CN107512150A - 电动汽车热泵空调系统 - Google Patents
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Abstract
一种电动汽车热泵空调系统，包括：带中间补气的压缩机、外部换热器、内部冷凝器、内部蒸发器、电池冷却器以及补气模块，其中：压缩机出口分别与外部换热器第一端口和内部冷凝器的输入端相连，压缩机进口与气液分离器的输出端相连，气液分离器的输入端分别与外部换热器第一端口和内部蒸发器输出端相连，补气模块的高压输出端分别与外部换热器第二端口以及内部蒸发器的输入端相连，补气模块的补气输出端与压缩机的中间补气口相连接；本发明可以适应低温工况；实现制冷模式和制热模式共用同一个储液器，并且可以实现制冷除湿及制热除湿等细分功能；实现化霜乃至部分制热工况的电池余热回收。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种热泵空调领域的技术，具体是一种满足电动汽车制冷，制热，化霜，制冷除湿和加热除湿需求，并且具有电池余热回收功能的电动汽车热泵空调系统，通过压缩机中间补气技术实现低温制热。
背景技术
电动汽车采用车载电池为动力源，具有节能环保的特点，有着广阔的发展前景。但电动汽车冬季供暖问题及其造成的续航能力降低制约了其发展。传统汽车在冬季使用发动机冷却液对车室内进行供暖，而电动汽车仅靠电池废热不足以满足车内的制热要求，因此现有方案多采用PTC电加热器对车室内供暖。然而，PTC供暖能源转换效率低(COP<1)，严重影响电动汽车的行驶里程。如果采用空气源热泵空调系统，在环境温度-10℃以下运行时，制热量和系统COP衰减严重；室外换热器在环境温度0℃左右运行时，容易快速结霜，反复除霜会降低室内舒适性。
发明内容
本发明针对现有技术无法兼顾电池冷却和电池余热利用的缺陷，提出了一种电动汽车热泵空调系统，通过压缩机中间补气，使热泵系统可以适应低温工况；通过制冷模式冷凝器和内部冷凝器并联，实现制冷模式和制热模式共用同一个储液器，并且可以实现制冷除湿及制热除湿等细分功能；通过内部蒸发器和电池冷却器并联，实现化霜乃至部分制热工况的电池余热回收。
本发明是通过以下技术方案实现的，
本发明包括：带中间补气的压缩机、外部换热器、内部冷凝器、内部蒸发器、电池冷却器以及补气模块，其中：压缩机出口分别与外部换热器第一端口和内部冷凝器的输入端相连，压缩机进口与气液分离器的输出端相连，气液分离器的输入端分别与外部换热器第一端口和内部蒸发器输出端相连，补气模块的高压输出端分别与外部换热器第二端口以及内部蒸发器的输入端相连，补气模块的补气输出端与压缩机的中间补气口相连接。
所述的补气模块包括：带截止功能的热力膨胀阀和板式换热器，其中：补气模块输入端分别与热力膨胀阀的输入端和板式换热器的高压端相连，热力膨胀阀节流后进入板式换热器的低压端，然后输出至压缩机的中间补气口，板式换热器的高压输出端分别与外部换热器、内部蒸发器和电池冷却器相连。
所述的补气模块的输入端优选设有储液罐。
所述的外部换热器为两流程平行流结构，制冷模式时用作冷凝器，制热模式时用作蒸发器，在作为制冷模式冷凝器和制热模式蒸发器时内部流向相反，流程的设计保证作为冷凝器时第一流程管路较多，作为蒸发器时第一流程管路较少。
所述的外部换热器与压缩机出口、内部冷凝器与压缩机出口之间均设有截止阀，使得外部换热器作为冷凝器时和内部冷凝器并联，实现模式切换；进而在制冷和制热两个模式下的冷凝器为并联，可以共用同一个所述储液罐，并且实现制冷制热模式冷凝器出口都连通补气模块，使补气模块可以在制冷模式和制热模式时都工作。
当外部换热器作为冷凝器时和内部冷凝器选择性并联，可以实现在除湿模式下选择一个冷凝器工作还是两个冷凝器同时工作，从而实现加热除湿和制冷除湿的细分工况。
所述的内部蒸发器上设有并联的电池换热器，在制冷模式下同时实现乘员舱冷却和电池冷却；内部蒸发器和电池换热器的输入端上均设有带截止功能热力膨胀阀，在化霜乃至部分制热模式下可以选择电池作为低温热源，通过余热回收实现化霜乃至部分工况下的制热。
技术效果
与现有技术相比，本发明的制冷冷凝器与内部冷凝器并联设计，使得系统制冷制热两种模式的冷凝器可以共用储液罐，解决了系统不同模式的制冷剂充注量调节的问题，两个冷凝器并联，使系统具有制热除湿和制冷除湿等细分功能，内部蒸发器和电池冷却器并联，可以使系统灵活实现化霜模式乃至部分制热工况下的电池余热回收。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明在制冷模式下的运行示意图；
图3为本发明在制热模式下的运行示意图；
图4为本发明在制热除湿模式下的运行示意图；
图5为本发明在制冷除湿模式下的运行示意图；
图6为本发明在余热回收化霜模式下的运行示意图；
图7为本发明在余热回收制热模式下的运行示意图；
图中：压缩机1、内部冷凝器2、内部蒸发器3、电池冷却器4、外部换热器5、板式换热器6、储液罐7、气液分离器8、第一热力膨胀阀9、电子膨胀阀10、第二热力膨胀阀11、第三热力膨胀阀12、第一截止阀13、第二截止阀14、第三截止阀15、第一单向阀16、第二单向阀17、第三单向阀18。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中包括：带中间补气的压缩机1、外部换热器5、内部冷凝器2、内部蒸发器3、电池冷却器4和补气模块，其中：补气模块包括：第一热力膨胀阀9和板式换热器6，压缩机1出口分别与外部换热器5的第一端口和内部冷凝器2的输入端相连，压缩机1进口与气液分离器8的输出端相连，气液分离器8的输入端分别与外部换热器5的第一端口和内部蒸发器3输出端相连。外部换热器5作为冷凝器时和内部冷凝器2并联，共同输出端设有储液罐7。储液罐7的输出端与板式换热器6输入端相连，板式换热器6输出端分别与设置于外部换热器5第二端口的电子膨胀阀10以及内部蒸发器3的输入端的第二热力膨胀阀11相连接，板式换热器6的补气输出端与压缩机1的中间补气口相连接。
所述的由板式换热器6输入端流入的制冷剂分为两路，一路制冷剂经过第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6的低压端，然后流出进入压缩机1的补气口，另一路制冷剂直接进入板式换热器6的高压端，与另一路低压制冷剂换热后流出
所述的外部换热器5为两流程平行流结构，制冷模式时通过作冷凝器，制热模式时通过作蒸发器，在作为制冷模式冷凝器和制热模式蒸发器时内部流向相反，流程的设计保证作为冷凝器时第一流程管路较多，作为蒸发器时第一流程管路较少。
所述的压缩机1排气出口设有两条并联支路，分别连通外部换热器5的第一端口和内部冷凝器2入口，分别有第二截止阀14和第三截止阀15控制通断，实现模式切换；制冷和制热两个模式下的冷凝器为并联，可以共通过同一个储液罐7，并且实现制冷制热模式冷凝器出口都连通板式换热器6，使补气模块可以在制冷模式和制热模式时都工作。两个冷凝器并联，还可以实现在除湿模式下选择一个冷凝器工作还是两个冷凝器同时工作，从而实现加热除湿和制冷除湿的细分工况。
所述的内部蒸发器3与电池换热器4并联，可以在制冷模式下同时实现乘员舱冷却和电池冷却；内部蒸发器3和电池换热器4都配备带截止功能的第二热力膨胀阀11和和第三热力膨胀阀12，在化霜乃至部分制热模式下可以选择电池作为低温热源，通过余热回收实现化霜乃至部分工况下的制热。
本发明涉及上述系统的控制方法，包括制冷模式、制热模式、制热除湿模式、制冷除湿模式、余热回收化霜模式和余热回收制热模式，其中：
如图2所示，在制冷模式下，第一截止阀13关闭，第二截止阀14开启，第三截止阀15关闭，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11开启，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12开启，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10关闭；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出进入外部换热器5冷却后进入储液罐7，然后分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，分两路分别进入第二热力膨胀阀11和第三热力膨胀阀12节流后分别进入内部蒸发器3和电池冷却器4，汇总后经过气液分离器8，最终流入压缩机1吸气口，完成循环。
如图3所示，在制热模式下，第一截止阀13开启，第二截止阀14关闭，第三截止阀15开启，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11关闭，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12关闭，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10开启；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出进入内部冷凝器2冷却后进入储液罐7，然后分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，经过电子膨胀阀10节流后进入外部换热器5进行蒸发，然后经过气液分离器8进入压缩机1吸气口，完成循环。
如图4所示，在制热除湿模式下，第一截止阀13关闭，第二截止阀14关闭，第三截止阀15开启，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11开启，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12开启，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10关闭；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出进入内部冷凝器2冷却后进入储液罐7，然后分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，分两路分别进入第二热力膨胀阀11和第三热力膨胀阀12节流后分别进入内部蒸发器3和电池冷却器4，汇总后经过气液分离器8，最终流入压缩机1吸气口，完成循环。
如图5所示，在制冷除湿模式下，第一截止阀13关闭，第二截止阀14开启，第三截止阀15开启，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11开启，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12开启，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10关闭；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出分两路，分别进入内部冷凝器2和外部换热器5，冷却后汇总进入储液罐7，然后又分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，分两路分别进入第二热力膨胀阀11和第三热力膨胀阀12节流后分别进入内部蒸发器3和电池冷却器4，汇总后经过气液分离器8，最终流入压缩机1吸气口，完成循环。
如图6所示，在余热回收电池化霜模式下，第一截止阀13关闭，第二截止阀14开启，第三截止阀15关闭，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11关闭，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12开启，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10关闭；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出进入外部换热器5实现高温制冷剂化霜，然后进入储液罐7，然后分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，仅通过第三热力膨胀阀12节流后进入电池冷却器4，然后经过气液分离器8，最终流入压缩机1吸气口，完成循环。
如图7所示，在余热回收制热模式下，第一截止阀13关闭，第二截止阀14关闭，第三截止阀15关闭，内部蒸发器通过第二热力膨胀阀11关闭，电池冷却器通过第三热力膨胀阀12开启，补气模块通过第一热力膨胀阀9开启，电子膨胀阀10关闭；对于制冷剂循环，制冷剂从压缩机1流出进入内部冷凝器2实现制热，然后进入储液罐7，然后分成两路；一路通过补气模块的板式换热器6进入高压侧，另一路经过补气模块第一热力膨胀阀9节流后进入板式换热器6低压侧，与高压侧制冷剂换热后经板式换热器6低压出口流出进入压缩机1补气口；高压侧制冷剂流出后，仅通过第三热力膨胀阀12节流后进入电池冷却器4，然后经过气液分离器8，最终流入压缩机1吸气口，完成循环。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (7)
1.一种电动汽车热泵空调系统，其特征在于，包括：带中间补气的压缩机、外部换热器、内部冷凝器、内部蒸发器、电池冷却器以及补气模块，其中：压缩机出口分别与外部换热器第一端口和内部冷凝器的输入端相连，压缩机进口与气液分离器的输出端相连，气液分离器的输入端分别与外部换热器第一端口和内部蒸发器输出端相连，补气模块的高压输出端分别与外部换热器第二端口以及内部蒸发器的输入端相连，补气模块的补气输出端与压缩机的中间补气口相连接；
所述的补气模块包括：带截止功能的热力膨胀阀和板式换热器，其中：补气模块输入端分别与热力膨胀阀的输入端和板式换热器的高压端相连，热力膨胀阀节流后进入板式换热器的低压端，然后输出至与压缩机的中间补气口，板式换热器的高压输出端分别与外部换热器、内部蒸发器和电池冷却器相连。
2.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，所述的补气模块的输入端设有储液罐。
3.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，所述的外部换热器为两流程平行流结构，制冷模式时用作冷凝器，制热模式时用作蒸发器，在作为制冷模式冷凝器和制热模式蒸发器时内部流向相反。
4.根据权利要求2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，所述的外部换热器与压缩机出口、内部冷凝器与压缩机出口之间均设有截止阀，使得外部换热器作为冷凝器时和内部冷凝器并联，实现模式切换且在制冷和制热模式下共用同一个储液罐，并且实现制冷制热模式冷凝器出口都连通补气模块，使补气模块可以在制冷模式和制热模式时都工作。
5.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，当外部换热器作为冷凝器时和内部冷凝器之间为选择性并联。
6.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，所述的内部蒸发器上设有并联的电池换热器，在制冷模式下同时实现乘员舱冷却和电池冷却。
7.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征是，所述的内部蒸发器和电池换热器的输入端上均设有带截止功能热力膨胀阀，在化霜乃至部分制热模式下可以选择电池作为低温热源，通过余热回收实现化霜乃至部分工况下的制热。
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