆可能要求使用平板卡车来将电池电动车辆运输到最近的可用电源插座来使电池组充电。

当电池电动车辆被驾驶在要求乘员舱内的响应命令的加热和/或冷却以便为乘员提供舒适性和/或安全性的环境中时，关于车程焦虑和如果电池组没有能量该怎么办的忧虑更加突出。这是因为电池电动车辆的HVAC系统通常利用来自电池组的电能来操作，并且在相对极端的情况下保持乘员舱舒适所需的能量与将电池电动车辆在道路上移动所需的能量可以是等同的。

例如，在10℉外部情况下操作电池电动车辆的HVAC系统的加热模式能够将电池电动车辆的可驾驶车程从大约70英里降低至大约35英里。另外，如果电池组用尽能量电荷并且电池电动车辆搁浅在路旁，在乘员等待被运输到最近的可用电源插座以对电池组充电期间，没有来自电池组的电能来操作HVAC系统。

因此，期望提供当电池组没有能量电荷时能够操作的用于电池电动车辆的HVAC系统。另外，期望提供具有增加的车程能力以降低车程焦虑的电池电动车辆。并且，期望提供在电池组没有能量并且车辆需要被运输到最近的可用电源插座以对电池组进行充电的情况下具有更好选择和更少费用的电池电动车辆。此外，本发明的其它期望特征和特性将从结合附图以及该背景技术的随后详细说明和所附权利要求而变得清楚。

发明内容

本文提供用于具有乘员舱的电池电动车辆的HVAC-APU系统。在示例性实施例中，HVAC-APU系统包括致冷剂流体。功率循环回路部分构造成使致冷剂流体前进。客舱加热循环回路部分与功率循环回路部分选择性流体连通，并构造成使致冷剂流体前进。客舱致冷循环回路部分与功率循环回路部分和客舱加热循环回路部分选择性流体连通，并构造成利用功率循环回路部分和客舱加热循环回路部分来使致冷剂流体前进。压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，该轴操作地将可反转的压缩机-膨胀机与高压泵联接。高压泵沿着功率循环回路部分设置，并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体。辅助燃料容器和燃烧单元包含热传递流体，并构造成加热热传递流体以形成被加热的传递流体。热交换器沿着功率循环回路部分设置，以便接收高压致冷剂流体，并且与辅助燃料容器和燃烧单元流体连通，以便接收被加热的传递流体。热交换器构造成将热量从被加热的传递流体传递至高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体。可反转的压缩机-膨胀机与热交换器选择性地流体连通以便接收被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使被加热的高压致冷剂流体膨胀以使轴沿第一方向旋转以驱动高压泵。

根据另一示例性实施例，本文提供一种用于具有乘员舱的电池电动车辆的HVAC-APU系统。HVAC-APU系统构造成容纳包含热传递流体的辅助燃料容器和燃烧单元，该辅助燃料容器和燃烧单元可操作来加热热传递流体以形成被加热的传递流体。系统包括致冷剂流体。功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分彼此选择性地流体连通，以便使致冷剂流体前进通过系统，以提供各种操作模式。压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，该轴操作地将可反转的压缩机-膨胀机与高压泵联接。高压泵沿着功率循环回路部分设置，并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体。热交换器沿着功率循环回路部分设置以接收高压致冷剂流体。热交换器构造成与辅助燃料容器和燃烧单元流体连通，以接收被加热的传递流体，以及将热量从被加热的传递流体传递至高压致冷剂流体，以形成被加热的高压致冷剂流体。可反转的压缩机-膨胀机与热交换器选择性地流体连通以便接收被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使被加热的高压致冷剂流体膨胀以使轴沿第一方向旋转以驱动高压泵。

此外，本发明还涉及以下技术方案。

1. 一种用于电动车辆的HVAC-APU系统，所述系统包括：

致冷剂流体；

构造成使致冷剂流体前进的功率循环回路部分；

与所述功率循环回路部分选择性流体连通的客舱加热循环回路部分，构造成使致冷剂流体前进；

与所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分选择性流体连通的客舱致冷循环回路部分，构造成利用所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分来使致冷剂流体前进；

压缩机-膨胀机系，所述压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，所述轴操作地将所述可反转的压缩机-膨胀机与所述高压泵联接，所述高压泵沿着所述功率循环回路部分设置并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体；

辅助燃料容器和燃烧单元，包含热传递流体，并构造成加热热传递流体以形成被加热的传递流体；以及

热交换器，所述热交换器沿着所述功率循环回路部分设置以便接收所述高压致冷剂流体，并且与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以便接收所述被加热的传递流体，所述热交换器构造成将热量从所述被加热的传递流体传递至所述高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体，其中，所述可反转的压缩机-膨胀机与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使所述被加热的高压致冷剂流体膨胀以使所述轴沿着第一方向旋转来驱动所述高压泵。

2. 如技术方案1所述的系统，其中，所述压缩机-膨胀机系还包括马达发电机，所述马达发电机通过所述轴操作地联接到所述可反转的压缩机-膨胀机，并且其中，所述马达发电机构造成由沿第一方向旋转的所述轴驱动，以产生电能来限定功率产生模式。

3. 如技术方案2所述的系统，还包括电池，所述电池构造成存储在所述功率产生模式期间产生的电能。

4. 如技术方案2所述的系统，还包括电动马达，所述电动马达构造成在所述功率产生模式期间利用电能操作地驱动电动车辆。

5. 如技术方案2所述的系统，还包括沿着所述客舱加热循环回路部分设置的客舱蒸发器，所述客舱蒸发器与所述热交换器选择性地流体连通，并且构造成接收所述被加热的高压致冷剂流体，所述客舱蒸发器还构造成从所述被加热的高压致冷剂流体提取热量，用于加热电动车辆的乘员舱。

6. 如技术方案5所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱加热模式和功率产生模式。

7. 如技术方案5所述的系统，还包括：

与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通的主回路冷凝器，构造成接收致冷剂流体；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的膨胀阀，所述膨胀阀与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的客舱冷凝器，所述客舱冷凝器与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成使致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱；以及

与所述热交换器和所述客舱致冷循环回路部分选择性地流体连通的线性螺线管喷射器AC泵，构造成接收所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体，所述线性螺线管喷射器AC泵还构造成使所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体前进，在所述客舱致冷循环回路部分上产生压力降，以使所述致冷剂流体前进通过所述膨胀阀和所述客舱冷凝器。

8. 如技术方案7所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分和所述客舱致冷循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱冷却模式和功率产生模式。

9. 如技术方案7所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分、所述客舱加热循环回路部分和所述客舱致冷循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱除雾模式和功率产生模式。

10. 如技术方案7所述的系统，其中，所述马达发电机构造成当所述可反转的压缩机-膨胀机不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通时由电池存储的电能来驱动以使所述轴沿第二方向以非功率产生模式旋转，并且其中，所述可反转的压缩机-膨胀机构造成在被所述轴沿第二方向旋转时压缩致冷剂流体以形成压缩的致冷剂流体。

11. 如技术方案10所述的系统，其中，所述客舱蒸发器构造成当所述客舱加热循环回路部分的客舱蒸发器不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通、但与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以接收所述压缩的致冷剂流体时，从所述压缩的致冷剂流体提取热量，用于加热乘员舱。

12. 如技术方案10所述的系统，其中，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成当所述线性螺线管喷射器AC泵不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通、但所述主回路冷凝器与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以接收所述压缩的致冷剂流体时，使所述压缩的致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱。

13. 如技术方案1所述的系统，还包括与所述热传递流体流体连通的循环泵，操作地联接到所述轴，以便响应于所述轴沿所述第一方向旋转而使被加热的传递流体从所述辅助燃料容器和燃烧单元前进至所述热交换器。

14. 如技术方案1所述的系统，其中，所述辅助燃料容器和燃烧单元可移除地连接至所述系统。

15. 一种用于具有乘员舱的电池电动车辆的HVAC-APU系统，所述HVAC-APU系统构造成容纳辅助燃料容器和燃烧单元，所述辅助燃料容器和燃烧单元包含热传递流体，并操作来加热热传递流体以形成被加热的传递流体，所述系统包括：

致冷剂流体；

功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分，这些部分彼此选择性地流体连通，以便使致冷剂流体前进通过系统，以提供各种操作模式；

压缩机-膨胀机系，所述压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，所述轴操作地将所述可反转的压缩机-膨胀机与所述高压泵联接，所述高压泵沿着所述功率循环回路部分设置并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体；以及

热交换器，所述热交换器沿着所述功率循环回路部分设置以便接收所述高压致冷剂流体，并且所述热交换器构造成与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以便接收所述被加热的传递流体，以及将热量从所述被加热的传递流体传递至所述高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体，其中，所述可反转的压缩机-膨胀机与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使所述被加热的高压致冷剂流体膨胀以使所述轴沿着第一方向旋转来驱动所述高压泵。

16. 如技术方案15所述的系统，其中，所述压缩机-膨胀机系还包括马达发电机，所述马达发电机通过所述轴操作地联接到所述可反转的压缩机-膨胀机，并且其中，所述马达发电机构造成由沿第一方向旋转的所述轴驱动，以产生电能来限定功率产生模式。

17. 如技术方案15所述的系统，还包括沿着所述客舱加热循环回路部分设置的客舱蒸发器，所述客舱蒸发器与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，所述客舱蒸发器构造成从所述被加热的高压致冷剂流体提取热量，用于加热乘员舱。

18. 如技术方案15所述的系统，还包括：

与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以便接收致冷剂流体的主回路冷凝器；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的膨胀阀和客舱冷凝器，与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成使致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱；以及

分别与所述热交换器和所述客舱致冷循环回路部分选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体的线性螺线管喷射器AC泵，所述线性螺线管喷射器AC泵构造成使所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体前进，以便在所述客舱致冷循环回路部分上产生压力降，以使所述致冷剂流体前进通过所述膨胀阀和所述客舱冷凝器。

19. 如技术方案15所述的系统，还包括操作地联接到所述轴并构造成与所述热传递流体流体连通的循环泵，以便响应于所述轴沿所述第一方向旋转而使被加热的传递流体从所述辅助燃料容器和燃烧单元前进至所述热交换器。

20. 如技术方案15所述的系统，还包括多个快速连接件，用于将所述辅助燃料容器和燃烧单元可移除地连接至所述系统。

附图说明

将在下文中结合附图描述本发明的实施例，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是根据示例性实施例的用于电池电动车辆的HVAC-APU系统处于加热模式的示意性表示；

图2是根据示例性实施例的用于电池电动车辆的HVAC-APU系统处于致冷模式的示意性表示；

图3是根据示例性实施例的用于电池电动车辆的HVAC-APU系统处于加热模式和功率产生模式的示意性表示；

图4是根据示例性实施例的用于电池电动车辆的HVAC-APU系统处于致冷模式和功率产生模式的示意性表示；以及

图5是根据示例性实施例的用于电池电动车辆的HVAC-APU系统处于除雾模式和功率产生模式的示意性表示。

具体实施方式

以下详细说明本质上仅为示例性的且不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，其不受到前述背景技术或以下详细说明中提出的任何理论的约束。

本文所设想的各种实施例涉及用于电池电动车辆的HVAC-APU系统。该系统具有功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分，这些部分彼此选择性地流体连通，以便引导致冷剂流体通过系统，以提供各种HVAC和/或APU操作模式。具体而言，功率循环回路部分构造成用于支持功率产生模式，用于产生电能，该电能可以存储在电池组中以延长车辆的可驾驶车程，或者，该电能可引导至车辆的电动马达，以用作紧急车程延长器，在没有来自电池组的电能的辅助的情况下推动车辆。客舱加热循环回路部分构造成用于支持客舱加热模式，用于加热电池电动车辆的乘员舱，并且客舱致冷循环回路部分构造成用于支持客舱冷却模式，用于冷却乘员舱。客舱加热模式和/或客舱冷却模式可以使用来自电池组的电能来执行，或者，可以结合功率产生模式来执行，不需要使用来自电池组的电能。

在示例性实施例中，系统的APU部分包括可移除的辅助燃料容器和燃烧单元以及与系统的HVAC部分结合的压缩机-膨胀机系。压缩机-膨胀机系具有可反转的压缩机-膨胀机、高压泵、轴以及优选的马达发电机。轴可操作地将可反转的压缩机-膨胀机联接到高压泵和马达发电机。高压泵沿着功率循环回路部分设置，并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体。辅助燃料容器和燃烧单元包含热传递流体，该热传递流体由存储在单元中的燃烧的燃料加热。

热交换器沿着功率循环回路部分设置，以便接收高压致冷剂流体，并且与辅助燃料容器和燃烧单元流体连通，以便接收被加热的传递流体。热交换器将热量从被加热的传递流体传递至高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体。在示例性实施例中，被加热的高压致冷剂流体流体地连通至可反转的压缩机-膨胀机并由该可反转的压缩机-膨胀机来膨胀以使轴旋转来驱动高压泵，并且进一步地，驱动马达发电机来为功率产生模式产生电能。

在另一示例性实施例中，不需要使用来自车辆电池组的电能来执行客舱加热模式。具体而言，来自热交换器的被加热的高压致冷剂流体流体地连通至沿着客舱加热循环回路部分设置的客舱蒸发器。客舱蒸发器从被加热的高压致冷剂流体提取热量，以便为客舱加热模式将热量提供至乘员舱。

在另一示例性实施例中，不需要使用来自车辆电池组的电能来执行客舱冷却模式。具体而言，来自热交换器的被加热的高压致冷剂流体前进通过与客舱致冷循环回路部分流体连通的线性螺线管喷射器AC泵，造成客舱致冷循环回路部分上的压力降。膨胀阀和客舱冷凝器沿着客舱致冷循环回路部分设置，并且压力降造成客舱致冷循环回路部分中的致冷剂流体前进通过膨胀阀和客舱冷凝器，使致冷剂流体膨胀和冷却，以便为客舱冷却模式将冷却提供给乘员舱。

因此，例如，当电池组没有能量电荷时，HVAC-APU系统可以操作来执行客舱加热和/或冷却模式，不需要使用来自车辆电池组的电能。另外，在功率产生模式期间产生的电能可以存储在电池组中以延长车辆的可驾驶车程以降低车程焦虑。另外，如果电池组没有能量，在功率产生模式期间产生的能量可以被引导至车辆的电动马达，以用作紧急车程延长器来将车辆推动至最近的可用电源插座，而没有例如通过平板卡车等来运输车辆的费用。

参考图1，提供了电池电动车辆的HVAC-APU系统10的示例性实施例使用电池存储的电能操作在客舱加热模式的示意性表示。系统10包括HVAC部分12和部分地结合的APU部分14。HVAC部分12填充有致冷剂流体，并且构造成优选地操作在本领域熟知的兰金循环状况下，使得致冷剂流体通常以气相被膨胀并且以液相被泵送。APU部分14包括辅助燃料容器和燃烧单元15、以及沿着压缩机-膨胀机系16结合到HVAC部分12的各种功能元件。压缩机-膨胀机系16包括可反转的压缩机-膨胀机18、高压泵20、马达发电机22和轴24，轴24操作地将高压泵20和马达发电机22与可反转的压缩机-膨胀机18联接。APU部分14的沿着压缩机-膨胀机系16结合的各种功能元件包括可反转的压缩机-膨胀机18的流体膨胀机功能、高压泵20和马达发电机22的发电机功能，这将在下面更详细地解释。

如图所示，系统10操作在客舱加热模式，其中，致冷剂流体沿着由管线1、2、3、4和5指示的加热循环回路26以及由粗线示出的客舱加热循环回路部分28前进。具体而言，马达发电机22由从电池组30提供的电能驱动，使轴24在一方向（例如，压缩方向）旋转，以便驱动可反转的压缩机-膨胀机18来压缩从管线1提供的致冷剂流体以形成压缩的被加热的致冷剂流体。压缩的加热了的致冷剂流体沿着管线2传递至模式选择阀32，该模式选择阀32将压缩的加热了的致冷剂流体通过管线3和模式选择阀34引导至客舱加热循环回路部分28。

沿着客舱加热循环回路部分28设置的是客舱蒸发器36和膨胀阀38。如本领域已知的，客舱蒸发器36从压缩的加热了的致冷剂流体提取热量，并且在客舱蒸发器36上通过的空气将热量的至少一部分带入乘员舱。膨胀阀38使致冷剂流体膨胀，然后该致冷剂流体分别通过管线4、5和1而流体连通地通过冷凝器40（也称为主回路冷凝器）、回热式热交换器42、液体-气体分离器44、旁通阀46、线性螺线管喷射器AC泵48和可反转的压缩机-膨胀机18，以便完成加热循环回路26。

参考图2，提供了HVAC-APU系统10的示例性实施例使用电池存储的电能操作在客舱冷却模式的示意性表示。如图所示，致冷剂流体沿着由管线1、2、3、6、4和7指示的致冷循环回路50和以粗线示出的客舱致冷循环回路部分52前进。具体而言，马达发电机22由从电池组30提供的电能驱动，使轴24在压缩方向旋转，驱动可反转的压缩机-膨胀机18来压缩从管线1提供的致冷剂流体以形成压缩的被加热的致冷剂流体。压缩的加热了的致冷剂流体沿着管线2传递至模式选择阀32，该模式选择阀32将压缩的加热了的致冷剂流体通过模式选择阀34和管线6引导至冷凝器40。在冷凝器40和回热式热交换器42中从压缩的加热了的致冷剂流体移除一些热量，以便在通过管线4和液体-气体分离器44被引入客舱致冷循环回路部分52之前形成压缩的耗尽热量的致冷剂流体。沿着客舱致冷循环回路部分52设置的是膨胀阀54和客舱冷凝器56。如本领域熟知的，膨胀阀54和客舱冷凝器56膨胀并冷却压缩的耗尽热量的致冷剂流体，并且在客舱冷凝器56上通过的空气被冷却并被引导进入乘员舱以用于冷却。膨胀的致冷剂流体从客舱致冷循环回路部分52通过回热式热交换器42，以便从反向流动的压缩的耗尽热量的致冷剂流体移除一些热量，然后分别通过管线7、线性螺线管喷射器AC泵48和管线1流体连通至可反转的压缩机-膨胀机18，以完成致冷循环回路50。

参考图3，提供了电池电动车辆的HVAC-APU系统10的示例性实施例操作在客舱加热模式和功率产生模式的示意性表示。在该实施例中，HVAC部分12和APU部分14协作以便为功率产生模式产生电能。具体而言，辅助燃料容器和燃烧单元15包括燃料容器58，该燃料容器58通过管线与燃烧器60流体连通，以便提供用于燃烧的燃料。辅助燃料容器和燃烧单元15由密封地联接在一起的多个快速连接件64可移除地连接到系统10以完成传递流体回路66。循环泵68沿着传递流体回路66设置，以便使热传递流体循环通过传递流体回路66。燃烧器60通过燃烧来自燃料容器58的燃料而产生热量，以便将热传递流体加热至优选从大约200℃至大约300℃的温度。

如图所示，系统10既操作在客舱加热模式又操作在功率产生模式。对于功率产生模式，致冷剂流体沿着由管线1、8、6、4和9指示的功率循环回路70和以粗线示出的功率循环回路部分72前进。沿着功率循环回路部分72设置的是高压泵20、节约器热交换器74和致冷剂-热交换流体热交换器76。高压泵20加压致冷剂流体，以形成高压致冷剂流体，该高压致冷剂流体流体连通至节约器热交换器74，在被引入致冷剂-热传递流体热交换器76之前，为了整体系统效率，该节约器热交换器74以管线8中的反向流动的致冷剂流体适度地升高高压致冷剂流体的温度。与辅助燃料容器和燃烧单元15流体连通的致冷剂-热传递流体热交换器76将热量从加热了的传递流体传递至高压致冷剂流体，以形成加热了的高压致冷剂流体。

可反转的压缩机-膨胀机18通过管线9与功率循环回路部分72流体连通。可反转的压缩机-膨胀机18接收加热了的高压致冷剂流体并使其膨胀以便使轴24沿功率产生的方向（例如，与压缩方向相反）旋转，驱动高压液体泵20、循环泵68和马达发电机22。响应于被沿着功率产生方向旋转的轴驱动，马达发电机22产生电能。产生的电能例如可以存储在电池组30中以延长车辆的可驾驶车程，或者，可以被引导至车辆的电动马达78以用作紧急车辆延长器，在不需要来自电池组30的电能辅助的情况下推动车辆。

对于与功率产生模式结合执行的客舱加热模式，模式选择阀32和34通过管线2和3将被加热的高压致冷剂流体的一部分从致冷剂-热传递流体热交换器76引导至客舱加热循环回路部分28。客舱蒸发器36从被加热的高压致冷剂流体提取热量，并且在客舱蒸发器36上通过的空气将一些热量带入乘员舱。膨胀阀38使致冷剂流体膨胀，然后，该致冷剂流体流体连通至功率循环回路70。

参考图4，提供了HVAC-APU系统10的示例性实施例操作在客舱冷却模式和功率产生模式的示意性表示。HVAC部分12和APU部分14协作以产生用于功率产生模式的电能，如同以上结合图3所述的。

对于与功率产生模式结合执行的客舱冷却模式，模式选择阀32和34被设定为不将致冷剂流体引导通过客舱加热循环回路部分28。线性螺线管喷射器AC泵48与客舱致冷循环回路部分52和致冷剂-热传递流体热交换器76流体连通，以便分别通过管线7和11接收两个供给流，包括来自客舱致冷循环回路部分52的致冷剂流体以及被加热的高压致冷剂流体。对于这两个供给流，线性螺线管喷射器AC泵48作为热压缩机，使被加热的高压致冷剂流体作为高能量工作流体以超音速的速度运行通过加速喷嘴（例如，从窄扩散喷嘴至大的扩散喷嘴会产生文丘里效应），使得来自客舱致冷循环回路部分52的下部的相邻致冷剂流体被吸入并且与被加热的高压致冷剂流体混合，以在管线7和客舱致冷循环回路部分52上产生压力降。致冷剂流体混合物膨胀并且以相对低的速度和高的压力离开线性螺线管喷射器AC泵48。在管线8，离开的致冷剂流体混合物与离开可反转的压缩机-膨胀机18的致冷剂流体结合。线性螺线管喷射器AC泵48可以被调节，使得离开的致冷剂流体混合物与沿着管线1来自可反转的压缩机-膨胀机18的致冷剂流体流处于大约相同的压力和温度，例如，大约100℃至大约120℃。然后结合的致冷剂流体混合物通过节约器热交换器74、管线6、冷凝器40、回热式热交换器42、管线4和液体-气体分离器44流体连通至客舱致冷循环回路部分52。

客舱致冷循环回路部分52上的压力降使处于相对高压力的致冷剂流体加速通过膨胀阀54和客舱冷凝器56以使致冷剂流体膨胀和冷却。在客舱冷凝器56上通过的空气被冷却了的致冷剂流体所冷却并且被引导进入乘员舱以用于冷却。

参考图5，提供了HVAC-APU系统10的示例性实施例操作在客舱除雾模式和功率产生模式的示意性表示。HVAC部分12和APU部分14协作以产生用于功率产生模式的电能，如同以上结合图3所述的。

对于与功率产生模式结合执行的客舱除雾模式，通过在功率循环回路部分72、客舱加热循环回路部分28和客舱致冷循环回路部分52之间引导流体连通，使得客舱蒸发器36由被加热的高压致冷剂流体来加热，来自线性螺线管喷射器AC泵48和可反转的压缩机-膨胀机18的相对高压力的致冷剂流体被加速通过膨胀阀54和客舱冷凝器56以冷却客舱冷凝器56，从而同时执行结合图3和图4所述的客舱加热模式和客舱冷却模式。在被冷却的客舱冷凝器56上引导空气流，该客舱冷凝器56冷却空气并对其除湿，接下来，空气流在被加热的客舱蒸发器36上引导，该客舱蒸发器36使热量返回至冷却的干燥空气，以便形成温暖的干燥空气流，该温暖的干燥空气流被朝向乘员舱引导，以用于除雾。

由此，已经描述了用于电池电动车辆的HVAC-APU系统。各种实施例包括功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分，这些部分彼此选择性地流体连通，以便引导致冷剂流体通过系统，以提供各种HVAC和/或APU操作模式。具体而言，功率循环回路部分构造成用于支持功率产生模式，用于产生电能，该电能可以存储在电池组中以延长车辆的可驾驶车程，或者，该电能可引导至车辆的电动马达，以用作紧急车程延长器，在没有来自电池组的电能的辅助的情况下推动车辆。客舱加热循环回路部分构造成用于支持客舱加热模式，用于加热电池电动车辆的乘员舱，并且客舱致冷循环回路部分构造成用于支持客舱冷却模式，用于冷却乘员舱。客舱加热模式和/或客舱冷却模式可以使用来自电池组的电能来执行，或者，可以结合功率产生模式来执行，不需要使用来自电池组的电能。因此，例如，当电池组没有能量电荷时，HVAC-APU系统可以操作来执行客舱加热和/或冷却模式，不需要使用来自车辆电池组的电能。另外，在功率产生模式期间产生的电能可以存储在电池组中以延长车辆的可驾驶车程以降低车程焦虑。另外，如果电池组没有能量，在功率产生模式期间产生的能量可以被引导至车辆的电动马达，以用作紧急车程延长器来将车辆推动至最近的可用电源插座，而没有例如通过平板卡车等来运输车辆的费用。

虽然已经在上述详细描述中阐述了至少一个示例性实施例，但应当理解存在大量的变型。还应当意识到，示例性实施例仅是示例，并不意在以任何方式限制范围、应用和构造。相反，上述的详细描述将为本领域技术人员提供用以实施本发明示例性实施例的方便的路线图，应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其法律等效物中所陈述的本发明范围的情况下，可以在示例性实施例中所描述元件的功能和布置上作各种变化。

Claims (17)

1.一种用于电动车辆的HVAC-辅助功率单元系统，所述系统包括：

致冷剂流体；

构造成使致冷剂流体前进的功率循环回路部分；

与所述功率循环回路部分选择性流体连通的客舱加热循环回路部分，构造成使致冷剂流体前进；

与所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分选择性流体连通的客舱致冷循环回路部分，构造成利用所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分来使致冷剂流体前进；

压缩机-膨胀机系，所述压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，所述轴操作地将所述可反转的压缩机-膨胀机与所述高压泵联接，所述高压泵沿着所述功率循环回路部分设置并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体；

传递流体回路，所述传递流体回路包含热传递流体并构造成使热传递流体前进；

辅助燃料容器和燃烧单元，沿着传递流体回路的可移除部分设置，并构造成加热热传递流体以形成被加热的传递流体，其中所述辅助燃料容器和燃烧单元包括用于储存燃料的燃料容器、和燃烧器，所述燃烧器构造成接收并燃烧所述燃料以形成被加热的传递流体；

热交换器，所述热交换器沿着所述功率循环回路部分设置以便接收所述高压致冷剂流体，并且同时沿着传递流体回路的剩余部分设置用于与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以便接收所述被加热的传递流体，所述热交换器构造成将热量从所述被加热的传递流体传递至所述高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体，其中，所述可反转的压缩机-膨胀机与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使所述被加热的高压致冷剂流体膨胀以使所述轴沿着第一方向旋转来驱动所述高压泵；以及

沿着传递流体回路的剩余部分设置的循环泵，所述循环泵与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以接收热传递流体，并操作地联接到所述轴，以便响应于所述轴沿所述第一方向旋转而使被加热的传递流体从所述辅助燃料容器和燃烧单元前进至所述热交换器，其中所述辅助燃料容器和燃烧单元可移除地连接至所述系统，以便于将燃料容器、燃烧器和传递流体回路的可移除部分作为单个辅助单元从传递流体回路的剩余部分移除，以隔离与循环泵和热交换器的流体连通。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述压缩机-膨胀机系还包括马达发电机，所述马达发电机通过所述轴操作地联接到所述可反转的压缩机-膨胀机，并且其中，所述马达发电机构造成由沿第一方向旋转的所述轴驱动，以产生电能来限定功率产生模式。

3.如权利要求2所述的系统，还包括电池，所述电池构造成存储在所述功率产生模式期间产生的电能。

4.如权利要求2所述的系统，还包括电动马达，所述电动马达构造成在所述功率产生模式期间利用电能操作地驱动电动车辆。

5.如权利要求2所述的系统，还包括沿着所述客舱加热循环回路部分设置的客舱蒸发器，所述客舱蒸发器与所述热交换器选择性地流体连通，并且构造成接收所述被加热的高压致冷剂流体，所述客舱蒸发器还构造成从所述被加热的高压致冷剂流体提取热量，用于加热电动车辆的乘员舱。

6.如权利要求5所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分和所述客舱加热循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱加热模式和功率产生模式。

7.如权利要求5所述的系统，还包括：

与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通的主回路冷凝器，构造成接收致冷剂流体；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的膨胀阀，所述膨胀阀与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的客舱冷凝器，所述客舱冷凝器与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成使致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱；以及

与所述热交换器和所述客舱致冷循环回路部分选择性地流体连通的线性螺线管喷射器AC泵，构造成接收所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体，所述线性螺线管喷射器AC泵还构造成使所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体前进，在所述客舱致冷循环回路部分上产生压力降，以使所述致冷剂流体前进通过所述膨胀阀和所述客舱冷凝器。

8.如权利要求7所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分和所述客舱致冷循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱冷却模式和功率产生模式。

9.如权利要求7所述的系统，其中，当所述功率循环回路部分、所述客舱加热循环回路部分和所述客舱致冷循环回路部分流体连通时，所述系统可以操作在客舱除雾模式和功率产生模式。

10.如权利要求7所述的系统，其中，所述马达发电机构造成当所述可反转的压缩机-膨胀机不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通时由电池存储的电能来驱动以使所述轴沿第二方向以非功率产生模式旋转，并且其中，所述可反转的压缩机-膨胀机构造成在被所述轴沿第二方向旋转时压缩致冷剂流体以形成压缩的致冷剂流体。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述客舱蒸发器构造成当所述客舱加热循环回路部分的客舱蒸发器不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通、但与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以接收所述压缩的致冷剂流体时，从所述压缩的致冷剂流体提取热量，用于加热乘员舱。

12.如权利要求10所述的系统，其中，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成当所述线性螺线管喷射器AC泵不与所述功率循环回路部分的热交换器流体连通、但所述主回路冷凝器与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以接收所述压缩的致冷剂流体时，使所述压缩的致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱。

13.一种用于具有乘员舱的电池电动车辆的HVAC-辅助功率单元系统，所述HVAC-辅助功率单元系统构造成容纳辅助燃料容器和燃烧单元，所述辅助燃料容器和燃烧单元包含热传递流体，并操作来加热热传递流体以形成被加热的传递流体，所述系统包括：

致冷剂流体；

功率循环回路部分、客舱加热循环回路部分、以及客舱致冷循环回路部分，这些部分彼此选择性地流体连通，以便使致冷剂流体前进通过系统，以提供各种操作模式；

压缩机-膨胀机系，所述压缩机-膨胀机系包括可反转的压缩机-膨胀机、高压泵和轴，所述轴操作地将所述可反转的压缩机-膨胀机与所述高压泵联接，所述高压泵沿着所述功率循环回路部分设置并且构造成对致冷剂流体加压以形成高压致冷剂流体；

传递流体回路的剩余部分，其中所述传递流体回路还包括形成辅助燃料容器和燃烧单元的一部分的可移除部分，其中所述传递流体回路包含热传递流体并构造成使热传递流体在剩余部分和可移除部分之间前进；

热交换器，所述热交换器沿着所述功率循环回路部分设置以便接收所述高压致冷剂流体并同时沿着传递流体回路的剩余部分设置，并且所述热交换器构造成与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以便接收所述被加热的传递流体，以及将热量从所述被加热的传递流体传递至所述高压致冷剂流体，以便形成被加热的高压致冷剂流体，其中，所述可反转的压缩机-膨胀机与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，并且构造成使所述被加热的高压致冷剂流体膨胀以使所述轴沿着第一方向旋转来驱动所述高压泵；以及

循环泵，所述循环泵沿着传递流体回路的剩余部分设置用于与所述辅助燃料容器和燃烧单元流体连通以接收热传递流体，并操作地联接到所述轴，以便响应于所述轴沿所述第一方向旋转而使被加热的传递流体从所述辅助燃料容器和燃烧单元前进至所述热交换器，其中所述传递流体回路的剩余部分构造为可移除地连接至所述辅助燃料容器和燃烧单元的可移除部分，以便于从所述剩余部分移除辅助燃料容器和燃烧单元，以隔离与循环泵和热交换器的流体连通。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述压缩机-膨胀机系还包括马达发电机，所述马达发电机通过所述轴操作地联接到所述可反转的压缩机-膨胀机，并且其中，所述马达发电机构造成由沿第一方向旋转的所述轴驱动，以产生电能来限定功率产生模式。

15.如权利要求13所述的系统，还包括沿着所述客舱加热循环回路部分设置的客舱蒸发器，所述客舱蒸发器与所述热交换器选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体，所述客舱蒸发器构造成从所述被加热的高压致冷剂流体提取热量，用于加热乘员舱。

16.如权利要求13所述的系统，还包括：

与所述可反转的压缩机-膨胀机流体连通以便接收致冷剂流体的主回路冷凝器；

沿着所述客舱致冷循环回路部分设置的膨胀阀和客舱冷凝器，与所述主回路冷凝器选择性地流体连通，以便接收致冷剂流体，所述膨胀阀和所述客舱冷凝器协作地构造成使致冷剂流体膨胀并冷却，用于冷却乘员舱；以及

分别与所述热交换器和所述客舱致冷循环回路部分选择性地流体连通以便接收所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体的线性螺线管喷射器AC泵，所述线性螺线管喷射器AC泵构造成使所述被加热的高压致冷剂流体和所述致冷剂流体前进，以便在所述客舱致冷循环回路部分上产生压力降，以使所述致冷剂流体前进通过所述膨胀阀和所述客舱冷凝器。

17.如权利要求13所述的系统，还包括多个快速连接件，用于将所述辅助燃料容器和燃烧单元可移除地连接至所述系统。