CN107351637A - 一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统 - Google Patents

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夏国明
孙超
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Abstract

本发明涉及一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，其包括：暖风热泵系统，其将电动车驱动电机产生的热量吸收并转换为热介质输出；暖风加热模块，包括设于车内的暖风器，暖风器接受暖风热泵系统输出的热介质并将热量吸收给向车内送出的热空气，以降低车载空调系统供暖的电力消耗。通过上述技术方案，本发明利用纯电动乘用客车现有整车驱动电机和驱动电机控制器的需要降温的散（废）热资源，添加一套专用热泵供暖系统，吸收驱动电机和驱动电机驱动器的散（废）热，经热泵系统，把热量增量转移到整车车内，做到节能降耗，解决了纯电动客车冬季供暖、节能、和行驶续航里程相互制约的问题。

Description

一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车，尤其是涉及一种用于降低纯电动乘用客车的电池电力消耗的车载空调系统。
背景技术
纯电动客车乘用客车，由于其动力来源是车载动力电池，受车身和车载动力电池性能、容量的限制，在不能完全满足续航里程的前提下，还要给整车乘客提供乘用舒适性供暖的变频空调系统提供宝贵的电能
纯电动乘用客车冬季供暖，常规采用车载顶置（变频）空调系统转换为热泵制热模式下制热供热，当环境温度低于2 度后，车载顶置（变频）空调系统热泵制热模式下工作需要频繁地给系统除霜，所以当环境温度低于2 度时，顶置顶置（变频）空调热泵制热模式下是无法正常连续的提供车内需求的供热量，无法满足乘客基本取暖需求。为满足纯电动乘用客车对客车内供暖的需求，纯电动客车需要开启PTC辅助加热系统，由于PTC 辅助加热系统加热功率很大，受车载动力电池容量的限制，不可能完全匹配相应行驶里程的PTC 辅助加热系统所需的动力电池容量，使用PTC辅助加热系统，严重影响纯电动客车的行驶里程。随着行驶里程的增加，车载动力电池所提供的电能逐渐减少，由于给整车乘客提供乘用舒适性供暖的车载变频空调系统对电能的需求始终没有减少。为此，纯电动车整车控制系统为了满足基本行驶续航里程的需求，会逐渐减小顶置（变频）空调系统的动力供给需求，使得给整车乘客提供乘用舒适性供暖的顶置（变频）空调系统只能在欠佳的工况下工作，严重影响顶置（变频）空调系统应提供给车内乘客所需的供热量。
发明内容
本发明主要目的是提供一种用于降低纯电动乘用客车的电池电力消耗的车载空调系统，其可解决纯电动客车冬季供暖和纯电动客车续航里程相互制约的问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，其包括：
暖风热泵系统，其将电动车驱动电机产生的热量吸收并转换为热介质输出；
暖风加热模块，包括设于车内的暖风器，暖风器接受暖风热泵系统输出的热介质并将热量吸收给向车内送出的热空气，以降低车载空调系统供暖的电力消耗。
通过上述技术方案，本发明利用纯电动乘用客车现有整车驱动电机和驱动电机控制器的需要降温的散（废）热资源，添加一套专用热泵供暖系统，吸收驱动电机和驱动电机驱动器的散（废）热，经热泵系统，把热量增量转移到整车车内，做到节能降耗，解决了纯电动客车冬季供暖、节能、和行驶续航里程相互制约的问题。
附图说明
附图1是本发明的一种原理示意图。
附图2是暖风热泵模块的一种结构示意图。
附图3是本发明安装在车体的一种结构示意图。
附图4是暖风循环示意图。
其中：1、直流变频压缩机；2、汽液分离器；3、热端循环水泵；4、热端板式一体式热交换器；5、冷端板式一体式热交换器；6、电子膨胀阀；7、视液镜；8、干燥过滤器；9、热泵控制系统；10、机架； 11、连接管路；21、热端膨胀水箱；22、暖风器；23、PTC 辅助加热系统；31、电动车驱动电机；32、冷端循环水泵；33、散热器；34、冷端膨胀水箱；35、散热风机。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本发明一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，如附图1、附图2、附图3、附图4所示，其包括：
暖风热泵系统，其将电动车驱动电机31产生的热量吸收并转换为热介质输出；
暖风加热模块，包括设于车内的暖风器22，暖风器22接受暖风热泵系统输出的热介质并将热量吸收给向车内送出的热空气，以降低车载空调系统供暖的电力消耗。
暖风热泵系统包括：
热端板式一体式热交换器4，其热源侧进口连接电动车驱动电机31的电动机冷却系统的介质输出口，热源侧出口连接电动机冷却系统的散热器33的入口，散热器33的出口连接电动机冷却系统的介质入口；
冷端板式一体式热交换器5，其加热侧进口连接热端板式一体式热交换器4被加热侧的出口，并在连接管路上设置干燥过滤器8；其加热侧出口连接热端板式一体式热交换器4被加热侧的进口，并在连接管路上设置直流变频压缩机1和气液分离器2；
其中，所述暖风器22介质入口连接冷端板式一体式热交换器5被加热侧的出口；介质出口连接冷端板式一体式热交换器5被加热侧的入口，并在连接管路上设置热端膨胀水箱21。
暖风热泵系统为模块化结构，该模块化结构包括平置的直流变频压缩机1，直流变频压缩机1的上方设置气液分离器2、侧部并列设置冷端板式一体式热交换器5和热端板式一体式热交换器4，冷端板式一体式热交换器5与直流变频压缩机1之间设置电子膨胀阀6和干燥过滤器8。暖风热泵系统采用这种模块化结构，结构紧凑，减小车内空间的占用；尤其是，回路短，部件之间流通距离小，减少热量损失，具有较高的热转化效率。
本发明的原理如下：纯电动乘用客车开始行驶时，先开启驱动电机和驱动电机控制器的冷却回路冷端循环水泵34，散热风机35工作，冷却系统内的液体开始循环流动，驱动电机和驱动电机控制器开始工作，当驱动电机温度或驱动电机控制器冷却系统管路内液体温度大于40 度时，开启热泵供暖系统，冷端循环水泵32、直流变频压缩机1 开始运转工作。由于驱动电机和驱动电机控制器冷却系统、循环液体、散热管33和热泵供暖系统吸收（回收）热量的板式交换器5 采用串联连接的方式，驱动电机和驱动电机控制器冷却系统需要散热的液体经过热泵供暖系统的冷端热交换器5 和热泵系统内介质发生全热交换，热泵供暖系统冷端板式热交换器内介质经电子膨胀阀6 节流蒸发气化，介质气化吸热使冷端板式热交换器内温度减低，对流经该板式热交换器内的驱动电机和驱动电机控制器需散热的循环液体降温，达到了热泵供暖系统冷端板式热交换器5 内介质需要加热和驱动电机和驱动电机冷却系统内循环液体需要降温的工作要求。热泵供暖系统需要得到了系统需求的热量，驱动电机和驱动电机控制器冷却系统循环回路需要散热而释放的热量，相互制约平衡。
热泵供暖系统冷端板式热交换器5 内已吸热的气态介质（R134A）经热泵供暖系统直流变频压缩机1 压缩成高温高压的介质气体，经热端板式热交换器4，与车内暖风供暖系统内循环液体全热交换，车内暖风供暖系统内循环液体温度升高，当车内暖风供暖系统内循环液体温度大于25 度时，开启车内暖风供暖器风机，向车内供暖。按照逆卡诺循环原理工作，热泵供暖系统冷端板式热交换器5 输入的热量（功率）大，专用热泵供暖系统工作直流变频压缩机1 所需的驱动功率就小，就能低功耗、高效能的提升输出车内取暖所需的热（功率）量，在与其匹配的控制系统的控制下，使热泵系统运行在高效节能的最佳的工作状态，很好解决了纯电动客车冬季供暖、节能和行驶续航里程相互制约的问题，也给乘客带来满意舒适的乘车环境。
热泵供暖控制系统：该控制系统负责热泵供暖系统的正常运行。控制系统输入接口有温度采集传感器、液位开关、高低压开关等；控制输出接口有控制热泵系统逆卡诺循环回路的电子膨胀阀驱动接口、控制暖风系统循环水泵驱动接口、控制暖风系统循环风机的驱动接口等。
控制系统实时采集暖风热泵系统外围各输入点的数据参数，根据所采集的数据参数，经分析判断后实时控制相关所需要执行驱动的外围零部件，使热泵供暖系统在低耗高效的工况下高效的工作运行，为了更好的管理运行车载空调系统，该专用热泵供暖系统管理有车载变频空调系统控制集成统一管理，当开启热泵供暖系统给车内环境送风供暖时，也同时自动开启顶置空调蒸发风机，上有顶置变频空调机组蒸发风机运行在最小风速下向车内下方送风，下有侧置暖风系统向车内送风，热空气上升至车内顶部空间，再经顶置空调蒸发风机送回至车内空间，使车内整个车内环境都参与有效的热空气的对流循环，保证了车内温度舒适均匀，空气对流布局如图4所示。
如下为测试记录。
现场调试阶段主要条件：环境温度16±1℃、模拟散热水源温度19±1℃，暖风散热器4 台串联工作，热流量4000 瓦/台、风机出风量400 立方米/小时，工作电压：DC24V,风机功率25 瓦/台。
测试运行结果是：
1、当模拟散热介质（水）流量30 升/分钟，暖风加热回路温度60±2℃，直流变频压缩机转速600 转，电子膨胀阀开度220，直流工作电压520 伏时，整机工作电流为0.5A，暖风散热器出风温度为55±2℃，功耗为260 瓦左右+100瓦（暖风散热器电机功率）左右。
2、当模拟散热介质（水）流量1 升/分钟，暖风加热回路温度60±2℃，直流变频压缩机转速3500 转，电子膨胀阀开度130，直流工作电压520 伏时，整机工作电流为8.5A，暖风散热器出风温度为55±2℃，功耗为4400 瓦左右+100瓦（暖风散热器电机功率）左右。
3、上车测试：当不开启热泵供暖系统时，纯电动车正常行驶中，驱动电机温度大于140℃、驱动电机控制器温度大于50℃，当热泵供暖系统工作时，暖风供热回路温度60±2℃，驱动电机温度小于85℃、驱动电机控制器温度小于25℃，有效的降低了驱动电机和驱动电机控制器的工作温度，使驱动电机和驱动电机控制器在更佳的环境温度下工作，保证了纯电动客车整车在最佳的工况下工作行驶运行，也最大限度的利用了纯电动客车的热能资源，废（余）热得到了很好的有效利用，解决了纯电动客车冬季供暖、节能和行驶续航里程间相互制约的问题。

Claims (3)

1.一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，其特征在于包括：
暖风热泵系统，其将电动车驱动电机（31）产生的热量吸收并转换为热介质输出；
暖风加热模块，包括设于车内的暖风器（22），接受暖风热泵系统输出的热介质并将热量吸收给向车内送出的热空气，以降低车载空调系统供暖的电力消耗。
2.根据权利要求1所述的一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，其特征在于：所述暖风热泵系统包括：
热端板式一体式热交换器（4），其热源侧进口连接电动车电动机冷却系统的介质输出口，热源侧出口连接电动机冷却系统的散热器（33）的入口，散热器（33）的出口连接电动机冷却系统的介质入口；
冷端板式一体式热交换器（5），其加热侧进口连接热端板式一体式热交换器（4）被加热侧的出口，并在连接管路上设置干燥过滤器（8）；其加热侧出口连接热端板式一体式热交换器（4）被加热侧的进口，并在连接管路上设置直流变频压缩机（1）和气液分离器（2）；
其中，所述暖风器（22）介质入口连接冷端板式一体式热交换器（5）被加热侧的出口；介质出口连接冷端板式一体式热交换器（5）被加热侧的入口，并在连接管路上设置热端膨胀水箱（21）。
3.根据权利要求1或2所述的一种降低电池电力消耗的电动乘用客车车载空调系统，其特征在于：所述暖风热泵系统为模块化结构，该模块化结构包括平置的直流变频压缩机（1），直流变频压缩机（1）的上方设置气液分离器（2）、侧部并列设置冷端板式一体式热交换器（5）和热端板式一体式热交换器（4），冷端板式一体式热交换器（5）与直流变频压缩机（1）之间设置电子膨胀阀（6）和干燥过滤器（8）。
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