CN108016235B - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于车辆的热泵系统，其可以包括：冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵；电池模块，其设置于通过第一阀而能够选择性地连接至冷却管线的电池冷却管线；加热、通风和空气调节模块，其包括通过第一连接管线而连接至冷却管线的内部加热器、通过第二连接管线而连接至电池冷却管线的冷却器、以及打开或关闭门，所述打开或关闭门设置于内部加热器与冷却器之间，并且将穿过冷却器的外部空气控制为根据车辆的冷却模式、加热模式以及加热和除湿模式而选择性地被引入内部加热器；集中能量模块，其连接至电池冷却管线和冷却管线的每一个。

Description

用于车辆的热泵系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月1日提交的韩国专利申请第10-2016-0144495号的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的热泵系统。更具体地，本发明涉及这样一种用于车辆的热泵系统：其能够使用高温冷却剂和低温冷却剂来选择性地冷却和加热车辆的内部。

背景技术

通常，用于车辆的空气调节包括使制冷剂循环以加热或冷却车辆的内部的空气调节装置。

空气调节装置用于将车辆的内部保持在适当的温度下，而不管外部温度的变化，从而保持舒适的内部环境，所述空气调节装置配置成，在通过压缩机的驱动而排出的制冷剂通过冷凝器、接收器干燥器、膨胀阀和蒸发器而循环至压缩机的过程中，通过蒸发器的热交换来加热或冷却车辆的内部。

也就是说，在夏季，空气调节装置在制冷模式中通过如下操作来降低内部的温度和湿度：通过冷凝器将来自压缩机的经压缩的高温高压气态制冷剂进行冷凝，使该制冷剂穿过接收器干燥器和膨胀阀，然后在蒸发器中将制冷剂蒸发。

同时，近年来，随着对能源效率和环境污染问题的兴趣不断增加，需要开发出能够大体上代替内燃机车辆的环保车辆，而且环保车辆通常分为使用燃料电池或电力作为动力源进行驱动的电动车辆和使用发动机和电池进行驱动的混合动力车辆。

在这些环保车辆中的电动车辆或混合动力车辆中，不使用单独的加热器(与一般车辆的空气调节装置不同)，并且用于环保车辆中的空气调节装置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转换成电能来产生驱动力。在本过程中，通过燃料电池中的化学反应来产生热能。因此，在确保燃料电池的性能方面需要有效地去除产生的热量。

此外，混合动力车辆通过利用由上述燃料电池或电池供应的电力、与由一般燃料操作的发动机一起来驱动电机，从而产生驱动力。因此，应该有效地去除从燃料电池或电池以及电机产生的热量，以确保电机的性能。

因此，在根据现有技术的混合动力车辆或电动车辆中，应该利用分开的闭合回路来分别配置冷却装置、热泵系统和电池冷却系统，以防止电机、电气部件和包括燃料电池的电池的发热。

因此，设置于车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增加，并且在发动机隔室中向热泵系统、冷却装置和电池冷却系统中的每一个供应制冷剂或冷却剂的连接管路的布局会变得复杂。

另外，由于根据车辆的状态对电池进行加热或冷却的电池冷却系统分开设置为使得电池呈现出最佳性能，所以利用多个阀以将各个连接管路彼此连接，并且由于这些阀的频繁导通或关断操作引起的噪声和振动被传递到车辆的内部，因此使得乘坐舒适度降低。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不可以被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其具有以下优点：在冷凝和蒸发制冷剂时将制冷剂产生的热能与冷却剂的热选择性地交换，并且利用进行了热交换的低温冷却剂或高温冷却剂来控制车辆的内部温度。

此外，本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其具有如下优点：利用电气部件和电池模块的废热来提高车辆的加热效率，并且通过有效地控制电池模块的温度使得电池模块呈现出最佳性能，从而增加车辆的整个行驶距离。

本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统，其包括：冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵，并且沿着冷却管线循环冷却剂以冷却电气部件；电池模块，其设置于电池冷却管线，所述电池冷却管线通过第一阀而能够选择性地连接至冷却管线；加热、通风和空气调节(HVAC)模块，其包括内部加热器、冷却器以及打开或关闭门，所述内部加热器通过第一连接管线而连接至冷却管线，所述冷却器通过第二连接管线而连接至电池冷却管线，所述打开或关闭门设置在内部加热器与冷却器之间，并且将穿过冷却器的外部空气控制为根据车辆的冷却模式、加热模式以及加热和除湿模式而选择性地引入内部加热器；集中能量(CE)模块，其连接至电池冷却管线和冷却管线的每一个，将在冷凝和蒸发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至加热、通风和空气调节模块；其中，CE模块还设置有辅助热交换器，其通过与低温制冷剂和经冷凝的制冷剂进行热交换而进一步冷凝制冷剂，使得制冷剂的冷凝量通过辅助冷却的增加而增加。

所述CE模块可以包括：冷凝器，其设置于通过第二阀和第三阀而彼此连接的冷却管线，所述第二阀设置于散热器与电池模块之间的冷却管线，所述第三阀设置于电气部件与第一阀之间的冷却管线；辅助热交换器和膨胀阀，所述辅助热交换器通过制冷剂管线而连接至冷凝器，膨胀阀通过制冷剂管线而连接至辅助热交换器；蒸发器，其通过制冷剂管线而连接至膨胀阀，并且设置于电池模块与第一阀之间的电池冷却管线；以及压缩机，其设置于蒸发器与冷凝器之间的制冷剂管线。

第一阀可以在散热器与蒸发器之间将连接至电气部件的冷却管线与电池冷却管线彼此连接，第一连接管线可以通过第二阀和第三阀而将冷却管线与内部加热器选择性地彼此连接。

通过第一阀而将蒸发器与电池模块彼此连接的第一分支管线可以设置于电池冷却管线，第二连接管线可以通过第四阀而连接至电池冷却管线，所述第四阀在通过第一分支管线而彼此连接的蒸发器与电池模块之间，通过第五阀而连接至散热器与第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线可以设置于连接于电气部件与散热器之间的冷却管线。

连接至第二分支管线的储液罐可以设置于散热器与第一水泵之间。

第二阀和第三阀可以是四通阀。

第一阀、第四阀和第五阀可以是三通阀。

在车辆的制冷模式中对电气部件进行冷却的情况下，第一分支管线可以通过第一阀的操作而导通，并且第二连接管线可以在连接至电池模块的电池冷却管线通过第四阀的操作而关断的状态下导通，通过第二阀和第三阀的操作，第一连接管线可以关断，并且将电气部件与冷凝器彼此连接的冷却管线可以导通，冷却管线与电池冷却管线之间的连接可以通过第一阀至第三阀的操作而关断，将电气部件与散热器彼此连接的冷却管线可以在第二分支管线通过第五阀的操作而关断的状态下导通，所述制冷剂可以在CE模块中循环。

辅助热交换器可以通过与从蒸发器排出的低温制冷剂进行热交换来二次冷凝从冷凝器排出的中温制冷剂，以通过辅助冷却的增加来增加制冷剂的冷凝量，蒸发器可以在车辆的制冷模式中，在沿着电池冷却管线循环的冷却剂与蒸发器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至冷却器。

当在车辆的制冷模式中冷却电池模块和电气部件时，连接至电池模块的电池冷却管线可以通过第四阀的操作而导通。

当在车辆的加热模式中回收电池模块和电气部件的废热时，第一分支管线可以通过第一阀的操作而关断，第二连接管线可以在与电池模块连接的电池冷却管线通过第四阀的操作而导通的状态下关断，将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线可以通过第二阀和第三阀的操作而导通，冷却管线可以通过第一阀、第二阀和第三阀的操作而连接至电池冷却管线，将电气部件和散热器彼此连接的冷却管线可以在第二分支管线通过第五阀的操作而导通的状态下关断，制冷剂可以在CE模块中循环。

在电气部件和电池模块中产生的废热使沿着冷却管线和电池冷却管线循环的冷却剂的温度可以升高，并且温度升高的冷却剂使得从蒸发器排出的制冷剂的温度可以升高。

当在车辆的加热模式中仅从电池模块回收废热时，第一分支管线可以通过第一阀的操作而导通，冷却管线与电池冷却管线之间的连接可以通过第一阀至第三阀的操作而关断。

在车辆的加热和除湿模式中，第一分支管线可以通过第一阀的操作而导通，第二连接管线可以在连接至电池模块的电池冷却管线通过第四阀的操作而关断的状态下导通，将电气部件与冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线可以通过第二阀和第三阀的操作而导通，冷却管线与电池冷却管线之间的连接可以在第一水泵的操作停止的状态下通过第一阀至第三阀的操作而关断，制冷剂可以在CE模块中循环。

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

冷凝器可以进一步包括接收器干燥器，并且制冷剂加热器可以设置于压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线。

储液器和制冷剂加热器可以分别设置于压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线。

加热器可以设置于电池模块与蒸发器之间的电池冷却管线，加热器可以选择性地接通以加热沿着电池冷却管线循环的冷却剂，并且可以将经加热的冷却剂引入电池模块。

当电池模块的温度升高时，集中能量模块中的制冷剂的循环可以停止，通过第一阀的操作，第一分支管线可以连接至电池冷却管线，并且电池冷却管线与冷却管线之间的连接可以关断。

第二水泵可以设置于电池冷却管线，第三水泵可以设置于第一连接管线。

在集中能量模块中循环的制冷剂可以为R152-a或R744制冷剂。

所述电气部件可以包括：电机、电力控制单元(EPCU)和车载充电器(OBC)，电机和电力控制装置可以在被驱动时产生热量，而车载充电器可以在对电池模块充电时产生热量。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统，在制冷剂的冷凝和蒸发时从制冷剂产生的热能与冷却剂的热交换，并且利用经热交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，从而能够简化用于车辆的热泵系统，并简化制冷剂循环通过的连接管路的布局。

另外，用于车辆的热泵系统可以利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来使得电池模块呈现出最佳的性能，从而增加车辆的整个行驶距离。

另外，封装通过制冷剂的冷凝和蒸发而产生热能的CE(集中能量)模块，并且使用高性能的R152-a或R744制冷剂，使得相比于根据现有技术的空气调节装置，可以减小尺寸和重量，并且可以防止噪声、振动和操作不稳定性的产生。

另外，CE模块还包括辅助热交换器，所述辅助热交换器通过与低温制冷剂进行热交换来对初步冷凝的制冷剂进行二次冷凝，以增加制冷剂的冷凝量，从而通过增加制冷剂的辅助冷却来提高冷却性能和效率。

此外，用于车辆的整个热泵系统被简化，使得可以降低制造用于车辆的热泵系统所需的成本以及用于车辆的热泵系统的重量，并改善空间利用。

本发明的方法和装置可以具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统的框图。

图2是说明根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统所使用的CE模块的另一个示例的示意图。

图3是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中的根据车辆的制冷模式的操作状态的图。

图4是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在车辆的加热模式中从电气部件和电池模块回收废热时的操作状态的示意图。

图5是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，根据车辆的加热和除湿模式的操作状态的示意图。

图6是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在电池模块的温度升高时的操作状态的示意图。

可以理解的是，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记表示本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例示于附图中并且描述如下。尽管将结合示例性实施方案来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它的实施方案。

在下文中，将参照附图来详细地描述本发明的示例性实施方案。

由于在本说明书中所述的示例性实施方案和附图中所示的配置仅是本发明的示例性实施方案，并且不代表本发明的精神。因此，将理解的是，各种等同物和修改可以替代在本发明提交时的本说明书中所述的示例性实施例和附图中所示的配置。

将省略与本发明不相关的内容的描述以清楚地描述本发明，并且在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。

由于为了便于说明而在附图中任意地示出了各部件的尺寸和厚度，但是本发明不限于附图所示的内容。另外，厚度被夸大处理以明显地表示几个部分和区域。

另外，在整个本说明书中，除非明确地描述为相反，否则词语“包括”和诸如“包括”或“包含”的变体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”等意味着用于执行至少一个功能或操作的综合配置的单元。

图1是根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统的框图。

根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1将在冷凝和蒸发制冷剂时在制冷剂中产生的热能与冷却剂的热进行交换，以仅利用低温或高温冷却剂来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。参见图1，用于车辆的热泵系统1包括：冷却装置10、电池模块B、加热、通风和空气调节(heating,ventilation,and airconditioning,HVAC)模块30以及集中能量(centralized energy，CE)模块40。

首先，冷却装置10包括连接至冷却管线11的散热器12以及第一水泵14，并且冷却装置10沿冷却管线11来循环冷却剂以冷却电气部件15。

这里，电气部件15可以包括电机16以及设置于电机16两侧的电力控制单元(electric power control unit,EPCU)17和车载充电器(on-board charger,OBC)18。

电机16和电力控制单元17可以在驱动时产生热量，而车载充电器18可以在对电池模块B充电的情况下产生热量。

因此，当在车辆的加热模式中从电气部件15回收废热时，回收从电机16和电力控制单元17产生的热量，并且可以在对电池模块B进行充电时回收车载充电器18产生的热量。

散热器12设置于车辆的前部，并且具有设置于散热器12后的冷却风扇13，以通过冷却风扇13的操作来冷却冷却剂，并与外部空气进行热交换。

如上所述配置的冷却装置10通过第一水泵14的操作而沿着冷却管线11来循环在散热器12中冷却的冷却剂，以冷却电气部件15，从而使电气部件15不过热。

电池模块B设置于电池冷却管线21，电池冷却管线21通过第一阀V1而可以选择性地连接至冷却管线11。

电池模块B向电气部件供电，并且电池模块B是由沿着电池冷却管线21流动的冷却剂来进行冷却的水冷式电池模块。这里，第二水泵23设置于电池冷却管线21。

第二水泵23设置于散热器12与电池模块B之间的电池冷却管线21。第二水泵23运行为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21连接至冷却装置10，并且冷却剂可以通过第二水泵23的运行而在电池模块B中循环。

在本示例性实施方案中，HVAC模块30包括：内部加热器31、冷却器33以及打开或关闭门35。

内部加热器31通过第一连接管线50而连接至冷却管线11。冷却器33通过第二连接管线60而连接至电池冷却管线21。

另外，打开或关闭门35设置于内部加热器31与冷却器33之间。打开或关闭门35将通过冷却器33的外部空气控制为根据车辆的冷却模式、加热模式以及加热和除湿模式而选择性地引入内部加热器31。

也就是说，在车辆的加热模式中，打开或关闭门35被打开，使得通过冷却器33的外部空气被引入内部加热器31。相反，在车辆的制冷模式中，打开或关闭门35关闭内部加热器31，使得在通过冷却器33时冷却的外部空气被直接引入车辆的内部。

CE模块40连接至冷却管线11和电池冷却管线21中的每一个。CE模块40在将在其中循环的制冷剂冷凝和蒸发时产生热能与冷却剂的热进行交换，并且向HVAC模块30供应经交换热的低温或高温冷却剂。

这里，制冷剂是高性能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而供应至内部加热器21，低温冷却剂通过第二连接管线60而供应至冷却器33。

这里，CE模块40包括通过制冷剂管线41而彼此连接的冷凝器42、辅助热交换器44、膨胀阀45、蒸发器46和压缩机48。

首先，冷凝器42设置于通过第二阀V2和第三阀V3而彼此连接的冷却管线11，所述第二阀V2设置于散热器12与电池模块B之间的冷却管线11，所述第三阀V3设置于电气部件15与第一阀V1之间的冷却管线11。

冷凝器42在引入其中的制冷剂与冷却剂之间进行进行热交换以冷凝制冷剂，并且将在冷凝制冷剂时产生的热能提供给冷却剂以升高冷却剂的温度。

辅助热交换器44进一步冷凝制冷剂，使得制冷剂的冷凝量增加。辅助热交换器44通过制冷剂管线41而连接至冷凝器42。

膨胀阀45通过制冷剂管线41而连接至冷凝器42。膨胀阀45接收并膨胀经过冷凝器42的制冷剂。

膨胀阀45可以是机械膨胀阀或电膨胀阀。

蒸发器46通过制冷剂管线41而连接至膨胀阀45。蒸发器46设置于电池模块B与第一阀V1之间的电池冷却管线21。

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蒸发制冷剂，并且将在蒸发制冷剂时产生的低温热能供应给冷却剂以降低冷却剂的温度。

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

此外，蒸发器46通过制冷剂管线41而连接至辅助热交换器44。

也就是说，从冷凝器42排出的经冷凝的制冷剂和从蒸发器46排出的低温低压的制冷剂分别流入辅助热交换器44。因此，辅助热交换器44可以通过与低温制冷剂和中温制冷剂进行二次热交换来降低制冷剂的温度并且增加制冷剂的冷凝量。

辅助热交换器44进一步对在冷凝器42中初次冷凝的制冷剂进行二次冷凝，提高性能系数(coefficient of performance，COP)，性能系数为相比于压缩机的消耗功率的冷却性能的系数。

此外，在本示例性实施方案中，通过本示例性实施方案中的示例，已经描述了辅助热交换器44使低温制冷剂与中温制冷剂进行热交换，但是本发明不限于此。辅助热交换器44旁通并冷却从冷凝器42排出的制冷剂的一部分，并且通过使用经冷却的制冷剂和从蒸发器46排出的低温制冷剂来冷却剩余的制冷剂，以增加辅助冷却。

另外，压缩机48设置于蒸发器46与冷凝器42之间的制冷剂管线41。压缩机48压缩从蒸发器46排出并且穿过辅助热交换器44的气态制冷剂。

这里，冷凝器42还可以包括接收器干燥器43。在本示例性实施方案中，接收器干燥器43配置成与冷凝器42一体化。另外，制冷剂加热器49可以设置于压缩机48与蒸发器46之间的制冷剂管线41。

制冷剂加热器49加热制冷剂并将经加热的制冷剂供应至压缩机48，以通过升高制冷剂的温度来进一步升高冷却剂的温度，从而可以促进加热性能改进。

这里，第一阀V1在散热器12和蒸发器46之间将连接至电气部件15的冷却管线11与电池冷却管线21彼此连接。

另外，第一连接管线50通过第二阀V2和第三阀V3而将冷却管线11与内部加热器31选择性地彼此连接。

这里，第三水泵52可以设置于第一连接管线50。第三水泵52使冷却剂循环通过第一连接管线50。

此外，第一水泵14、第二水泵23和第三水泵52可以是电水泵。

也就是说，在穿过冷凝器42时温度升高的高温冷却剂通过由第二阀V2和第三阀V3导通的第一连接管线50而被引入内部加热器31。

此外，在本示例性实施方案中，通过第一阀V1连接蒸发器46和电池模块B的第一分支管线70设置于电池冷却管线21。

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

也就是说，在利用在散热器12中冷却的冷却剂来冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以将连接至散热器12的冷却管线11与电池冷却管线21彼此连接，并关断第一分支管线70。

另外，在升高电池模块B的温度的情况下或者在利用与制冷剂进行热交换的冷却剂来冷却电池模块B的情况下，第一阀V1可以导通第一分支管线70并且关断冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

因此，在蒸发器46中的完成与制冷剂的热交换的低温冷却剂通过由第一阀V1导通的第一分支管线70而被引入电池模块B，使得可以有效地冷却电池模块B。

在本示例性实施方案中，第二连接管线60通过第四阀V4连接至电池冷却管线21，第四阀V4在通过第一分支管线70彼此连接的蒸发器46与电池模块B之间。

第四阀V4选择性地导通或关断连接至电池模块B的电池冷却管线21，并且将第二连接管线60和电池冷却管线21彼此选择性地连接，以将低温冷却剂供应至冷却器33。

另外，在散热器12与第一水泵14之间通过第五阀V5连接至冷却管线11的第二分支管线80可以设置于冷却管线11，所述冷却管线11连接在电气部件15与散热器12之间。

在吸收电气部件15和电池模块B中产生的废热的情况下，通过第五阀V5的操作而选择性地导通第二分支管线80，以提高冷却剂的温度。在这种情况下，通过第五阀V5的操作而使连接至散热器12的冷却管线11关断。

此外，连接至第二分支管线80的储液罐19可以设置于散热器12与第一水泵14之间。从散热器12引入并冷却的冷却剂可以储存在储液罐19中。

这里，第二阀和第三阀可以是四通阀，第一阀、第四阀和第五阀可以是可以分配流量的三通阀。

此外，在本示例性实施方案中，如图2所示，CE模块40还可以包括储液器47，而不是接收器干燥器43。

图2是示出了根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统所使用的CE模块的另一个示例的示意图。

参见图2，储液器47设置于蒸发器46与辅助热交换器44之间的制冷剂管线41。储液器47仅将气态制冷剂供应至压缩机48，以提高压缩机48的效率和耐久性。

也就是说，在CE模块40中，在设置有接收器干燥器43的情况下，可以移除储液器47，而在未设置接收器干燥器43的情况下，可以设置储液器47来代替接收器干燥器43。

此外，尽管在本示例性实施方案中通过示例已经描述了制冷剂加热器49设置于制冷剂管线41的情况，但是本发明不限制于此。必要时可以选择性地去除制冷剂加热器49。

在下文中，将参照图3至图6来详细地描述根据如上所述构造的本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1的每种模式的运行和动作。

首先，将参照图3来描述在车辆的制冷模式中冷却电气部件15的时的操作。

图3为描绘了根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统的根据车辆的制冷模式的操作状态的示意图。

参见图3，冷却装置10操作为冷却电气部件15。另外，CE模块40的各个部件运行为冷却车辆的内部，使得制冷剂沿着制冷剂管线41循环。

这里，第一分支管线70通过第一阀V1的操作来导通。

在连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而关断的状态下，第二连接管线60导通。

另外，通过第二阀V2和第三阀V3的操作，第一连接管线50关断，连接电气部件15与冷凝器42的冷却管线11导通。

这里，通过第一阀V1，第二阀V2和第三阀V3的操作来关断冷却管线11与电池冷却管线21之间的连接。

另外，通过第五阀V5的操作来关断第二分支管线80。同时，第五阀V5将连接至电气部件15的冷却管线11和散热器12彼此导通。

因此，通过第一水泵14的操作，在散热器12中冷却的冷却剂沿着通过第二阀V2、第三阀V3和第五阀V5而彼此连接的冷却管线11循环时冷却电气部件15。

另外，通过第二水泵23的操作，电池冷却管线21的冷却剂沿着电池冷却管线21、第一分支管线70和第二连接管线60循环。

这里，通过与从蒸发器46排出的低温制冷剂进行热交换，辅助热交换器44可以二次冷凝从冷凝器42排出的中温制冷剂，以通过增加辅助冷却来增加制冷剂的冷凝量。

这里，蒸发器46在沿着电池冷却管线21循环的冷却剂与蒸发器中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并将低温冷却剂供应至冷却器33。

也就是说，沿着CE模块40中的制冷剂管线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初次冷凝，并且通过在辅助热交换器44中与从蒸发器46供应的低温制冷剂进行热交换而二次冷凝，从而使得制冷剂的冷凝量增加。

此后，冷凝量增加的制冷剂在膨胀阀45中膨胀，并在蒸发器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引入的冷却剂。冷凝量增加的制冷剂在依次穿过冷凝器42和辅助热交换器44时膨胀，并供应至蒸发器46，在蒸发器46中蒸发制冷剂至较低的温度。

在本示例性实施方案中，辅助热交换器44二次冷凝制冷剂，有利于辅助冷却形成。另外，在车辆的制冷模式中，可以提高冷却性能和效率。

冷却剂在穿过蒸发器46时被冷却至较低温度，并通过第二连接管线60而供应至冷却器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中并处于低温状态的冷却剂进行热交换时被冷却。

打开或关闭门35关断经冷却的外部空气穿过进入内部加热器31的部分，使得经冷却的外部空气不穿过内部加热器31。因此，将经冷却的外部空气直接引入车辆的内部，能够有效地将车辆的内部冷却。

此外，当在车辆的制冷模式中将电池模块B与电气部件15一起冷却时，连接至电池模块B的电池冷却管线21可以通过第四阀V4的操作而导通。

在这种情况下，穿过蒸发器46时被冷却的冷却剂沿着连接至电池模块B的电池冷却管线21以及第二连接管线60循环。因此，通过供应至电池冷却管线21的低温冷却剂可以有效地冷却电池模块B。

将参照图1来描述在车辆的加热模式中从电气部件和电池模块回收废热的操作。

图4是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在车辆的加热模式中从电气部件和电池模块回收废热时的运行状态的示意图。

参见图4，在车辆的加热模式中回收电气部件15和电池模块B的废热的情况下，CE模块40的各个部件运行为加热车辆的内部，使得制冷剂循环通过制冷剂管线41。

在该状态下，通过第一阀V1的操作使第一分支管线70关断。

连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而导通。第二连接管线60通过第四阀V4的操作而关断。

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

另外，冷却管线11通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作而连接至电池冷却管线21。第五阀V5在导通第二分支管线80的状态下将使电气部件15和散热器12彼此连接的冷却管线11关断。

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，并且可以形成冷却剂沿其循环的一个闭合回路。

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

温度升高的冷却剂在通过第一水泵14和第二水泵23的操作而穿过蒸发器46时进一步升高了从蒸发器46排除的制冷剂的温度。

温度升高的制冷剂被引入压缩机48，在压缩机48中以高温高压被压缩，然后被引入冷凝器42。

这里，通过第三水泵52的操作，冷却剂沿着穿过冷凝器42的冷却管线11以及通过第二阀V2和第三阀V3连接至冷却管线11的第一连接管线50循环。

在冷却剂与在压缩机48中以高温高压压缩然后被供应至冷凝器42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。

因此，在穿过冷凝器42时温度升高的冷却剂被供应至内部加热器31。

这里，打开或关闭门35导通，使得被引入HVAC模块30并穿过停止供应有冷却剂的冷却器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室温状态下引入，在所述室温状态下，在穿过冷却器33时未在冷却器33中冷却。引入的外部空气在穿过内部加热器31时改变成高温状态，然后被引入车辆的内部，使得可以实现车辆内部的加热。

此外，在必要时可以选择性地连通加热器25，以加热沿着电池冷却管线21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地升高。

也就是说，根据本示例性实施方案的用于车辆的热泵系统1在车辆的加热模式中利用电气部件15和电池模块B中产生的废热源来提高的制冷剂的温度，从而能够降低压缩机48的功耗并提高加热效率。

此外，在车辆的加热模式中，在仅从电池模块B回收废热的情况下，通过第一阀V1的操作来导通第一分支管线70。同时，通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作，关断冷却管线11和电池冷却管线21之间的连接。

在这种情况下，通过第二水泵23的操作，冷却剂在沿着电池冷却管线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。温度升高的冷却剂可以在穿过蒸发器46时通过与制冷剂的热交换而使制冷剂的温度上升。

也就是说，尽管在本示例性实施方案中通过示例已经描述了在车辆的加热模式中回收电气部件15的废热和电池模块B的废热或回收电池模块B的废热的情况，但是本发明不限于此。也就是说，除了电池模块B的废热之外，在电气部件15中产生的废热也可以被回收。

在本示例性实施方案中，将参照图5来描述在车辆的加热和除湿模式中的运行。

图5是描绘了根据本发明的示例性实施方案的车辆的热泵系统的根据车辆的加热和除湿模式的运行状态的示意图。

参见图5，在车辆的加热和除湿模式中，CE模块40的各个部件运行为加热车辆的内部，使得制冷剂沿着制冷剂管线41循环。

第一分支管线70通过第一阀V1的操作而导通。连接至电池模块B的电池冷却管线21通过第四阀V4的操作而关断。同时，第二连接管线60通过第四阀V4而导通，使得第一分支管线70和第二连接管线60彼此连接。

通过第二阀V2和第三阀V3的操作，连接电气部件15和冷凝器42的冷却管线21以及第一连接管线50导通并彼此连接。

另外，在第一水泵14的操作停止状态下，通过第一阀V1、第二阀V2和第三阀V3的操作而关断冷却管线11与电池冷却管线21之间的连接。

因此，通过第三水泵52的操作，冷却剂沿着穿过冷凝器42的冷却管线11以及通过第二阀V2和第三阀V3而连接至冷却管线11的第一连接管线50循环。

这里，在冷却剂与从压缩机48排出、在压缩机48中压缩成高温高压状态并供应至冷凝器42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。然后，将温度升高的冷却剂供应至内部加热器31。

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

这里，蒸发器46在沿着电池冷却管线21循环的冷却剂和在蒸发器中蒸发的低温制冷剂之间进行热交换，并将低温冷却剂供应至冷却器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。另外，经冷却的冷却剂在穿过蒸发器46时通过第二连接管线60而被供应至冷却器33。

因此，引入HVAC模块30的外部空气在穿过引入了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了高温冷却剂的内部加热器31时改变为高温状态，然后被引入车辆的内部，从而对车辆的内部进行加热和除湿。

另外，将参照图6来描述在电池模块B的温度升高时的操作。

图6是描绘了在根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统中，在电池模块的温度升高时的运行状态的示意图。

参见图6，在升高电池模块B的温度的情况下，停止CE模块40的操作，使得制冷剂的循环停止。

第一分支管线70通过第一阀V1的操作而连接至电池冷却管线21。另外，电池冷却管线21和冷却管线11之间的连接通过第一阀V1的操作而关断。

因此，电池冷却管线21和第一分支管线70形成一个闭合回路。在这种情况下，通过第二水泵23的操作，冷却剂在沿着电池冷却管线21和第一分支管线70循环时穿过电池模块B。

此时，加热器25导通以加热沿着电池冷却管线21循环的冷却剂，然后将经加热的冷却剂引入电池模块B，使得可以快速地升高电池模块B的温度。

因此，当应用如上所述配置的根据本发明的示例性实施方案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与冷却剂的热进行交换，并且利用经热交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的内部温度，从而可以简化用于车辆的热泵系统，并简化制冷剂循环通过的连接管路的布局。

另外，用于车辆的热泵系统1可以利用电气部件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的温度来使得电池模块B呈现出最佳的性能，从而增加车辆的整个行驶距离。

另外，封装通过制冷剂的冷凝和蒸发产生热能的CE模块40，并且使用高性能R152-a或R744制冷剂，从而可以减小尺寸和重量，并且与根据现有技术的空气调节装置相比，可以防止噪声、振动和操作不稳定性的产生。

另外，CE模块40还包括辅助热交换器44，其通过与低温制冷剂的热交换来将初次冷凝的制冷剂二次冷凝，以增加制冷剂的冷凝量，从而通过增加制冷剂的辅助冷却而提高冷却性能和效率。

此外，用于车辆的整个热泵系统被简化，使得能够降低制造用于车辆的热泵系统所需的成本以及用于车辆的热泵系统的重量，并且提高空间利用率。

为了便于解释和准确限定所附权利要求，术语“上面”、“下面”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“最上”、“最下”、“向上”、“向下”、“前面”、“后面”、“背面”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内”、“外”、“向前”和“向后”用于参照如附图所示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

为了说明和描述的目的已经呈现了本发明的具体示例性实施方案的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然地，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述示例性实施方案以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施方案，以及其各种替代和修改。意图是本发明的范围由所附权利要求及其等同体来限定。

Claims (19)

1.一种用于车辆的热泵系统，其包括：

冷却装置，其包括连接至冷却管线的散热器以及第一水泵，并且沿着冷却管线循环冷却剂以冷却电气部件；

电池模块，其设置于电池冷却管线，所述电池冷却管线通过第一阀而能够选择性地连接至冷却管线；

加热、通风和空气调节模块，其包括内部加热器、冷却器以及打开或关闭门，所述内部加热器通过第一连接管线而连接至冷却管线，所述冷却器通过第二连接管线而连接至电池冷却管线，所述打开或关闭门安装在内部加热器与冷却器之间，并且将穿过冷却器的外部空气控制为根据车辆的冷却模式、加热模式以及加热和除湿模式而选择性地引入内部加热器；

集中能量模块，其连接至电池冷却管线和冷却管线的每一个，将其中循环的制冷剂在冷凝和蒸发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至加热、通风和空气调节模块；

其中，集中能量模块还设置有辅助热交换器，其通过使低温制冷剂与经冷凝的制冷剂进行热交换而进一步冷凝制冷剂，使得制冷剂的冷凝量配置成通过辅助冷却的增加而增加；

集中能量模块包括：

冷凝器，其设置于通过第二阀和第三阀而彼此连接的冷却管线，所述第二阀设置于散热器与电池模块之间的冷却管线，所述第三阀设置于电气部件与第一阀之间的冷却管线；

通过制冷剂管线而连接至冷凝器的所述辅助热交换器，以及通过制冷剂管线而连接至辅助热交换器的膨胀阀；

蒸发器，其通过制冷剂管线而连接至膨胀阀，并且设置于电池模块与第一阀之间的电池冷却管线；以及

压缩机，其设置于蒸发器与冷凝器之间的制冷剂管线。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

第一阀配置成在散热器与蒸发器之间将连接至电气部件的冷却管线与电池冷却管线彼此连接，

第一连接管线配置成通过第二阀和第三阀而将冷却管线与内部加热器选择性地彼此连接。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

通过第一阀而将蒸发器与电池模块彼此连接的第一分支管线设置于电池冷却管线，

第二连接管线通过第四阀而连接至电池冷却管线，所述第四阀在通过第一分支管线而彼此连接的蒸发器与电池模块之间，

通过第五阀而连接至散热器与第一水泵之间的冷却管线的第二分支管线设置于连接于电气部件与散热器之间的冷却管线。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中

连接至第二分支管线的储液罐安装在散热器与第一水泵之间。

5.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中

在车辆的制冷模式中对电气部件进行冷却的情况下，

第一分支管线配置成通过第一阀的操作而导通，第二连接管线配置成通过第四阀的操作而在连接至电池模块的电池冷却管线关断的状态下导通，

通过第二阀和第三阀的操作，第一连接管线配置成关断，并且将电气部件与冷凝器彼此连接的冷却管线配置成导通，

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置成通过第一阀、第二阀和第三阀的操作而关断，

将电气部件与散热器彼此连接的冷却管线配置成在第二分支管线通过第五阀的操作而关断的状态下导通，

所述制冷剂在集中能量模块中循环。

6.根据权利要求5所述的用于车辆的热泵系统，其中，

辅助热交换器配置成，通过与从蒸发器排出的低温制冷剂进行热交换来二次冷凝从冷凝器排出的中温制冷剂，以通过辅助冷却的增加来增加制冷剂的冷凝量，

蒸发器配置为，在车辆的制冷模式中，在沿着电池冷却管线循环的冷却剂与蒸发器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至冷却器。

7.根据权利要求5所述的用于车辆的热泵系统，其中，

当在车辆的制冷模式中冷却电池模块和电气部件时，连接至电池模块的电池冷却管线配置为通过第四阀的操作而导通。

8.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中，

当在车辆的加热模式中回收电池模块和电气部件的废热时，

第一分支管线配置成通过第一阀的操作而关断，第二连接管线配置成通过第四阀的操作而在与电池模块连接的电池冷却管线导通的状态下关断，

将电气部件和冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线配置成通过第二阀和第三阀的操作而导通，

冷却管线通过第一阀、第二阀和第三阀的操作而连接至电池冷却管线，

通过第五阀的操作，将电气部件和散热器彼此连接的冷却管线配置成在第二分支管线导通的状态下关断，

制冷剂在集中能量模块中循环。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在电气部件和电池模块中产生的废热使沿着冷却管线和电池冷却管线循环的冷却剂的温度升高，并且温度升高的冷却剂使得从蒸发器排出的制冷剂的温度升高。

10.根据权利要求8所述的用于车辆的热泵系统，其中，

当在车辆的加热模式中仅从电池模块回收废热时，

第一分支管线配置成通过第一阀的操作而导通，

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置成通过第一阀、第二阀和第三阀的操作而关断。

11.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在车辆的加热和除湿模式中，

第一分支管线配置成通过第一阀的操作而导通，第二连接管线配置成通过第四阀的操作而在连接至电池模块的电池冷却管线关断的状态下导通，

将电气部件与冷凝器彼此连接的冷却管线以及第一连接管线配置成通过第二阀和第三阀的操作而导通，

冷却管线与电池冷却管线之间的连接配置成在第一水泵的操作停止的状态下通过第一阀，第二阀和第三阀的操作而关断，

制冷剂在集中能量模块中循环。

12.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中

冷凝器和蒸发器由水冷式热交换器形成，冷却剂通过冷却管线和电池冷却管线被引入所述水冷式热交换器中。

13.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

冷凝器包括接收器干燥器，并且制冷剂加热器设置于压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线。

14.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中

储液器和制冷剂加热器分别设置于压缩机与蒸发器之间的制冷剂管线。

15.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵系统，其中

加热器设置于电池模块与蒸发器之间的电池冷却管线，

加热器配置成选择性地接通以加热沿着电池冷却管线循环的冷却剂，并且配置成将经加热的冷却剂引入电池模块。

16.根据权利要求15所述的用于车辆的热泵系统，其中

当电池模块的温度升高时，

集中能量模块中的制冷剂的循环配置成停止，

通过第一阀的操作，第一分支管线连接至电池冷却管线，并且电池冷却管线与冷却管线之间的连接关断。

17.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

第二水泵设置于电池冷却管线，

第三水泵设置于第一连接管线。

18.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中，

在集中能量模块中循环的制冷剂为R152-a或R744制冷剂。

19.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：电机、电力控制单元和车载充电器，

电机和电力控制单元在被驱动时产生热量，而车载充电器在对电池模块充电时产生热量。

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