CN107782020A - 一种汽车空调热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车空调热泵系统，包括压缩机、外部冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器、气液分离器，压缩机与外部冷凝器之间通过板式换热器串接，板式换热器与外部冷凝器之间设有第一膨胀阀以及与第一膨胀阀并联设置的旁通管，所述外部冷凝器、气液分离器及膨胀阀之间通过第一三通电磁阀连通；制冷时，所述板式换热器作为通道，制热时，所述板式换热器吸收制冷剂热量作为向汽车内提供热交换热量的热源。所述板式换热器通过第一循环水路为HVAC空调系统提供热源，通过第二循环水路为电池提供预热热源，通过第三制冷系统中还设有经济器，并通过第三循环水路为电池提供降温冷源。

Description

一种汽车空调热泵系统

技术领域

本发明涉及一种纯电动汽车的空调系统。

背景技术

随着全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日益严峻，大力发展清洁能源汽车已成为全球社会的普遍共识。电动汽车具有低排放、经济性好、不依靠石油资源等优点，已成为未来汽车领域的一个重要发展方向，但电动汽车由于使用电池作为动力来源，其空调也有别于传统内燃机式汽车，传统内燃机式空调利用发动机排气和内燃机的余热来给乘客舱供热，而电动汽车空调没有内燃机，故冬天达不到取暖要求。现有的电动汽车热泵系统技术，大多采用单冷系统加PTC加热，纯粹的PTC加热，会消耗电池很多的电能，进而减少电动汽车的续航里程。

夏天，温度过高时，电池组在提供电能时，会产生很多的热量，这部分热量如果未散出，会引起电池温度过高，进而影响电池的使用效率及寿命，故需要电池及电子元件的冷却系统，对其进行降温。在环境温度比较低时，车内窗玻璃附近会产生雾气，对驾驶员的安全驾驶造成隐患，故汽车空调系统需提供除雾、除湿功能。当环境温度低于零度时，车外蒸发器会结霜，此时，空调系统需提供除霜及除冰功能。环境温度过低时，电池及电子元件会由于温度过低无法正常启动，故需要对电池组及电子设备进行预热。上述问题都是本领域技术人员需要解决的。

如附图1，发明公告号为US7121103B2的电装专利(2006)所示例的汽车空调热泵系统。该专利基本原理为：制冷模式时，冷媒的流动方式为：高温高压的冷媒从压缩机出来经过换热器22，然后通过电磁32的控制，流到车厢外侧热交换器24，在这里与空气进行热交换，冷媒向空气排出热量之后，经过经济器33进行过冷，冷媒再通过节流组件26进行节流，变成低温低压的流体到达蒸发器27，在这里与车厢内的空气进行热交换，吸取车厢内多余的热量，进行制冷；冷媒经过冷却器之后，再进入所述汽液分离器28，最后冷媒回到压缩机完成制冷循环；在制热模式时，冷媒循环回路的流动方式为：高温高压的气态冷媒从压缩机出来，经过换热器22，与车厢内的空气进行热交换，冷媒吸收空气中的冷量之后，冷媒到达节流组件23进行节流，节流后低温低压的冷媒到达车厢外侧热交换器24，在车厢外侧热交换器，冷媒与外部的空气进行热交换；在车厢外侧热交换器冷媒吸收外部空气中的热量后通过电磁阀组件34的控制到达汽液分离器28，最后回到压缩机完成一个制热循环，即在制热模式时冷媒是不通过所述冷却器的。除湿模式，蒸发器27工作，冷却进入风道的空气，达到除湿的目的。发明专利所述系统，采用了节流阀对流体进行节流，使得系统流量可以调节，并且使用了经济器，能一定程度的提高系统的能效，但是换热器27加热空气，一定程度的降低了系统的能效。

如附图2，发明公告号为CN103162360A的中国专利上所示例的汽车空调热泵系统。该专利基本原理为：制冷模式时，冷媒流动方式为：高温高压的冷媒从压缩机出来经过加热器，然后通过电磁控制阀组件的控制，流到车厢外侧热交换器，在这里与空气进行热交换，冷媒向空气排出热量之后，冷媒再通过节流组件进行节流，变成低温低压的流体到达冷却器，在这里与车厢内的空气进行热交换，吸取车厢内多余的热量，进行制冷；冷媒经过冷却器之后，再进入所述汽液分离器，最后冷媒回到压缩机完成制冷循环；在制热模式时，冷媒循环回路的流动方式为：高温高压的气态冷媒从压缩机出来，经过加热器，与车厢内的空气进行热交换，冷媒吸收空气中的冷量之后，经过电磁控制阀组件的控制，冷媒到达节流组件进行节流，节流后低温低压的冷媒到达车厢外侧热交换器，在车厢外侧热交换器，冷媒与外部的空气进行热交换；在车厢外侧热交换器冷媒吸收外部空气中的热量后通过电磁控制阀组件的控制到达汽液分离器，最后回到压缩机完成一个制热循环，即在制热模式时冷媒是不通过所述冷却器的。该发明专利所述系统，使用了过多的阀件，系统结构不够简单，且对现有的新能源电动汽车的改动较大，当对现有车型进行热泵系统改装时，需与汽车厂家进行同步开发设计。该发明专利还存在能源效率不高的问题。

附图3，为发明公告号为CN101522447A丰田自动车株式会社申请的电池冷却专利。该专利为一种空调控制系统，其包括冷却装置和对车辆的车室内的空调进行控制的空调控制装置，并能够在冷却装置和空调控制装置之间进行热交换，该冷却装置通过利用主循环泵使冷却液在燃料电池内循环而对该燃料电池进行冷却，在该空调控制系统中，在燃料电池间歇运转时，使主循环泵连续工作。当燃料电池10的温度小于规定温度TR时，燃料电池10的冷却液循环路径和第1室内热交换器28的冷却液循环路径被三通阀24热切断。从燃料电池10的出口排出的冷却液被散热器16冷却，并被循环泵12再次返送到燃料电池10。另一方面，流经第1室内热交换器28的冷却液借助循环泵26通过第1室内热交换器28、热交换器14、三通阀24后返回到循环泵26。当燃料电池10的温度在规定温度TR以上时，从燃料电池10的出口排出的冷却液的一部分通过三通阀24、循环泵26、第1室内热交换器28、热交换器14，并被循环泵12再次返送到燃料电池10内。此时，来自燃料电池10的排热从第1室内热交换器28传递到由送风机32送入车室内的空气中，对车室内进行供暖。在热交换器14中，热量从冷却液传递到在空调控制装置中循环的制冷剂中。该发明专利所述系统，使用了冷却装置对燃料电池进行冷却，但是冷却和加热过程中的能源并没合理的全部利用上，使得能源利用效率不太高。

附图4，为发明公告号为CN105020816A杭州三花申请的电池冷却专利。在制冷模式时，第一节流装置15可以关闭，第一截止阀17开启，第二节流装置16开启，第二截止阀18关闭，第一电动泵21停止工作，第二电动泵31启动。压缩机11排出的高温高压的气态制冷剂进入第一双流道换热器12的第一流道，但此时第一换热系统200不工作，所以气态制冷剂经过第一双流道换热器12时基本无变化，气态制冷剂从第一双流道换热器12流出经过第一截止阀17进入第三换热器14，高温高压的气态制冷剂在第三换热器14内与周围空气换热，对周围空气放热，第三换热器14内的高温高压气态制冷剂被冷却冷凝。冷却后的制冷剂经过第二节流装置16降压降温进入第二双流道换热器13的第一流道，此时第二换热系统300工作，第二换热系统300的换热介质在第二双流道换热器13的第二流道内与第二双流道换热器13第一流道内的制冷剂进行热交换，第一流道的制冷剂吸收第二流道的换热介质的热量，第一流道的制冷剂气化为气态或者气液混合的制冷剂，从第二双流道换热器13第一流道流出的制冷剂进入气液分离器19，经过气液分离器19重新流回压缩机11，形成循环。

第二双流道换热器13的第二流道内的换热介质在第二电动泵31的驱动下进入三通流量调节阀33，进入三流流量调节阀33的换热介质一部分从三通流量调节阀33的第一出口端流出，从第四换热器53的入口端进入第四换热器53，换热介质在第四换热器53内对周围空气进行冷却，此时第二空调箱内的第二鼓风机52启动，将空气流E吹至第四换热器53，经过与第四换热器热53交换后变为冷却的空气流F，冷却的空气流F运动至电池50，对电池50进行冷却。此时可以调节第二循环风门55的位置，调节进入第二空调箱51的空气，当外界环境温度高于电池的回风空气G的温度时，第二循环风门55可转动至将第二外循环风口57封闭，形成内循环，回风空气G被引入空气流E，从而降低空气流E的进风温度，起到节约能源的作用。

进入三通流流量调节阀33的换热介质另一部分从三通流量调节阀33的第二出口端流出，从第二换热系统的第二换热器32的入口端进入第二换热器32，换热介质在第二换热器32内对周围空气进行冷却。此时空调箱41内的鼓风机43启动，将空气流A吹至第二换热器32，空气流A经过第二换热器32后被降温变为冷却的空气流B，此时温度风门42关闭，空气流B经过温度风门42两旁的通道经过格栅和风道47进入汽车室内，对汽车室内进行降温，实现制冷功能。此时同样可以调节循环风门44的位置，来调节内循环风口45和外循环风口46的大小，以调节进入空调箱的空气，如果汽车室内的空气温度低于外界环境的温度，可以调节循环风门44将外循环风口46关闭，汽车室内的空气进行内循环，可以节省能源。

其中可以根据汽车室内和电池对冷量的需求不同，调节三通流量调节阀33的状态，控制流经第二换热器32和第四换热器53的换热介质的流量，从而为汽车室内和电池提供不同能量的冷源。

在制热模式时，第一节流装置15开启，第一截止阀17关闭，第二截止阀18开启，第二节流装置16可以关闭，第一电动泵21启动，第一换热系统200工作，第二电动泵31停止，第二换热系统300停止工作。压缩机11排出的高温高压的气态制冷剂进入第一双流道换热器12的第一流道，此时第一换热系统200工作，第一换热系统200的换热介质在第一电动泵21的驱动下在第一双流道换热器12的第二流道内流动，与第一双流道换热器12的第一流道内的制冷剂进行热交换，第一双流道换热器12的第二流道内的换热介质吸收第一双流道换热器12的第一流道内的制冷剂的热量对制冷剂进行冷凝。冷凝后的制冷剂经过第一节流装置15降压进入第三换热器14，制冷剂在第三换热器14内吸收周围空气的热量流出第三换热器14，然后经过第二截止阀18进入第二双流道换热器13的第一流道，此时第二电动泵31停止工作，第二双流道换热器13第二流道内的换热介质不流动，第二双流道换热器13第一流道内的制冷剂在第二双流道换热器13内不发生热交换直接流入气液分离器19，然后流回压缩机11，形成循环。

吸收第一双流道换热器12第一流道内制冷剂热量后的第一双流道换热器12第二流道内的换热介质在第一电动泵21的驱动下进入第一换热器22，并在第一换热器22内对周围空气加热，此时空调箱内的鼓风机43启动，驱动空调箱内的空气运动，空气流A在经过第二换热器32时，因为第二换热系统300不工作，空气流A温度基本不变，成为空气流B，此时温度风门42打开，空气流B经过温度风门42流经第一换热器22被第一换热器22加热后变为高温的空气流C，空气流C经过格栅和风道47进入汽车室内，使汽车室内温度升高，实现制热功能。

在制热模式时，如果环境温度较低，在开始工作时，汽车电池50需要加热，可以启动第二空调箱内的电池加热器54，第二空调箱内的鼓风机52驱动第二空调箱内的空气运动，空气流E经过电池加热器54加热后变为温度升高的空气流F，空气流F对电池50进行加热，此时可以调节第二循环风门55关闭第二外循环风口57，第二空调箱500内的空气进行内循环。当汽车运行一段时间后，电池发热，需要降温，此时外部环境温度较低，可以停止电池加热器54，调节第二循环风门55打开第二外循环风口57，使外界低温的空气进入第二空调箱500，对电池50进行冷却。

该专利涉及系统，能对电池进行冷却和加热，但是其能源管理效率略低，并未合理的利用系统的能源，且系统本身复杂，不够简单。

发明内容

本发明的技术问题是提供一种汽车空调热泵系统，解决上述技术问题。本发明包含了几种汽车热泵空调系统方案，使电动汽车能在全天侯的复杂天气下正常运行，并且保证乘客舱的相对舒适度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种汽车空调热泵系统，包括压缩机、外部冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器、气液分离器，其特征在于：压缩机与外部冷凝器之间通过板式换热器串接，板式换热器与外部冷凝器之间设有第一膨胀阀以及与第一膨胀阀并联设置的旁通管，所述外部冷凝器、气液分离器及膨胀阀之间通过第一三通电磁阀连通；制冷时，所述板式换热器作为通道，制热时，所述板式换热器吸收制冷剂热量作为向汽车内提供热交换热量的热源。采用板式换热器，通过水-制冷剂换热，换热效率高，采用三通电磁阀可高效控制制冷制热的切换。

进一步的，还包括第一循环水路，第一循环水路以板式换热器作为热交换热源，以HVAC空调系统的暖风芯体作为热交换输出端，循环水路中设有电子水泵。

进一步的，所述压缩机出气端与外部冷凝器进气端之间还设有带电磁阀的直通管路。

进一步的，所述第一循环水路在位于板式换热器两端位置并联连通有第一旁通水路，电池预热时，第一循环管路的位于第一旁通水路两并联端之间的共用管路与第一旁通水路构成第二循环水路，第二循环水路以板式换热器作为热交换热源的，以电池作为热交换输出端；在第一三通电磁阀与气液分离器之间串接有经济器，所述第一循环水路在位于板式换热器两端位置并联连通有第二旁通水路，电池冷却时，第一旁通水路与第二旁通水路构成第三循环水路，第三循环水路以所述经济器作为热交换的冷源，以电池作为热交换输出端；第一循环水路的非共用管路上设有第一电磁阀，共用管路位于板式换热器入口端的一侧设有第二三通电磁阀，共用管路位于板式换热器出口端的一侧设有第一单向阀，第二旁通水路的一端连接在三通电磁阀上，第二旁通水路的另一端与所述第一单向阀出口端的共用管路连通，所述电子水泵设在经济器与第二三通电磁阀之间的共用管路上。采用经济器，利用蒸发器出口制冷剂的冷量来冷却电池，既能提高制冷系统的过热度，增加制冷效率，又能将电池及电子设备冷却到更低温度。

进一步的，所述第三循环水路还包括低温水箱，所述低温水箱并联设置在第一旁通水路电池与经济器之间的管路上，低温水箱进口端与第一旁通水路通过第三三通电磁阀连接，低温水箱出口端设有第三单向阀。

优选的，所述第一膨胀阀与旁通管通过三通电磁阀控制选择连通，采用三通电磁阀可高效控制制冷制热的切换。

优选的，所述旁通管上设有电磁阀。

进一步的，还包括为HVAC空调系统提供辅助加热的PTC加热器。

本发明的汽车空调热泵系统使得纯电动汽车能源损耗小，增加了电动汽车的行驶里程；针对现有电动汽车的传统单冷+PTC系统，改成热泵系统时，无需太大的改动，增强适用性；使用了经济器，使得制冷系统性能系数提高，而且环境温度高时，能快速冷却电池，环境温度低时，能快速加热电池组，使得电池组在恶劣环境下安全工作；解决了冬天电池加热以及夏天电池冷却的问题，提高电动汽车的稳定性及安全性。

附图说明

图1为现有技术一示意图；

图2为现有技术二示意图；

图3为现有技术三示意图；

图4为现有技术四示意图；

图5为汽车空调热泵系统的实施例一示意图；

图6为汽车空调热泵系统的实施例二示意图；

图7为汽车空调热泵系统的实施例三示意图；

图8为汽车空调热泵系统的实施例四示意图；

图9为汽车空调热泵系统的实施例五示意图；

图10为汽车空调热泵系统的实施例六示意图。

具体实施方式

图5～图10中，对应部件名称编号

1-压缩机，2-板式换热器，3-第四三通电磁阀，4-第一膨胀阀，5-外部冷凝器，6-第一三通电磁阀，7-第二膨胀阀，8-蒸发器，9-气液分离器，10-内部暖风芯体，11-电子水泵，12-PTC加热器，13-第二三通电磁阀，14-第一单向阀，15-第一电磁阀，16-电池，17-第三三通电磁阀，18-低温水箱，19-第二单向阀，20-经济器，21-电磁阀，01-旁通管，02-直通管路，03-第一旁通水路，04-共用管路，05-第二旁通水路

如附图5所示为汽车热泵空调系统实施例一，该汽车空调热泵系统包括压缩机1、外部冷凝器5、第二膨胀阀7、蒸发器8、气液分离器9，压缩机与外部冷凝器之间通过板式换热器2串接，板式换热器与外部冷凝器之间设有第一膨胀阀4以及与第一膨胀阀并联设置的旁通管01，所述外部冷凝器、气液分离器及膨胀阀之间通过第一三通电磁阀6连通，蒸发器8出液管上可增设电磁阀21或单向阀；制冷时，所述板式换热器作为通道，制热时，所述板式换热器吸收制冷剂热量作为向汽车内提供热交换热量的热源。

其主要工作原理为：制冷时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过内部冷凝器(可以为板式换热器)，此时的内部冷凝器充当一个通道，并不进行任何热量交换，流过内部冷凝器，高温高压气体经过电磁阀，直接进入外部冷凝器进行放热，此时外部冷凝器将热量传递给空气，排入环境中。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀，通过第一三通电磁阀的控制，制冷剂经过第二膨胀阀7支路，在第二膨胀阀7中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器，吸收空气中的热量，流经电磁阀，再进入气液分离器回到压缩机。蒸发器附近的空气被冷却后，经过HVAC中的风道进入乘客舱，为乘客舱内提供冷量。

制热时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体内部换热器，在内部换热器中将热量传给HVAV中的空气，制冷剂经过内部换热器后，进入膨胀阀支路，制冷剂在膨胀阀内被节流，变成低温低压的流体，低温低压流体经过外部冷凝器，在外部冷凝器中蒸发吸热，吸收空气中的热量，制冷剂经过外部冷凝器后，进入第一三通电磁阀，通过第一三通电磁阀的控制，进入气液分离器，最后回到压缩机。HVAC中的空气经内部冷凝器加热后，变成高温空气，加热后的空气经过风道，引入乘客舱，为车内提供热量。在冬天，温度很低时，若热泵提供的热量不足以达到车内的冷负荷，可采用PTC辅助加热，保证车内舒适的环境。

除湿除雾时，高温高压的气体制冷剂从压缩机出来，经过内部冷凝器，将热量传递给空气，制冷剂放热进入膨胀阀，在膨胀阀中进行节流，节流后的制冷剂经过外部冷凝器，吸收空气中的热量，变成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽经过第一三通电磁阀的控制，进入第二膨胀阀再一次进行节流，接着进入蒸发器，吸收HVAC中空气的热量，空气被冷却后，水蒸气被析出，进行除湿。经过蒸发器的制冷剂流经电磁阀，接着进入气液分离器，最后回到压缩机完成除雾循环。室外空气经过鼓风机进入风道，首先经过蒸发器，被蒸发器吸收热量，空气温度降低，水分析出，被冷却后的空气再进入内部冷凝器，吸收制冷剂的热量，被加热，被加热后的空气经过风道送入乘客舱中，为车内提供热量。

除霜时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过内部冷凝器，此时，风门关闭，内部冷凝器充当一个通道，经过内部冷凝器后高温高压气体进入电磁阀，然后进入外部冷凝器进行放热，外部冷凝器放热的同时，可将换热器表面的霜和冰融化。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀，通过第一三通电磁阀的控制，制冷剂经过膨胀阀支路，在膨胀阀中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器，吸收空气中的热量，流经电磁阀，再进入气液分离器回到压缩机。此时，hvac中的风门均关闭，不向乘客舱内输送热空气。

如附图6所示为汽车热泵空调系统的实施例二，其在实施例一基础上，进一步增加了第一循环水路，第一循环水路以板式换热器作为热交换热源，以HVAC空调系统的暖风芯体作为热交换输出端，循环水路中设有电子水泵11。同时所述第一膨胀阀4与旁通管01通过第四三通电磁阀3控制选择连通。

其主要工作原理为：制冷时，压缩机1将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器2，此时的板式换热器2充当一个通道，并不进行任何热量交换，经过板式换热器2，高温高压气体经过第四三通电磁阀3，直接进入外部冷凝器5进行放热，此时外部冷凝器5为冷凝器，将热量传递给空气，排入环境中。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀6，通过第一三通电磁阀6的控制，制冷剂经过第二膨胀阀7支路，在第二膨胀阀7中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器8，吸收空气中的热量，流经电磁阀，再进入气液分离器9回到压缩机。蒸发器8附近的空气被冷却后，经过HVAC空调系统中的风道进入乘客舱，为乘客舱内提供冷量。

制热时，压缩机1将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器2，在板式换热器中将热量传给第一循环水路的水介质，制冷剂经过板式换热器2后，经过第四三通电磁阀3的控制，进入第一膨胀阀4支路，制冷剂在第一膨胀阀4内被节流，变成低温低压的流体，低温低压流体经过外部冷凝器，在外部冷凝器中蒸发吸热，吸收空气中的热量，制冷剂经过外部冷凝器5后，进入第一三通电磁阀6，通过第一三通电磁阀6的控制，进入气液分离器，最后回到压缩机1。水路循环为：水介质经过板式换热器吸热后，变成高温水，高温水经过HVAC空调系统内部的暖风芯体10，将热量传递给空气，加热后的空气经过风道，引入乘客舱，为车内提供热量。在冬天，温度很低时，若热泵提供的热量不足以达到车内的冷负荷，可采用PTC加热器12辅助加热，保证车内舒适的环境。

除湿除雾时，高温高压的气体制冷剂从压缩机1出来，经过板式换热器2，将热量传递给水介质，制冷剂放热后经过第四三通电磁阀3的控制，进入第一膨胀阀4，在第一膨胀阀4中进行节流，节流后的制冷剂经过外部冷凝器，吸收空气中的热量，变成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽经过第一三通电磁阀6的控制，进入第二膨胀阀7再一次进行节流，接着进入蒸发器，吸收HVAC中空气的热量，空气被冷却后，水蒸气被析出，进行除湿。经过蒸发器的制冷剂流经电磁阀，接着进入气液分离器，最后回到压缩机完成除雾循环。水循环回路：水介质经过板式换热器吸热后，变成高温水，高温水经过内部暖风芯体，将热量传递给空气，加热后的空气经过风道，引入乘客舱，为车内提供热量。此时，被加热的空气为进口被冷却除湿后的空气。

除霜时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器，此时的板式换热器充当一个通道，并不进行任何热量交换，经过板式换热器，高温高压气体经过第四三通电磁阀3，直接进入外部冷凝器进行放热，外部冷凝器放热的同时，可将换热器表面的霜和冰融化。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀6，通过三通电磁阀的调节，制冷剂经过第二膨胀阀7支路，在第二膨胀阀7中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器8，吸收空气中的热量，流经电磁阀，再进入气液分离器回到压缩机。此时，hvac中的风门均关闭，不向乘客舱内输送热空气。

如附图7所示为汽车热泵空调系统实施例三，其与实施例二基本相同，不同之处在于所述第一膨胀阀与旁通管通过第四三通电磁阀控制选择连通的方式改为在旁通管01上单独设置电磁阀进行控制。

如附图8所示为汽车热泵空调系统实施例四，实施例四与实施例三系统原理图基本相似，与方案三相比多了一个除霜支路，即所述压缩机出气端与外部冷凝器进气端之间还设一带电磁阀12的直通管路02。该方案的制冷模式、制热模式、除湿模式与方案二一样，除霜模式除了方案二的模式外，增加了一种热气旁通的除霜方式，其具体方案为：在制热模式下，将压缩机的排气通入外部冷凝器中，增加外部冷凝器进口的制冷剂压力和温度，进而提升压缩机的吸气压力，这样有利于外部冷凝器表面霜层的融化。该热气旁通支路的制冷剂流量，根据理论计算可确定其具体的比例。

如图9和图10所示，本专利还提供了对电池进行加热、冷却热管理的系统。

如图9，为汽车热泵空调系统实施例五，其在实施例二基础上进一步改进，所述第一循环水路在位于板式换热器2两端位置并联连通有第一旁通水路03，电池预热时，第一循环管路的位于第一旁通水路两并联端之间的共用管路04与第一旁通水路03构成第二循环水路，第二循环水路以板式换热器2作为热交换热源的，以电池16作为热交换输出端；在第一三通电磁阀6与气液分离器9之间串接有经济器20，所述第一循环水路在位于板式换热器2两端位置并联连通有第二旁通水路05，电池冷却时，第一旁通水路03与第二旁通水路05构成第三循环水路，第三循环水路以所述经济器20作为热交换的冷源，以电池16作为热交换输出端；第一循环水路的非共用管路上设有第一电磁阀15，共用管路位于板式换热器2入口端的一侧设有第二三通电磁阀13，共用管路04位于板式换热器2出口端的一侧设有第一单向阀14，第二旁通水路05的一端连接在第二三通电磁阀13上，第二旁通水路05的另一端与所述第一单向阀14出口端的共用管路连通，所述电子水泵11设在经济器20与第二三通电磁阀13之间的共用管路上。所述第三循环水路还包括低温水箱18，所述低温水箱并联设置在第一旁通水路电池与经济器之间的管路上，低温水箱进口端与第一旁通水路通过第三三通电磁阀17连接，低温水箱出口端设有第三单向阀19。

其工作原理为：

制冷时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器，此时的板式换热器2充当一个通道，并不进行任何热量交换，经过板式换热器，高温高压气体经过第四三通电磁阀3，直接进入外部冷凝器5进行放热，此时外部冷凝器为冷凝器，将热量传递给空气，排入环境中。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀6，通过第一三通电磁阀的控制，制冷剂经过第二膨胀阀7支路，在第二膨胀阀7中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器8，吸收空气中的热量，变成低温低压蒸汽，蒸汽制冷剂流经电磁阀，进入经济器20进一步吸收热量，变成过热蒸汽，接着进入气液分离器9回到压缩机1。蒸发器8附近的空气被冷却后，经过HVAC空调系统中的风道进入乘客舱，为乘客舱内提供冷量。

水路循环为：介质水通过电子水泵11进入第二三通电磁阀13，经过第二三通电磁阀的控制进入电池16，吸收电池的热量，接着经过第三三通电磁阀17，进入低温水箱18支路，介质水在低温水箱中进行冷却，冷却后的介质水经过第二单向阀19进入经济器20，在经济器20中进一步冷却，冷却后的低温介质水经电子水泵11进行新一轮的循环。

制热时，压缩机1将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器2，在板式换热器2中将热量传给水路循环的水介质，制冷剂经过板式换热器2后，经过第四三通电磁阀3的控制，进入第一膨胀阀4支路，制冷剂在第一膨胀阀4内被节流，变成低温低压的流体，低温低压流体经过外部冷凝器5，在外部冷凝器中蒸发吸热，吸收空气中的热量，制冷剂经过外部冷凝器后，进入第一三通电磁阀6，通过第一三通电磁阀6的控制，进入经济器20，进一步过热，吸收热量，然后进入气液分离器9，最后回到压缩机1。

水路循环为：电子水泵将水介质输送至第二三通电磁阀13，经过第二三通电磁阀的控制，水介质进入板式换热器2支路，介质水吸收板式换热器2中制冷剂的热量，变成高温水，高温水经过第一单向阀14后流经第一电磁阀15，流经第一电磁阀的水介质进入内部暖风芯体10，将热量传递给空气，加热后的空气经过风道，引入乘客舱，为车内提供热量。在冬天，温度很低时，若热泵提供的热量不足以达到车内的冷负荷，可采用PTC加热器12辅助加热，保证车内舒适的环境。

但环境温度很低时，需要对电池16进行预热，电池加热流程为：电子水泵11将水介质输送至第二三通电磁阀13，经过第二三通电磁阀的控制，水介质进入板式换热器2支路，介质水吸收板式换热器中制冷剂的热量，变成高温水，高温水经过第一单向阀14后进入电池预热电池组，使其正常工作。经电池冷却后的水介质通过第三三通电磁阀17的控制，直接进入经济器20，在经济器中介质水被冷却，冷却后的低温水经电子水泵11进行新一轮的循环。

除湿除雾时，高温高压的气体制冷剂从压缩机出来，经过板式换热器2，将热量传递给水介质，制冷剂放热后经过第四三通电磁阀3的控制，进入第一膨胀阀4，在第一膨胀阀4中进行节流，节流后的制冷剂经过外部冷凝器5，吸收空气中的热量，变成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽经过第一三通电磁阀6的控制，进入第二膨胀阀7再一次进行节流，接着进入蒸发器，吸收HVAC空调系统中空气的热量，空气被冷却后，水蒸气被析出，进行除湿。经过蒸发器的制冷剂流经电磁阀，进入经济器20中进一步吸热，形成过热蒸汽，过热蒸汽进入气液分离器，最后回到压缩机1完成除雾循环。

水路循环为：电子水泵11将水介质输送至第二三通电磁阀13，经过第二三通电磁阀的控制，水介质进入板式换热器支路，介质水吸收板式换热器中制冷剂的热量，变成高温水，高温水经过第一单向阀14后流经第一电磁阀15，流经第一电磁阀的水介质进入内部暖风芯体10，将热量传递给空气，加热后的空气经过风道，引入乘客舱，为车内提供热量。在冬天，温度很低时，若热泵提供的热量不足以达到车内的冷负荷，可采用PTC加热器辅助加热，保证车内舒适的环境。

除霜时，压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体，高压气体通过板式换热器2，此时的板式换热器充当一个通道，并不进行任何热量交换，经过板式换热器，高温高压气体经过第四三通电磁阀3，直接进入外部冷凝器5进行放热，外部冷凝器放热的同时，可将换热器表面的霜和冰融化。接着，制冷剂经过第一三通电磁阀6，通过第一三通电磁阀的调节，制冷剂经过第二膨胀阀7支路，在第二膨胀阀7中节流，变成低温低压的液体，低温低压液体经过蒸发器8，吸收空气中的热量，流经电磁阀，再进一步进入经济器进行过热，接着进入气液分离器9回到压缩机1。此时，HVAC空调系统中的风门均关闭，不向乘客舱内输送热空气。

图10为汽车空调热泵系统实施例六，该实施例与实施例五基本相同，区别为将第四三通电磁阀3替换成电磁阀，这样在不影响系统效果的前提下，能适当降低成本。其工作原理与实施例五基本相同。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种汽车空调热泵系统，包括压缩机、外部冷凝器、第二膨胀阀、蒸发器、气液分离器，其特征在于：压缩机与外部冷凝器之间通过板式换热器串接，板式换热器与外部冷凝器之间设有第一膨胀阀以及与第一膨胀阀并联设置的旁通管，所述外部冷凝器、气液分离器及膨胀阀之间通过第一三通电磁阀连通；制冷时，所述板式换热器作为通道，制热时，所述板式换热器吸收制冷剂热量作为向汽车内提供热交换热量的热源。

2.根据权利要求1所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：还包括第一循环水路，第一循环水路以板式换热器作为热交换热源，以HVAC空调系统的暖风芯体作为热交换输出端，循环水路中设有电子水泵。

3.根据权利要求2所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述压缩机出气端与外部冷凝器进气端之间还设有带电磁阀的直通管路。

4.根据权利要求2所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述第一循环水路在位于板式换热器两端位置并联连通有第一旁通水路，电池预热时，第一循环管路的位于第一旁通水路两并联端之间的共用管路与第一旁通水路构成第二循环水路，第二循环水路以板式换热器作为热交换热源的，以电池作为热交换输出端；在第一三通电磁阀与气液分离器之间串接有经济器，所述第一循环水路在位于板式换热器两端位置并联连通有第二旁通水路，电池冷却时，第一旁通水路与第二旁通水路构成第三循环水路，第三循环水路以所述经济器作为热交换的冷源，以电池作为热交换输出端；第一循环水路的非共用管路上设有第一电磁阀，共用管路位于板式换热器入口端的一侧设有第二三通电磁阀，共用管路位于板式换热器出口端的一侧设有第一单向阀，第二旁通水路的一端连接在第二三通电磁阀上，第二旁通水路的另一端与所述第一单向阀出口端的共用管路连通，所述电子水泵设在经济器与第二三通电磁阀之间的共用管路上。

5.根据权利要求4所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述第三循环水路还包括低温水箱，所述低温水箱并联设置在第一旁通水路电池与经济器之间的管路上，低温水箱进口端与第一旁通水路通过第三三通电磁阀连接，低温水箱出口端设有第二单向阀。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述第一膨胀阀与旁通管通过第四三通电磁阀控制选择连通。

7.根据权利要求1～5中任意一项所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述旁通管上设有电磁阀。

8.根据权利要求2～5中任意一项所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：还包括为HVAC空调系统提供辅助加热的PTC加热器。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的汽车空调热泵系统，其特征在于：所述蒸发器出液管上增设电磁阀或单向阀。