CN109624650A - 一种车用空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于车用空调技术领域，公开了一种车用空调系统，该车用空调系统包括空调组件，空调组件处于补偿制热模式时，空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的压缩机、第一车内换热器、三通阀、第二车内换热器、第一节流阀、第二节流阀、车外换热器、第一两通阀和蒸发冷却器；第一节流阀和第二节流阀均处于节流状态，车内空气依次流经第二车内换热器和第一车内换热器，第一车内换热器通过三通阀可选择地与第二车内换热器或与第一节流阀直接连通。本发明的第一车内换热器与第二车内换热器的串联，相当于使第一车内换热器的换热面积增大，可以有效地提高系统冷凝侧的换热能力，从而使得系统的供热稳定性增强，提高了乘员舱的热舒适性。

Description

一种车用空调系统

技术领域

本发明涉及车用空调技术领域，尤其涉及一种车用空调系统。

背景技术

节能环保的形势下，新能源汽车特别是电动汽车得到了极大发展。空调子系统是整车驾乘舒适性和安全性的重要保障，也是电动汽车开发过程中的重点。

由于电动汽车与传统汽车的直接驱动能力来源不同，导致空调子系统采暖模式运行时热源不同，需要有相应的对策。电动汽车使用电加热采暖方案耗能高，会严重影响电动汽车的操控性和续航里程。热泵空调系统节能高效，冷暖一体，满足电动汽车的应用需求，目前也是各厂商开发的主要开发方向。

热泵空调系统运行时，车外换热器作为蒸发器从外界环境吸收热量。由于制冷剂的热物性，随着外界环境温度降低制冷剂比容增大过快，排气量一定时，车外换热器的换热能力将急剧减少，系统制热性能也会下降。在蒸发温度较低，外界环境相对湿度较大时，其车外换热器表面易结霜，这将进一步影响换热性能和系统供热的稳定性。另外，电动汽车电机、电机控制器及换能器在工作过程中产生的热量没有得到很好的利用，整车能源利用率较低。同时，常规热泵空调系统除湿时，压缩机和节流阀的控制较为复杂且温度调节区间较小，乘员舱舒适性得不到充分保证。因此，亟待需要提供一种新型车用空调系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车用空调系统，以解决现有车用空调系统的供热稳定性不强的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种车用空调系统，包括空调组件，所述空调组件处于补偿制热模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的压缩机、第一车内换热器、三通阀、第二车内换热器、第一节流阀、第二节流阀、车外换热器、第一两通阀和蒸发冷却器；

所述第一节流阀和所述第二节流阀均处于节流状态，车内空气依次流经所述第二车内换热器和所述第一车内换热器，所述第一车内换热器通过所述三通阀可选择地与所述第二车内换热器或与所述第一节流阀直接连通。

作为优选，所述空调组件处于并列除湿模式时，所述空调组件包括沿一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述第二节流阀、所述车外换热器、所述第一两通阀和所述蒸发冷却器，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、第二两通阀、第三节流阀、第二车内换热器和第四节流阀；

所述第一节流阀和所述第四节流阀均处于全开状态，所述第二节流阀和所述第三节流阀均处于节流状态。

作为优选，所述第一两通阀并联设有第五节流阀，所述空调组件处于制冷串列除湿模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、第三两通阀、所述车外换热器、所述第三节流阀、所述第二车内换热器和所述第四节流阀；

所述第一节流阀和所述第四节流阀均处于全开状态，所述第三节流阀处于节流状态，所述第五节流阀处于全闭状态，所述第三两通阀和所述第二节流阀并列设置。

作为优选，所述空调组件处于制热串列除湿模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述第二节流阀、所述车外换热器、所述第三节流阀、所述第二车内换热器和所述第四节流阀；

所述第一节流阀和所述第二节流阀均处于节流状态，所述第三节流阀和所述第四节流阀均处于全开状态，所述第五节流阀处于全闭状态。

作为优选，所述空调组件处于制冷模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述第三两通阀、所述车外换热器、所述第三节流阀、所述第二车内换热器和所述第四节流阀；

所述第三节流阀处于节流状态，所述第一节流阀和所述第四节流阀均处于全开状态，车内空气仅流经所述第二车内换热器。

作为优选，所述空调组件处于普通制热模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述第二节流阀、所述车外换热器、所述第一两通阀和所述蒸发冷却器；

所述第一节流阀和所述第二节流阀均处于节流状态。

作为优选，所述车外换热器的出口设有第一单向阀，所述第二两通阀的出口位于所述第一单向阀与所述第三节流阀之间；所述第二车内换热器的出口与所述第一节流阀的进口之间设有第二单向阀。

作为优选，所述第一节流阀的出口设有闪发器，所述闪发器通过第四两通阀与所述压缩机连通，所述空调组件处于增焓制热模式时，所述空调组件包括一沿部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述闪发器和所述第四两通阀，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第一节流阀、所述闪发器、所述第二节流阀、所述车外换热器、所述第一两通阀和所述蒸发冷却器；

所述第一节流阀和所述第二节流阀均处于节流状态。

作为优选，所述第一节流阀的出口设有闪发器，所述闪发器通过第四两通阀与所述压缩机连通，所述空调组件处于补偿与增焓联合制热模式时，所述空调组件包括一沿部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第二车内换热器、所述第一节流阀、所述闪发器和所述第四两通阀，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述三通阀、所述第二车内换热器、所述第一节流阀、所述闪发器、所述第二节流阀、所述车外换热器、所述第一两通阀和所述蒸发冷却器；

所述第一节流阀和所述第二节流阀均处于节流状态。

作为优选，所述空调组件处于除霜模式时，所述空调组件包括沿一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述第一节流阀、所述闪发器和所述第四两通阀，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机、所述第一车内换热器、所述第一节流阀、所述闪发器、所述第三两通阀、所述车外换热器、第五节流阀和所述蒸发冷却器；

所述第一节流阀处于全开状态，所述第五节流阀处于节流状态，所述第三节流阀和所述第四节流阀均处于全闭状态。

作为优选，还包括电控组件，所述电控组件处于并列冷却模式时，所述电控组件包括沿一部分冷却液流向循环连通的第一水泵、第三单向阀、控制单元、第一三通水阀、散热器、膨胀器和第二三通水阀，以及沿另一部分冷却液流向循环连通的第二水泵、第四单向阀、电池、液体加热器、所述蒸发冷却器和第一两通水阀；

所述散热器与所述车外换热器相对且平行设置。

作为优选，所述电控组件处于串列冷却模式时，所述电控组件包括沿冷却液流向循环连通的所述第二水泵、所述电池、所述液体加热器、所述蒸发冷却器、所述第一水泵、所述控制单元、所述第一三通水阀、所述散热器、所述膨胀器和第二三通水阀。

作为优选，所述电控组件处于电池自循环模式时，所述电控组件包括沿冷却液流向循环连通的所述第二水泵、所述电池和第二两通水阀。

作为优选，所述电控组件处于电池加热模式时，所述电控组件包括冷却液流向循环连通的第二水泵、电池、液体加热器、所述蒸发冷却器和第一两通水阀。

作为优选，所述车外换热器和所述散热器的内侧设有第一风机，外侧设有进气格栅；所述第二车内换热器的来流方向设有第二风机。

作为优选，所述蒸发冷却器和所述第四节流阀的出口均连通有气液分离器，所述气液分离器与所述压缩机连通。

本发明的有益效果：

本发明的第一车内换热器与第二车内换热器的串联，相当于使第一车内换热器的换热面积增大，可以有效地提高系统冷凝侧的换热能力，从而使得系统的供热稳定性增强，提高了乘员舱的热舒适性。

本发明提供的车用空调系统(即余热回收型电动汽车热泵空调系统)冷暖一体，高效节能，能够有效降低空调系统能耗，提高驾乘的热舒适性。其次，本发明提供的车用空调系统针对现有热泵型空调进行了改进，克服了其在外界环境温度低和湿度大情况下运行制热模式时，车外换热器较易结霜结冰的不利特点。同时本发明提供的车用空调系统的除霜模式能够很好地保证系统制热模式运行的稳定高效。最后，产生在电控组件的余热可以通过该车用空调系统循环转移至乘员舱，提高了整车的能源利用率。另外，本发明提供的车用空调系统系统中的压缩机、两通阀、节流阀、水泵、水阀、液体加热器、主动进气格栅、风机以及空调箱控制器均与CAN总线连接，实现系统的联动控制，提高整车热管理水平。

本发明提供的车用空调系统通过空调组件和电控组件的耦合运行，充分保证了电动汽车驾乘的热舒适性和安全性。本发明所述相比于现有的热泵空调系统，增焓技术和余热回收技术的联合使用可实现热泵空调系统低温稳定高效的供热，宽温区的除湿运行提高了乘员舱的热舒适性。相比于现有车用空调系统，本发明的车用空调系统的除湿温度范围更大，具有宽温区的除湿运行的优点，提高了乘员舱的热舒适性。

附图说明

图1为本发明提供的车用空调系统的原理示意图；

图2为图1中的空调组件处于制冷模式时的原理示意图；

图3为图1中的空调组件处于普通制热模式时的原理示意图；

图4为图1中的空调组件处于补偿制热模式时的原理示意图；

图5为图1中的空调组件处于增焓制热模式时的原理示意图；

图6为图1中的空调组件处于并列除湿模式时的原理示意图；

图7为图1中的空调组件处于制冷串列除湿模式时的原理示意图；

图8为图1中的空调组件处于制热串列除湿模式时的原理示意图；

图9为图1中的空调组件处于除霜模式时的原理示意图；

图10为图1中的电控组件处于并列冷却模式时的原理示意图；

图11为图1中的电控组件处于串列冷却模式时的原理示意图；

图12为图1中的电控组件处于电池自循环模式时的原理示意图；

图13为图1中的电控组件处于电池加热模式时的原理示意图。

图中：

a、管路节点；

11、压缩机；12、第一车内换热器；13、第二车内换热器；14、车外换热器；15、蒸发冷却器；16、三通阀；17、闪发器；18、气液分离器；

21、第一节流阀；22、第二节流阀；23、第三节流阀；24、第四节流阀；25、第五节流阀；

31、第一两通阀；32、第二两通阀；33、第三两通阀；34、第四两通阀；

41、第一风机；42、第二风机；43、进气格栅；44、风门；

51、第一单向阀；52、第二单向阀；53、第三单向阀；54、第四单向阀；

61、第一水泵；62、控制单元；63、第一三通水阀；64、散热器；65、膨胀器；66、第二三通水阀；

71、第二水泵；72、电池；73、液体加热器；74、第一两通水阀；75、第二两通水阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，其为本发明提供的一种车用空调系统的结构示意图，包括空调组件(如图2至图9所示)和电控组件(如图10至图13所示)，其中：

空调组件包括由压缩机11、第一车内换热器12、第二车内换热器13、车外换热器14、蒸发冷却器15、三通阀16、闪发器17、气液分离器18、第一节流阀21、第二节流阀22、第三节流阀23、第四节流阀24、第五节流阀25、第一两通阀31、第二两通阀32、第三两通阀33、第四两通阀34、第一单向阀51和第二单向阀52组成的制冷剂循环回路(上述空调组件的部件未按照循环顺序依次排列)；电控组件包括由第一水泵61、控制单元62、第一三通水阀63、散热器64、膨胀器65、第二三通水阀66、第二水泵71、电池72、液体加热器73、第一两通水阀74、第二两通水阀75、第三单向阀53和第四单向阀54组成的冷却液循环回路(上述电控组件的部件未按照循环顺序依次排列)。

具体地，在空调组件中，压缩机11排气口与第一车内换热器12的进口相连，第一车内换热器12出口连接有三通阀16，三通阀16出口分别连接第一节流阀21和第二车内换热器13的进口，第一节流阀21与闪发器17的进口相连，闪发器17的两个出口分别与第四两通阀34和管路节点a相连，经过第四两通阀34的制冷剂直接回流至压缩机11的中间压缩腔，经过管路节点a的制冷剂再分为两条支路，一条支路的制冷剂经过第二两通阀32和第三节流阀23后与第二车内换热器13的进口相连，第二车内换热器13的出口与第四节流阀24和第二单向阀52相连，另一条支路的制冷剂经过由第二节流阀22和第三两通阀33组成的并联阀组后与车外换热器14的进口相连，车外换热器14的出口分为两条支路，一条支路的制冷剂经过由第五节流阀25和第一两通阀31组成的阀组后与蒸发冷却器15的进口相连，蒸发冷却器15的出口连接有气液分离器18，另一支路的制冷剂经过第一单向阀51后依次与第三节流阀23、第二车内换热器13和第四节流阀24相连，由蒸发冷却器15和第四节流阀24流出的两条支路的制冷剂均汇集在气液分离器18的进口处，然后经过气液分离器18与压缩机11的吸气口相连。

具体地，第一车内换热器12、第二车内换热器13和车外换热器14的换热器型式均为平行流型式，蒸发冷却器15的结构型式为微通道板式，具有制冷剂流道和冷却液流道的双流体流道结构。蒸发冷却器15的制冷剂流道与空调组件相连，冷却液流道与电控组件相连，蒸发冷却器15工作时可以将从电池72产生的热能转移到空调组件中，对电池72进行冷却。进一步地，当环境温度比较低时，可以通过蒸发冷却器15回收电机等产生的余热。

具体地，车外换热器14和散热器64的内侧设有第一风机41，外侧设有进气格栅43，第二车内换热器13的来流方向设有第二风机42，第一风机41和第二风机42分别用于加强车外换热器14和散热器64以及第一车内换热器12和第二车内换热器13的散热，以防止上述换热器的局部温度过高而影响空调组件和电控组件的正常工作。

具体地，汽车的空调箱总成内设置有风门44，通过调节风门44的开度决定流经第一车内换热器12的风量大小，再结合三通阀16、第一两通阀31、第二两通阀32、第三两通阀33、第四两通阀34的开启或关闭以及第一节流阀21、第二节流阀22、第三节流阀23、第四节流阀24和第五节流阀25等节流阀的开度来进行车用空调系统的各种运行模式的切换。

具体地，第一节流阀21、第三节流阀23、第四节流阀24和第五节流阀25具有全开全闭模式，全开模式下无节流效果，全闭模式下处于截止状态，而第二节流阀21仅具有节流效果，这是因为第二节流阀21与第三两通阀33并联，若打开第三两通阀33，来流制冷剂则会根据压力的影响而先进入第三两通阀33中(即不会通过第二节流阀21)；若关闭第三两通阀33，来流制冷剂则直接会进入第二节流阀21中，并产生节流效果。

具体地，车外换热器14的进风处布置有温度传感器和湿度传感器，用于采集车外的环境温度和湿度；第一车内换热器12和第二车内换热器13的出风处均布置有温度传感器，分别用于监控第一车内换热器12和第二车内换热器13的工作状态，以保证二者的制冷、制热和除湿效果。车外换热器14制冷剂侧的出口处和第一车内换热器12制冷剂侧的出口处均布置有温度压力传感器，检测出的温度压力值作为车用空调系统制冷和制热的控制参数点。电池72冷却液通道的进出口处设置有温度传感器，用于采集电池72的进出口冷却液温度信号，反馈到控制单元62，通过调节第二水泵71的流量和液体加热器73的加热功率来调节对电池72的加热效果(上述传感器均未在附图中标示)。

具体地，车用空调系统的空调组件具有制冷、普通制热、补偿制热、增焓制热、并列除湿、制冷串列除湿、制热串列除湿和除霜等八种工作模式；电控组件具有并列冷却、串列冷却、电池自循环和电池加热等四种工作模式。

参见图2所示，其为空调组件处于制冷模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于制冷模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44关闭，即空调箱总成内的风不流经第一车内换热器12，三通阀16开启、第一节流阀21全开，第四两通阀34关闭，第三两通阀33开启，第一两通阀31关闭，第二两通阀32关闭，第五节流阀25全闭，第三节流阀23节流，第四节流阀24全开。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12和三通阀16，然后经过第一节流阀21后进入到闪发器17，从闪发器17流出的制冷剂再循环经过第三两通阀33后进入车外换热器14放热，然后通过第一单向阀51后在第三节流阀23处节流后进入第二车内换热器13，在第二车内换热器13处吸收乘员舱内的热量，最后依次通过第四节流阀24和气液分离器18回流入压缩机11，如此完成制冷模式。

参见图3所示，其为空调组件处于普通制热模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于普通制热模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44完全打开，空调箱总成内的风全部经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第一节流阀21节流，第四两通阀34关闭，第三两通阀33关闭，第二节流阀22节流，第一两通阀31开启，第二两通阀32关闭，第三节流阀23全闭，第四节流阀24全闭。制冷剂由压缩机11排出后，在第一车内换热器12处进行放热后由三通阀16进入第一节流阀21节流，然后进入到闪发器17，从闪发器17流出的制冷剂再在第二节流阀22处继续节流，节流后的制冷剂流入车外换热器14，制冷剂在车外换热器14处吸收环境中热量后依次经过第一两通阀31、蒸发冷却器15和气液分离器18，最后流回至压缩机11，如此完成普通制热模式。

参见图4所示，其为空调组件处于补偿制热模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于补偿制热模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44完全打开，空调箱总成33内的风先后流经第二车内换热器13和第一车内换热器12，三通阀16开启，第四两通阀34关闭，第三两通阀33关闭，第二节流阀22节流，第一两通阀31开启，第二两通阀32关闭，第三节流阀23全闭，第四节流阀24全闭。制冷剂由压缩机11排出后，在第一车内换热器12处进行放热后经过三通阀16，再进入到第二车内换热器13内进行放热后经过第二单向阀52流至第一节流阀21，在第一节流阀21处节流后进入闪发器17，从闪发器17流出的制冷剂再在第二节流阀22处继续节流，节流后的制冷剂流入车外换热器14，制冷剂在车外换热器14处吸收环境中热量后依次经过第一两通阀31、蒸发冷却器15和气液分离器18，最后流回至压缩机11，如此完成补偿制热模式，且制冷剂在蒸发冷却器15处回收电控组件产生的余热。

参见图5所示，其为空调组件处于增焓制热模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于增焓制热模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44完全打开，空调箱总成33内的风全部经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第四两通阀34开启，第三两通阀33关闭，第二节流阀22节流，第一两通阀31开启，第二两通阀32关闭，第三节流阀23全闭，第四节流阀24全闭。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12和三通阀16，然后在第一节流阀21处节流后进入闪发器17，闪发器17中的一部分制冷剂再在第二节流阀22处继续节流，节流后的制冷剂流入车外换热器14，这部分制冷剂在车外换热器14处吸收环境中热量后经过第一两通阀31、蒸发冷却器15和气液分离器18，最后流回至压缩机11，且在蒸发冷却器15处回收电控组件产生的余热；闪发器17的另一部分制冷剂经过第四两通阀34直接回流至压缩机11的中间压缩腔，如此完成增焓制热模式。若空调箱总成的出风温度不满足需求，可以开启电控组件中的液体加热器73，再通过与蒸发冷却器15换热，进一步提升车用空调系统的采暖效果。可以理解的是，补偿制热模式和增焓制热模式可以耦合运行，即在补偿制热模式的基础上，开启第四两通阀34，从而可以将增焓制热模式耦合到补偿制热模式中，进而实现了车用空调系统更好的采暖效果以及供热稳定性更好的效果。

参见图6所示，其为空调组件处于并列除湿模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于并列除湿模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44不完全打开(即保持一定开度即可)，空调箱总成内的风经过第二车内换热器13后，部分地经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第一节流阀21全开，第四两通阀34关闭，第三两通阀33关闭，第二节流阀22节流，第一两通阀31开启，第二两通阀32开启，第三节流阀23节流，第四节流阀24全开。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12和三通阀16，然后依次经过第一节流阀21和闪发器17，闪发器17流出的制冷剂在管路节点a处分流，一部分制冷剂在第二节流阀22处节流后进入车外换热器14，在车外换热器14处吸收外界环境热量后再通过第一两通阀31和蒸发冷却器15；另一部分制冷剂经过第二两通阀32，然后在第三节流阀23处节流，节流后的制冷剂再通过第二车内换热器13时吸收乘员舱的热量，再经过第四节流阀24后和从蒸发冷却器15流出的制冷剂汇合，最后通过气液分离器18回流至压缩机11。乘员舱的空气经过第二车内换热器13后温度和湿度均降低，再经过第一车内换热器12再热后送回乘员舱，如此完成并列除湿模式。

参见图7所示，其为空调组件处于制冷串列除湿模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于制冷串列除湿模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44不完全打开(即保持一定开度即可)，空调箱总成内的风经过第二车内换热器13后，部分地经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第一节流阀21全开，第四两通阀34关闭，第三两通阀33开启，第一两通阀31关闭，第五节流阀25全闭，第二两通阀32关闭，第三节流阀23节流，第四节流阀24全开。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12和三通阀16，然后依次经过第一节流阀21、闪发器17和第三两通阀33后进入车外换热器14中向外界环境放出热量，再通过第一单向阀51在第三节流阀23处节流，节流后的制冷剂通过第二车内换热器13吸收乘员舱的热量，最后经过第四节流阀24和气液分离器18回流至压缩机11。乘员舱的空气经过第二车内换热器13后温度和湿度降低，再经过第一车内换热器12再热后送回乘员舱，如此完成制冷串列除湿模式。

参见图8所示，其为空调组件处于制热串列除湿模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于制热串列除湿模式时，进气格栅43打开，空调箱总成内的风门44不完全打开(即保持一定开度即可)，空调箱总成内的风经过第二车内换热器13后，部分地经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第一节流阀21节流，第四两通阀34关闭，第三两通阀33关闭，第一两通阀31关闭，第五节流阀25全闭，第二两通阀32关闭，第三节流阀23全开，第四节流阀24全开。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12和三通阀16，然后经过第一节流阀21节流后进入闪发器17，再在第二节流阀22处节流后进入车外换热器14中吸收外界环境热量后，然后依次通过第一单向阀51、第三节流阀23和第二车内换热器13中并吸收乘员舱的热量，最后经过第四节流阀24和气液分离器18回流至压缩机11。乘员舱的空气经过第二车内换热器13后温度和湿度降低，再经过第一车内换热器12再热后送回乘员舱，如此完成制热串列除湿模式。

参见图9所示，其为空调组件处于除霜模式时的原理示意图，其中制冷剂的流动方向如实心箭头所示。

当空调组件处于除霜模式时，进气格栅43关闭，第一风机41关闭，空调箱总成内的风门44关闭，空调箱总成内的风不经过第一车内换热器12，三通阀16开启，第四两通阀34开启，第三两通阀33开启，第一两通阀31关闭，第二两通阀32关闭，第一节流阀21全开，第三节流阀23全闭，第四节流阀24全闭。制冷剂由压缩机11排出后，先流经第一车内换热器12、三通阀16和第一节流阀21进入闪发器17，闪发器17中的一部分制冷剂流经第三两通阀33后流入车外换热器14中放热，这部分制冷剂在车外换热器14处向环境中放出热量后经过第五节流阀25节流后，再在蒸发冷却器15蒸发吸热后进入到气液分离器18，最后回流至压缩机11中；闪发器17的另一部分制冷剂经过第四两通阀34直接回流至压缩机11的中间压缩腔，如此完成除霜模式。除霜完毕后，进气格栅43打开，同时第一风机41高速运转，吹除车外换热器14的表面积水。此时，也可以开启电控组件中的液体加热器73以提高冷却液温度，再通过与蒸发冷却器15换热，进一步提升车用空调系统的除霜效率。

参见图10所示，其为电控组件处于并列冷却模式时的原理示意图，其中冷却液的流动方向如空心箭头所示。

当电控组件处于并列冷却模式时，第一三通水阀63和第二三通水阀66开启，第一两通水阀74打开，第二两通水阀75关闭，液体加热器73不工作。一部分冷却液由第一水泵61排出，通过第三单向阀53进入控制单元62(如电机、电机控制器和转换器)中并与其换热，吸热后的冷却液再通过第一三通水阀63后进入汽车前舱的低温散热器64处放热，放热后的冷却液再流经膨胀器65(如膨胀水壶)后循环回流至第一水泵61。另一部分冷却液由第二水泵71排出，通过第四单向阀54和电池72的冷却液流道，再经过液体加热器73和蒸发冷却器15，在蒸发冷却器15处放热，冷却后的冷却液再通过第一两通水阀74循环回流至第二水泵71。

参见图11所示，其为电控组件处于串列冷却模式时的原理示意图，其中冷却液的流动方向如空心箭头所示。

当电控组件处于串列冷却模式时，第一三通水阀63和第二三通水阀66开启，第一二两通水阀74和第二两通水阀75均关闭，液体加热器73不工作，冷却液由第二水泵71排出后经过第四单向阀54和电池72的冷却液流道，然后依次经过液体加热器73、蒸发冷却器15和第一水泵61，在控制单元62处吸收热量，再经过第一三通水阀63后在前舱的低温散热器64处散热，散热后的冷却液依次经过膨胀器65和第二三通水阀66循环回流至第二水泵71。

参见图12所示，其为电控组件处于电池自循环模式时的原理示意图，其中冷却液的流动方向如空心箭头所示。

当电控组件处于电池自循环模式时，第一三通水阀63和第二三通水阀66开启，第一两通水阀74关闭，第二两通水阀75打开，冷却液由第二水泵71排出后依次经过第四单向阀54、电池72的冷却液流道和第二两通水阀75后循环回流至第二水泵71，对电池单体进行温度均衡，此循环的高位还与膨胀器65相连以便于排汽。

参见图13所示，其为电控组件处于电池加热模式时的原理示意图，其中冷却液的流动方向如空心箭头所示。

当电控组件处于电池加热模式时，第一三通水阀63和第二三通水阀66开启，第一两通水阀74打开，第二两通水阀75关闭，液体加热器73工作，冷却液由第二水泵71排出后经过第四单向阀54和电池72的冷却液流道，然后再在液体加热器73处被加热，被加热后的冷却液经过蒸发冷却器15和第一两通水阀74后循环回流至第二水泵71。

结合图1至图9所示，本发明提供的车用空调系统处于制热模式时，第一车内换热器12与第二车内换热器13的串联，相当于使第一车内换热器12的换热面积增大，可以有效地提高系统冷凝侧的换热能力，从而使得系统的供热能力增强。当外界温度较低时运行制热模式，带有闪发器17的增焓技术是将一部分制冷剂直接循环回压缩机11，可以有效降低排气温度和排气压力，同时液态制冷剂在闪发器17中进一步过冷，提高了阀前过冷度，改善系统循环，提升系统的制热性能。通过蒸发冷却器15的冷却液侧对电控组件产生的余热进行热回收，然后转移到空调单元中，提升空调单元的性能系数。当乘员舱湿度较大时，系统的除湿运行可以根据车外环境温度的高低开启不同除湿模式，同时配合风门44的开度调节，可以保证乘员舱的温湿度舒适性。当外界温度较低且湿度较大时，制热运行容易造成车外换热器14处的结霜结冰，系统的除霜模式运行可以快速消除车外换热器14处的霜和冰，保证系统供热的稳定高效。

需进一步说明，当外界气温高于20℃时，空调单元可运行制冷模式；当外界气温介于5℃-25℃时，空调组件可对乘员舱进行除湿，通过温度传感器检测车外环境温度，结合相应的控制策略对具体的除湿模式进行选择。另外，各除湿模式的除湿效果可以通过风门44的开启角度进行调节；当外界气温介于-20℃-10℃时，空调组件可对乘员舱进行供热；其中，当外气环境温度低于0℃时，空调单元可运行补偿制热模式，第一车内换热器12与第二车内换热器13的串联使用结合电控组件产生的余热回收均改善了换热条件和系统的制热能力；当外气环境温度低于-5℃时，空调单元可运行增焓制热模式，闪发器增焓技术的使用将有力的保证系统低温外气环境下的高效稳定供热。补偿制热模式也可与增焓制热模式结合，进一步提升系统的供热能力。通过空调组件的第一车内换热器12出口处和车外换热器14出口处布置的温度压力传感器，在第一车内换热器12与第二车内换热器13表面布置的温度传感器以及车外换热器14表面布置的温度和湿度传感器检测出对应的温度、压力值和湿度作为空调组件各具体模式运行的控制参数。其中，增焓制热模式补气量的多少与中间压力相关，最佳中间压力值由冷凝压力和蒸发压力共同决定，在本发明中，通过检测出的第一车内换热器12的出口压力与车外换热器14的出口压力得出最佳中间压力值，保证合适补气量。在本发明中，控制单元62和电池72的发热量不大时，电控组件可运行串联冷却模式，应保证进入电池72的冷却液流道的冷却液温度小于20℃，串联冷却模式可降低电控组件冷却的整体能耗。当电池72的发热量较大时，需通过蒸发冷却器15与空调组件的换热，以实现快速有效地冷却。

本发明提供的车用空调系统的空调组件和电控组件能够实现耦合运行，通过控制单元62对压缩机11、节流阀(包括第一节流阀21、第二节流阀22、第三节流阀23、第四节流阀24和第五节流阀25)、两通阀(包括第一两通阀31、第二两通阀32、第三两通阀33和第四两通阀34)、风机(包括第一风机41和第二风机42)、水泵(包括第一水泵61和第二水泵71)、两通水阀(包括第一两通水阀74和第二两通水阀75)、三通水阀(包括第一三通水阀63和第二三通水阀66)和液体加热器73等部件的状态进行调节，用于满足乘员舱温湿度舒适性和安全性需求。

本发明提供的车用空调系统(优选是电动汽车热泵空调系统)通过空调组件和电控组件的耦合运行，充分保证了电动汽车驾乘的热舒适性和安全性。本发明所述相比于现有的热泵空调系统，增焓技术和余热回收技术的联合使用可实现热泵空调系统低温稳定高效的供热，宽温区的除湿运行提高了乘员舱的热舒适性。

本发明还提供了一种汽车，优选是电动汽车，包括上述设计的车用空调系统，通过采用上述车用空调系统，使电动汽车具有冷暖一体，高效节能，能够有效降低空调系统能耗，提高驾乘的热舒适性等优点。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种车用空调系统，包括空调组件，其特征在于，所述空调组件处于补偿制热模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的压缩机(11)、第一车内换热器(12)、三通阀(16)、第二车内换热器(13)、第一节流阀(21)、第二节流阀(22)、车外换热器(14)、第一两通阀(31)和蒸发冷却器(15)；

所述第一节流阀(21)和所述第二节流阀(22)均处于节流状态，车内空气依次流经所述第二车内换热器(13)和所述第一车内换热器(12)，所述第一车内换热器(12)通过所述三通阀(16)可选择地与所述第二车内换热器(13)或与所述第一节流阀(21)直接连通。

2.根据权利要求1所述的车用空调系统，其特征在于，所述空调组件处于并列除湿模式时，所述空调组件包括沿一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述第二节流阀(22)、所述车外换热器(14)、所述第一两通阀(31)和所述蒸发冷却器(15)，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、第二两通阀(32)、第三节流阀(23)、第二车内换热器(13)和第四节流阀(24)；

所述第一节流阀(21)和所述第四节流阀(24)均处于全开状态，所述第二节流阀(22)和所述第三节流阀(23)均处于节流状态。

3.根据权利要求2所述的车用空调系统，其特征在于，所述第一两通阀(31)并联设有第五节流阀(25)，所述空调组件处于制冷串列除湿模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、第三两通阀(33)、所述车外换热器(14)、所述第三节流阀(23)、所述第二车内换热器(13)和所述第四节流阀(24)；

所述第一节流阀(21)和所述第四节流阀(24)均处于全开状态，所述第三节流阀(23)处于节流状态，所述第五节流阀(25)处于全闭状态，所述第三两通阀(33)和所述第二节流阀(22)并列设置。

4.根据权利要求3所述的车用空调系统，其特征在于，所述空调组件处于制热串列除湿模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述第二节流阀(22)、所述车外换热器(14)、所述第三节流阀(23)、所述第二车内换热器(13)和所述第四节流阀(24)；

所述第一节流阀(21)和所述第二节流阀(22)均处于节流状态，所述第三节流阀(23)和所述第四节流阀(24)均处于全开状态，所述第五节流阀(25)处于全闭状态。

5.根据权利要求3所述的车用空调系统，其特征在于，所述空调组件处于制冷模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述第三两通阀(33)、所述车外换热器(14)、所述第三节流阀(23)、所述第二车内换热器(13)和所述第四节流阀(24)；

所述第三节流阀(23)处于节流状态，所述第一节流阀(21)和所述第四节流阀(24)均处于全开状态，车内空气仅流经所述第二车内换热器(13)。

6.根据权利要求1所述的车用空调系统，其特征在于，所述空调组件处于普通制热模式时，所述空调组件包括沿制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述第二节流阀(22)、所述车外换热器(14)、所述第一两通阀(31)和所述蒸发冷却器(15)；

所述第一节流阀(21)和所述第二节流阀(22)均处于节流状态。

7.根据权利要求2所述的车用空调系统，其特征在于，所述车外换热器(14)的出口设有第一单向阀(51)，所述第二两通阀(32)的出口位于所述第一单向阀(51)与所述第三节流阀(23)之间；所述第二车内换热器(13)的出口与所述第一节流阀(21)的进口之间设有第二单向阀(52)。

8.根据权利要求3所述的车用空调系统，其特征在于，所述第一节流阀(21)的出口设有闪发器(17)，所述闪发器(17)通过第四两通阀(34)与所述压缩机(11)连通，所述空调组件处于增焓制热模式时，所述空调组件包括一沿部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)和所述第四两通阀(34)，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)、所述第二节流阀(22)、所述车外换热器(14)、所述第一两通阀(31)和所述蒸发冷却器(15)；

所述第一节流阀(21)和所述第二节流阀(22)均处于节流状态。

9.根据权利要求3所述的车用空调系统，其特征在于，所述第一节流阀(21)的出口设有闪发器(17)，所述闪发器(17)通过第四两通阀(34)与所述压缩机(11)连通，所述空调组件处于补偿与增焓联合制热模式时，所述空调组件包括一沿部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第二车内换热器(13)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)和所述第四两通阀(34)，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述三通阀(16)、所述第二车内换热器(13)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)、所述第二节流阀(22)、所述车外换热器(14)、所述第一两通阀(31)和所述蒸发冷却器(15)；

所述第一节流阀(21)和所述第二节流阀(22)均处于节流状态。

10.根据权利要求8所述的车用空调系统，其特征在于，所述空调组件处于除霜模式时，所述空调组件包括沿一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)和所述第四两通阀(34)，以及沿另一部分制冷剂流向循环连通的所述压缩机(11)、所述第一车内换热器(12)、所述第一节流阀(21)、所述闪发器(17)、所述第三两通阀(33)、所述车外换热器(14)、所述第五节流阀(25)和所述蒸发冷却器(15)；

所述第一节流阀(21)处于全开状态，所述第五节流阀(25)处于节流状态，所述第三节流阀(23)和所述第四节流阀(24)均处于全闭状态。

11.根据权利要求1所述的车用空调系统，其特征在于，还包括电控组件，所述电控组件处于并列冷却模式时，所述电控组件包括沿一部分冷却液流向循环连通的第一水泵(61)、第三单向阀(53)、控制单元(62)、第一三通水阀(63)、散热器(64)、膨胀器(65)和第二三通水阀(66)，以及沿另一部分冷却液流向循环连通的第二水泵(71)、第四单向阀(54)、电池(72)、液体加热器(73)、所述蒸发冷却器(15)和第一两通水阀(74)；

所述散热器(64)与所述车外换热器(14)相对且平行设置。

12.根据权利要求11所述的车用空调系统，其特征在于，所述电控组件处于串列冷却模式时，所述电控组件包括沿冷却液流向循环连通的所述第二水泵(71)、所述电池(72)、所述液体加热器(73)、所述蒸发冷却器(15)、所述第一水泵(61)、所述控制单元(62)、所述第一三通水阀(63)、所述散热器(64)、所述膨胀器(65)和第二三通水阀(66)。

13.根据权利要求11所述的车用空调系统，其特征在于，所述电控组件处于电池自循环模式时，所述电控组件包括沿冷却液流向循环连通的所述第二水泵(71)、所述电池(72)和第二两通水阀(75)。

14.根据权利要求11所述的车用空调系统，其特征在于，所述电控组件处于电池加热模式时，所述电控组件包括冷却液流向循环连通的第二水泵(71)、电池(72)、液体加热器(73)、所述蒸发冷却器(15)和第一两通水阀(74)。

15.根据权利要求11所述的车用空调系统，其特征在于，所述车外换热器(14)和所述散热器(64)的内侧设有第一风机(41)，外侧设有进气格栅(43)；所述第二车内换热器(13)的来流方向设有第二风机(42)。

16.根据权利要求2所述的车用空调系统，其特征在于，所述蒸发冷却器(15)和所述第四节流阀(24)的出口均连通有气液分离器(18)，所述气液分离器(18)与所述压缩机(11)连通。