CN108638785B - 基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统，包括电动压缩机、四通阀、第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器、第三电磁阀、相变蓄能箱、第四电磁阀；所述的电动压缩机的出口接入四通阀的A端口，电动压缩机的入口接入四通阀的C端口，四通阀的B端口依次连接第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器后接入四通阀的D端口；所述的第三电磁阀一端与四通阀的B端口连接，另一端依次通过相变蓄能箱、第四电磁阀后接入节流装置；所述的热泵空调系统内通过制冷工质进行能量传递与交换。优点是，系统除霜模式时车内换热器处于关闭状态，车内换热器无冷凝水产生，保证了汽车的安全驾驶。

Description

基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统及其控制 方法

技术领域

本发明涉及电动汽车热泵空调技术领域，尤其是涉及基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统及其控制方法。

背景技术

不同于传统燃油车，电动汽车没有发动机的冷却水，制热成为其面临的一大问题。目前，热泵空调是电动汽车制热主要研究方向。

在电动汽车上采用热泵空调系统进行制热可以提高加热方式的能效比，但是热泵空调冬季制热时，当车外换热器盘管表面温度低于环境空气的露点温度时，空气中的水分会析出，车外换热器的翅片表面会产生冷凝水。如果车外换热器盘管温度继续下降到0℃以下，冷凝水就会凝结成霜。结霜会将翅片之间的间隙局部或全部阻塞，最终导致车外换热器的换热效率低下，甚至导致机组无法继续制热，空调需要由制热模式切换为除霜模式进行及时化霜，化霜期间车内侧将停止制热，一方面车内换热器当中的冷媒吸收车内大量的热量，导致车内温度大幅度波动，舒适性下降；另外一方面系统从除霜模式切换回制热模式时，车内换热器除霜模式产生的冷凝水会迅速蒸发，雾化在挡风玻璃上，对行车造成一定的危险。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统及其控制方法，该系统添加相变蓄能箱，以解决目前开发的电动汽车空调系统制热模式与除霜模式相互切换带来的舒适性问题及安全驾驶突出问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统，包括电动压缩机、四通阀、第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器、第三电磁阀、相变蓄能箱、第四电磁阀；所述的电动压缩机的出口接入四通阀的A端口，电动压缩机的入口接入四通阀的C端口，四通阀的B端口依次连接第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器后接入四通阀的D端口；所述的第三电磁阀一端与四通阀的B端口连接，另一端依次通过相变蓄能箱、第四电磁阀后接入节流装置；所述的热泵空调系统内通过制冷工质进行能量传递与交换。

作为上述方案的改进，还包括电池组、逆变器；所述的电池组通过逆变器与电动压缩机连接。

作为上述方案的改进，所述的热泵空调系统使用的制冷工质为R134A。

作为上述方案的改进，所述的节流装置为电子膨胀阀或热力膨胀阀或毛细管。

作为上述方案的改进，所述的相变蓄能箱中通过相变材料PCM对制冷工质进行能量交换并进行蓄能。

包含上述的基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统的控制方法，所述的热泵空调系统可分为制冷、制热、制热蓄能、蓄能及除霜五种运行模式，具体控制方法如下：

在制冷模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀正向运行，关闭第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀流到车外换热器中降温而液化，液化后的制冷工质经过节流装置节流和第二电磁阀进入车内换热器中气化，制冷工质气化时吸收车内的热量从而实现制冷，气化后的气体经过第一电磁阀、四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制冷循环。

在所述制热模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，关闭第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀、第一电磁阀流到车内换热器中降温而液化,制冷工质液化时对车内释放热量从而实现制热，液化后的制冷工质经过第二电磁阀、节流装置节流进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制热循环。

在所述制热蓄能模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀后，一部分通过第一电磁阀流到车内换热器中降温而液化，另外一部分通过第三电磁阀流到相变蓄能箱中与相变材料进行热交换，而液化后的所有制冷工质经过节流装置节流进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制热蓄能循环。

在所述蓄能模式下，关闭第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀后，通过第三电磁阀流到相变蓄能箱中与相变材料进行热交换，而液化后的制冷工质经过第四电磁阀、节流装置节流之后进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成蓄能循环。

在所述除霜模式下，关闭第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀正向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀流到车外换热器中降温而液化，实现快速除霜，液化后的制冷工质经过节流装置节流和第四电磁阀进入相变蓄能箱中与相变材料热交换进行气化，气化后的气体经过第三电磁阀、四通阀回到电动压缩机当中，如此完成除霜循环。

本发明具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明涉及基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统及其控制方法，该系统利用相变蓄能箱当中的相变材料(PCM)在制热蓄能模式或者蓄能模式蓄热，除霜模式时相变材料(PCM)蓄存的热量充当系统主要低位热源，无需从车内吸取大量的热量，彻底解决了除霜热量来源不足问题，能够实现电动车内温度湿度的全面调节，车内舒适性得到提高，同时系统除霜模式时车内换热器处于关闭状态，车内换热器无冷凝水产生，保证了汽车的安全驾驶。

附图说明

图1为本发明的基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统示意图。

附图标记说明：电池组1、逆变器2、电动压缩机3、四通阀4、第一电磁阀5、车内换热器6、第二电磁阀7、节流装置8、车外换热器9、第三电磁阀10、相变蓄能箱11、第四电磁阀12。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统，包括电池组1、逆变器2、电动压缩机3、四通阀4、第一电磁阀5、车内换热器6、第二电磁阀7、节流装置8、车外换热器9、第三电磁阀10、相变蓄能箱11、第四电磁阀12；所述的电池组1通过逆变器2与电动压缩机3连接。所述的电动压缩机3的出口接入四通阀4的A端口，电动压缩机3的入口接入四通阀4的C端口，四通阀4的B端口依次连接第一电磁阀5、车内换热器6、第二电磁阀7、节流装置8、车外换热器9后接入四通阀4的D端口；所述的第三电磁阀10一端与四通阀4的B端口连接，另一端依次通过相变蓄能箱11、第四电磁阀12后接入节流装置8；所述的热泵空调系统内通过制冷工质进行能量传递与交换，所述的热泵空调系统使用的制冷工质为R134A。所述的节流装置8为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管。所述的相变蓄能箱11中通过相变材料PCM对制冷工质进行能量交换并进行蓄能。

实施例2

如实施例1所述的基于相变蓄能除霜的新型电动汽车热泵空调系统的控制方法，所述的热泵空调系统可分为制冷、制热、制热蓄能、蓄能及除霜五种运行模式，具体控制方法如下：

在制冷模式下，开启第一电磁阀5及第二电磁阀7，四通阀4正向运行，关闭第三电磁阀10及第四电磁阀12，制冷工质被电动压缩机3压缩后经四通阀4流到车外换热器9中降温而液化，液化后的制冷工质经过节流装置8节流和第二电磁阀7进入车内换热器6中气化，制冷工质气化时吸收车内的热量从而实现制冷，气化后的气体经过第一电磁阀5、四通阀4回到电动压缩机3当中，如此完成制冷循环。

在所述制热模式下，开启第一电磁阀5及第二电磁阀7，四通阀4逆向运行，关闭第三电磁阀10及第四电磁阀12，制冷工质被电动压缩机3压缩后经四通阀4、第一电磁阀5流到车内换热器6中降温而液化,制冷工质液化时对车内释放热量从而实现制热，液化后的制冷工质经过第二电磁阀7、节流装置8节流进入车外换热器9中气化，气化后的气体经过四通阀4回到电动压缩机3当中，如此完成制热循环。

在所述制热蓄能模式下，开启第一电磁阀5及第二电磁阀7，四通阀4逆向运行，开启第三电磁阀10及第四电磁阀12，制冷工质被电动压缩机3压缩后经四通阀4后，一部分通过第一电磁阀5流到车内换热器6中降温而液化，另外一部分通过第三电磁阀10流到相变蓄能箱11中与相变材料进行热交换，而液化后的所有制冷工质经过节流装置8节流进入车外换热器9中气化，气化后的气体经过四通阀4回到电动压缩机3当中，如此完成制热蓄能循环。

在所述蓄能模式下，关闭第一电磁阀5及第二电磁阀7，四通阀4逆向运行，开启第三电磁阀10及第四电磁阀12，制冷工质被电动压缩机3压缩后经四通阀4后，通过第三电磁阀10流到相变蓄能箱11中与相变材料进行热交换，而液化后的制冷工质经过第四电磁阀12、节流装置8节流之后进入车外换热器9中气化，气化后的气体经过四通阀4回到电动压缩机3当中，如此完成蓄能循环。

在所述除霜模式下，关闭第一电磁阀5及第二电磁阀7，四通阀4正向运行，开启第三电磁阀10及第四电磁阀12，制冷工质被电动压缩机3压缩后经四通阀4流到车外换热器9中降温而液化，实现快速除霜，液化后的制冷工质经过节流装置8节流和第四电磁阀12进入相变蓄能箱11中与相变材料热交换进行气化，气化后的气体经过第三电磁阀10、四通阀4回到电动压缩机3当中，如此完成除霜循环。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种基于相变蓄能除霜的电动汽车热泵空调系统的控制方法，采用一种基于相变蓄能除霜的电动汽车热泵空调系统，该系统包括电动压缩机、四通阀、第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器、第三电磁阀、相变蓄能箱、第四电磁阀；所述的电动压缩机的出口接入四通阀的A端口，电动压缩机的入口接入四通阀的C端口，四通阀的B端口依次连接第一电磁阀、车内换热器、第二电磁阀、节流装置、车外换热器后接入四通阀的D端口；所述的第三电磁阀一端与四通阀的B端口连接，另一端依次通过相变蓄能箱、第四电磁阀后接入节流装置；所述的热泵空调系统内通过制冷工质进行能量传递与交换，其特征在于，所述的热泵空调系统可分为制冷、制热、制热蓄能、蓄能及除霜五种运行模式，具体控制方法如下：

在制冷模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀正向运行，关闭第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀流到车外换热器中降温而液化，液化后的制冷工质经过节流装置节流和第二电磁阀进入车内换热器中气化，制冷工质气化时吸收车内的热量从而实现制冷，气化后的气体经过第一电磁阀、四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制冷循环；

在所述制热模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，关闭第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀、第一电磁阀流到车内换热器中降温而液化,制冷工质液化时对车内释放热量从而实现制热，液化后的制冷工质经过第二电磁阀、节流装置节流进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制热循环；

在所述制热蓄能模式下，开启第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀后，一部分通过第一电磁阀流到车内换热器中降温而液化，另外一部分通过第三电磁阀流到相变蓄能箱中与相变材料进行热交换，而液化后的所有制冷工质经过节流装置节流进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成制热蓄能循环；

在所述蓄能模式下，关闭第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀逆向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀后，通过第三电磁阀流到相变蓄能箱中与相变材料进行热交换，而液化后的制冷工质经过第四电磁阀、节流装置节流之后进入车外换热器中气化，气化后的气体经过四通阀回到电动压缩机当中，如此完成蓄能循环；

在所述除霜模式下，关闭第一电磁阀及第二电磁阀，四通阀正向运行，开启第三电磁阀及第四电磁阀，制冷工质被电动压缩机压缩后经四通阀流到车外换热器中降温而液化，实现快速除霜，液化后的制冷工质经过节流装置节流和第四电磁阀进入相变蓄能箱中与相变材料热交换进行气化，气化后的气体经过第三电磁阀、四通阀回到电动压缩机当中，如此完成除霜循环。

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