CN102692095B - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的热泵系统，其包括水冷冷凝器，所述水冷冷凝器使用冷却剂作为热交换介质并使用由电动机和电子设备产生的废热以改进加热性能、效率和除湿性能。本发明还公开了一种控制方法。

Description

用于车辆的热泵系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年3月23日提交的韩国专利申请No.10-2011-0025613的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及用于车辆的热泵系统及其控制方法。更具体地，本发明涉及用于车辆的热泵系统，其中将水冷冷凝器施用于电动车辆，电动机和电子设备的废热用于改进加热性能和除湿性能，本发明还涉及该用于车辆的热泵系统的控制方法。
背景技术
通常，用于车辆的空调系统包括用于加热或冷却车辆舱室的空调模块。
这种空调模块通过操作压缩机而使热交换介质循环经过冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀和蒸发器。然后使热交换介质流回到压缩机。在此过程中，空调模块通过在蒸发器中的热交换而加热车辆舱室，或者通过在加热器中与冷却剂进行热交换而冷却车辆舱室。
同时，能效和环境污染越来越受到关注，已经研究出环境友好的车辆以替代具有内燃机的车辆。这种环境友好的车辆包括使用燃料电池或电力作为动力源的电动车辆，或者由发动机和电池驱动的混合动力车辆。
环境友好车辆中的电动车辆的空调系统，与典型车辆的空调系统不同，其不使用单独的加热器。施加到电动车辆上的空调系统通常称为热泵系统。
根据热泵系统，在夏季，在冷却模式中，在压缩机中压缩的高温/高压气态制冷剂在冷凝器中冷凝，然后经过贮液干燥器和膨胀阀供应到蒸发器。气态制冷剂在蒸发器中蒸发，并降低舱室的温度和湿度。然而，热泵系统具有如下特征：在冬季，在加热模式中，高温/高压气态制冷剂用作加热器介质。
亦即，在电动车辆中，高温/高压气态制冷剂并不供给外部冷凝器而是通过阀供给内部冷凝器，并且在加热模式中与空气进行热交换。经热交换的空气通过正温度系数(PTC)加热器。其后，空气流动到车辆舱室中并升高车辆舱室温度。
流动到内部冷凝器中的高温/高压气态制冷剂经与空气进行热交换而冷凝并以液体制冷剂的状态流出。
然而，上文所述的常规热泵系统为空气冷却类型，其中制冷剂通过外部空气冷却，因而存在热交换器和构成元件的结构复杂的问题。
而且，在冬季受到极低温或低温的外部空气冷却的制冷剂受到内部冷凝器的冷却而在极低温度条件下排放到外部冷凝器，由此在外部冷凝器的表面上形成冰，热交换介质的热交换效率以及加热性能和效率恶化，在冷却模式转换为加热模式的情况下，保留在蒸发器中的冷凝物增加了湿度使得水分形成在车辆玻璃的内部上。
为解决这样的问题，压缩机停止操作，且加热仅在外部冷凝器的表面被除霜的除霜模式中通过PTC加热器进行。因此，加热性能可能严重恶化，加热负荷可能由于动力消耗的增加而增加，并且当在加热的同时行驶时会缩短里程。
此外，由于用于将液体制冷剂转化为气态制冷剂的热量在液体制冷剂流动到内部冷凝器中时不足，因此压缩效率可能恶化，当空气温度低时加热性能可能严重恶化，当液体制冷剂流动到压缩机中时系统可能不稳定并且压缩机的耐久性可能会恶化。
此外，在从车辆舱室去除水分的除湿模式中，由于二通阀的频繁开启/闭合操作，可能会出现噪音和振动。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种用于车辆的热泵系统及其控制方法，所述用于车辆的热泵系统的优点在于：施用利用冷却剂作为热交换介质的水冷冷凝器，并且使用由电动机和电子设备产生的废热以改进加热性能和效率以及除湿性能。
本发明的各个方面提供了一种热泵系统，该系统包括冷却装置和空调装置，所述冷却装置设置在车辆中从而通过冷却管线向电动机和电子设备供给冷却剂，所述空调装置连接到制冷剂管线以控制车辆的内部舱室的冷却/加热，其中，所述冷却装置包括：散热器，所述散热器设置在车辆的前面，所述冷却剂经由水泵沿着所述冷却管线循环通过所述散热器，且所述散热器通过与外部空气进行热交换而冷却所述冷却剂；冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述散热器的后面；以及水冷冷凝器，所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线以循环所述冷却剂，根据每一种驱动模式选择性地使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，且所述水冷冷凝器连接到所述空调装置的制冷剂管线从而使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换。
所述散热器包括多个开启/闭合放热孔(louvers)，所述开启/闭合放热孔选择性地接收来自前面的外部空气。
所述空调装置包括加热、通风和空调(HVAC)模块，所述加热、通风和空调模块设置有开启/闭合门，所述开启/闭合门控制外部空气通过蒸发器以根据加热、冷却和除湿模式而选择性地供给到内部冷凝器或正温度系数(PTC)加热器；压缩机，所述压缩机通过制冷剂管线连接到所述蒸发器以压缩气态制冷剂；存蓄器，所述存蓄器设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的制冷剂管线上，并向所述压缩机供给所述气态制冷剂；第一阀，所述第一阀根据车辆的驱动模式向所述内部冷凝器选择性地供给从所述压缩机排出的所述制冷剂；第一膨胀阀，所述第一膨胀阀接收经过所述内部冷凝器的所述制冷剂并使所述制冷剂膨胀；第二阀，所述第二阀向所述蒸发器或所述存蓄器供给来自所述第一膨胀阀的经膨胀的制冷剂；以及第二膨胀阀，所述第二膨胀阀设置在所述蒸发器和所述第二阀之间，并通过所述第二阀的开启/闭合使所述制冷剂膨胀。
所述第一阀和第二阀均为三通阀。
所述冷却装置和所述空调装置分别连接到控制器，并通过所述控制器的控制信号进行操作。
所述冷却装置设置在所述冷却管线上的所述散热器和所述电动机之间，并包括第三阀，所述第三阀根据车辆的加热、冷却和除湿模式选择性地绕过所述冷却管线而将所述冷却剂供给到散热器或水泵。
所述第三阀为三通阀。
本发明的其它方面提供了一种用于车辆的热泵系统，其包括冷却装置和空调装置，所述冷却装置设置在车辆中从而通过冷却管线向电动机和电子设备供给冷却剂，所述空调装置连接到制冷剂管线以控制车辆的内部舱室的冷却/加热，其中，所述冷却装置包括：散热器，所述散热器设置在车辆的前面，所述冷却剂利用水泵沿着冷却管线循环通过所述散热器，且所述散热器通过与外部空气进行热交换而冷却所述冷却剂；冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述散热器的后面；以及水冷冷凝器，所述水冷冷凝器与电子设备并联设置，并且所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线以循环所述冷却剂，根据每一种驱动模式选择性地使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热从而改变所述冷却剂温度，且所述水冷冷凝器连接到空调装置的制冷剂管线从而使得流入的制冷剂所述与冷却剂进行热交换。
根据本发明的各个方面，一种控制方法，用于操作在用于车辆的热泵系统中的加热模式、冷却模式和除湿模式，所述热泵系统包括冷却装置、空调装置和水冷冷凝器，所述冷却装置连接到控制器并包括通过冷却管线连接的散热器、水泵、电子设备和电动机，所述空调装置设置有加热、通风和空调(HVAC)模块，并包括通过制冷剂管线连接的多个阀、膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、内部冷凝器、正温度系数(PTC)加热器和开启/闭合门，所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线和所述制冷剂管线；其中所述冷却装置提高所述制冷剂的温度，并使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热以通过与供给到所述水冷冷凝器的所述制冷剂进行热交换而提高供给到所述水冷冷凝器的所述冷却剂的温度；并且所述空调装置使得在所述水冷冷凝器中通过与所述冷却剂进行热交换而被加热的所述制冷剂沿着所述制冷剂管线通过所述第二阀而经过所述存蓄器和所述压缩机，在高温/高压气体制冷剂受到压缩以向所述HVAC模块的所述内部冷凝器供给压缩的制冷剂的状况下，开启/闭合所述第一阀，其中经过所述内部冷凝器的所述制冷剂通过所述第一膨胀阀膨胀以供给到所述水冷冷凝器，开启所述开启/闭合门使得经过所述HVAC模块的所述蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并使得供给的外部空气经过所述内部冷凝器以加热车辆的内部舱室并在所述加热模式中选择性地操作所述PTC加热器。
在所述加热模式中，闭合设置在所述散热器的前侧的开所述启/闭合放热孔从而防止风流入所述散热器。
所述冷却装置利用冷却风扇的操作冷却供给到所述散热器的所述冷却剂，通过所述水泵的操作使得冷却剂供给到水冷冷凝器从而冷却所述电动机和所述电子设备，并且通过与供给到所述水冷冷凝器的低温冷却剂进行热交换而冷却所述制冷剂的温度；并且所述空调装置开启第二阀使得在经过所述水冷冷凝器的同时而被冷却的低温制冷剂供给到与所述HVAC模块的所述蒸发器连接的所述第二膨胀阀并将膨胀的制冷剂供给到所述蒸发器，在经过所述存蓄器和所述压缩机的同时在压缩状况下在所述蒸发器中通过与外部空气进行热交换而排出经蒸发的制冷剂，并且操作所述第一阀以开启连接到所述水冷冷凝器的所述制冷剂管线以向所述水冷冷凝器供给制冷剂；闭合所述开启/闭合门使得经过所述蒸发器被所述制冷剂冷却的外部空气不供给到所述内部冷凝器，并在所述加热模式中通过向车辆的内部舱室供给经冷却的外部空气而加热车辆的内部舱室。
开启设置在所述散热器的前面的所述开启/闭合放热孔从而在车辆的移动过程中将风供给到所述散热器。
所述冷却装置利用所述冷却风扇的操作冷却供给到所述散热器的所述冷却剂，通过所述水泵的操作使得所述冷却剂供给到所述水冷冷凝器从而冷却所述电动机和所述电子设备，并且通过与供给到所述水冷冷凝器的低温冷却剂进行热交换而冷却所述制冷剂的温度；所述空调装置开启所述第二阀使得所述低温制冷剂在经过所述水冷冷凝器的同时冷却以供给到与所述HVAC模块的所述蒸发器连接的所述第二膨胀阀并向所述蒸发器供给膨胀的制冷剂；在经过所述存蓄器和所述压缩机的同时在压缩状况下在所述蒸发器中排出通过与外部空气进行热交换而被蒸发的制冷剂，操作所述第一阀以开启连接到所述内部冷凝器的所述制冷剂管线以向所述内部冷凝器供给制冷剂，其中经过所述内部冷凝器的所述制冷剂在所述第一膨胀阀中膨胀并供给到所述水冷冷凝器；并且在所述除湿模式中，开启所述开启/闭合门使得经过所述HVAC模块的所述蒸发器的经冷却的外部空气经过所述内部冷凝器，其中流入的外部空气经过所述内部冷凝器和PTC加热器以对车辆的内部舱室进行除湿。
在所述除湿模式中，所述控制器控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开启率，从而控制所述制冷剂的膨胀量。
在所述加热模式、所述冷却模式和所述除湿模式中，所述冷却风扇的风量和所述水泵的流量根据由所述电动机和所述电子设备产生的废热的温度以及所述冷却剂和所述制冷剂的温度进行控制。
根据本发明的各个方面的用于车辆的热泵系统及其控制方法使用水冷冷凝器，所述水冷冷凝器利用冷却剂作为热交换介质，使用由电动机和电子设备产生的废热与制冷剂进行热交换以改进加热性能和除湿性能，防止外部霜层积，同时降低加热负荷，并增加行驶距离。
而且，在极冷天气的加热模式的怠速状况和行驶状况中，同时操作整个系统以及PTC加热器以节约动力消耗量并减少加热负荷从而增加行驶距离。
此外，在车辆的冷却模式中，冷却剂由低温制冷剂冷却以改进冷却性能，在除湿模式中，施用第一阀和第二阀作为三通阀以降低由于其开启/闭合操作而引起的噪音和振动。
而且，使用水冷冷凝器，在其中冷却剂用作与制冷剂进行热交换的介质，由此简化了构成元件的结构，一个散热器可以冷却电动机和电子设备，从而使得整个系统得以缩减，且散热器的效率得以改进。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统的示意图。
图2为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在加热模式中的操作图。
图3为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在冷却模式中的操作图。
图4为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在除湿模式中的操作图。
图5为根据本发明的另一示例性的用于车辆的热泵系统的示意图。
图6为根据本发明的另一用于车辆的热泵系统的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的示意图。
参照附图，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100及其控制方法使用水冷冷凝器130，所述水冷冷凝器130利用冷却剂作为热交换介质，通过使用由电动机(在各图中也由“M”表示)111和电子设备113产生的废热与制冷剂进行热交换以改进加热性能和除湿性能，防止外部霜层积，同时降低加热负荷，由此增加行驶距离。
为了该目的，如图1所示，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100包括冷却装置110和空调装置150，所述冷却装置110设置在车辆中以通过车辆的冷却管线(下文中记为“C.L”)将冷却剂供给并循环至电动机111和电子设备113，所述空调装置150连接到制冷剂管线(下文中记为“R.L”)以控制车辆的内部舱室的加热和冷却。
在各个实施方案中，冷却装置110包括散热器117和冷却风扇119，所述散热器117设置在车辆前方以通过水泵(在各图中也由“W/P”表示)115沿着冷却管线C.L循环冷却剂，并通过与外部空气进行热交换而冷却冷却剂，所述冷却风扇119设置在散热器117的后面。
在本文中，散热器117包括多个开启/闭合放热孔121，通过所述多个开启/闭合放热孔121选择性地供给车辆前方的风或外部空气。
开启/闭合放热孔121根据由驾驶员选择的车辆的加热模式、冷却模式和除湿模式开启或闭合散热器117的前面，从而控制空气供给量，由此调节散热器117的冷却性能。
根据各个实施方案的热泵系统100还包括水冷冷凝器130，所述水冷冷凝器130设置在电动机111和电子设备113之间以连接到冷却管线C.L，通过冷却管线循环冷却剂，选择性地使用由电动机111和电子设备113产生的废热以改变冷却剂的温度，所述水冷冷凝器130连接到空调装置150的制冷剂管线R.L以使得流入的制冷剂根据加热、冷却和除湿模式与冷却剂进行热交换。
水冷冷凝器130在其中具有温度传感器，温度传感器检测冷却剂和制冷剂的温度。
在各个实施方案中，空调装置150包括加热、通风和空调(HVAC)模块151，压缩机161、存蓄器163、第一和第二阀165和169，以及第一和第二膨胀阀167和171，对它们的描述如下。
首先，HVAC模块151包括开启/闭合门159，所述开启/闭合门159根据加热、冷却和除湿模式选择性地控制外部空气经过蒸发器157提供给内部冷凝器153和PTC加热器155。
亦即，在车辆的加热模式中，开启/闭合门159被开启，使得经过蒸发器157的外部空气提供给内部冷凝器153和PTC加热器155，而在车辆的冷却模式中，开启/闭合门159闭合了通往内部冷凝器153和PTC加热器155的通道，使得经过蒸发器157的冷却空气被引导提供给车辆的内部舱室。
在各个实施方案中，压缩机161通过制冷剂管线R.L连接到蒸发器157以压缩气态制冷剂。
存蓄器163设置在压缩机161与蒸发器157之间的制冷剂管线R.L上，在其中存储液体制冷剂以向压缩机161只提供气体制冷剂，并使流体制冷剂蒸发以提供给压缩机161气态制冷剂，从而提高压缩机161的效率和耐久性。
在各个实施方案中，第一阀165根据车辆的模式选择性地提供给内部压缩机153从压缩机161排出的制冷剂，且第一膨胀阀167接收经过内部冷凝器153的制冷剂以使其膨胀。
在本文中，压力传感器173设置在压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线R.L上以检测在压缩状态下排出的制冷剂的压力。
第二阀169将通过第一膨胀阀167膨胀的制冷剂或者经由第一阀165经过水冷冷凝器130的制冷剂选择性地提供给蒸发器157或存蓄器163。
此外，第二膨胀阀171设置在蒸发器157和第二阀169之间，并且使得通过开启第二阀169而供给的制冷剂制冷剂膨胀，从而将其提供给蒸发器157。
在本文中，向内部冷凝器153或水冷冷凝器130供给制冷剂的第一阀165以及向存蓄器163或第二膨胀阀171供给制冷剂的第二阀169均为选择性地开启制冷剂管线R.L的三通阀。
如上所述的冷却装置110和空调装置150分别与控制器180连接以通过控制器180的控制信号进行操作。
亦即，控制器180根据驾驶者的要求而操作加热模式、冷却模式和除湿模式，并根据由水冷冷凝器130的温度传感器输出的信号操作冷却装置110的冷却风扇119、水泵115和开启/闭合放热孔121。
而且，控制器180控制HVAC模块151的开启/闭合门159的开启/闭合，同时控制阀165和169的开启/闭合，并控制第一和第二膨胀阀167和171，从而根据车辆的模式来控制空调装置150的制冷剂的膨胀量。
在下文中，将参照附图2至4进一步详述上述根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的操作和控制方法。
图2至图4为根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的加热模式、冷却模式和除湿模式的操作图。
首先，参照图2，将描述用于热泵系统100的加热模式的操作和控制方法。
参照图2，在加热模式中，冷却装置110使用由电动机111和电子设备113产生的废热以加热沿着冷却管线C.L提供给水冷冷凝器130的冷却剂。
在这种情况下，通过控制器180的控制信号来闭合设置在散热器117前面的开启/闭合放热孔131以防止风流入散热器117，同时停止或减少对冷却风扇119的操作以防止冷却剂被散热器117冷却。
在这种状况下，水冷冷凝器130通过与经由制冷剂管线R.L供给的制冷剂进行热交换而加热冷却剂。
在本文中，控制器180通过设置在水冷冷凝器130中的温度传感器检测制冷剂的温度，并根据电动机111和电子设备113的废热的温度、冷却剂温度和制冷剂压力来控制冷却风扇119或水泵115。
此外，空调装置150开启第二阀169以将通过与水冷冷凝器130中的冷却剂进行热交换而被加热的制冷剂经由制冷剂管线R.L提供给存蓄器163和压缩机161。
由此，制冷剂经过压缩机161而变成高温/高压的经压缩的气体制冷剂，通过第一阀165开启连接到内部冷凝器153的制冷剂管线R.L以提供给内部冷凝器153。
在本文中，设置在压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线R.L上的压力传感器173测量从压缩机161排出的制冷剂压力并将测得的值输出给控制器180。。
控制器180根据从压力传感器173测得的值检测制冷剂压力并根据所要求的车辆状况控制第一阀165的开启率。
经过内部冷凝器153的制冷剂通过第一膨胀阀167膨胀以沿着制冷剂管线R.L提供给水冷冷凝器130，并且通过重复上述操作而循环通过制冷剂管线R.L。
亦即，如果在加热模式中将高温/高压的气体制冷剂供给到内部冷凝器153，则控制器180开启开启/闭合门159使得经过HVAC模块151的蒸发器157的外部空气经过内部冷凝器153。
由此，当流入的外部空气经过尚未供给制冷剂的蒸发器157时，外部空气不被冷却而是保持室温，外部空气经过内部冷凝器153被加热，且在加热模式中外部空气可通过PTC加热器155进一步被加热以供给到车辆的内部舱室。
参照图3，将描述用于热泵系统100的冷却模式的操作和控制方法。
首先，如图3所示，在冷却模式中，冷却装置110通过控制器180操作冷却风扇119以冷却供给到散热器117的冷却剂。
在此过程中，通过控制器180的控制信号开启开启/闭合放热孔121以向散热器117供给风和外部空气从而提高散热器117的冷却效率。
在这样的状况下，经冷却的冷却剂通过操作水泵115沿着冷却管线C.L冷却电动机111和电子设备113以供给到水冷冷凝器130，并通过与供给到水冷冷凝器130的低温冷却剂进行热交换而降低制冷剂的温度。
在本文中，控制器180通过设置在水冷冷凝器130中的温度传感器检测制冷剂的温度，并根据由电动机111和电子设备113产生的废热的温度、冷却剂温度和制冷剂压力来控制冷却风扇119和水泵115。
此外，空调装置150通过制冷剂管线R.L开启第二阀169以向连接到HVAC模块151的蒸发器157的第二膨胀阀171供给通过与经过水冷冷凝器130的低温冷却剂进行热交换而冷却的低温制冷剂。
接着，供给到第二膨胀阀171的低温制冷剂膨胀以通过制冷剂管线R.L供给到蒸发器157。
其后，制冷剂通过与外部空气进行热交换而在蒸发器157中蒸发，且制冷剂经由制冷剂管线R.L通过存蓄器163和压缩机161而被压缩。
在这种状况下，通过第一阀165而开启连接到水冷冷凝器130的制冷剂管线R.L，从而将制冷剂供给到水冷冷凝器130，在重复上述操作的同时制冷剂循环通过制冷剂管线R.L。
在本文中，供给到HVAC模块151的外部空气经过蒸发器157而被供给蒸发器157的低温制冷剂冷却。
在这种情况下，开启/闭合门159闭合通过内部冷凝器153的通道，使得经冷却的外部空气不经过内部冷凝器153和PTC加热器155以向车辆的内部舱室供给经冷却的外部空气用于冷却。
进一步地，参照图4，将描述用于热泵系统100的除湿模式的操作和控制方法。
首先，如图4所示，在除湿模式中，通过控制器180操作冷却装置110的冷却风扇119以冷却供给到散热器117的冷却剂。
此时，通过控制器180的控制信号开启开启/闭合放热孔121从而向散热器117供给风和外部空气以提高散热器117的冷却效率。
在这样的状况下，经冷却的冷却剂通过操作水泵115沿着冷却管线C.L冷却电动机111和电子设备113以供给到水冷冷凝器130，并通过与供给到水冷冷凝器130的低温冷却剂进行热交换而降低制冷剂的温度。
在本文中，控制器180通过设置在水冷冷凝器130中的温度传感器检测制冷剂的温度，并根据由电动机111和电子设备113产生的废热的温度、冷却剂温度和制冷剂压力来控制冷却风扇119和水泵115。
此外，空调装置150通过制冷剂管线R.L开启第二阀169以向连接到HVAC模块151的蒸发器157的第二膨胀阀171供给通过与经过水冷冷凝器130的低温冷却剂进行热交换而冷却的低温制冷剂。
接着，供给第二膨胀阀171的低温制冷剂膨胀以通过制冷剂管线R.L供给到蒸发器157。
其后，制冷剂通过与外部空气进行热交换而在蒸发器157中蒸发，且制冷剂经由制冷剂管线R.L通过存蓄器163和压缩机161而被压缩。
通过第一阀165开启连接到内部冷凝器153的制冷剂管线R.L使得压缩的气体制冷剂供给到内部冷凝器153。
在本文中，设置在压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线R.L上的压力传感器173测量从压缩机161排出的制冷剂压力并将测得的值输出给控制器180。
控制器180根据从压力传感器173测得的值检测制冷剂压力并根据所要求的车辆状况控制第一阀165的开启率。
此外，经过内部冷凝器153的制冷剂通过第一膨胀阀167膨胀以沿着制冷剂管线R.L提供给水冷冷凝器130，在重复上述操作的同时制冷剂循环通过制冷剂管线R.L。
在这种情况下，控制器180通过控制第一和第二膨胀阀165和169的开启来控制制冷剂的膨胀量。
此处，流入HVAC模块151的空气在蒸发器157中通过流入蒸发器157的低温制冷剂冷却。
在这种情况下，在除湿模式中，开启/闭合门159开启连接到内部冷凝器153的部分，使得经冷却的外部空气经过内部冷凝器153，流入的外部空气经过蒸发器157除湿，且外部空气通过内部冷凝器153而被加热以供给到车辆的内部舱室。
同时，在根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的控制方法中，在加热模式中，用外部空气操作PTC加热器155，但是并不限于此，可以根据依照驾驶员的选择而设置的加热温度而选择性地操作PTC加热器155。
因此，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100及其控制方法使用水冷冷凝器130，该水冷冷凝器130使用冷却剂作为热交换介质，通过使用由电动机111和电子设备113产生的废热与制冷剂进行热交换以改进加热性能和除湿性能，防止外部霜层积，同时降低加热负荷，并且增加行驶距离。
而且，在极冷天气的加热模式的怠速状况和驾驶状况中，同时操作整个系统以及PTC加热器155以节约动力消耗量并减少加热负荷从而增加行驶距离。
此外，在车辆的冷却模式中，冷却剂由低温制冷剂冷却以改进冷却性能，在除湿模式中，施用第一阀165和第二阀169作为三通阀以降低由于其开启/闭合操作而引起的噪音和振动。
而且，使用水冷冷凝器130，在其中冷却剂用作与制冷剂进行热交换的介质，由此简化了构成元件的结构，一个散热器117可以冷却电动机111和电子设备113，从而使得整个系统得以缩减，且散热器117的效率得以改进。
图5为根据本发明的其他实施方案的用于车辆的热泵系统的示意图。
参照附图，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统200包括冷却装置210和空调装置250，所述冷却装置211设置在车辆中以通过车辆的冷却管线(下文中记为“C.L”)将冷却剂提供并循环至电动机211和电子设备213，所述空调装置250连接到制冷剂管线(下文中记为“R.L”)以控制车辆的内部舱室的加热和冷却。
在各个实施方案中，冷却装置210包括散热器217和冷却风扇219，所述散热器217设置在车辆前方以通过水泵215沿着冷却管线C.L循环冷却剂，并通过与外部空气进行热交换而冷却冷却剂，所述冷却风扇219设置在散热器217的后面。
在本文中，散热器217包括多个开启/闭合放热孔221，通过所述多个开启/闭合放热孔121选择性地提供车辆前方的风或外部空气。
开启/闭合放热孔221根据由驾驶员选择的车辆的加热模式、冷却模式和除湿模式开启或闭合散热器217的前面，从而控制空气供给量，由此调节散热器217的冷却性能。
此外，根据各个实施方案的热泵系统200还包括水冷冷凝器230，所述水冷冷凝器230设置在电动机211和电子设备213之间以连接到冷却管线C.L，通过冷却管线循环冷却剂，选择性地使用由电动机211和电子设备213产生的废热以改变冷却剂的温度，所述水冷冷凝器230连接到空调装置250的制冷剂管线R.L以使得流入的制冷剂根据加热、冷却和除湿模式与冷却剂进行热交换。
水冷冷凝器230在其中具有温度传感器，温度传感器检测冷却剂和制冷剂的温度。
此处，根据本发明的各个实施方案的冷却装置210设置在散热器217与电动机211之间的冷却管线C.L上，并包括第三阀223，所述第三阀223根据车辆的加热、冷却和除湿模式，选择性地绕过冷却管线C.L以将所供给的冷却剂供给到散热器217或水泵215。
在车辆的加热模式中，通过控制器280控制的第三阀223开启或闭合，使得冷却剂不供给到散热器217，水泵215将冷却剂供给电动机211和电子设备213以提高冷却剂的温度。
期望的是，第三阀223为三通阀，其选择性地开启或闭合冷却管线C.L以将冷却剂供给散热器217或电子设备213。
在本发明的各个实施方案中，空调装置250包括加热、通风和空调(HVAC)模块251、压缩机261、存蓄器263、第一阀265和第二阀269，以及第一膨胀阀267和第二膨胀阀271，对它们的描述如下。
HVAC模块251包括开启/闭合门259，所述开启/闭合门259根据加热、冷却和除湿模式选择性地控制外部空气经过蒸发器257以供给到内部冷凝器253和PTC加热器255。
上述的空调装置250与本发明的上述实施方案中的空调装置相同，因此将省略对其的详细描述。
而且，根据本发明的各个实施方案的热泵系统控制方法在加热模式中使用第三阀223使得冷却剂不供给散热器217，冷却剂沿着冷却管线C.L循环通过电动机211、电子设备215和水冷冷凝器230从而能够经由废热快速地加热冷却剂。
同时，根据本发明的各个实施方案的热泵系统控制方法在操作第三阀223的加热模式中仅改变冷却装置210的冷却剂循环通道，操作和控制方法与上文在冷却和除湿模式中所述的相同(与第一示例进行比较)，因此将省略对它们的详细描述。
图6为根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的示意图。
参照附图，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统300包括冷却装置310和空调装置350，所述冷却装置310设置在车辆中以通过车辆的冷却管线(下文中记为“C.L”)将冷却剂提供并循环至电动机313和电子设备313，所述空调装置350连接到制冷剂管线(下文中记为“R.L”)以控制车辆的内部舱室的加热和冷却。
在各个实施方案中，冷却装置310包括散热器317和冷却风扇319，所述散热器317设置在车辆前方以通过水泵315沿着冷却管线C.L循环冷却剂，并通过与外部空气进行热交换而冷却冷却剂，所述冷却风扇319设置在散热器317的后面。
在本文中，散热器317包括多个开启/闭合放热孔321，通过所述多个开启/闭合放热孔321选择性地供给车辆前方的风或外部空气。
开启/闭合放热孔321根据由驾驶员选择的车辆的加热模式、冷却模式和除湿模式开启或闭合散热器317的前面，从而控制空气供给量，由此调节散热器317的冷却性能。
在根据本发明的各个实施方案的热泵系统300中，冷却装置310与电子设备313并联设置以连接到冷却管线C.L(冷却剂在其中循环)，由电动机311和电子设备315产生的废热根据车辆的加热、冷却和除湿模式选择性地用于加热冷却剂，连接到空调装置350的制冷剂管线R.L的水冷冷凝器330使得向其供给的制冷剂与冷却剂进行热交换。
水冷冷凝器330在其中具有温度传感器，温度传感器检测冷却剂和制冷剂的温度。
在本发明的各个实施方案中，空调装置350包括加热、通风和空调(HVAC)模块351、压缩机361、存蓄器363、第一阀365和第二阀369，以及第一膨胀阀367和第二膨胀阀371。
另外，HVAC模块351包括开启/闭合门359，所述开启/闭合门359根据加热、冷却和除湿模式选择性地控制外部空气经过蒸发器357提供给内部冷凝器353和PTC加热器355。
冷却装置310和空调装置350通过控制器380的控制信号来操作。
上述的空调装置350与本发明的上述实施方案中的空调装置相同，因此将省略对它的详细描述。
而且，根据本发明的各个实施方案的热泵系统控制方法的不同部分为将电子设备313与水冷冷凝器130并联设置以连接到冷却管线C.L，但是在加热模式、冷却模式和除湿模式中构成元件的操作和控制方法与上述示例性实施方案的相同，因此省略对它的详细描述。
同时，在本发明的各个实施方案的热泵系统300中，在冷却装置310中，电子设备313和水冷冷凝器330彼此并联设置，但是并不限于此，水冷冷凝器330并不与电子设备313而是与电动机311并联设置。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语前或后等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (14)

1.一种用于车辆的热泵系统，其包括冷却装置和空调装置，所述冷却装置设置在车辆中以通过冷却管线向电动机和电子设备供给冷却剂，所述空调装置连接到制冷剂管线以控制车辆的内部舱室的冷却/加热，其特征在于，其中所述冷却装置包括：
散热器，所述散热器设置在车辆前面，所述冷却剂利用水泵沿着所述冷却管线循环通过所述散热器，并且所述散热器通过与外部空气进行热交换而冷却所述冷却剂；
冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述散热器的后面；以及
水冷冷凝器，所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线以循环所述冷却剂，根据每一种驱动模式选择性地使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，并且连接到所述空调装置的制冷剂管线以使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换，
其中所述冷却装置设置在所述冷却管线上的所述散热器和所述电动机之间，并包括第三阀，所述第三阀根据车辆的加热、冷却和除湿模式选择性地绕过所述冷却管线而将所述冷却剂供给到所述散热器或水泵。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其特征在于，其中所述散热器包括多个开启/闭合放热孔，所述开启/闭合放热孔选择性地接收来自前面的外部空气。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其特征在于，其中所述空调装置包括：
加热、通风和空调模块，所述加热、通风和空调模块设置有开启/闭合门，所述开启/闭合门控制外部空气通过蒸发器以根据加热、冷却和除湿模式而选择性地供给到内部冷凝器或正温度系数加热器；
压缩机，所述压缩机通过制冷剂管线连接到所述蒸发器以压缩气态制冷剂；
存蓄器，所述存蓄器设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的制冷剂管线上，并向所述压缩机供给所述气态制冷剂；
第一阀，所述第一阀根据车辆的驱动模式向所述内部冷凝器选择性地供给从所述压缩机排出的所述制冷剂；
第一膨胀阀，所述第一膨胀阀接收经过所述内部冷凝器的所述制冷剂并使所述制冷剂膨胀；
第二阀，所述第二阀向所述蒸发器或所述存蓄器供给来自所述第一膨胀阀的经膨胀的制冷剂；以及
第二膨胀阀，所述第二膨胀阀设置在所述蒸发器和所述第二阀之间，并通过所述第二阀的开启/闭合使所述制冷剂膨胀。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其特征在于，其中所述第一阀和第二阀均为三通阀。
5.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其特征在于，其中所述冷却装置和所述空调装置分别连接到控制器，并通过所述控制器的控制信号进行操作。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其特征在于，其中所述第三阀为三通阀。
7.一种用于车辆的热泵系统，其包括冷却装置和空调装置，所述冷却装置设置在车辆中以通过冷却管线向电动机和电子设备供给冷却剂，所述空调装置连接到制冷剂管线以控制车辆的内部舱室的冷却/加热，其特征在于，其中所述冷却装置包括：
散热器，所述散热器设置在车辆前面，所述冷却剂利用水泵沿着冷却管线循环通过所述散热器，并且所述散热器通过与外部空气进行热交换而冷却所述冷却剂；
冷却风扇，所述冷却风扇设置在所述散热器的后面；以及
水冷冷凝器，所述水冷冷凝器与电子设备并联设置，并且所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线以循环所述冷却剂，根据每一种驱动模式选择性地使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，并且连接到所述空调装置的制冷剂管线以使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换，
其中所述冷却装置设置在所述冷却管线上的所述散热器和所述电动机之间，并包括第三阀，所述第三阀根据车辆的加热、冷却和除湿模式选择性地绕过所述冷却管线而将所述冷却剂供给到所述散热器或水泵。
8.一种控制方法，用于操作在用于车辆的热泵系统中的加热模式、冷却模式和除湿模式，所述热泵系统包括冷却装置、空调装置和水冷冷凝器，所述冷却装置连接到控制器并包括通过冷却管线连接的散热器、水泵、电子设备和电动机，所述空调装置设置有加热、通风和空调模块，并包括通过制冷剂管线连接的多个阀、膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、内部冷凝器、正温度系数加热器和开启/闭合门，所述水冷冷凝器连接到所述冷却管线和所述制冷剂管线；其特征在于，
其中所述冷却装置提高所述制冷剂的温度，并使用由所述电动机和所述电子设备产生的废热以通过与供给到所述水冷冷凝器的所述制冷剂进行热交换而提高供给到所述水冷冷凝器的冷却剂的温度；并且
所述空调装置使得在所述水冷冷凝器中通过与所述冷却剂进行热交换而被加热的所述制冷剂沿着所述制冷剂管线通过第二阀而经过所述存蓄器和所述压缩机，在高温/高压气体制冷剂受到压缩以向所述加热、通风和空调模块的所述内部冷凝器供给压缩的制冷剂的状况下，开启/闭合第一阀，其中经过所述内部冷凝器的所述制冷剂通过第一膨胀阀膨胀以供给到所述水冷冷凝器，开启所述开启/闭合门使得经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并使得供给的外部空气经过所述内部冷凝器以加热车辆的内部舱室并在所述加热模式中选择性地操作所述正温度系数加热器。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，其中在所述加热模式中，闭合设置在所述散热器的前面的开启/闭合放热孔以防止风流入所述散热器。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，其中：
所述冷却装置利用冷却风扇操作冷却供给到所述散热器的所述冷却剂，通过所述水泵的操作使得所述冷却剂供给到所述水冷冷凝器从而冷却所述电动机和所述电子设备，并且通过与供给到所述水冷冷凝器的低温冷却剂进行热交换而冷却所述制冷剂的温度；并且
所述空调装置开启所述第二阀使得通过经过所述水冷冷凝器而被冷却的低温制冷剂供给到与所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器连接的第二膨胀阀并将膨胀的制冷剂供给到所述蒸发器，在经过所述存蓄器和所述压缩机的同时在压缩状态下在所述蒸发器中通过与外部空气进行热交换而排出经蒸发的制冷剂，并且操作所述第一阀以开启连接到所述水冷冷凝器的所述制冷剂管线以向所述水冷冷凝器供给制冷剂；并且
闭合所述开启/闭合门使得经过所述蒸发器被所述制冷剂冷却的外部空气不供给到所述内部冷凝器，并在所述加热模式中通过向车辆的内部舱室供给经冷却的外部空气而加热车辆的内部舱室。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，其中当车辆移动时，开启设置在所述散热器的前侧的所述开启/闭合放热孔以将风提供给到所述散热器。
12.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，其中：
所述冷却装置利用所述冷却风扇的操作冷却供给到所述散热器的所述冷却剂，通过所述水泵的操作使得所述冷却剂通过冷却所述电动机和所述电子设备而供给到所述水冷冷凝器，并且通过与供给到所述水冷冷凝器的低温冷却剂进行热交换而冷却所述制冷剂的温度；
所述空调装置开启所述第二阀使得所述低温制冷剂在经过所述水冷冷凝器的同时冷却以供给到与所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器连接的第二膨胀阀并向所述蒸发器供给膨胀的制冷剂；
在经过所述存蓄器和所述压缩机的同时在压缩状况下在所述蒸发器中排出通过与外部空气进行热交换而被蒸发的制冷剂，操作所述第一阀以开启连接到所述内部冷凝器的所述制冷剂管线以向所述内部冷凝器供给制冷剂，其中经过所述内部冷凝器的所述制冷剂在所述第一膨胀阀中膨胀并供给到所述水冷冷凝器；并且
在所述除湿模式中，开启所述开启/闭合门使得经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的经冷却的外部空气经过所述内部冷凝器，其中流入的外部空气经过所述内部冷凝器和正温度系数加热器以对车辆的内部舱室进行除湿。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，其中在所述除湿模式中，所述控制器控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开启率以控制所述制冷剂的膨胀量。
14.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，其中在所述加热模式、所述冷却模式和所述除湿模式中，所述冷却风扇的风量和所述水泵的流量根据由所述电动机和所述电子设备产生的废热的温度以及所述冷却剂和所述制冷剂的温度进行控制。
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