CN108016233B - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以与车辆一起使用的热泵系统。冷却系统包括连接到冷却管线的散热器和第一水泵，并且使冷却剂沿冷却管线循环以冷却电气部件。电池模块设置在通过第一阀选择性地连接到冷却管线的电池冷却管线上。此外，HVAC模块包括通过第一连接管线连接到冷却管线的内部加热器，通过第二连接管线连接到电池冷却管线的冷却器，以及打开或关闭的门，所述门设置在内部加热器和冷却器之间，并且根据车辆的冷却、加热和加热与除湿模式控制穿过冷却器的外部空气以使其被选择性地引入内部加热器中。集中的能量连接到电池冷却管线和冷却管线中的每个。

Description

用于车辆的热泵系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月1日在韩国专利知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0144496的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于车辆的热泵系统。

背景技术

通常，用于车辆的空调包括用于使制冷剂循环以便加热或冷却车辆内部的装置。

不管外部温度的变化如何都将车辆的内部保持在适当温度下以保持舒适的内部环境的空调被配置为，在通过压缩机的驱动排出的制冷剂通过冷凝器、储液干燥器、膨胀阀和蒸发器循环到压缩机的过程中，通过蒸发器进行热交换来加热或冷却车辆的内部。

也就是说，在夏季，在冷却模式下，空调通过使由冷凝器从压缩机压缩的高温高压气相制冷剂冷凝，使制冷剂通过储液干燥器和膨胀阀，并且然后在蒸发器中使制冷剂蒸发来降低内部的温度和湿度。

同时，近来，随着对能量效率和环境污染问题的兴趣的不断增加，需要开发能够基本上代替内燃机车辆的环境友好型车辆，并且环境友好型车辆通常分为使用燃料电池或电力作为动力源驱动的电动车辆，以及使用发动机和电池驱动的混合动力车辆。

在这些环境友好型车辆中的电动车辆或混合动力车辆中，不像普通车辆的空调那样使用单独的加热器，并且在环境友好型车辆中使用的空调通常被称为热泵系统。

同时，电动车辆通过将氧和氢之间的化学反应能量转化成电能来产生驱动力。在该过程中，通过燃料电池中的化学反应产生热能。因此，需要确保燃料电池的性能以有效地去除所产生的热。

此外，混合动力车辆通过使用从上述燃料电池或电池供应的电力来驱动电动机，以及由普通燃料操作的发动机来产生驱动力。因此，应当有效地去除从燃料电池或电池和电动机产生的热，以便确保电动机的性能。

因此，在根据现有技术的混合动力车辆或电动车辆中，冷却系统、热泵系统和电池冷却系统应当分别使用单独的闭合回路来配置，以便防止电动机、电气部件和包括燃料电池的电池产生热。

因此，设置在车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增加，并且向发动机舱中的热泵系统、冷却系统和电池冷却系统中的每个提供制冷剂或冷却剂的连接管的布局变得复杂。

此外，由于单独地提供根据车辆的状态使电池升温或冷却使得电池展现最佳性能的电池冷却系统，所以使用用于使各个连接管彼此连接的多个阀，并且由于这些阀的频繁打开或关闭操作而造成的噪声和振动被传递到车辆的内部，使得乘坐舒适性劣化。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，并且因此其可以包含不形成在本国家对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明涉及用于车辆的热泵系统。在特定实施例中，本发明涉及用于车辆的热泵系统，该热泵系统能够使用高温冷却剂和低温冷却剂冷却和加热车辆的内部。

本发明的实施例提供了用于车辆的热泵系统，该热泵系统具有将在冷凝和蒸发制冷剂时从制冷剂产生的热能与冷却剂的热进行交换，并且使用其热被交换的低温冷却剂或高温冷却剂控制车辆的内部温度的优点。

本发明的进一步的实施例提供了用于车辆的热泵系统，该热泵系统具有使用电气部件和电池模块的废热提高车辆的加热效率，并且通过有效地控制电池模块的温度使得电池模块展现最佳性能来增加车辆的整个行驶距离的优点。

本发明的示例性实施例包括用于车辆的热泵系统，所述热泵系统包括：冷却系统，其包括连接到冷却管线的散热器和第一水泵并且使冷却剂沿冷却管线循环以便冷却电气部件；电池模块，其设置在通过第一阀选择性地连接到冷却管线的电池冷却管线上；加热、通风和空调(HVAC)模块，其包括通过第一连接管线连接到冷却管线的内部加热器，通过第二连接管线连接到电池冷却管线的冷却器，以及开闭门，所述门设置在内部加热器和冷却器之间并且根据车辆的冷却、加热和加热与除湿模式控制穿过冷却器的外部空气以使其被选择性地引入内部加热器中；以及集中能量(CE)模块，其连接到电池冷却管线和冷却管线中的每个，将在冷凝和蒸发在其中循环的制冷剂时产生的热能与冷却剂的热进行交换，并且将其热被交换的低温或高温冷却剂供应到HVAC模块。

CE模块可包括：冷凝器，其设置在通过第二阀和第三阀彼此连接的冷却管线上，第二阀设置在散热器和电池模块之间的冷却管线上，第三阀设置在电气部件和第一阀之间的冷却管线上；膨胀阀，其通过制冷剂管线连接到冷凝器；蒸发器，其通过制冷剂管线连接到膨胀阀，并且设置在电池模块和第一阀之间的电池冷却管线上；以及压缩机，其设置在蒸发器和冷凝器之间的制冷剂管线上。

第一阀可在散热器和蒸发器之间使连接到电气部件的冷却管线和电池冷却管线彼此连接；以及第一连接管线可通过第二阀和第三阀选择性地使冷却管线和内部加热器彼此连接。

可在电池冷却管线上设置通过第一阀使蒸发器和电池模块连接的第一分支管线，第二连接管线可通过第四阀连接到电池冷却管线，第四阀在通过第一分支管线彼此连接的蒸发器和电池模块之间；以及在电气部件和散热器之间连接的冷却管线上可设置通过第五阀连接到散热器和第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线。

可以在散热器和第一水泵之间设置连接到第二分支管线的贮存罐。

在车辆的冷却模式下冷却电气部件的情况下，可通过第一阀的操作打开第一分支管线，并且可在通过第四阀的操作关闭连接到电池模块的电池冷却管线的状态下打开第二连接管线；可通过第二阀和第三阀的操作关闭第一连接管线，并且可打开使电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线；可通过第一阀至第三阀的操作关闭冷却管线和电池冷却管线之间的连接；可在通过第五阀的操作关闭第二分支管线的状态下，打开使电气部件和散热器彼此连接的冷却管线；以及制冷剂可在CE模块中循环。

在车辆的冷却模式下，蒸发器可在沿电池冷却管线循环的冷却剂和在其中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并且将低温冷却剂供应到冷却器。

在车辆的冷却模式下将电池模块与电气部件一起冷却的情况下，可通过第四阀的操作打开连接到电池模块的电池冷却管线。

在车辆的加热模式下在回收电池模块和电气部件的废热的情况下，可通过第一阀的操作关闭第一分支管线，并且可在通过第四阀的操作打开连接到电池模块的电池冷却管线的状态下关闭第二连接管线；可通过第二阀和第三阀的操作打开使电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线和第一连接管线；可通过第一阀至第三阀的操作使冷却管线连接到电池冷却管线；可在通过第五阀的操作打开第二分支管线的状态下，关闭使电气组件和散热器彼此连接的冷却管线；以及制冷剂可在所述模块中循环。

在电气部件和电池模块中产生的废热可使沿冷却管线和电池冷却管线循环的冷却剂的温度升高，并且其温度升高的冷却剂使从蒸发器排出的制冷剂的温度升高。

在车辆的加热模式下仅从电池模块回收废热的情况下，可通过第一阀的操作打开第一分支管线，并且可通过第一阀至第三阀的操作关闭冷却管线和电池冷却管线之间的连接。

在车辆的加热和除湿模式下，可通过第一阀的操作打开第一分支管线，并且可在通过第四阀的操作关闭连接到电池模块的电池冷却管线的状态下打开第二连接管线；可通过第二阀和第三阀的操作打开使电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线和第一连接管线；在第一水泵的操作停止的状态下，可通过第一阀至第三阀的操作关闭冷却管线和电池冷却管线之间的连接；以及制冷剂可在CE模块中循环。

冷凝器和蒸发器可由水冷式热交换器形成，其中冷却剂通过冷却管线和电池冷却管线被引入热交换器中。

冷凝器可还包括储液干燥器，并且可在压缩机和蒸发器之间的制冷剂管线上设置制冷剂加热器。

可在压缩机和蒸发器之间的制冷剂管线上设置储液器和制冷剂加热器中的每个。

可在电池模块和蒸发器之间的电池冷却管线上设置加热器，并且加热器可以选择性地接通，以加热沿电池冷却管线循环的冷却剂并且将加热的冷却剂引入电池模块中。

在使电池模块的温度升高的情况下，制冷剂在CE模块中的循环可停止，并且通过第五阀的操作，第一分支管线可连接到电池冷却管线，并且可关闭电池冷却管线和冷却管线之间的连接。

可在电池冷却管线上设置第二水泵，并且可在第一连接管线上设置第三水泵。

在CE模块中循环的制冷剂可以为R152-a或R744制冷剂。

电气部件可包括电动机、电力控制单元(EPCU)和车载充电器(OBC)；并且电动机和电力控制单元可在被驱动时产生热，并且车载充电器在为电池模块充电时产生热。

如上所述，根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统，在冷凝和蒸发制冷剂时从制冷剂产生的热能与制冷剂的热进行交换，并且使用其热被交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，由此使简化车辆的热泵系统并且简化制冷剂通过其循环的连接管的布局成为可能。

此外，用于车辆的热泵系统可以使用电气部件和电池模块的废热来提高车辆的加热效率，并且可以通过有效地控制电池模块的温度使得电池模块展现最佳性能来增加车辆的整体行驶距离。

此外，对通过冷却和蒸发制冷剂产生热能的CE模块进封装，并且使用高性能的R152-a或R744制冷剂，使得尺寸和重量可以减小，并且与根据现有技术的空调相比，可以防止噪声、振动和操作不稳定性的产生。

进一步地，用于车辆的整个热泵系统被简化，从而使减少制造用于车辆的热泵系统所需的成本和减轻用于车辆的热泵系统的重量，并提高空间利用率成为可能。

附图说明

图1为根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统的方框图。

图2为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中使用的CE模块的另一示例的示意图。

图3为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中的取决于车辆冷却模式的操作状态的视图。

图4为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中，在车辆的加热模式下从电气部件和电池模块回收废热时的操作状态的视图。

图5为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中的取决于车辆的加热和除湿模式的操作状态的视图。

图6为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中使电池模块的温度升高时的操作状态的视图。

以下附图标记可以与附图结合使用：

10：冷却系统

11：冷却管线

12：散热器

13：冷却风扇

14：第一水泵

15：电气部件

19：贮存罐

21：电池冷却管线

23：第二水泵

25：加热器

30：加热、通风和空调模块

31：内部加热器

33：冷却器

35：打开或关闭的门

40：集中能量模块

41：制冷剂管线

42：冷凝器

44：膨胀阀

46：蒸发器

48：压缩机

50：第一连接管线

60：第二连接管线

70：第一分支管线

80：第二分支管线

B：电池模块

V1、V2、V3、V4、V5：第一阀、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀

具体实施方式

在下文将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。

由于在本说明书中所述的示例性实施例和在附图中示出的配置仅为本发明的示例性实施例，并且不代表本发明的精神。因此，应当理解，在本发明被提交的时间点，各种等效和修改可以替换在本说明书中所述的示例性实施例和在附图中示出的配置。

将省略对于与本发明不相关的内容的描述，以便清楚地描述本发明，并且在整个附图中，相同的附图标号指定表示相同的元件。

由于为便于说明，在附图中任意地示出了相应部件的尺寸和厚度，所以本发明不限于附图中所示的内容。此外，厚度被夸大，以便明显地表示几个部分和区域。

此外，在整个本说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括(comprise)”及其变型诸如“包括了(comprises)”“包括着(comprising)”将被理解为暗示包括所述元件，但不排除任何其他元件。

此外，在本说明书中描述的术语“～单元”、“～装置”、“～部分”、“构件”等意为用于执行至少一种功能或操作的全面配置的单元。

图1为根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统的方框图。

根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统1将在使制冷剂冷凝和蒸发时在制冷剂中产生的热能与冷却剂的热进行交换，以仅使用低温或高温冷却剂执行车辆的冷却或加热模式。

用于车辆的热泵系统1用于电动车辆中。参考图1，用于车辆的热泵系统1包括冷却系统10，电池模块B，加热、通风和空调(HVAC)模块30以及集中能量(CE)模块40。

首先，冷却系统10包括连接到冷却管线11的散热器12和第一水泵14，并且使冷却剂沿冷却管线11循环，以便冷却电气部件15。

在此，电气部件15可以包括电动机16和设置在电动机16两侧的电力控制单元(EPCU)17与车载充电器(OBC)18。

电动机16和电力控制单元17可以在被驱动时产生热，并且车载充电器18可以在对电池模块B充电的情况下产生热。

因此，在车辆的加热模式下从电气部件15回收废热的情况下，从电动机16和电力控制单元17产生的热被回收，并且从车载充电器18产生的热可以在对电池模块B充电时回收。

散热器12设置在车辆的前部，并且具有设置在其后面的冷却风扇13，以通过冷却风扇13的操作冷却冷却剂并与外部空气进行热交换。

如上所述进行配置的冷却系统10通过第一水泵14的操作使在散热器12中冷却的冷却剂沿冷却管线11循环，以冷却电气部件15，以便使其不会过热。

电池模块B设置在通过第一阀V1选择性地连接到冷却管线11的电池冷却管线21上。

电池模块B向电气部件供电，并且是由沿电池冷却管线21流动的冷却剂冷却的水冷式电池模块。在此，第二水泵23设置在电池冷却管线21上。

第二水泵23设置在散热器12和电池模块B之间的电池冷却管线21上。操作第二水泵23以使冷却剂循环通过电池冷却管线21。

也就是说，电池模块B通过电池冷却管线101连接到冷却系统10，并且冷却剂可以通过第二水泵23的操作在电池模块B中循环。

在本实施例中，HVAC模块30包括内部加热器31、冷却器33和打开或关闭的门35。

内部加热器31通过第一连接管线50连接到冷却管线11。冷却器33通过第二连接管线60连接到电池冷却管线21。

此外，在内部加热器31和冷却器33之间设置打开或关闭的门35。打开或关闭的门35控制穿过冷却器33的外部空气，以根据车辆的冷却、加热，以及加热和除湿模式将其选择性地引入到内部加热器31中。

也就是说，在车辆的加热模式下，打开或关闭的门35打开使得穿过冷却器33的外部空气被引入内部加热器31中。相反，在车辆的冷却模式下，打开或关闭的门35关闭内部加热器31，使得在穿过冷却器33时冷却的外部空气被直接引入车辆的内部中。

CE模块40连接到冷却管线11和电池冷却管线21中的每个。CE模块40将使在其中循环的制冷剂冷凝和蒸发时产生的热能与冷却剂的热进行交换，并且供应其热被交换到HVAC模块30的低温或高温冷却剂。

在此，制冷剂为高性能R152-a或R744制冷剂。

也就是说，高温冷却剂通过第一连接管线50供应到内部加热器31，并且低温冷却剂通过第二连接管线60供应到冷却器33。

在此，CE模块40包括通过制冷剂管线41彼此连接的冷凝器42、膨胀阀44、蒸发器46和压缩机48。

首先，冷凝器42设置在冷却管线11上，冷却管线11通过设置在散热器12和电池模块B之间的冷却管线11上的第二阀V2，以及设置在电气部件15和第一阀V1之间的冷却管线11上的第三阀V3彼此连接。

冷凝器42在引入其中的制冷剂与冷却剂之间交换热，以使制冷剂冷凝，并且将在使制冷剂冷凝时产生的热能供应给冷却剂以使冷却剂的温度升高。

膨胀阀44通过制冷剂管线41连接到冷凝器42。膨胀阀44接收穿过冷凝器42的制冷剂并使其膨胀。

膨胀阀44可以为机械膨胀阀或电子膨胀阀。

蒸发器46通过制冷剂管线21连接到膨胀阀44。蒸发器46设置在电池模块B和第一阀V1之间的电池冷却管线21上。

蒸发器46在引入其中的制冷剂与冷却剂之间进行热交换，以使制冷剂蒸发，并且将在使制冷剂蒸发时产生的低温热能供应到冷却剂，以降低冷却剂的温度。

在此，冷凝器42和蒸发器46可以由水冷式热交换器形成，其中冷却剂通过冷却管线11和电池冷却管线21被引入其中。

此外，压缩机48设置在蒸发器46和冷凝器42之间的制冷剂管线41上。压缩机48压缩从蒸发器46排出的气态制冷剂。

在此，冷凝器42可以还包括储液干燥器43。在本示例性实施例中，储液干燥器43与冷凝器42一体配置。此外，制冷剂加热器49可以设置在压缩机48和蒸发器46之间的制冷剂管线21上。

制冷剂加热器49加热制冷剂并将加热的制冷剂供应到压缩机48，以通过制冷剂的温度升高而进一步升高冷却剂的温度，从而使促进加热性能的改善成为可能。

在此，第一阀V1在散热器12和蒸发器46之间使连接到电气部件15的冷却管线11和电池冷却管线21彼此连接。

此外，第一连接管线50通过第二阀V2和第三阀V3选择性地使冷却管线11和内部加热器31彼此连接。

在此，第三水泵52可以设置在第一连接管线50上。第三水泵52使冷却剂循环通过第一连接管线50。

同时，第一水泵14、第二水泵23和第三水泵52可以为电动水泵。

也就是说，其温度在通过冷凝器42时升高的高温冷却剂穿过第一连接管线50被引入内部加热器31中，第一连接管线50通过第二阀V2和第三阀V3打开。

同时，在本示例性实施例中，在电池冷却管线21上设置通过第一阀V1使蒸发器46和电池模块B连接的第一分支管线70。

第一阀V1选择性地使冷却管线11和电池冷却管线21彼此连接，或者选择性地使电池冷却管线21和第一分支管线70彼此连接，以控制冷却剂的流动。

也就是说，在使用在散热器12中冷却的冷却剂来冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以使连接到散热器12的冷却管线11和电池冷却管线21彼此连接并且关闭第一分支管线70。

此外，在升高电池模块B的温度的情况下或者在使用与制冷剂交换热的冷却剂冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以打开第一分支管线70并且关闭冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

因此，其与制冷剂的热交换在蒸发器46中完成的低温冷却剂通过由第一阀V1打开的第一分支管线70被引入电池模块B中，从而使有效地冷却电池模块B成为可能。

在本示例性实施例中，第二连接管线60通过第四阀V4连接到电池冷却管线21，第四阀V4在通过第一分支管线70彼此连接的蒸发器46和电池模块B之间。

第四阀V4选择性地打开或关闭连接到电池模块B的电池冷却管线21，并且选择性地使第二连接管线60和电池冷却管线21彼此连接，以将低温冷却剂供应到冷却器33。

此外，可以在电气部件15和散热器12之间连接的冷却管线11上设置通过第五阀V5连接到散热器12和第一水泵14之间的冷却管线11的第二分支管线80。

在吸收电气部件15和电池模块B中产生的废热以升高冷却剂的温度的情况下，通过第五阀V5的操作选择性地打开第二分支管线80。在这种情况下，通过第五阀V5的操作关闭连接到散热器12的冷却管线11。

同时，连接到第二分支管线80的贮存罐19可以设置在散热器12和第一水泵14之间。从散热器12引入并冷却的冷却剂可以储存在贮存罐19中。

在此，第二阀和第三阀可以为四通阀，第一阀、第四阀和第五阀可以为可分配流量的三通阀。

同时，在本示例性实施例中，CE模块40可以还包括储液器47，而不是储液干燥器43，如图2所示。

图2是示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中使用的CE模块的另一示例的示意图。

参考图2，储液器47设置在蒸发器46和压缩机48之间的制冷剂管线41上。储液器47仅向压缩机48供应气态制冷剂，以提高压缩机48的效率和耐久性。

也就是说，在CE模块40中，在设置储液干燥器43的情况下，可以去除储液器47，并且在不设置储液干燥器43的情况下，可以设置储液器47来替代储液干燥器43。

同时，尽管在本示例性实施例中已经通过示例描述了制冷剂加热器49设置在制冷剂管线21上的情况，但是本发明不限于此。如果需要，可以选择性地将制冷剂加热器49去除。

在下文，将参考图3至图6详细描述如上所述配置的根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统1的每种模式中的操作和动作。

首先，将参考图3描述在车辆的冷却模式下冷却电气部件15的情况下的操作。

图3是示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中的取决于车辆的冷却模式的操作状态的视图。

参考图3，操作冷却系统10以便冷却电气部件15。此外，操作CE模块40的相应部件以便冷却车辆的内部，使得制冷剂沿制冷剂管线41循环。

在此，通过第一阀V1的操作打开第一分支管线70。

在通过第四阀V4的操作关闭连接到电池模块B的电池冷却管线21的状态下，打开第二连接管线60。

此外，通过第二阀V2和第三阀V3的操作，第一连接管线50关闭，并且连接电气部件15和冷凝器42的冷却管线11打开。

在此，通过第一阀V1至第三阀V3的操作关闭冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

此外，通过第五阀V5的操作关闭第二分支管线80。同时，第五阀V5打开将电气部件15和散热器12彼此连接的冷却管线11。

因此，通过第一水泵14的操作，在散热器12中冷却的冷却剂冷却电气部件15，同时沿冷却管线11循环，冷却管线11通过第二阀V2、第三阀V3和第五阀V5彼此连接。

此外，电池冷却管线21的冷却剂通过第二水泵23的操作沿电池冷却管线21、第一分支管线70和第二连接管线60循环。

在此，蒸发器46在沿电池管线21循环的冷却剂和在其中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并且将低温冷却剂供应到冷却器33。

也就是说，在CE模块40中，沿制冷剂管线41循环的制冷剂通过与穿过冷凝器42的冷却剂进行热交换而冷凝，在膨胀阀44中膨胀，并且在蒸发器46中蒸发。

在这种情况下，在蒸发器46中蒸发的制冷剂冷却通过电池冷却管线21引入的制冷剂。此外，在穿过蒸发器46时被冷却的冷却剂通过第二连接管线60供应到冷却器33。

在这种情况下，引入HVAC模块30中的外部空气在与引入冷却器33中的冷却剂进行热交换时冷却，并且处于低温状态。

打开或关闭的门35将冷却的外部空气通过其进入内部加热器31的部分关闭，使得冷却的外部空气不能穿过内部加热器31。因此，冷却的外部空气被直接引入车辆的内部中，从而使冷却车辆的内部成为可能。

同时，在车辆的冷却模式下将电池模块B与电气部件15一起冷却的情况下，可以通过第四阀V4的操作打开连接到电池模块B的电池冷却管线21。

在这种情况下，在穿过蒸发器46时被冷却的冷却剂沿连接到电池模块B的电池冷却管线21和第二连接管线60循环。因此，电池模块B可以通过供应给电池冷却管线21的低温冷却剂有效地冷却。

将参考图4描述在车辆的加热模式下从电气部件和电池模块回收废热的操作。

图4为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中，在车辆的加热模式下从电气部件和电池模块回收废热时的操作状态的视图。

参考图4，在车辆的加热模式下回收电气部件15和电池模块B的废热的情况下，操作CE模块40的相应部件以便加热车辆的内部，使得制冷剂循环通过制冷剂管线41。

在这种状态下，通过第一阀V1的操作关闭第一分支管线70。

通过第四阀V4的操作打开连接到电池模块B的电池冷却管线21。通过第四阀V4的操作关闭第二连接管线60。

通过第二阀V2和第三阀V3的操作打开连接电气部件15和冷凝器42的冷却管线11以及第一连接管线50。

此外，冷却管线11通过第一阀V1至第三阀V3的操作连接到电池冷却管线21。第五阀V5在其打开第二分支管线80的状态下关闭将电气部件15和散热器12彼此连接的冷却管线11。

因此，冷却管线11和电池冷却管线21通过第一阀V1至第五阀V5的选择性操作而彼此连接，并且可以形成一个闭合回路，冷却剂沿该闭合回路循环。

在此，在电气部件15中产生的废热和在电池模块B中产生的废热使沿冷却管线11和电池冷却管线21循环的冷却剂的温度升高。

其温度升高的冷却剂进一步使从蒸发器46排出的制冷剂的温度升高，同时通过第一水泵14和第二水泵23的操作穿过蒸发器46。

其温度升高的制冷剂被引入压缩机48中，在压缩机48中以较高的温度和压力被压缩，并且然后被引入冷凝器42中。

在此，冷却剂通过第三水泵52的操作沿穿过冷凝器42的冷却管线11和通过第二阀V2与第三阀V3连接到冷却管线11的第一连接管线50循环。

当冷却剂与在压缩机48中以较高温度和压力被压缩的制冷剂进行热交换时，穿过冷凝器42的冷却剂的温度可以进一步升高，然后被供应到冷凝器42。

因此，其温度在穿过冷凝器42时升高的冷却剂被供应到内部加热器31。

在此，打开或关闭的门35被打开，使得被引入HVAC模块30中并且穿过被停止供应冷却剂的冷却器33的外部空气穿过内部加热器31。

因此，从外部引入的外部空气在穿过冷却器33时不被冷却到冷却器33中的室温状态下被引入。引入的外部空气在高温状态下被改变同时穿过内部加热器31，并且然后被引入车辆的内部中，使得车辆内部的加热可得以实现。

同时，如果需要，可以选择性地打开加热器25，以加热沿电池冷却管线101循环的冷却剂。因此，穿过蒸发器46的制冷剂的温度可以快速升高。

也就是说，根据本示例性实施例的用于车辆的热泵系统1使用在电气部件15和电池模块B中产生的废热源，以在车辆的加热模式下使制冷剂的温度升高，从而使降低压缩机48的电力消耗和提高加热效率成为可能。

同时，在车辆的加热模式下仅从电池模块B回收废热的情况下，通过第一阀V1的操作打开第一分支管线70。同时，通过第一阀V1至第三阀V3的操作关闭冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

在这种情况下，冷却剂在通过第二水泵23的操作沿电池冷却管线21和第一分支管线70循环时回收在电池模块B中产生的废热，使得冷却剂的温度升高。其温度升高的冷却剂可以通过在穿过蒸发器46时与制冷剂的热交换来使制冷剂的温度升高。

也就是说，尽管已经在本示例性实施例中通过示例描述了在车辆的加热模式下回收电气部件15的废热和电池模块B的废热两者或者回收电池模块B的废热的情况，但本发明不限于此。也就是说，除电池模块B的废热之外，电气部件15中产生的废热也可以被回收。

在本示例性实施例中，将参考图5描述在车辆的加热和除湿模式下的操作。

图5是示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中的取决于车辆的加热和除湿模式的操作状态的视图。

参考图5，在车辆的加热和除湿模式中，操作CE模块40的相应部件以加热车辆的内部，使得制冷剂沿制冷剂管线41循环。

通过第一阀V1的操作打开第一分支管线70。通过第四阀V4的操作打开连接到电池模块B的电池冷却管线21。同时通过第四阀V4打开第二连接管线60，使得第一分支管线70和第二连接管线60彼此连接。

使电气部件15和冷凝器42连接的冷却管线21和第一连接管线50打开，并且通过第二阀V2和第三阀V3的操作彼此连接。

此外，在第一水泵14的操作停止的状态下，通过第一阀V1至第三阀V3的操作关闭在冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

因此，冷却剂通过第三水泵52的操作沿穿过冷凝器42的冷却管线11和通过第二阀V2与第三阀V3连接到冷却管线11的第一连接管线50循环。

在此，当冷却剂与从压缩机48排出的在压缩机48中以高温和高压状态压缩的制冷剂进行热交换时，穿过冷凝器42的冷却剂的温度升高，并且被供应到冷凝器42。然后，其温度升高的冷却剂被供应到内部加热器31。

同时，电池冷却管线21的冷却剂通过第二水泵23的操作沿电池管线21、第一分支管线70和第二连接管线60循环。

在此，蒸发器46在沿电池冷却管线21循环的冷却剂和在其中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并且将低温冷却剂供应到冷却器33。

在这种情况下，在蒸发器46中蒸发的制冷剂冷却通过电池冷却管线21引入的冷却剂。此外，在穿过蒸发器46时冷却的冷却剂通过第二连接管线60供应到冷却器33。

因此，引入到HVAC模块30中的外部空气在穿过引入低温冷却剂的冷却器33时被除湿。然后，外部空气在穿过供应有高温冷却剂的内部加热器31时变为高温状态，并且然后被引入车辆内部中，从而对车辆内部进行加热和除湿。

此外，将参考图6描述在使电池模块B的温度升高时的操作。

图6为示出在根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统中使电池模块的温度升高时的操作状态的视图。

参考图6，在使电池模块B的温度升高的情况下，停止CE模块40的操作，使得制冷剂的循环停止。

此外，第一分支管线70通过第一阀V1的操作连接到电池冷却管线21。此外，电池冷却管线21和冷却管线11之间的连接通过第一阀V1的操作来关闭。

因此，电池冷却管线21和第一电池分支管线70形成一个闭合回路。在这种情况下，冷却剂通过第二水泵23的操作穿过电池模块B，同时沿电池冷却管线21和第一分支管线70循环。

在这种情况下，加热器25接通以加热沿电池冷却管线21循环的冷却剂，并且然后将加热的冷却剂引入电池模块B中，从而使快速升高电池模块B的温度成为可能。

因此，当应用如上所述配置的根据本发明的示例性实施例的用于车辆的热泵系统1时，在冷凝和蒸发制冷剂时从制冷剂产生的热能选择性地与冷却剂的热进行交换，并且使用其热被交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，从而使简化用于车辆的热泵系统以及简化制冷剂通过其进行循环的连接管的布局成为可能。

此外，用于车辆的热泵系统1可以使用电气部件15和电池模块B的废热来提高车辆的加热效率，并且可以通过有效地控制电池模块B的温度使得电池模块B展现最佳性能来增加车辆的整体行驶距离。

此外，对通过冷却和蒸发制冷剂产生热能的CE模块40进行封装，并且使用高性能的R152-a或R744制冷剂，使得尺寸和重量可以减小，并且与根据现有技术的空调相比，可以防止噪声、振动和操作不稳定性的产生。

进一步地，用于车辆的整个热泵系统被简化，从而使减少制造用于车辆的热泵系统所需的成本和减轻用于车辆的热泵系统的重量，并提高空间利用率成为可能。

虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改以及等效布置。

Claims (17)

1.一种用于车辆的热泵系统，所述热泵系统包括：

冷却系统，其包括连接到冷却管线的散热器和第一水泵，所述冷却系统被配置为使冷却剂沿冷却管线循环以便冷却电气部件；

电池模块，其设置在通过第一阀选择性地连接到冷却管线的电池冷却管线上；

加热、通风和空调HVAC模块，其包括通过第一连接管线连接到所述冷却管线的内部加热器、通过第二连接管线连接到所述电池冷却管线的冷却器、以及开闭门，所述开闭门设置在所述内部加热器和所述冷却器之间，并且被配置为根据所述车辆的冷却、加热和加热与除湿模式控制穿过所述冷却器的外部空气以使其被选择性地引入所述内部加热器中；以及

集中能量CE模块，其连接到所述电池冷却管线和冷却管线中的每个，所述集中能量CE模块被配置为使在冷凝和蒸发在其中循环的制冷剂时产生的热能与冷却剂的热进行交换，并且将经热交换的低温或高温冷却剂供应到所述加热、通风和空调HVAC模块，

其中所述集中能量CE模块包括：

冷凝器，其设置在通过第二阀和第三阀彼此连接的冷却管线上，所述第二阀设置在所述散热器和所述电池模块之间的冷却管线上，所述第三阀设置在所述电气部件和所述第一阀之间的冷却管线上；

膨胀阀，其通过制冷剂管线连接到所述冷凝器；

蒸发器，其通过所述制冷剂管线连接到所述膨胀阀，并且设置在所述电池模块和所述第一阀之间的电池冷却管线上；以及

压缩机，其设置在所述蒸发器和所述冷凝器之间的制冷剂管线上，

其中，在所述电池冷却管线上设置有通过所述第一阀使所述蒸发器和所述电池模块连接的第一分支管线；

所述第二连接管线通过第四阀连接到所述电池冷却管线，所述第四阀在通过所述第一分支管线彼此连接的所述蒸发器和所述电池模块之间；以及

在所述电气部件和所述散热器之间连接的冷却管线上设置有通过第五阀连接到所述散热器和所述第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线；并且

其中所述热泵系统还包括连接到所述散热器和所述第一水泵之间的所述第二分支管线的贮存罐。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中：

所述第一阀在所述散热器和所述蒸发器之间使连接到所述电气部件的冷却管线和所述电池冷却管线彼此连接；以及

所述第一连接管线通过所述第二阀和所述第三阀选择性地使冷却管线和所述内部加热器彼此连接。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，在所述车辆的冷却模式下冷却所述电气部件的情况下，所述热泵系统被配置为进行操作使得：

通过所述第一阀的操作打开所述第一分支管线，并且在通过所述第四阀的操作关闭连接到所述电池模块的所述电池冷却管线的状态下打开所述第二连接管线；

通过所述第二阀和所述第三阀的操作关闭所述第一连接管线，并且打开使所述电气部件和所述冷凝器彼此连接的冷却管线；

通过所述第一阀至所述第三阀的操作关闭冷却管线和所述电池冷却管线之间的连接；

在通过所述第五阀的操作关闭所述第二分支管线的状态下，打开使所述电气部件和所述散热器彼此连接的冷却管线；以及

所述制冷剂在所述集中能量CE模块中循环。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中所述蒸发器被配置为，在所述车辆的冷却模式下，在沿所述电池冷却管线循环的冷却剂和在其中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并且将低温冷却剂供应到所述冷却器。

5.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中，在所述车辆的冷却模式下将所述电池模块与所述电气部件一起冷却的情况下，所述热泵系统被配置为进行操作使得通过所述第四阀的操作打开连接到所述电池模块的所述电池冷却管线。

6.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，在所述车辆的加热模式下回收所述电池模块和所述电气部件的废热的情况下，所述热泵系统被配置为进行操作使得：

通过所述第一阀的操作关闭所述第一分支管线，并且在通过第四阀的操作打开连接到所述电池模块的所述电池冷却管线的状态下关闭所述第二连接管线；

通过所述第二阀和所述第三阀的操作打开使所述电气部件和所述冷凝器彼此连接的冷却管线和所述第一连接管线；

通过所述第一阀至所述第三阀的操作，冷却管线连接到所述电池冷却管线；

在通过所述第五阀的操作打开所述第二分支管线的状态下，关闭使所述电气部件和所述散热器彼此连接的冷却管线；以及

所述制冷剂在所述集中能量CE模块中循环。

7.根据权利要求6所述的用于车辆的热泵系统，其中所述热泵系统被配置为进行操作使得在所述电气部件和所述电池模块中产生的废热使沿冷却管线和所述电池冷却管线循环的冷却剂的温度升高，并且温度升高后的所述冷却剂使从所述蒸发器排出的制冷剂的温度升高。

8.根据权利要求6所述的用于车辆的热泵系统，其中，在所述车辆的加热模式下仅从所述电池模块回收废热的情况下，所述热泵系统被配置为进行操作使得通过所述第一阀的操作打开所述第一分支管线，并且通过所述第一阀至所述第三阀的操作关闭冷却管线和所述电池冷却管线之间的连接。

9.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，在所述车辆的加热与除湿模式下，所述热泵系统被配置为进行操作使得：

通过所述第一阀的操作打开所述第一分支管线，并且在通过所述第四阀的操作关闭连接到所述电池模块的所述电池冷却管线的状态下打开所述第二连接管线；

通过所述第二阀和所述第三阀的操作打开使所述电气部件和所述冷凝器彼此连接的冷却管线和所述第一连接管线；

在所述第一水泵的操作停止的状态下，通过所述第一阀至所述第三阀的操作关闭冷却管线和所述电池冷却管线之间的连接；以及

所述制冷剂在所述集中能量CE模块中循环。

10.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，还包括设置在所述电池模块和所述蒸发器之间的所述电池冷却管线上的加热器，其中所述加热器被配置为选择性地接通，以加热沿所述电池冷却管线循环的冷却剂并且将加热的冷却剂引入所述电池模块中。

11.根据权利要求10所述的用于车辆的热泵系统，其中，在使所述电池模块的温度升高的情况下，所述热泵系统被配置为进行操作使得所述制冷剂在所述集中能量CE模块中的循环停止，并且通过所述第五阀的操作，所述第一分支管线连接到所述电池冷却管线，并且关闭所述电池冷却管线和冷却管线之间的连接。

12.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述冷凝器和所述蒸发器由水冷式热交换器形成，其中冷却剂通过冷却管线和所述电池冷却管线被引入所述热交换器中。

13.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述冷凝器还包括储液干燥器，所述热泵系统还包括设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线上的制冷剂加热器。

14.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，还包括设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线上的储液器和制冷剂加热器。

15.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其还包括：

设置在所述电池冷却管线上的第二水泵；以及

设置在所述第一连接管线上的第三水泵。

16.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中在所述集中能量CE模块中循环的制冷剂为R152-a或R744制冷剂。

17.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中：

所述电气部件包括电动机、电力控制单元和车载充电器；以及

在操作期间，所述电动机和所述电力控制单元在被驱动时产生热，并且所述车载充电器在对所述电池模块充电时产生热。

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