CN103342094B - 纯电动汽车热泵空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种电动车用空调技术领域的纯电动汽车热泵空调系统，包括：压缩机、四通换向阀、车外换热器、车内换热器、车内加热器、油液分离器、第一单向通道、第二单向通道和车内风道机构，其中：车内加热器的第一端口与车内换热器的第一端口共同连接四通换向阀的一个端口，四通换向阀的其他三个端口分别连接压缩机的输出端、车外换热器的第一端口和油液分离器，压缩机的输入端与油液分离器相连，第一单向通道和第二单向通道为并联设置，该并联线路的一端与车内换热器的第二端口和车内加热器的第二端口相连，另一端与车外换热器的第二端口相连，车内换热器和车内加热器设置于车内风道机构的中部。本发明成本低廉、节能高效、冷暖一体、性能可靠。

Description

纯电动汽车热泵空调系统
技术领域
本发明涉及的是一种电动车用空调技术领域的系统，具体是一种纯电动汽车热泵空调系统。
背景技术
能源紧张和气候变化使具有节能环保优势的纯电动汽车受到了全球的关注。汽车空调系统为车内驾驶人员和乘客舒适性提供了保障。传统燃油汽车空调由发动机带动，通过燃油提供空调所需动力，夏季向车内供冷，冬季利用发动机余热进行采暖。而纯电动汽车由电池提供的电力来提供动力，没有发动机，无法利用其余热作为暖热源。解决纯电动汽车的冬季供暖问题成为纯电动汽车空调系统需要解决的重要问题。
目前，纯电动汽车主要采用PTC（正温度系数）电热采暖，但PTC电热采暖效率低，且PTC电热采暖严重影响电池的续航里程。空气源热泵空调系统由于能够以较低的能耗满足车内采暖需求，受到了各大厂家的关注。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202145036，公开日2012-02-15，记载了一种电动汽车用的热泵空调系统。此系统包括压缩机、车外换热器总成，两个膨胀阀、以及位于风道内的车内加热器、车内换热器、电加热器、风机。压缩机和车外换热器组成、车内加热器、以及车内换热器之间设有四通阀、电磁阀、以及两个单向阀构成的制冷系统和热切换装置，实现了电动汽车热泵空调。但是这车内加热器、车内换热器、电加热器三个换热器均处于风道内，其中电加热器仅在冬季制热工况下运行，增加了风道内的结构复杂程度，使得气流组织变差，此外，冬季某些工况下，车外换热器蒸发温度较低，使得热泵空调系统效率降低，电加热器没有得到充分的利用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种纯电动汽车热泵空调系统，该系统具有成本低廉、节能高效、冷暖一体、性能可靠、使用维修方便等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：压缩机、四通换向阀、车外换热器、车内换热器、车内加热器、油液分离器、用于制冷模式的第一单向通道、用于制热、除霜或除雾模式的第二单向通道和车内风道机构，其中：车内加热器的第一端口与车内换热器的第一端口共同连接四通换向阀的一个端口，四通换向阀的其他三个端口分别连接压缩机的输出端、车外换热器的第一端口和油液分离器，压缩机的输入端与油液分离器相连，第一单向通道和第二单向通道为并联设置，该并联线路的一端与车内换热器的第二端口和车内加热器的第二端口相连，另一端与车外换热器的第二端口相连，车内换热器和车内加热器设置于车内风道机构的中部。
所述的第一单向通道用于制冷模式，包括：依次相连的第一单向阀、第一干燥器和第一膨胀阀，其中：第一单向阀的连通方向由车外换热器的流向车内换热器和车内加热器。
所述的第二单向通道用于制热模式或除霜、除雾模式，包括：依次相连的第二单向阀、第二干燥器和第二膨胀阀，其中：第二单向阀的连通方向由车内换热器和车内加热器流向车外换热器。
所述的车内风道机构包括：风道转换开关、设置于中部的风道隔板、新风进风口、室内回风口、除霜/除雾口、迎面送风口、脚部送风口，其中：新风进风口和室内回风口位于一侧，除霜/除雾口、迎面送风口和脚部送风口位于另一侧且三个出口从上至下依次设置，风道转换开关带动风道隔板采用控制局域网CAN联动控制。
所述的车内换热器的第一端口连接有电磁阀，该电磁阀在夏季制冷模式和冬季制热模式下处于开启状态，在除霜、除雾模式下处于关闭状态。
所述的车内加热器的第二端口连接有流通方向往第二单向通道的第三单向阀。
所述的车外换热器设有PTC加热器，在冬季环境温度低时处于开启状态。
所述的PTC加热器额定电压12V。
所述的车外换热器和车内换热器分别设有风扇。
所述的压缩机、风扇、第一膨胀阀、第二膨胀阀和电磁阀均与控制局域网CAN连接以实现联动控制。
本发明的有益效果在于：（1）制热采用热泵形式，与传统的PTC加热相比具有制热量大、能效比高的优势；（2）采用风道内双换热器模式，解决了传统热泵不能除湿的缺点，在进行制热的同时可以进行除霜/除雾模式，也可单独进行除霜/除雾模式；（3）PTC加热器放置在车外换热器前面，冬季室外温度较低时用于提高蒸发温度，以提高热泵系统的效率；（4）其系统结构具有管路简单，控制方便等优点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明制冷过程制冷剂的流动方向；
图3为本发明制热过程和除雾/除霜过程制冷剂的流动方向；
图4为本发明独立的除雾/除霜过程制冷剂的流动方向；
图5为本发明PTC加热器提高蒸发温度进而提高系统效率的原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：压缩机1、四通换向阀2、车外换热器3、车内换热器10、车内加热器11、油液分离器9、第一单向通道、第二单向通道和车内风道机构，其中：车内加热器11的第一端口与车内换热器10的第一端口共同连接四通换向阀2的一个端口，四通换向阀2的其他三个端口分别连接压缩机1的输出端、车外换热器3的第一端口和油液分离器9，压缩机1的输入端与油液分离器9相连，第一单向通道和第二单向通道为并联设置，该并联线路的一端与车内换热器10的第二端口和车内加热器11的第二端口相连，另一端与车外换热器3的第二端口相连，车内换热器10和车内加热器11设置于车内风道机构的中部。
所述的第一单向通道用于制冷模式，包括：依次相连的第一单向阀6、第一干燥器7和第一膨胀阀8，其中：第一单向阀6的连通方向由车外换热器3的流向车内换热器10和车内加热器11。
所述的第二单向通道用于制热模式或除霜、除雾模式，包括：依次相连的第二单向阀14、第二干燥器15和第二膨胀阀16，其中：第二单向阀14的连通方向由车内换热器10和车内加热器11流向车外换热器3。
所述的车内风道机构包括：风道转换开关17、设置于中部的风道隔板18、新风进风口20、室内回风口21、除霜/除雾口22、迎面送风口23、脚部送风口24，其中：新风进风口20和室内回风口21位于一侧，除霜/除雾口22、迎面送风口23和脚部送风口24位于另一侧且三个出口从上至下依次设置，风道转换开关带动风道隔板采用CAN总线联动控制。
所述的车内换热器10的第一端口连接有电磁阀19，该电磁阀19在夏季制冷模式和冬季制热模式下处于开启状态，在除霜、除雾模式下处于关闭状态。
所述的车内加热器11的第二端口连接有流通方向往第二单向通道的第三单向阀。
所述的车外换热器3设有PTC加热器5，在冬季环境温度低时处于开启状态。
所述的PTC加热器额定电压12V，具有自动恒温功能，绝缘强度高，无明火，不耗氧。
所述的车外换热器3和车内换热器10分别设有风扇4、12。
所述的压缩机1、风扇4、12、第一膨胀阀8、第二膨胀阀16和电磁阀19均与控制局域网CAN连接，采用联动控制。
如图2所示，当系统处于制冷模式时，制冷剂工质的流动方向如图。制冷剂在电动压缩机1压缩作用下，变成高温高压的气态工质，经过车外换热器3、第一单向阀6、第一干燥器7、第一膨胀阀8冷凝成为过冷液体，进入车内换热器10，蒸发变成气态工质，经过油分离器9进入电动压缩机1，完成制冷循环，满足车内舒适性要求。此时风道换向阀17处于关闭状态。室内风系统可采用新风口20+回风口21+迎面送风口23（吹脸）模式。
如图3所示，当系统处于制热模式时，制冷剂工质的流动方向如附图。制冷剂在电动压缩机1压缩作用下，变成高温高压的气态工质，经过车内换热器10冷凝成为过冷液体，经过第二单向阀14、第二干燥器15、第二膨胀阀16，进入3车外换热器，蒸发变成气态工质，经过油分离器9进入电动压缩机1。此时风道换向阀17处于关闭状态。室内风系统可采用新风口20+回风口21+脚部送风口24（吹脚）模式。室外温度过低时，PTC电加热器5处于开启状态，防止室外换热器3结霜，提高室外蒸发温度，以提高热泵空调系统的效率。
如图4所示，当系统处于除霜/除雾模式时，制冷剂在电动压缩机1压缩作用下，变成高温高压的气态工质，经过车内加热器11，第三单向阀13，冷凝成为过冷液体，经过第二单向阀14、第二干燥器15、第二膨胀阀16，进入3车外换热器，蒸发变成气态工质，经过油分离器9进入电动压缩机1；此时风道换向阀17处于开启状态。室内风系统可采用新风口20+除霜/除雾风口22模式。
PTC加热器5提高蒸发温度进而提高系统效率的原理如图5所示。提高车外换热器3的蒸发温度可以降低压缩机1的排气温度，由t2’变为t2，保证压缩机1的正常运转。压缩机1的压气比Pc/Pe蒸发，使得压缩机1的吸气量变大。制冷剂经过膨胀阀节流后的干度由x4’变为x4，意味着进入蒸发器的制冷剂液体含量增加，增加了制冷剂的单位质量流量；同时由于蒸发温度的升高，使得压缩机1的吸气比体积由v1’降至v1，增加了制冷剂的单位容积制冷量。这些因素都提高了所述热泵系统效率。

Claims (5)

1.一种纯电动汽车热泵空调系统，其特征在于，包括：压缩机、四通换向阀、设有PTC加热器的车外换热器、车内换热器、车内加热器、油液分离器、用于制冷模式的第一单向通道、用于制热、除霜或除雾模式的第二单向通道和车内风道机构，其中：车内加热器的第一端口与车内换热器的第一端口共同连接四通换向阀的一个端口，四通换向阀的其他三个端口分别连接压缩机的输出端、车外换热器的第一端口和油液分离器，压缩机的输入端与油液分离器相连，第一单向通道和第二单向通道为并联设置，并联线路的一端与车内换热器的第二端口和车内加热器的第二端口相连，另一端与车外换热器的第二端口相连，车内换热器和车内加热器设置于车内风道机构的中部；
所述的PTC加热器在冬季环境温度低时处于开启状态；
所述的第一单向通道，包括：依次相连的第一单向阀、第一干燥器和第一膨胀阀，其中：第一单向阀的连通方向由车外换热器流向车内换热器和车内加热器；
所述的第二单向通道，包括：依次相连的第二单向阀、第二干燥器和第二膨胀阀，其中：第二单向阀的连通方向由车内换热器和车内加热器流向车外换热器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的车内风道机构包括：风道转换开关、设置于中部的风道隔板、新风进风口、室内回风口、除霜/除雾口、迎面送风口、脚部送风口，其中：新风进风口和室内回风口位于一侧，除霜/除雾口、迎面送风口和脚部送风口位于另一侧且三个出口从上至下依次设置，风道转换开关带动风道隔板采用控制局域网CAN联动控制。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的车内换热器的第一端口连接有电磁阀。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的车内加热器的第二端口连接有流通方向往第二单向通道的第三单向阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的压缩机、风扇、第一膨胀阀、第二膨胀阀和电磁阀均与控制局域网CAN连接以实现联动控制。
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