CN107356002B - 热泵空调系统及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热泵空调系统及电动汽车，该系统包括：HVAC总成、压缩机、室外换热器和内部设置有蒸发器的电池包，HVAC总成包括室内冷凝器、室内蒸发器和风门机构，室内冷凝器经由第一节流支路或第一通流支路与室外换热器的连通，室外换热器经由第二节流支路或第二通流支路与室内蒸发器连通，室内蒸发器与压缩机连通；电池包内的蒸发器经由导通或截止的电池冷却支路与室外换热器或室内蒸发器连通，并且经由导通或截止的电池加热支路与压缩机连通，电池包内的蒸发器经由导通或截止的电池冷却回流支路与压缩机连通，并且经由导通或截止的电池加热回流支路与室内冷凝器连通。由此，可以达到提高采暖能效，利用空调系统为电池包加热或冷却等效果。

Description

热泵空调系统及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车的空调领域，具体地，涉及一种热泵空调系统及电动汽车。
背景技术
电动汽车没有传统汽车用来采暖的发动机余热，无法提供采暖热源。因此，电动汽车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即采用热泵型空调系统和/或电加热供热。
公开号为CN205039220U的实用新型专利公开了一种汽车动力电池冷却系统。该系统虽可以在各类电动汽车给电池冷却空调系统中使用，但该系统单一只有冷却系统，没有电池加热系统，该专利技术仅能满足电池高温冷却使用，无法满足低温下给电池加热的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种热泵空调系统及电动汽车，可以不改变制冷剂循环方向即可实现汽车空调系统制冷和制热、从而达到给电池冷却和加热，同时又能满足车内制冷和供暖需求。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种热泵空调系统，所述系统包括：HVAC总成、压缩机、室外换热器和内部设置有蒸发器的电池包，所述HVAC总成包括室内冷凝器、室内蒸发器和风门机构，所述风门机构用于选择性地导通通向所述室内冷凝器的风道和/或通向所述室内蒸发器的风道，所述室内冷凝器的出口选择性地经由第一节流支路或第一通流支路与所述室外换热器的入口连通，所述室外换热器的出口选择性地经由第二节流支路或第二通流支路与所述室内蒸发器的入口连通，所述室内蒸发器的出口与所述压缩机的入口连通；所述电池包内的蒸发器的入口经由选择性导通或截止的电池冷却支路与所述室外换热器的出口或所述室内蒸发器的入口连通，并且经由选择性导通或截止的电池加热支路与所述压缩机的出口连通，所述电池包内的蒸发器的出口经由选择性导通或截止的电池冷却回流支路与所述压缩机的入口连通，并且经由选择性导通或截止的电池加热回流支路与所述室内冷凝器的出口连通。
可选地，所述电池包内的蒸发器的入口经由所述电池冷却支路与所述室外换热器的出口连通，并且在所述电池冷却支路上设置有第一膨胀阀。
可选地，所述电池冷却支路上还设置有第一开关阀和第一单向阀，所述第一膨胀阀的入口通过所述第一开关阀与所述室外换热器的出口连通，所述第一膨胀阀的出口通过所述第一单向阀与所述电池包内的蒸发器的入口连通。
可选地，所述电池包内的蒸发器的入口经由所述电池冷却支路与所述室内蒸发器的入口连通，并且在所述电池冷却支路上设置有流量阀。
可选地，所述电池冷却支路上还设置有第二开关阀和第二单向阀，所述流量阀的入口经由所述第二开关阀与所述室内蒸发器的入口连通，所述流量阀的出口经由所述第二单向阀与所述电池包内的蒸发器的入口连通。
可选地，所述电池加热支路上设置有第三开关阀。
可选地，所述电池冷却回流支路上设置有第四开关阀。
可选地，所述电池加热回流支路上设置有第五开关阀。
可选地，所述电池加热回流支路上还设置有第三单向阀。
可选地，所述室内蒸发器的出口经由第四单向阀与所述压缩机的入口连通。
可选地，所述第一通流支路上设置有第六开关阀，所述第一节流支路上设置有第二膨胀阀。
可选地，所述热泵空调系统还包括第一膨胀开关阀，该第一膨胀开关阀的入口与所述室内冷凝器的出口连通，该第一膨胀开关阀的出口与所述室外换热器的入口连通，所述第一节流支路为所述第一膨胀开关阀的节流流道，所述第一通流支路为所述第一膨胀开关阀的通流流道。
可选地，所述第二通流支路上设置有第七开关阀，所述第二节流支路上设置有第三膨胀阀。
可选地，所述热泵空调系统应用于电动汽车，并且所述热泵空调系统还包括：板式换热器，其中，所述板式换热器设置在所述第二通流支路中，并且所述板式换热器同时设置在所述电动汽车的电机冷却系统中。
可选地，所述板式换热器的制冷剂入口与所述室外换热器的出口连通，所述板式换热器的制冷剂出口与所述第七开关阀的入口连通。
可选地，所述电机冷却系统包括与所述板式换热器串联以形成回路的电机、电机散热器和水泵。
可选地，所述热泵空调系统还包括第二膨胀开关阀，该第二膨胀开关阀的入口与所述室外换热器的出口连通，该第二膨胀开关阀的出口与所述室内蒸发器的入口连通，所述第二节流支路为所述第二膨胀开关阀的节流流道，所述第二通流支路为所述第二膨胀开关阀的通流流道。
可选地，所述热泵空调系统应用于电动汽车，并且所述热泵空调系统还包括：板式换热器，其中，所述板式换热器的制冷剂入口与所述第二膨胀开关阀的出口连通，所述板式换热器的制冷剂出口与所述室内蒸发器的入口连通，并且所述板式换热器同时设置在所述电动汽车的电机冷却系统中。
可选地，所述电机冷却系统包括冷却液干路、第一冷却液支路和第二冷却液支路，所述冷却液干路的第一端选择性地与所述第一冷却液支路的第一端或所述第二冷却液支路的第一端连通，所述第一冷却液支路的第二端和所述第二冷却液支路的第二端与所述冷却液干路的第二端连通，其中，在所述冷却液干路上串联有电机、电机散热器和水泵，在所述第一冷却液支路上串联有所述板式换热器。
可选地，所述热泵空调系统还包括气液分离器，所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口连通，所述气液分离器的入口与所述室内蒸发器的出口和所述电池冷却回流支路连通。
可选地，所述HVAC总成还包括PTC加热器，该PTC加热器用于对流经所述室内冷凝器的风进行加热。
可选地，所述PTC加热器布置在所述室内冷凝器的迎风侧或背风侧。
可选地，所述电池包包括电池包箱体和设置在该电池包箱体内的多个动力电池，所述蒸发器设置在所述电池包箱体内并与所述多个动力电池紧密贴合。
根据本发明的第二个方面，提供一种电动汽车，包括本发明第一方面所述的热泵空调系统。
本发明提供的热泵空调系统，在不改变制冷剂循环方向的情况下即可实现汽车空调系统制冷和制热、从而起到给电池冷却和加热的作用，同时又能满足车内制冷和供暖需求。本发明中，HVAC总成中室内蒸发器和室内冷凝器的流向可通过风门机构单独控制调节，即风的流向制冷时仅流经室内蒸发器，室内冷凝器无风经过，仅作为制冷剂流道流过；采暖时仅流经室内冷凝器，室内蒸发器无风经过，仅作为制冷剂流道流过；需要同时制冷采暖时可根据需要改变冷暖风门的开度即可实现不同出风需求。高温制冷时，低温低压的制冷剂液体进入电池包内的蒸发器吸热变为气体，并实现对电池系统的冷却功能；低温采暖时，高温高压的制冷剂气体进入电池包的蒸发器给电池加热，实现对电池系统的加热功能。本发明是一种新型的给电动汽车电池冷却加热的空调热泵系统，直接用空调制冷剂给电池换热，换热效率高，不受外环境影响，不管是在高温或是低温环境下，都能使电池工作在合适的温度范围内，提高电池的充放电效率，提高续航能力，延长电池寿命，确保安全性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图2是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图3是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图4是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图5是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图6是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图7是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图8是根据本发明的另一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图；
图9是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的俯视结构示意图；
图10是沿图9中线AB-AB所剖得的剖面结构示意图，其中，第一阀口和第二阀口均处于打开状态；
图11是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的沿一个视角的正视结构示意图；
图12是沿图9中线AB-AB所剖得的剖面结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态，第二阀口处于闭合状态；
图13是沿图9中线AB-AB所剖得的剖面结构示意图，其中，第一阀口处于闭合状态，第二阀口处于打开状态；
图14是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的沿另一个视角的正视结构示意图。
图15是沿图14中线AC-AC所剖得的剖面结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态，第二阀口处于闭合状态；
图16是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的第一内部结构示意图，其中，第一阀口和第二阀口均处于打开状态；
图17是图16中A部的局部放大图；
图18是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的第二内部结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态，第二阀口处于关闭状态；
图19是本发明优选实施方式提供的膨胀开关阀的第三内部结构示意图，其中，第一阀口处于关闭状态，第二阀口均处于打开状态。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是相对于附图的图面方向而言的，“上游、下游”是相对于媒介，如，制冷剂的流动方向而言的，具体地，朝向制冷剂的流动方向为下游，背离制冷剂的流动方向为上游，“内、外”是指相应部件轮廓的内与外。
在本发明中，电动汽车可以包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。
图1是根据本发明的一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括：HVAC(采暖通风及空调，Heating Ventilation and Air Conditioning)总成600、压缩机604和室外换热器605和内部设置有蒸发器的电池包620。其中，HVAC总成600可以包括室内冷凝器601、室内蒸发器602和风门机构(未示出)，其中，风门机构可以用于选择性地导通通向室内冷凝器601的风道和/或通向室内蒸发器602的风道。
在本发明中，HVAC总成中，通向室内冷凝器601的风道和通向室内蒸发器602的风道的导通和关闭可以通过风门机构来被独立控制。也就是说，通过风门机构，可以控制风只通过室内冷凝器601，或者只通过室内蒸发器602，或者通过室内冷凝器601和室内蒸发器602两者，由此，可以实现风向的独立控制。
此外，如图1所示，电池包620内的蒸发器的入口经由选择性导通或截止的电池冷却支路621与室外换热器605的出口或室内蒸发器602的入口连通，电池冷却支路621在导通的情况下可以对电池包620进行冷却，避免电池包620在过高的温度下工作；电池包620内的蒸发器的入口还经由选择性导通或截止的电池加热支路622与压缩机604的出口连通，电池加热支路622在导通的情况下可以对电池包620进行加热，避免电池包620在过低的温度下工作；电池包620内的蒸发器(未示出)的出口经由选择性导通或截止的电池冷却回流支路623与压缩机604的入口连通，以与上述的电池冷却支路621形成一个循环；电池包620内的蒸发器的出口经由选择性导通或截止的电池加热回流支路624与室内冷凝器601的出口连通，以与上述的电池加热支路622形成一个循环。这里需要说明的是，在本发明中，电池包620可以包括电池包箱体和设置在该电池包箱体内的多个动力电池，蒸发器设置在电池包箱体内并与多个动力电池紧密贴合。这样，制冷剂流经蒸发器进行换热，而蒸发器与多个动力电池紧密贴合，使得制冷剂能够与动力电池直接换热，提高换热效率。
在本发明中，室内冷凝器601的出口要么经由第一节流支路与室外换热器605的入口连通，要么经由第一通流支路与室外换热器605的入口连通。可以采用多种方式来实现这种连通方式。例如，在一种实施方式中，如图1所示，热泵空调系统还可以包括第一膨胀开关阀603，该第一膨胀开关阀603的入口与室内冷凝器601的出口连通，该第一膨胀开关阀603的出口与室外换热器605的入口连通，其中，第一节流支路为第一膨胀开关阀603的节流流道，第一通流支路为第一膨胀开关阀603的通流流道。
在本发明中，膨胀开关阀是同时具有膨胀阀功能(亦可称为电子膨胀阀功能)和开关阀功能(亦可称为电磁阀功能)的阀门，可以将其视为是开关阀与膨胀阀的集成。在膨胀开关阀的内部形成有通流流道和节流流道，当膨胀开关阀作为开关阀使用时，其内部的通流流道导通，此时形成通流支路；当膨胀开关阀作为膨胀阀使用时，其内部的节流流道导通，此时形成节流支路。
作为另一种替换的实施方式，如图2所示，该热泵空调系统还可以包括第六开关阀608和第二膨胀阀607，其中，第一通流支路上设置有第六开关阀608，第一节流支路上设置有第二膨胀阀607。具体地，室内冷凝器601的出口经由第六开关阀608与室外换热器605的入口连通以形成第一通流支路，室内冷凝器601的出口经由第二膨胀阀607与室外换热器605的入口连通以形成第一节流支路。当系统处于高温制冷模式下时，第六开关阀608导通，第二膨胀阀607关闭，室内冷凝器601的出口经由第一通流支路与室外换热器605的入口连通。当系统处于低温采暖模式下时，第二膨胀阀607导通，第六开关阀608关闭，室内冷凝器601的出口经由第一节流支路与室外换热器605的入口连通。
与第一通流支路和第一节流支路的实现方式相类似，作为第二通流支路和第二节流支路的其中一种实施方式，如图1所示，热泵空调系统还可以包括第二膨胀开关阀606，该第二膨胀开关阀606的入口与室外换热器605的出口连通，该第二膨胀开关阀606的出口与室内蒸发器602的入口连通，其中，第二节流支路为第二膨胀开关阀606的节流流道，第二通流支路为第二膨胀开关阀606的通流流道。
作为另一种替换的实施方式，如图3所示，该热泵空调系统还可以包括第七开关阀610和第三膨胀阀609，其中，第二通流支路上设置有第七开关阀610，第二节流支路上设置有第三膨胀阀609。具体地，如图3所示，室外换热器605的出口经由第七开关阀610与室内蒸发器602的入口连通以形成第二通流支路，室外换热器605的出口经由第三膨胀阀609与室内蒸发器602的入口连通以形成第二节流支路。当系统处于高温制冷模式下时，第三膨胀阀609导通，第七开关阀610关闭，室外换热器605的出口经由第二节流支路与室内蒸发器602的入口连通。当系统处于低温采暖模式下时，第七开关阀610导通，第三膨胀阀609关闭，室外换热器605的出口经由第二通流支路与室内蒸发器602的入口连通。
为了方便管路布设，节省空间占用，优选地，在本发明提供的热泵空调系统中采用第一膨胀开关阀603和第二膨胀开关阀606，即，图1所示的实施方式。
此外，在本发明中，如图1所示的实施方式中，电池包620内的蒸发器的入口经由电池冷却支路621与室外换热器605的出口连通，电池冷却支路621上设置有第一膨胀阀635，用于在制冷剂流入电池包之前对制冷剂进行节流处理。此外，该电池冷却支路621还设置有第一开关阀625和第一单向阀626，第一膨胀阀635的入口通过第一开关阀625与室外换热器605的出口连通，第一膨胀阀635的出口通过第一单向阀626与电池包620内的蒸发器的入口连通。在本实施方式中，室外换热器605的出口形成为两路，其中一路通向第二膨胀开关阀606，第二膨胀开关阀606与室内蒸发器602连通，另一路即为电池冷却支路621。
在另一种实施方式中，如图4所示，电池冷却支路621上设置有流量阀627，用于调节进入电池包620内的制冷剂的流量大小。此外，该电池冷却支路621上还设置有第二开关阀628和第二单向阀629，流量阀627的入口经由第二开关阀628与室内蒸发器602的入口连通，流量阀627的出口经由第二单向阀629与电池包620内的蒸发器的入口连通。在本实施方式中，室外换热器605的出口与第二膨胀开关阀606的入口连通，第二膨胀开关阀606的出口形成为两路，其中一路通向室内蒸发器602，另一路即为电池冷却支路621。为了方便管路布设，节省空间占用，优选地，在本发明提供的热泵空调系统中采用如图4和所示的实施方式。
图4示出了根据本发明的另一实施方式的热泵空调系统的结构示意图。如图4所示，该热泵空调系统还可以包括气液分离器611，其中，室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口连通，气液分离器611的出口与压缩机604的入口连通。这样，经室内蒸发器602流出的制冷剂可以首先经过气液分离器611进行气液分离，分离出的气体再回流到压缩机604中，从而防止液态制冷剂进入到压缩机604而损坏压缩机604，从而可以延长压缩机604的使用寿命，并提高整个热泵空调系统的效率。
下面将以图4和图5为例来详细描述本发明提供的热泵空调系统在不同的工作模式下的循环过程及原理。应当理解的是，其他实施方式(例如，图1至图3所示的实施方式)下的系统循环过程及原理与图4和图5是相似的，此处就不再一一赘述。
首先需要说明的是，电池加热支路622上设置有第三开关阀630，电池冷却回流支路623上设置有第四开关阀631，电池加热回流支路624上设置有第五开关阀632，电池冷却支路621上设置有第二开关阀628，经上述开关阀的开闭组合，可以实现各条支路的导通或截止。
模式一：高温制冷模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个高温制冷循环系统。如图4所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连。此时，通过风门机构控制风不经过室内冷凝器601，由于无风经过，因此，在室内冷凝器601内不会进行热交换，该室内冷凝器601仅作为流道使用，此时室内冷凝器601出口仍为高温高压的气体。室内冷凝器601出口与第一膨胀开关阀603相连，此时第一膨胀开关阀603起开关阀作用，仅作为流道流过，此时第一膨胀开关阀603出口仍为高温高压的气体。第一膨胀开关阀603出口与室外换热器605相连，室外换热器605与室外空气换热，把热量散发到空气中，室外换热器605出口为中温高压的液体。室外换热器605出口与第二膨胀开关阀606相连，此时第二膨胀开关阀606起膨胀阀作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。第二膨胀开关阀606开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口之间的压力-温度传感器的压力和温度采集数据计算蒸发器出口制冷剂过热度来调节。第二膨胀开关阀606出口与室内蒸发器602的入口相连，低温低压液体在室内蒸发器602内进行蒸发，使得室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中风的流向仅流经室内蒸发器602，室内冷凝器601无风经过，仅作为制冷剂流道流过。
在这个循环中，第三开关阀630和第五开关阀632关闭，使电池加热支路622和电池加热回流支路624断开，同时打开第二开关阀628和第四开关阀631，使电池冷却支路621和电池冷却回流支路623导通。这样，从第二膨胀开关阀606出来的低温低压制冷剂液体分成两路，第一路流经第二开关阀628进入到电池包620的蒸发器中，低温低压的制冷剂液体在电池包620内的蒸发器吸收电池的热量变为制冷剂气体，从电池包620内的蒸发器出口出来的制冷剂气体流经第四开关阀631与下述的第二路的低温低压气体合流；第二路流经室内蒸发器602，通过室内蒸发器602吸热变为低温低压的制冷剂气体并与上述的第一路低温低压气体合流，合流后的气体进入到气液分离器611，最后制冷剂由气液分离器出口回到压缩机604入口，进而形成一个循环。此时HVAC总成600中风的流向仅流经室内蒸发器602，室内冷凝器601无风经过，仅作为制冷剂流道流过。
模式二：低温采暖模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个低温采暖循环系统。如图5所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连，高温高压的气体在室内冷凝器601内进行冷凝，使得室内冷凝器601出口为中温高压的液体。室内冷凝器601出口与第一膨胀开关阀603相连，此时第一膨胀开关阀603起膨胀阀的作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压的液体。其中，第一膨胀开关阀603的开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在压缩机604的出口处的压力-温度传感器的温度采集数据即压缩机排气温度的多少来调节。第一膨胀开关阀603出口与室外换热器605相连，室外换热器605吸收室外空气的热量，室外换热器605出口为低温低压的气体。室外换热器605出口与第二膨胀开关阀606相连，此时第二膨胀开关阀606起开关阀的作用，仅作为一个流道流过。第二膨胀开关阀606出口与室内蒸发器602的入口相连。通过风门机构控制风只流向室内冷凝器601而不流向室内蒸发器602，使得室内蒸发器602内不进行热交换，仅作为一个流道使用，其出口仍为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。
在这个循环中，第三开关阀630和第五开关阀632打开，使电池加热支路622和电池加热回流支路624导通，同时关闭第二开关阀628和第四开关阀631，使电池冷却支路621和电池冷却回流支路623断开。这样，从压缩机604出来的高温高压气体分成两路，第一路流经第三开关阀630进入到电池包620，高温高压的制冷剂气体对电池包620加热，并且在电池包620内的蒸发器换热后变为中温高压制冷剂液体，该制冷剂液体与下述的第二路的中温高压液体合流；第二路流经室内冷凝器601，通过室内冷凝器601变为中温高压的制冷剂液体与上述的第一路高温高压液体合流，合流后的液体进入到第一膨胀开关阀603，进而形成一个循环。此时HVAC总成600中风的流向仅流经室内冷凝器601，室内蒸发器602无风经过，仅作为制冷剂流道流过。
综上，本发明提供电动汽车热泵空调系统，可以不改变制冷剂循环方向即可实现汽车空调系统制冷和制热、从而达到给电池冷却和加热，同时又能满足车内制冷和供暖需求。本发明中，HVAC总成中室内蒸发器和室内冷凝器的流向可通过风门机构单独控制调节，即风的流向制冷时仅流经室内蒸发器，室内冷凝器无风经过，仅作为制冷剂流道流过；采暖时仅流经室内冷凝器，室内蒸发器无风经过，仅作为制冷剂流道流过。此外，由于本发明的热泵空调系统仅采用一个室外换热器，因此能够减小汽车前端模块的风阻，解决了无发动机余热循环系统的纯电动车或混合动力车使用纯电动模式的汽车热泵空调系统采暖能效低、无法满足除霜除雾法规要求、安装复杂等问题，达到降低能耗、简化系统结构，方便管路布置的效果。本发明直接用空调制冷剂给电池换热，换热效率高，不受外环境影响，不管是在高温或是低温环境下，都能使电池工作在合适的温度范围内，提高电池的充放电效率，提高续航能力，延长电池寿命，确保安全性。本发明提供的电动汽车热泵空调系统具有结构简单的特点，因此易于批量生产。
进一步地，在上述的实施方式中，室内蒸发器602的出口还可以经由第四单向阀634与气液分离器611的入口连通，在电池加热回流支路624上还设置有第三单向阀633。这样，可以保证流体在回路中仅能保持单一的流向，避免回流造成的危害。作为优选，第三单向阀633设置在第五开关阀632的下游，即把开关阀设置在上游，可以加强对支路开闭的控制。
进一步地，在电池冷却支路621上还可以设置有流量阀627，可以对电池冷却支路621流经电池包620的流量进行控制，防止气体流或液体流过大冲击电池包620，影响其使用寿命；同时在电池冷却支路621上还可以设置第二单向阀629，相应地，也可以避免回流的危害。
在这种情况下，作为优选，流量阀627设置在第二开关阀628的下游，并且，第二单向阀629设置在第二开关阀628的下游，可以加强对支路开闭的控制。这样，流体在电池冷却支路621上的流向是第二开关阀628→流量阀627→第二单向阀629→电池包620。
在低温采暖模式下，为了提高采暖能力，优选地，如图6和图7所示，在整个热泵空调系统中设置了板式换热器612，该板式换热器612同时也被设置在电动汽车的电机冷却系统中。这样，可以利用电机冷却系统的余热给空调系统制冷剂加热，从而可提高压缩机604的吸气温度和吸气量。
例如，如图6所示，在热泵空调系统采用第三膨胀阀609和第七开关阀610的实施方式中，板式换热器612可以如图6所示设置在第二通流支路中。例如，在一种实施方式中，板式换热器612的制冷剂入口612a与室外换热器605的出口连通，板式换热器612的制冷剂出口612b与第七开关阀610的入口连通。或者，在另一种实施方式中(未示出)，板式换热器612的制冷剂入口612a也可以与第七开关阀610的出口连通，板式换热器612的制冷剂出口612b与室内蒸发器602的入口连通。
与此同时，板式换热器612同时设置在电机冷却系统中。如图6所示，电机冷却系统可以包括与板式换热器612串联以形成回路的电机、电机散热器613和水泵614。这样，制冷剂能够通过板式换热器612与电机冷却系统中的冷却液进行热交换。经过第七开关阀610和室内蒸发器602后，室内蒸发器602的出口仍为低温低压的气体，此时第七开关阀610和室内蒸发器602仅作为流道流过。
或者，如图7所示，在热泵空调系统采用第二膨胀开关阀606的实施方式中，板式换热器612的制冷剂入口612a与第二膨胀开关阀606的出口连通，板式换热器612的制冷剂出口612b与室内蒸发器602的入口连通，并且板式换热器612同时设置在电动汽车的电机冷却系统中。这样，制冷剂能够通过板式换热器612与电机冷却系统中的冷却液进行热交换。
通过板式换热器612，可以提高空调系统在低温采暖模式下的采暖能力。
不过，在图7所示的热泵空调系统采用第二膨胀开关阀606的实施方式中，为了避免在高温制冷模式和下进行制冷剂的加热，可以采用阀门来控制是否在板式换热器612中进行热交换。具体地，电机冷却系统可以包括冷却液干路616、第一冷却液支路617和第二冷却液支路618，其中，冷却液干路616的第一端选择性地与第一冷却液支路617的第一端或第二冷却液支路618的第一端连通。例如，在一个实施方式中，冷却液干路616的第一端可以与三通阀615的进口615a连通，第一冷却液支路617的第一端可以与三通阀615的第一出口615b连通，第二冷却液支路618的第一端可以与三通阀615的第二出口615c连通，由此，通过该三通阀615，可以控制冷却液干路616的第一端选择性地与第一冷却液支路617的第一端或第二冷却液支路618的第一端连通。此外，如图7所示，第一冷却液支路617的第二端与冷却液干路616的第二端连通，并且第二冷却液支路618的第二端也与冷却液干路616的第二端连通，其中，在冷却液干路616上串联有电机、电机散热器613和水泵614，在第一冷却液支路617上串联有板式换热器612。
这样，当空调系统工作在低温采暖模式下时，此时为了提高采暖能力，需要在板式换热器612中对制冷剂进行加热。因此，在这种情况下，可以通过控制三通阀615使得第一冷却液支路617导通，由此，冷却系统中的冷却液流经板式换热器612，此时，可以实现与制冷剂的热交换。然而，当系统工作在高温制冷模式下时，此时不需要在板式换热器612中对制冷剂进行加热。因此，在这种情况下，可以通过控制三通阀615使得第二冷却液支路618导通，由此，冷却系统中的冷却液不流经板式换热器612，板式换热器612仅仅作为制冷剂的流道流过。
在本发明提供的热泵空调系统中，可使用R134a、R410a、R32、R290等各种制冷剂，优先选用中高温制冷剂。
图8是根据本发明的另一实施方式的热泵空调系统的结构示意图。如图6所示，HVAC总成600还可以包括PTC加热器619，该PTC加热器619用于对流经室内冷凝器601的风进行加热。
在本发明中，PTC加热器619可以为高压PTC(由整车高压电池驱动)，电压范围：200V-900V。或者，PTC加热器619也可以为低压PTC(12V或24V蓄电池驱动)，电压范围：9V-32V。另外，此PTC加热器619可以是由几条或几块PTC陶瓷片模块及散热翅片组成的一个完整的芯体，也可以为带散热翅片的条状或块状的PTC陶瓷片模块。
在本发明中，该PTC加热器619可以布置在室内冷凝器601的迎风侧或背风侧。并且，为了提高对流经室内冷凝器601的风的加热效果，该PTC加热器619可以与室内冷凝器601平行设置。在其他实施方式中，该PTC加热器619也可以布置在HVAC总成600的箱体的吹脚风口及除霜风口处，还可以布置在除霜风道的风口处。
如果将PTC加热器619布置在箱体内室内冷凝器601的迎风侧或背风侧，与室内冷凝器601平行布置，可在箱体壳体上挖槽，PTC加热器619垂直插入放进箱体，也可以在室内冷凝器601边板上焊接支架，PTC加热器619通过螺钉固定在室内冷凝器601的支架上。如果将PTC加热器619布置在箱体的吹脚风口及除霜风口处，或布置在除霜风道的风口处，可通过螺钉直接固定在箱体出风口及风道口的风口处。
通过这一实施方式，当车外温度过低，热泵低温采暖的制热量不满足车内需求时，可运行PTC加热器619辅助制热采暖，由此可以消除热泵空调系统低温制热时制热量小，整车除霜除雾慢，采暖效果不佳等缺陷。
如上，在本发明中，膨胀开关阀是同时具有膨胀阀功能和开关阀功能的阀门，可以将其视为是开关阀与膨胀阀的集成。在下文中将提供一种膨胀开关阀的示例实施方式。
如图9所示，上文提及的膨胀开关阀可以包括阀体500，其中，该阀体500上形成有进口501、出口502以及连通在进口501和出口502之间的内部流道，内部流道上安装有第一阀芯503和第二阀芯504，第一阀芯503使得进口501和出口502直接连通或断开连通，第二阀芯504使得进口501和出口502通过节流口505连通或断开连通。
其中，第一阀芯所实现的“直接连通”是指从阀体500的进口501进入的冷却剂可以越过第一阀芯而通过内部流道不受影响地直接流到阀体500的出口502，第一阀芯所实现的“断开连通”是指从阀体500的进口501进入的冷却剂无法越过第一阀芯而不能通过内部流道流向阀体500的出口502。第二阀芯所实现的“通过节流口连通”是指从阀体500的进口501进入的冷却剂可以越过第二阀芯而通过节流口的节流后流到阀体500的出口502，而第二阀芯所实现的“断开连通”是指从阀体500的进口501进入的冷却剂无法越过第二阀芯而不能通过节流口505流到阀体500的出口502。
这样，通过对第一阀芯和第二阀芯的控制，本发明的膨胀开关阀可以使得从进口501进入的冷却剂至少实现三种状态。即，1)截止状态；2)越过第一阀芯503的直接连通状态；以及3)越过第二阀芯504的节流连通方式。
其中，高温高压的液态制冷剂再经过节流口505节流后，可以成为低温低压的雾状的液压制冷剂，可以为制冷剂的蒸发创造条件，即节流口505的横截面积小于出口504的横截面积，并且通过控制第二阀芯，节流口505的开度大小可以调节，以控制流经节流口505的流量，防止因制冷剂过少产生的制冷不足，以及防止因制冷剂过多而使得压缩机产生液击现象。即，第二阀芯504和阀体500的配合可以使得膨胀开关阀具有膨胀阀的功能。
这样，通过在同一阀体500的内部流道上安装第一阀芯503和第二阀芯504，以实现进口501和出口502的通断控制和/或节流控制功能，结构简单，易于生产和安装，且当本发明提供的膨胀开关阀应用于热泵系统时，可以减少整个热泵系统的制冷剂充注量，降低成本，简化管路连接，更利于热泵系统的回油。
作为阀体500的一种示例性的内部安装结构，如图9至图14所示，阀体500包括形成内部流道的阀座510和安装在该阀座510上的第一阀壳511和第二阀壳512，第一阀壳511内安装有用于驱动第一阀芯503的第一电磁驱动部521，第二阀壳512内安装有用于驱动第二阀芯504的第二电磁驱动部522，第一阀芯503从第一阀壳511延伸至阀座510内的内部流道，第二阀芯504从第二阀壳512延伸至阀座510内的内部流道。
其中，通过对第一电磁驱动部521，如，电磁线圈，的通断电的控制能够方便地控制第一阀芯503的位置，进而控制进口501和出口502直接连通或断开连通；通过对第二电磁驱动部522，如，电磁线圈，的通断电的控制能够方便地控制第二阀芯504的位置，从而控制进口501和出口502是否与节流口505连通。换言之，阀体500内并联安装有共有进口501和出口502的电子膨胀阀和电磁阀，因而能够实现膨胀开关阀的通断和/或节流的自动化控制，且简化管路走向。
为充分利用膨胀开关阀的各个方向的空间位置，避免膨胀开关阀和不同管路连接产生干涉，阀座510形成为多面体结构，第一阀壳511、第二阀壳512、进口501和出口502分别设置在该多面体结构的不同表面上，其中，第一阀壳511和第二阀壳512的安装方向相互垂直，进口501和出口502的开口方向相互垂直。这样，可以将进口、出口管路连接在多面体结构的不同表面上，能够避免管路布置凌乱、纠缠的问题。
作为膨胀开关阀的一种典型的内部结构，如图9至图12所示，内部流道包括分别与进口501连通的第一流道506和第二流道507，第一流道506上形成有与第一阀芯503配合的第一阀口516，节流口505形成在第二流道507上以形成为与第二阀芯504配合的第二阀口517，第一流道506和第二流道507交汇于第二阀口517的下游并与出口502连通。
即，通过变换第一阀芯503的位置来实现对第一阀口516的关闭或打开，进而控制连通进口501和出口502的第一流道506的截断或导通，从而可以实现上文描述的电磁阀的连通或断开连通的功能。同样地，通过变换第二阀芯504的位置来实现对第二阀口517的截断或导通，从而可以实现电子膨胀阀的节流功能。
第一流道506和第二流道507可以以任意合适的布置方式分别连通进口501和出口502，为减少阀体500的整体占用空间，如图13所示，第二流道507与出口502同向开设，第一流道506形成为与第二流道507相互垂直的第一通孔526，进口501通过开设在第二流道507侧壁上的第二通孔527与第二流道507连通，第一通孔526和第二通孔527与进口501分别连通。其中，第一通孔526可以与第二通孔527在空间垂直设置或者平行设置，本发明对此不作限制，均属于本发明的保护范围之中。
为进一步简化阀体500的整体占用空间，如图15至图19所示，进口501与出口502相互垂直地开设在阀体500上。这样，如图16至图18所示，进口501的轴线、出口502的轴线(即第二流道507的轴线)，和第一流道506的轴线在空间两两垂直地布置，从而防止第一阀芯503和第二阀芯504的移动产生干涉，且能够最大化地利用阀体500的内部空间。
如图12和图13所示，为便于实现第一阀口516的关闭和打开，第一阀芯503沿移动方向与第一阀口516同轴布设以可选择地封堵或脱离第一阀口516。
为便于实现第二阀口517的关闭和打开，第二阀芯504沿移动方向与第二阀口517同轴布设以可选择地封堵或脱离第二阀口517。
其中，如图15所示，为保证第一阀芯503对第一流道506堵塞的可靠性，第一阀芯503可以包括第一阀杆513和连接在该第一阀杆513端部的第一堵头523，该第一堵头523用于密封压靠在第一阀口516的端面上以封堵第一流道506。
为便于调节膨胀开关阀的节流口505的开度大小，如图12和图13所示，第二阀芯504包括第二阀杆514，该第二阀杆514的端部形成为锥形头结构，第二阀口517形成为与该锥形头结构相配合的锥形孔结构。
其中，膨胀开关阀的节流口505开度可以通过第二阀芯504的上下移动来调节，而第二阀芯504的上下移动可以通过第二电磁驱动部522来调节。若膨胀开关阀的节流口505的开度为零，如图12所示，第二阀芯504处于最低位置，第二阀芯504封堵第二阀口517，制冷剂完全不能通过节流口505，即第二阀口517；若膨胀开关阀节流口505具有开度，如图13所示，第二阀芯504的端部的锥形头结构与节流口505之间具有空隙，制冷剂节流后再流至出口502。若需要增加膨胀开关阀的节流开度时，可以通过控制第二电磁驱动部522，使得第二阀芯504向上移动，以使得锥形头结构远离节流口505，从而实现节流口505开度的变大；相反，当需要减少膨胀开关阀的节流口505的开度时，可以驱使第二阀芯504相下移动即可。
使用时，当只需要使用膨胀开关阀的电磁阀功能时，如图12、图15和图18所示，第一阀芯503脱离第一阀口516，第一阀口516处于打开状态，第二阀芯504处于最低位置，第二阀芯504将节流孔505封堵上，从进口501流入至内部流道的制冷剂完全不能通过节流孔505，只能依次通过第一阀口516、第一通孔526流入至出口502中。当电磁阀断电，第一阀芯503向左移动，第一堵头523和第一阀口516分离，制冷剂可以从第一通孔526中通过；当电磁阀通电，第一阀芯503向右移动，第一堵头523和第一阀口516贴合，制冷剂无法从第一通孔526中通过。
需要说明的是，图12和图18中的带箭头的虚线代表制冷剂在使用电磁阀功能时的流通路线以及走向。
当只需要使用膨胀开关阀的电子膨胀阀功能时，如图13和图19所示，第二阀口517，即节流口505处于打开状态，第一阀芯503封堵第一阀口516，从进口501流入至内部流道的制冷剂无法通过第一通孔526，只能依次通过第二通孔527、节流口505流入至出口502中，并且可以上下移动第二阀芯504来调节节流口505的开度的大小。
需要说明的是，图13和图19中的带箭头的虚线代表制冷剂在使用电子膨胀阀功能时的流通路线以及走向。
当需要同时使用膨胀开关阀的电磁阀功能和电子膨胀阀功能时，如图10、图16和图17所示，其中，带箭头的虚线代表制冷剂的流动路线以及走向，第一阀芯503脱离第一阀口516，第一阀口516处于打开状态，节流口505处于打开状态，流入至内部流道的制冷剂可以分别沿第一流道506和第二流道507流向出口502，从而同时具有电磁阀功能和电子膨胀阀功能。
应当理解的是，上述实施方式仅仅作为膨胀开关阀的其中一种示例，并且并不用于限制本发明，其他同时具有膨胀阀功能和开关阀功能的膨胀开关阀同样适用于本发明。
本发明还提供一种电动汽车，包括根据本发明提供的上述热泵空调系统。其中，该电动汽车可以包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (24)

1.一种热泵空调系统，其特征在于，所述系统包括：HVAC总成(600)、压缩机(604)、室外换热器(605)和内部设置有蒸发器的电池包(620)，所述HVAC总成(600)包括室内冷凝器(601)、室内蒸发器(602)和风门机构，所述风门机构用于选择性地导通通向所述室内冷凝器(601)的风道和/或通向所述室内蒸发器(602)的风道，所述室内冷凝器(601)的出口选择性地经由第一节流支路或第一通流支路与所述室外换热器(605)的入口连通，所述室外换热器(605)的出口选择性地经由第二节流支路或第二通流支路与所述室内蒸发器(602)的入口连通，所述室内蒸发器(602)的出口与所述压缩机(604)的入口连通；所述电池包(620)内的蒸发器的入口经由选择性导通或截止的电池冷却支路(621)与所述室外换热器(605)的出口或所述室内蒸发器(602)的入口连通，并且经由选择性导通或截止的电池加热支路(622)与所述压缩机(604)的出口连通，所述电池包(620)内的蒸发器的出口经由选择性导通或截止的电池冷却回流支路(623)与所述压缩机(604)的入口连通，并且经由选择性导通或截止的电池加热回流支路(624)与所述室内冷凝器(601)的出口连通。
2.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池包(620)内的蒸发器的入口经由所述电池冷却支路(621)与所述室外换热器(605)的出口连通，并且在所述电池冷却支路(621)上设置有第一膨胀阀(635)。
3.根据权利要求2所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池冷却支路上还设置有第一开关阀(625)和第一单向阀(626)，所述第一膨胀阀(635)的入口通过所述第一开关阀(625)与所述室外换热器(605)的出口连通，所述第一膨胀阀(635)的出口通过所述第一单向阀(626)与所述电池包(620)内的蒸发器的入口连通。
4.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池包(620)内的蒸发器的入口经由所述电池冷却支路(621)与所述室内蒸发器(602)的入口连通，并且在所述电池冷却支路上设置有流量阀(627)。
5.根据权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池冷却支路上还设置有第二开关阀(628)和第二单向阀(629)，所述流量阀(627)的入口经由所述第二开关阀(628)与所述室内蒸发器(602)的入口连通，所述流量阀(627)的出口经由所述第二单向阀(629)与所述电池包(620)内的蒸发器的入口连通。
6.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池加热支路(622)上设置有第三开关阀(630)。
7.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池冷却回流支路(623)上设置有第四开关阀(631)。
8.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池加热回流支路(624)上设置有第五开关阀(632)。
9.根据权利要求8所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池加热回流支路(624)上还设置有第三单向阀(633)。
10.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内蒸发器(602)的出口经由第四单向阀(634)与所述压缩机(604)的入口连通。
11.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述第一通流支路上设置有第六开关阀(608)，所述第一节流支路上设置有第二膨胀阀(607)。
12.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统还包括第一膨胀开关阀(603)，该第一膨胀开关阀(603)的入口与所述室内冷凝器(601)的出口连通，该第一膨胀开关阀(603)的出口与所述室外换热器(605)的入口连通，所述第一节流支路为所述第一膨胀开关阀(603)的节流流道，所述第一通流支路为所述第一膨胀开关阀(603)的通流流道。
13.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述第二通流支路上设置有第七开关阀(610)，所述第二节流支路上设置有第三膨胀阀(609)。
14.根据权利要求13所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统应用于电动汽车，并且所述热泵空调系统还包括：板式换热器(612)，其中，所述板式换热器(612)设置在所述第二通流支路中，并且所述板式换热器(612)同时设置在所述电动汽车的电机冷却系统中。
15.根据权利要求14所述的热泵空调系统，其特征在于，所述板式换热器(612)的制冷剂入口与所述室外换热器的出口连通，所述板式换热器(612)的制冷剂出口与所述第七开关阀(610)的入口连通。
16.根据权利要求14所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电机冷却系统包括与所述板式换热器(612)串联以形成回路的电机、电机散热器(613)和水泵(614)。
17.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统还包括第二膨胀开关阀(606)，该第二膨胀开关阀(606)的入口与所述室外换热器(605)的出口连通，该第二膨胀开关阀(606)的出口与所述室内蒸发器(602)的入口连通，所述第二节流支路为所述第二膨胀开关阀(606)的节流流道，所述第二通流支路为所述第二膨胀开关阀(606)的通流流道。
18.根据权利要求17所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统应用于电动汽车，并且所述热泵空调系统还包括：板式换热器(612)，其中，所述板式换热器(612)的制冷剂入口与所述第二膨胀开关阀(606)的出口连通，所述板式换热器(612)的制冷剂出口与所述室内蒸发器(602)的入口连通，并且所述板式换热器(612)同时设置在所述电动汽车的电机冷却系统中。
19.根据权利要求18所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电机冷却系统包括冷却液干路(616)、第一冷却液支路(617)和第二冷却液支路(618)，所述冷却液干路(616)的第一端选择性地与所述第一冷却液支路(617)的第一端或所述第二冷却液支路(618)的第一端连通，所述第一冷却液支路(617)的第二端和所述第二冷却液支路(618)的第二端与所述冷却液干路(616)的第二端连通，其中，在所述冷却液干路(616)上串联有电机、电机散热器(613)和水泵(614)，在所述第一冷却液支路(617)上串联有所述板式换热器(612)。
20.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统还包括气液分离器(611)，所述气液分离器(611)的出口与所述压缩机(604)的入口连通，所述气液分离器(611)的入口与所述室内蒸发器(602)的出口和所述电池冷却回流支路(623)连通。
21.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述HVAC总成(600)还包括PTC加热器(619)，该PTC加热器(619)用于对流经所述室内冷凝器(601)的风进行加热。
22.根据权利要求21所述的热泵空调系统，其特征在于，所述PTC加热器(619)布置在所述室内冷凝器的迎风侧或背风侧。
23.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述电池包(620)包括电池包箱体和设置在该电池包箱体内的多个动力电池，所述蒸发器设置在所述电池包箱体内并与所述多个动力电池紧密贴合。
24.一种电动汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-23中任意一项所述的热泵空调系统。
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