一种电动汽车的电动空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车的电动空调系统,用于纯电动汽车上,同时还涉及一种电动空调系统的控制方法。
背景技术
近年来纯电动汽车已经越来越普及,车辆的驱动全部由主驱动电机完成,而主驱动电机则由电池组供电,作为应用于纯电动汽车的电动空调系统在实际使用时是需要消耗电池组的电能,因此,纯电动汽车的电动空调系统会影响汽车的续航里程。那么如何使纯电动汽车的电动空调系统使用更加的节能,能量的利用率和转换率更高是目前纯电动汽车的电动空调系统上的难题。另外电动空调系统的控制方法是否合理直接影响空调系统是否节能,因此,提供一种电动空调系统的控制方法也尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种电动汽车的电动空调系统,该电动空调系统不但能够在电动汽车上实现制冷和制热,而且可以提高换热效率,提高电动空调系统的制冷和制热效果。
本发明所要解决的另一个技术问题是:提供一种电动汽车的电动空调系统的控制方法,该控制方法可以在电动汽车上实现制冷和制热,同时根据运行环境调节电动空调系统的工作频率,在制热启动时有效的防冷风吹入,在制热关闭时充分的来利用余热,使电动汽车空调的运行更加合理。
为解决上述第一个技术问题,本发明的技术方案是:一种电动汽车的电动空调系统,包括压缩机,四通阀、车外换热器、双向膨胀阀、车内换热器、气液分离器,所述车外换热器和车内换热器分别配套有车外风机和车内风机,所述四通阀上设置有进气口、回气口、制冷流向口和制热流向口,所述压缩机的排气口与四通阀的进气口连通,所述四通阀的回气口通过回气管路与压缩机的吸气口连接,所述气液分离器设置于回气管路上,所述车外换热器和车内换热器均包括一个气体连接端和一个液体连接端,所述车外换热器和车内换热器的气体连接端均设置有气体分配器,车外换热器的气体分配器与四通阀的制冷流向口连接,车内换热器的气体分配器与四通阀的制热流向口连接,所述车外换热器和车内换热器的液体连接端均设置有液体分配器,该车外换热器的液体分配器与双向膨胀阀的一个端口连接,双向膨胀阀的另一个端口与车内换热器的液体分配器连接。
作为一种优选的方案,所述车外换热器上的气体分配器包括一个储气管,该储气管固定于车外换热器的气体连接端,该储气管上设置有一个气体总接口和若干个分配口,所述总接口与四通阀的制冷流向口连接,所述若干个分配口与车外换热器内的换热分管一一对应连通。
作为一种优选的方案,所述车外换热器上的液体分配器包括一个锥形的分配腔室,该分配腔室上设置有一个液体总接口和若干个分配管,该若干个分配管与车外换热器内的换热分管一一对应连通。
作为一种优选的方案,所述电动空调系统还包括设置于车内的车内温度传感器、设置于车外的车外传感器、设置于车外换热器芯体上的车外换热器温度传感器、设置于车内换热器芯体上的车内换热器温度传感器,该车内温度传感器、车外温度传感器、车外换热器温度传感器和车内换热器温度传感器均与中控装置连接,该中控装置与车内风机、车外风机以及压缩机电连接。
作为一种优选的方案,所述车内换热器风流下游侧设置有辅助电加热装置。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:该电动空调系统利用四通阀来控制冷媒的流向,并利用双向膨胀阀实现降压节流,从而实现制冷和制热两种模式,并且,在车内换热器和车外换热器上均设置有气体分配器和液体分配器,这样,该气体分配器和液体分配器可以在制热或制冷时将气体或液体均匀送至车内换热器和车外换热器的换热分管中,使车外换热器和车内换热器的每根换热分管的流量基本保持一致,最大程度的利用了车外换热器和车内换热器的换热效率,避免了常规电动空调系统中因流量分配不均而造成换热效果变差的现象发生。
又由于所述电动空调系统还包括设置于车内的车内温度传感器、设置于车外的车外传感器、设置于车外换热器芯体上的车外换热器温度传感器、设置于车内换热器芯体上的车内换热器温度传感器,该车内温度传感器、车外温度传感器、车外换热器温度传感器和车内换热器温度传感器均与中控装置连接,该中控装置与车内风机、车外风机以及压缩机电连接,利用上述的温度传感器可以实现电动空调的智能化工作。
又由于所述车内换热器风流下游侧设置有辅助电加热装置,该辅助电加热装置可以在制热时对车内换热器进行辅助电加热,使制热的速度更快。
为解决上述第二个技术问题,本发明的技术方案是:一种电动汽车的电动空调控制方法,其包括以下方式:
A、制热模式
A1、制热模式启动:
当且仅当车外环境温度小于T外max时制热模式启动,启动后,四通阀切换成制热模式,使四通阀的进气口与制热流向口连通,制冷流向口与回气口连通,压缩机启动,冷媒经过压缩机压缩后变成高温高压的气态冷媒,气态冷媒通过四通阀后均匀进入到车内换热器中热交换后,再通过双向膨胀阀降压变成低温液态冷媒,低温液态冷媒均匀进入到车外换热器热交换后变成低温的气液混合物,最后经过制冷流向口和回气口流回至气液分离器,低温的气态冷媒经过压缩机的吸气口回流至压缩机进入下一个循环,压缩机根据车内设定温度T内设、车内实时温度T内实和车外实时温度T外实进行智能变频;当车内换热器的芯体温度低于T内 min时车内风机停止转动,当车内换热器的芯体温度高于T内max时车内风机以设定的转速档位转动,当车内换热器的芯体温度处于T内min到T内 max之间时车内风机以最低转速档位转动;
A2、制热模式关闭:
关闭制热模式且关闭电源时,先关闭压缩机,而后延迟关闭车内风机,最后将四通阀切换制冷模式,使进气口与制冷流向口连通,制热流向口与回气口连通;而关闭制热模式空调系统处于待机时,先关闭压缩机,车内风机中速档位转动一定时间后再以最低转速档位持续运转,而四通阀切换制冷模式,关闭制热模式后,设定A=T内设-T内实,当A大于设定值N时制热模式才再次启动;
B、制冷模式
B1、制冷模式启动:
当且仅当车外环境温度大于等于T外min时制冷模式启动,启动后,四通阀切换成制冷模式,使进气口与制冷流向口连通,制热流向口与回气口连通;车外风机启动后再启动压缩机,冷媒经过压缩机压缩后变成高温高压的气态冷媒,气态冷媒通过四通阀后均匀进入车外换热器中热交换后,再通过双向膨胀阀降压变成低温液态冷媒,低温液态冷媒均匀进入车内换热器热交换后变成低温的气液混合物,最后经过制热流向口和回气口流回至气液分离器,低温的气态冷媒经过压缩机的吸气口回流至压缩机进入下一个循环,压缩机根据车内设定温度、车内实时温度进行智能变频;
B2、制冷模式关闭:
关闭制冷模式时,先关闭压缩机而后关闭车外风机,设定A1=T内实-T内设,当A大于设定值N1时制冷模式才再次启动。
其中进一步优化上述控制方法,所述空调控制方法中的车内换热器还配套了辅助电加热;
当同时满足以下条件时才启动辅助电加热:1)压缩机运行时间超过2分钟;2)车内风机正持续运行;3)距离上次辅助电加热关闭时间已超过1分钟;4)车内换热器的芯体温度小于预设值T电启;5)车内温度小于预设值T内预设;6.A值大于设定值N2,该N2大于N;
当满足以下条件之一时,辅助电加热关闭:1、车内换热器的芯体温度大于等于预设值T电启;2、A值小于等于设定值N2-1;3、车内温度大于预设值T内预设+1;4、制热模式和制冷模式切换时。
其中进一步优化上述控制方法,所述空调控制方法在制热模式下还设置有除霜模式:
设定车外实时温度为T外实、车外换热器芯体温度T外芯,当T外实-T外 芯≥设定值N3时,且制热模式下运行时间超过30分钟启动除霜模式,除霜开始时,压缩机、车内风机和车外风机均停止,四通阀切换成制冷模式,而后压缩机启动并逐渐变为满负荷运行,车内风机和车外风机依旧停止,冷媒按照电动空调的制冷模式路线运行,使高温高压的气态冷媒在车外换热器中通过除霜;当T外芯持续一段时间超过T外芯min或除霜模式持续运行超过最低除霜时间时停止除霜。
其中进一步优化上述控制方法,制热模式下压缩机根据车内设定温度T内设、车内实时温度T内实和车外实时温度T外实进行智能变频的具体方式为;压缩机转速设定有四档,由慢至快依次为第一档、第二档、第三档和第四档,压缩机根据T外实时大小来限制压缩机的最高转速;
1、当T外实<9℃时压缩机的最高转速档为第四档;
2、当10℃<T外实<12℃时,压缩机的最高转速档为第三档;
3、当13℃<T外实<T外max时,压缩机的最高转速档为第二档;
在上述压缩机限制条件下
11、当A≥2时,压缩机以当前所能运行档位的最高转速档运行;
12、当0≤A<2时,压缩机以第三档转速运行,若压缩机限制条件只允许最高转速为第二档,则以第二档转速运行;
13.当-3<A<0时,压缩机以第二档转速运行;
14.当A≤-3时,压缩机停止运行;
制冷模式下压缩机根据车内设定温度、车内实时温度进行智能变频具体方式为:
11、当A1≥2时,压缩机以最高转速档运行;
12、当0≤A1<2时,压缩机以第三档转速运行;
13.当-3<A1<0时,压缩机以第二档转速运行;
14.当A1≤-3时,压缩机停止运行。
其中进一步优化上述控制方法,该电动空调控制方法对车外风机和车内风机进行变频控制,其具体方式为
制热模式时车外风机根据车外的温度进行变频,当T外实小于或等于预设的T外零界温度时,车外风机以100%转速运行;当T外实大于预设的T外零界温度时,车外风机降频以85%转速运行;制热模式时车内风机可手动调节档位或者根据A值的大小进行自动调节:当A≥2时,车内风机100%转速运行;当0≤A<2时,车内风机80%转速运行;当-3<A<0时,车内风机60%转速运行;当A≤-3时,车内风机60%转速运行;
制冷模式下车外风机根据车外换热器芯体温度进行变频,当T外芯小于预设的T外芯零界时,车外风机以75%转速运行;当T外芯零界<T外芯<T外芯 零界+5时,车外风机以85%转速运行;T外芯≥T外芯零界+5时,车外风机以100%转速运行;而制冷模式下车内风机可手动调节档位或者根据A1值的大小进行自动调节:当A1≥2时,车内风机100%转速运行;当0≤A1<2时,车内风机80%转速运行;当-3<A1<0时,车内风机60%转速运行。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:该电动空调的控制方法合理,根据实际的情况压缩机智能变频工作,使电动空调的能量利用率更高,同时,有效的防冷风吹入,在制热关闭时充分的来利用余热,使电动汽车空调的运行更加合理。
另外,该电动空调的控制方法具备辅助电加热功能,在室外温度非常低时,压缩机工作一定时间后制热效果依旧很差时辅助电加热才开启,尽可能的合理使用蓄电池,保证空调效果的情况下尽可能的提供啊蓄电池的续航里程。
该电动空调的控制方法还具有除霜功能,可以在一些极端天气中使用,使制热效果正常使用。
另外,电动空调系统的车内风机和车外风机在制热和制冷时可以根据当时的车内外温度、车外换热器芯体车内预设温度和车内实时温度进行智能调频,节能效果更好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的系统图;
附图中:1.压缩机;2.四通阀;21.进气口;22.制热流向口;23.回气口;24.制冷流向口;3.车外换热器;4.双向膨胀阀;5.车内换热器;6.辅助电加热装置;7.气液分离器;8.车内风机;9.车外风机;10.液体分配器;11.气体分配器;12.车内换热器温度传感器;13.车外换热器温度传感器;14.车外温度传感器;15.低压开关;16.温度开关;17.高压开关;18.车内温度传感器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
一种电动汽车的电动空调系统,如图1所示,包括压缩机1,四通阀2、车外换热器3、双向膨胀阀4、车内换热器5、气液分离器7,所述车外换热器3和车内换热器5分别配套有车外风机9和车内风机8,所述四通阀2上设置有进气口21、回气口23、制冷流向口24和制热流向口22,所述压缩机1的排气口与四通阀2的进气口21连通,所述四通阀2的回气口23通过回气管路与压缩机1的吸气口连接,所述气液分离器7设置于回气管路上,所述车外换热器3和车内换热器5均包括一个气体连接端和一个液体连接端,所述车外换热器3和车内换热器5的气体连接端均设置有气体分配器11,车外换热器3的气体分配器11与四通阀2的制冷流向口24连接,车内换热器5的气体分配器11与四通阀2的制热流向口22连接,所述车外换热器3和车内换热器5的液体连接端均设置有液体分配器10,该车外换热器3的液体分配器10与双向膨胀阀4的一个端口连接,双向膨胀阀4的另一个端口与车内换热器5的液体分配器10连接,在压缩机1的吸气口处设置有低压开关15,压缩机1的排气口处设置有温度开关16和高压开关17,用以确保压缩机1能正常工况下运行,一旦出现异常,压缩机1受保护会关闭。
如图1所示,所述车外换热器3上的气体分配器11包括一个储气管,该储气管固定于车外换热器3的气体连接端,该储气管上设置有一个气体总接口和若干个分配口,所述总接口与四通阀2的制冷流向口24连接,所述若干个分配口与车外换热器3内的换热分管一一对应连通,气体进入到储气管中进行缓存后再统一通过分配口均匀分配到换热分管中,这样每条换热分管都在相对饱和的情况下进行热交换,使换热效果达到最佳。
再如图1所示,所述车外换热器3上的液体分配器10包括一个锥形的分配腔室,该分配腔室上设置有一个液体总接口和若干个分配管,该若干个分配管与车外换热器3内的换热分管一一对应连通。同样,液体经过液体分配器10时可以均匀的分配到车外换热器3的换热分管中,使换热效果达到最佳。
同样,车内换热器5上的液体分配器10和气体分配器11的结构相同。
所述电动空调系统还包括设置于车内的车内温度传感器18、设置于车外的车外传感器、设置于车外换热器3芯体上的车外换热器温度传感器13、设置于车内换热器5芯体上的车内换热器温度传感器12,该车内温度传感器18、车外温度传感器14、车外换热器温度传感器13和车内换热器温度传感器12均与中控装置连接,该中控装置与车内风机8、车外风机9以及压缩机1电连接。所述车内换热器5风流下游侧设置有辅助电加热装置6。该辅助电加热装置6可以在一些极端情况辅助电加热,使空调系统可以正常运行。
一种电动汽车的电动空调控制方法,其包括以下方式:
A、制热模式
A1、制热模式启动:
当且仅当车外环境温度小于T外max时制热模式启动,启动后,一般设定T外max=16℃,那么只有在车外温度小于16℃时制热模式才可启动,这样可避免驾驶员误操作,四通阀2切换成制热模式,使四通阀2的进气口21与制热流向口22连通,制冷流向口24与回气口23连通,此时,车外风机9先启动,而后压缩机1启动,冷媒经过压缩机1压缩后变成高温高压的气态冷媒,气态冷媒通过四通阀2后均匀进入到车内换热器5中热交换,再通过双向膨胀阀4降压变成低温液态冷媒,低温液态冷媒均匀进入到车外换热器3热交换后变成低温的气液混合物,最后经过制冷流向口24和回气口23流回至气液分离器7,低温的气态冷媒经过压缩机1的吸气口回流至压缩机1进入下一个循环,压缩机1根据车内设定温度T内设、车内实时温度T内实和车外实时温度T外实进行智能变频;当车内换热器5的芯体温度低于T内min时车内风机8停止转动,当车内换热器5的芯体温度高于T内max时车内风机8以设定的转速档位转动,当车内换热器5的芯体温度处于T内min到T内max之间时车内风机8以最低转速档位转动;实际设定时,T内min温度取26℃,而T内max取35℃。这样在车内换热器5芯体温度较低时车内风机8停止转动,可以有效的防止冷风吹进车内。
A2、制热模式关闭:
关闭制热模式且关闭电源时,先关闭压缩机1,而后延迟关闭车内风机8,最后将四通阀2切换制冷模式,使进气口21与制冷流向口24连通,制热流向口22与回气口23连通;而关闭制热模式空调系统处于待机时,先关闭压缩机1,车内风机8中速档位转动一定时间后再以最低转速档位持续运转,而四通阀2切换制冷模式,关闭制热模式后,设定A=T内设-T内实,当A大于设定值N时制热模式才再次启动,此时设定N为-1;
B、制冷模式
B1、制冷模式启动:
当且仅当车外环境温度大于等于T外min时制冷模式启动,该T外min取13℃,当车外环境温度大于等于13℃,制冷模式才启动,而小于13℃,制冷模式是无法启动,压缩机1保护,启动后,四通阀2切换成制冷模式,使进气口21与制冷流向口24连通,制热流向口22与回气口23连通;车外风机9启动后再启动压缩机1,冷媒经过压缩机1压缩后变成高温高压的气态冷媒,气态冷媒通过四通阀2后均匀进入车外换热器3中热交换,再通过双向膨胀阀4降压变成低温液态冷媒,低温液态冷媒均匀进入车内换热器5热交换后变成低温的气液混合物,最后经过制热流向口22和回气口23流回至气液分离器7,低温的气态冷媒经过压缩机1的吸气口回流至压缩机1进入下一个循环,压缩机1根据车内设定温度、车内实时温度进行智能变频;
B2、制冷模式关闭:
关闭制冷模式时,先关闭压缩机1而后关闭车外风机9,设定A1=T内实-T内设,当A大于设定值N1时制冷模式才再次启动,该N1也为-1。
其中,所述空调控制方法中的车内换热器5还配套了辅助电加热;
当同时满足以下条件时才启动辅助电加热:1)压缩机1运行时间超过2分钟;这样尽可能的利用压缩机1进行制热,超过2分钟还无法制热,辅助电加热才启动,使蓄电池电量的使用更加合理;2)车内风机8正持续运行;3)距离上次辅助电加热关闭时间已超过1分钟;4)车内换热器5的芯体温度小于预设值T电启;其中,预设值T电启为50℃,5)车内温度小于预设值T内预设;预设值T内预设为20℃,6.A值大于设定值N2,该N2大于N;N2为3。
当满足以下条件之一时,辅助电加热关闭:1、车内换热器5的芯体温度大于等于预设值T电启;2、A值小于等于设定值N2-1,由上可知N2为3,那么A值小于等于2时辅助电加热关闭;3、车内温度大于预设值T内预设+1;4、制热模式和制冷模式切换时。
综合上述的条件,使辅助电加热在特定的情况下开启,蓄电池的使用更加合理。
在制热模式时,由于低温冷媒需要在车外换热器3中吸热气化,因此,车外换热器3可能结霜,这样降低了车外换热器3的换热效率。为解决上述问题,所述空调控制方法在制热模式下还设置有除霜模式:
设定车外实时温度为T外实、车外换热器3芯体温度T外芯,当T外实-T外芯≥设定值N3时,且制热模式下运行时间超过30分钟启动除霜模式,实际设定时,N3优选为9℃,除霜开始时,压缩机1、车内风机8和车外风机9均停止,四通阀2切换成制冷模式,而后压缩机1启动并逐渐变为满负荷运行,车内风机8和车外风机9依旧停止,冷媒按照电动空调的制冷模式路线运行,使高温高压的气态冷媒在车外换热器3中通过除霜;当T外芯持续一段时间超过T外芯min或除霜模式持续运行超过最低除霜时间时停止除霜,T外芯min选定为7℃时,需要持续80秒超过7℃才停止,当T外芯min选定为12℃时,只要持续5秒超过12℃即停止,而最低除霜时间一般设定为3分钟。
制热模式下压缩机1根据车内设定温度T内设、车内实时温度T内实和车外实时温度T外实进行智能变频的具体方式为;一般压缩机1转速设定有四档,由慢至快依次为第一档、第二档、第三档和第四档,压缩机1根据T外实时大小来限制压缩机1的最高转速;
1、当T外实<9℃时压缩机1的最高转速档为第四档,那么压缩机1可以在第一档至第四档任一转速档运行;
2、当10℃<T外实<12℃时,压缩机1的最高转速档为第三档,在该温度范围内,压缩机1只能在第一档、第二档和第三档转速下运行;
3、当13℃<T外实<T外max时,压缩机1的最高转速档为第二档,只能第一档和第二档运行。
上述压缩机1转速限制优先级最高,在上述压缩机1限制条件下
11、当A≥2时,压缩机1以当前所能运行档位的最高转速档运行;例如,当T外实<9℃时,压缩机1以最高转速第四档运行,当10℃<T外 实<12℃时,以第三档运行,当13℃<T外实<T外max时,以第二档运行。
12、当0≤A<2时,压缩机1以第三档转速运行,若压缩机1限制条件只允许最高转速为第二档,则以第二档转速运行;
13.当-3<A<0时,压缩机1以第二档转速运行;
14.当A≤-3时,压缩机1停止运行;压缩机1根据上述逻辑进行智能调频运行,避免压缩机1功率溢出。
制冷模式下压缩机1根据车内设定温度、车内实时温度进行智能变频具体方式为:
11、当A1≥2时,压缩机1以最高转速档运行;
12、当0≤A1<2时,压缩机1以第三档转速运行;
13.当-3<A1<0时,压缩机1以第二档转速运行;
14.当A1≤-3时,压缩机1停止运行。
该电动空调控制方法对车外风机9和车内风机8进行变频控制,其具体方式为
制热模式时车外风机9根据车外的温度进行变频,当T外实小于或等于预设的T外零界温度时,车外风机9以100%转速运行;当T外实大于预设的T外零界温度时,车外风机9降频以85%转速运行;该T外零界优选为7℃,制热模式时车内风机8可手动调节档位或者根据A值的大小进行自动调节:当A≥2时,车内风机8以100%转速运行;当0≤A<2时,车内风机8以80%转速运行;当-3<A<0时,车内风机8以60%转速运行;当A≤-3时,车内风机8以60%转速运行;
制冷模式下车外风机9根据车外换热器3芯体温度进行变频,当T外芯小于预设的T外芯零界时,车外风机9以75%转速运行;当T外芯零界<T外芯<T外芯零界+5时,车外风机9以85%转速运行;T外芯≥T外芯零界+5时,车外风机9以100%转速运行,该T外芯零界优选为40℃;而制冷模式下车内风机8可手动调节档位或者根据A1值的大小进行自动调节:当A1≥2时,车内风机8以100%转速运行;当0≤A1<2时,车内风机8以80%转速运行;当-3<A1<0时,车内风机8以60%转速运行。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述,不作为对本发明范围的限定,在不脱离本发明设计精神的基础上,对本发明技术方案作出的各种变形和改造,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。