CN109774411B - 一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统及方法，该系统包括空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路以及冷凝器、蒸发器和空调风道，还包括电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，以及包括依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上，增设压缩机与车载压缩机在制冷剂管路上并列设置且增设压缩机与冷凝器、蒸发器的一端形成一路气流液流转换通路同时车载压缩机与冷凝器、蒸发器的一端结合形成另一路气流液流转换通路，蒸发器的另一端与空调风道配合形成空气交换通路，能够有效回收利用氢气泄压的能量驱动增设压缩机对空气制冷，方便高效。
Description
技术领域
本发明涉及能量回收利用技术领域，具体涉及一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统及方法。
背景技术
能源和环保是全球亟待解决的重大问题，促进电动车产业的发展，在中国汽车产业崛起与应对全球石油危机及环境污染的重要战略并举的同时，利用电能作为动力的电动汽车代替传统燃油车并以此来摆脱对石油的依赖、降低环境污染成为了绿色交通的高效解决方案。而在电动汽车发展研究中，燃料电池因对燃料利用率高、燃料来源广泛、污染排放小、环境友好等因素，近年来格外受到多方关注，具有较高的市场竞争力，尤其其燃料电池技术是将燃料与助燃剂在电池的阴极与阳极分开进行氧化还原，能够大大提高燃料氧化能量利用率，故其主导了未来新能源汽车尤其是电动汽车的发展方向。目前已有成熟的以燃料电池作为动力的电动汽车投入市场生产。
燃料电池电动汽车中最常见的是氢燃料电池，氢燃料电池具有以下特点：1、不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率；2、不管装置规模大小均能保持高发电效率；3、具有很强的过负载能力；4、与燃料供给装置的多种组合方式使其可适用的燃料非常广泛；5、发电出力由电池堆的出力和组数决定,机组容量的自由度大；6、电池本体的负荷响应性好,用于电网调峰优于其他发电方式；7、用氢气等为燃料时,尾气等排出量少,环境相容性优。在以氢气为燃料的燃料电池电动汽车中，为储能方便，氢气通常以高压方式存储，但燃料电池无法直接处理压力过高的氢气，故通常需要对加压氢气进行泄压。据资料介绍，将氢气压缩为高压氢气所需的能量或将压缩氢气泄压所释放的能量较高，甚至可占到压缩氢气燃烧能量的8％。由此可见，在泄压过程中释放的能量很高，无法得到有效利用而造成了能量浪费，且势必造成燃料电池整理的能量利用率低、经济性差。
进一步考虑到，目前燃料电池电动汽车的车载空调系统通常由车载压缩机实现制冷，具体表现为当车载压缩机工作时，车载压缩机吸入从蒸发器出来的低温低压的气态制冷剂并对其进行压缩形成高压制冷剂，高压制冷剂的温度和压力升高并被送入冷凝器；在冷凝器内，高温高压的气态制冷剂把热量传递给经过冷凝器的车外空气而液化，变成液态制冷剂；液态制冷剂流经节流装置时，温度和压力降低，并进入蒸发器；在蒸发器内，低温低压的液态制冷剂吸收经过蒸发器的车内空气的热量而蒸发，变成气态制冷剂；气态制冷剂又被车载压缩机吸入进行下一轮循环。这样通过制冷剂在系统内的循环，不断吸收车内空气的热量并排到车外空气中，使车内空气的温度逐渐下降实现对燃料电池电动汽车车内空间的制冷降温。在此工作过程中，车载压缩机需要从车载储能系统中获取大量能量而使得电动汽车整体的耗能量变大，尤其夏天高温天气，长时间开启车载空调系统的电动汽车明显耗电量极大。
发明内容
本发明针对现有技术中燃料电池电动汽车的氢气泄压过程能量无法有效利用造成的能量浪费大、整车能量利用率低以及车载空调系统由车载储能系统驱动导致的耗能量大等问题提供了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统，该系统充分地利用了电动汽车原有部件并在简单巧妙加设几个部件后创新地将氢气泄压能量回收利用与电动汽车空调驱动结合在了一起，提高燃料电池整体能量利用率的同时还有效减少了空调制冷过程对车载储能系统能量的消耗，提高了电动汽车整体的经济性，简单易行、高效便捷。本发明还提供了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统，包括依次连接的带电源的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路以及连接在制冷剂管路上的冷凝器、蒸发器和与蒸发器连接的空调风道，还包括电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，以及包括依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，所述阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上，所述增设压缩机与车载压缩机在制冷剂管路上并列设置且所述增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，所述蒸发器的另一端与空调风道配合形成空气交换通路；所述增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机，进而制冷剂管路中的制冷剂经增设压缩机压缩后经过冷凝器再通过气流液流转换通路进入蒸发器，在空气交换通路吸收热量使得空调风道的空气冷却。
优选地，所述空调驱动电机的电源采用车载电源或外接电源。
优选地，所述增设压缩机和所述车载压缩机相互配合工作，进而制冷剂管路中的制冷剂经增设压缩机和车载压缩机压缩后经过冷凝器再通过气流液流转换通路进入蒸发器，在空气交换通路吸收热量使得空调风道的空气冷却。
优选地，所述增设压缩机采用小功率压缩机，所述车载压缩机采用大功率压缩机。
优选地，所述系统支持非制冷模式、低档制冷模式、高档制冷模式三种工作模式。
一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，在燃料电池电动汽车原有的带电源的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路、冷凝器、蒸发器和空调风道的基础上，结合电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，并加设依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，且将阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上进而增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机工作，所述增设压缩机与车载压缩机采用并列设置，所述增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，制冷剂管路中设置的制冷剂随所述增设压缩机、所述车载压缩机的工作状态的变化而变化并在经过冷凝器再通过气流液流转换通路流经所述蒸发器时在空气交换通路吸收热量从而对通过空调风道流经蒸发器的空气进行制冷。
优选地，所述方法支持非制冷模式、低档制冷模式、高档制冷模式三种工作模式，在所述非制冷模式时所述增设压缩机和车载压缩机均未工作，在所述低档制冷模式时所述增设压缩机工作且所述车载压缩机未工作，在所述高档制冷模式时所述增设压缩机和所述车载压缩机相互配合工作。
优选地，所述空调驱动电机的电源采用车载电源或外接电源。
优选地，上述方法包括以下步骤：
电动汽车启动，燃料电池开始工作，阀门打开，高压氢气瓶释放的高压氢气经阀门进入所述增设涡轮中驱动所述增设涡轮转动同时高压氢气体积膨胀、压力降低将泄压能量转化为所述增设涡轮动能；
当电动汽车制冷需求低于第一设定条件时为电动汽车不需要制冷，所述增设离合器为分离状态同时所述空调驱动电机的电源为断开状态，所述增设压缩机与所述车载压缩机均不工作，进入非制冷模式工作；
当电动汽车制冷需求高于第一设定条件并低于第二设定条件时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机对制冷剂管路中的气态制冷剂进行压缩变成高压制冷剂，高压制冷剂沿制冷剂管路继续经过冷凝器后通过一路气流液流转换通路进入所述蒸发器，在空气交换通路吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入低档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机中进行压缩；
当电动汽车制冷需求高于第二设定条件时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机工作，同时接通所述空调驱动电机的电源使所述空调驱动电机驱动所述车载压缩机工作，制冷剂管路中的气态制冷剂一路经过所述增设压缩机的压缩变成高压制冷剂同时另一路经过所述车载压缩机的压缩变成高压制冷剂，然后高压制冷剂继续沿制冷剂管路经过冷凝器后进入所述蒸发器吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入高档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机和所述车载压缩机中进行压缩。
优选地，所述增设压缩机采用小功率压缩机，所述车载压缩机采用大功率压缩机。
本发明的技术效果如下：
本发明涉及了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统，利用了电动汽车原有空调制冷系统具备的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路、冷凝器、蒸发器和空调风道等部件，并创新性的结合了电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，还包括了依次连接的增设涡轮、增设离合器、增设压缩机，增设涡轮设置于高压氢气瓶和燃料电池的位于阀门后端的气流通路上，增设压缩机与车载压缩机在制冷剂管路上并列设置且增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，蒸发器的另一端与空调风道配合形成空气交换通路，新加设的增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机，利用将氢气高压势能转化为动能的原理完成了对氢气泄压过程释放能量的有效回收利用，再带动增设压缩机工作是利用动能转化为机械能驱动力驱动增设压缩机工作完成对空气制冷的工作，节省或者代替电动汽车空调制冷向车载储能系统获取的能量，解决了现有技术中燃料电池电动汽车的氢气泄压过程能量无法有效利用造成的能量浪费大、整车能量利用率低以及车载空调系统由车载储能系统驱动导致的耗能量大等问题，降低车载电机负载压力，提升工作效率和能量利用率，提高了电动汽车整体的经济性，简单易行、高效便捷。
本发明还涉及了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，在燃料电池电动汽车原有空调制冷时采用到的部件的基础上巧妙地结合了电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，并加设依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机且将增设涡轮设置于高压氢气瓶和燃料电池的位于阀门后端的气流通路上进而接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机工作，在所述增设压缩机、所述车载压缩机和所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成的气流通路中设置制冷剂随所述增设压缩机、所述车载压缩机的工作状态的变化而变化并在经过冷凝器再流经所述蒸发器时对通过空调风道流经蒸发器的空气进行制冷，该方法有效克服了燃料电池电动汽车的氢气泄压过程能量无法有效利用造成的能量浪费大、整车能量利用率低以及车载空调系统由车载储能系统驱动导致的耗能量大等问题，提高燃料电池整体能量利用率的同时还有效减少了空调制冷过程对车载储能系统能量的消耗，提高了电动汽车整体的经济性和能量利用率。
附图说明
图1：为本发明一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统的结构示意图。
图2：为本发明一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法三种工作模式切换流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本发明进行详细说明。
本发明涉及了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统，其设计原理是设计一种使用增设涡轮、增设离合器、增设压缩机等部件的能源回收系统，用于回收高压氢气泄压时释放的能量，并应用于燃料电池电动汽车空调系统中。通过高压氢气驱动增设涡轮转动，带动增设离合器工作，控制增设压缩机工作状态，进而决定增设压缩机的工作能力，即车辆的制冷能力。该装置可以在制冷需求较低时代替空调提供制冷所需能量，并在制冷需求较高时辅助空调提供部分制冷能量。
本发明基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统的结构如图1所示(系统组成部件仅为示意，全结构可参考常用电动汽车空调系统结构图)，包括依次连接的带电源的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路以及连接在制冷剂管路上的冷凝器、蒸发器(冷却板)和与蒸发器连接的空调风道，所述制冷剂管路和空调风道在图中均以虚线简单示意且制冷剂的流动方向由箭头标示出来，本系统还包括燃料电池电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，以及包括依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，所述阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上，如图中高压氢气瓶到燃料电池之间的折虚线所示，所述增设压缩机与车载压缩机在制冷剂管路上并列设置且所述增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，如图中增设压缩机、车载压缩机分别和蒸发器左侧端之间结合制冷剂管路分别形成的虚线路径所示，所述蒸发器的另一端与空调风道配合形成空气交换通路，如蒸发器右侧端与空调风道形成的直形虚线所示，当然在实际燃料电池电动汽车空调系统中制冷剂管路的由冷凝器到蒸发器一端的路段中还可能设置有干燥罐以及膨胀阀，用于辅助制冷剂流通工作；所述增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机，进而制冷剂管路中的制冷剂经增设压缩机压缩后经过冷凝器再通过气流液流转换通路进入蒸发器，在空气交换通路吸收热量使得空调风道的空气冷却，该系统充分利用了燃料电池电动汽车原有空调制冷系统具备的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路、冷凝器、蒸发器和空调风道等部件，并创新性的结合了电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，然后简单添加了增设涡轮、增设离合器、增设压缩机几个部件，利用新加设的增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合增设离合器的控制来驱动增设压缩机，利用将氢气高压势能转化为涡轮动能的原理完成了对氢气泄压过程释放能量的有效回收利用，再带动增设压缩机工作是利用动能转化为机械能驱动力驱动增设压缩机工作完成对空气制冷的工作，节省或者代替电动汽车空调制冷向车载储能系统获取的能量，解决了现有技术中燃料电池电动汽车的氢气泄压过程能量无法有效利用造成的能量浪费大、整车能量利用率低以及车载空调系统由车载储能系统驱动导致的耗能量大等问题，降低车载电机负载压力，提升工作效率和能量利用率，提高了电动汽车整体的经济性，简单易行、高效便捷。
优选地，空调驱动电机的电源可以采用车载电源或外接电源，采用车载电源可以直接利用电动汽车内部资源，采用外接电源能够减少电动汽车自身电能消耗。
优选地，增设压缩机和车载压缩机相互配合工作，二者之间建立友好的合作机制并根据电动汽车的不同的制冷需求分别进行配合工作，使得整个系统在能够满足电动汽车制冷需求的情况下尽可能地节省车内资源和能量，且优选地本系统支持非制冷模式、低档制冷模式、高档制冷模式三种工作模式，具体比如：当电动汽车制冷需求低于第一设定条件(没有制冷需求)时为电动汽车不需要制冷，增设压缩机与车载压缩机均不工作，整个系统进入非制冷模式工作；当电动汽车制冷需求高于第一设定条件并低于第二设定条件(制冷需求较低)时，增设涡轮转动通过接合的增设离合器带动增设压缩机工作而车载压缩机不工作，整个系统进入低档制冷模式工作；当电动汽车制冷需求高于第二设定条件(制冷需求较高)时，增设涡轮转动通过接合的增设离合器带动增设压缩机工作，空调驱动电机的电源接通使空调驱动电机驱动车载压缩机工作，整个系统进入高档制冷模式工作，最终制冷剂管路中的制冷剂经处于工作状态的压缩机进行压缩后经过冷凝器再通过气流液流转换通路进入蒸发器，在空气交换通路吸收热量使得空调风道的空气冷却。
优选地，增设压缩机采用小功率压缩机，车载压缩机采用大功率压缩机，具体优选增设压缩机采用10KW的小功率压缩机，车载压缩机采用15KW的大功率压缩机，不同功率级别压缩机的使用能够使得本系统充分适应不同的制冷需求，实用高效。
在上述实施中，流动气体的压力较低，故而雷诺数较低，不会超过1000，可视为不可压缩流体。
增设涡轮进出口氢气流满足不可压缩流的伯努利方程：
其中，
认为是压力势能，
认为是动能，gZ认为是重力势能。
气流在同一水平面上运动，重力对体系不做功，故该部分能量守恒，而压力势能和动能的改变量则是体系中主要改变的能量。在增设涡轮中，泄压的高压氢气推动增设涡轮转动，压力势能大量减少，泄压的总能量为：
设增设涡轮的效率为η1，则增设涡轮对外做功总量为：
设增设涡轮与增设压缩机直接传输效率为η2，则，进入到增设压缩机中的功为：
w′＝wη2
根据车型及车载人数可以算出电动汽车的热负荷，即代表了电动汽车需要的制冷需求，记为Q。优选地，为了评价本系统的作用效果，可以通过研究高压氢气泄压能量引起的增设涡轮做功总量W与电动汽车本身热负荷Q之间的比值关系，能够有效衡量泄压系统回收能量的能力以及对电动汽车能量利用效率的贡献，在制冷需求较低时甚至可以完全依靠本系统完成车内制冷，不需要车载的空调驱动电机启动，能够节省电动汽车的能源，提升工作效率，在制冷需求较高时也可以节省部分电动汽车资源，降低电动汽车本身系统尤其是车载的空调驱动电机等的负载压力。
应用实例：
对于一般氢燃料电池汽车上应用的氢燃料电池而言，其进口处的氢气流和空气流压力受到限制。研究表明，进口处空气流压力保持在0.5MPa，氢气流压力则保持在0.25MPa至0.3MPa条件下，燃料电池的效率最高，放电性能也较好。故而在本算例中，选择0.25Mpa作为燃料电池进口处的氢气流压力。
目前车载储氢罐使用高压方式将氢气液化后储存，车载储氢罐内压力一般为70MPa或35MPa，释放的氢气压力一般在1MPa左右。
本实例基于上述两个实际情况，讨论本发明所能节约的能量。
取氢气的密度为0.084Kg/m3，对于单位质量氢气，则可计算得到，泄压释放的总能量为：
设增设涡轮的效率为0.8，能量传输效率为0.95，则增设压缩机得到的总功为6785.7KJ。
对于一般氢能源汽车在车速较高时耗氢量也较大。假设车速为100km/h的情况下，车辆每小时消耗氢气一千克。则此时压缩机理想情况下每个小时可获得6785.7KJ的能量，功率为1.88kW。
当散热需求较低时，氢气泄压释放的能量足以负担汽车空调制冷需求。当汽车制冷需求较大时，泄压系统回收的能量不足以补偿，需要额外通过电源驱动车载压缩机提供制冷的能量。
本发明还涉及了一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，该电动汽车空调制冷方法与上述的基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统相对应，可理解为是实现上述基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷系统的方法，该方法在燃料电池电动汽车原有的带电源的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路、冷凝器、蒸发器和空调风道的基础上，结合电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，并加设依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，且将阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上进而增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机工作，所述增设压缩机与车载压缩机采用并列设置且可以根据具体需要相互配合工作，所述增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，，制冷剂管路中设置的制冷剂随所述增设压缩机、所述车载压缩机的工作状态的变化而变化并在经过冷凝器再通过气流液流转换通路流经所述蒸发器时在空气交换通路吸收热量从而对通过空调风道流经蒸发器的空气进行制冷，本发明提出了利用高压氢气泄压释放的能量用于驱动增设压缩机以及汽车空调系统车载压缩机的方法，有效利用了被耗散的能量，提高了整车的能量利用率和经济性，设计方案节约成本，可行性较高。该方法充分利用了电动汽车内部原有部件，并且简单巧妙地新加设几个部件，有效克服了燃料电池电动汽车的氢气泄压过程能量无法有效利用造成的能量浪费大、整车能量利用率低以及车载空调系统由车载储能系统驱动导致的耗能量大等问题，提高燃料电池整体能量利用率的同时还有效减少了空调制冷过程对车载储能系统能量的消耗，提高了电动汽车整体的经济性和能量利用率。
优选地，本方法支持非制冷模式、低档制冷模式、高档制冷模式三种工作模式，在所述非制冷模式时所述增设压缩机和车载压缩机均未工作，在所述低档制冷模式时所述增设压缩机工作且所述车载压缩机未工作，在所述高档制冷模式时所述增设压缩机和所述车载压缩机相互配合工作，使得整个系统在能够满足电动汽车制冷需求的情况下尽可能地节省车内资源和能量。
优选地，本方法中空调驱动电机的电源采用车载电源或外接电源，采用车载电源可以直接利用电动汽车内部资源，采用外接电源能够减少电动汽车自身电能消耗。
优选地，基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法具体包括以下步骤，如图2所示：
在电动汽车静止未启动时(理解为初始状态)，阀门关闭，增设离合器处于分离状态，空调驱动电机的电源为断开状态，整个系统均未工作；
电动汽车启动时，燃料电池开始工作，阀门打开，高压氢气瓶释放的高压氢气经阀门进入所述增设涡轮中驱动所述增设涡轮转动同时高压氢气体积膨胀、压力降低将泄压能量转化为所述增设涡轮动能；
再对电动汽车进行制冷需求判断，当电动汽车制冷需求低于第一设定条件(没有制冷需求)时为电动汽车不需要制冷，所述增设离合器为分离状态同时所述空调驱动电机的电源为断开状态，所述增设压缩机与所述车载压缩机均不工作，进入非制冷模式工作；
当电动汽车制冷需求高于第一设定条件并低于第二设定条件(制冷需求较低)时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机对制冷剂管路中的气态制冷剂进行压缩变成高压制冷剂，高压制冷剂沿制冷剂管路继续经过冷凝器后通过气流液流转换通路进入所述蒸发器，在空气交换通路吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入低档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机中进行压缩；
当电动汽车制冷需求高于第二设定条件(制冷需求较高)时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机工作，同时接通所述空调驱动电机的电源使所述空调驱动电机驱动所述车载压缩机工作，制冷剂管路中的气态制冷剂一路经过所述增设压缩机的压缩变成高压制冷剂同时另一路经过所述车载压缩机的压缩变成高压制冷剂，然后高压制冷剂继续沿制冷剂管路进入所述蒸发器吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入高档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机和所述车载压缩机中进行压缩。
优选地，本方法中的增设压缩机采用小功率压缩机，车载压缩机采用大功率压缩机，具体优选增设压缩机采用10KW的小功率压缩机，车载压缩机采用15KW的大功率压缩机，不同功率级别压缩机的使用能够使得本系统充分适应不同的制冷需求，实用高效。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (4)
1.一种基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，其特征在于，在燃料电池电动汽车原有的带电源的空调驱动电机、车载压缩机、制冷剂管路、冷凝器、蒸发器和空调风道的基础上，结合电动汽车电池系统本身的高压氢气瓶、阀门和燃料电池，并加设依次连接的增设涡轮、增设离合器和增设压缩机，且将阀门和增设涡轮依次设置于高压氢气瓶和燃料电池之间的气流通路上进而增设涡轮接收高压氢气泄压能量的驱动以转动再结合所述增设离合器的控制来驱动所述增设压缩机工作，利用将氢气高压势能转化为动能的原理完成对高压氢气泄压过程释放能量的回收利用，再利用动能转化为机械能驱动力驱动增设压缩机工作，所述增设压缩机与车载压缩机采用并列设置，所述增设压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成一路气流液流转换通路同时所述车载压缩机与所述冷凝器、所述蒸发器的一端结合所述制冷剂管路形成另一路气流液流转换通路，制冷剂管路中设置的制冷剂随所述增设压缩机、所述车载压缩机的工作状态的变化而变化并在经过冷凝器再通过气流液流转换通路流经所述蒸发器时在空气交换通路吸收热量从而对通过空调风道流经蒸发器的空气进行制冷；所述制冷方法包括以下步骤：
电动汽车启动，燃料电池开始工作，阀门打开，高压氢气瓶释放的高压氢气经阀门进入所述增设涡轮中驱动所述增设涡轮转动同时高压氢气体积膨胀、压力降低将泄压能量转化为所述增设涡轮动能；
当电动汽车制冷需求低于第一设定条件时为电动汽车不需要制冷，所述增设离合器为分离状态同时所述空调驱动电机的电源为断开状态，所述增设压缩机与所述车载压缩机均不工作，进入非制冷模式工作；
当电动汽车制冷需求高于第一设定条件并低于第二设定条件时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机对制冷剂管路中的气态制冷剂进行压缩变成高压制冷剂，高压制冷剂沿制冷剂管路继续经过冷凝器后通过一路气流液流转换通路进入所述蒸发器，在空气交换通路吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入低档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机中进行压缩；
当电动汽车制冷需求高于第二设定条件时，所述增设离合器全部接合或部分接合，所述增设涡轮转动带动所述增设压缩机工作，同时接通所述空调驱动电机的电源使所述空调驱动电机驱动所述车载压缩机工作，制冷剂管路中的气态制冷剂一路经过所述增设压缩机的压缩变成高压制冷剂同时另一路经过所述车载压缩机的压缩变成高压制冷剂，然后高压制冷剂继续沿制冷剂管路经过冷凝器后进入所述蒸发器吸收热量使空调风道内流经蒸发器的空气冷却，进入高档制冷模式工作，同时高压制冷剂压力降低再次变为气态制冷剂并重新进入所述增设压缩机和所述车载压缩机中进行压缩。
2.根据权利要求1所述的基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，其特征在于，所述方法支持非制冷模式、低档制冷模式、高档制冷模式三种工作模式，在所述非制冷模式时所述增设压缩机和车载压缩机均未工作，在所述低档制冷模式时所述增设压缩机工作且所述车载压缩机未工作，在所述高档制冷模式时所述增设压缩机和所述车载压缩机相互配合工作。
3.根据权利要求2所述的基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，其特征在于，所述空调驱动电机的电源采用车载电源或外接电源。
4.根据权利要求3所述的基于高压氢气泄压的电动汽车空调制冷方法，其特征在于，所述增设压缩机采用小功率压缩机，所述车载压缩机采用大功率压缩机。
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