CN109895599A - 电动汽车热泵空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车热泵空调系统及其控制方法，该系统包括空调压缩机、空调外部换热器、第一热交换器、第一双向膨胀阀、第一电子三通阀、空调内部换热器、动力总成水套、第一水泵、第一膨胀水箱、第二电子三通阀、第三电子三通阀、第二水泵、电池包水套、第四电子三通阀、第二热交换器、第二双向膨胀阀、气液分离器、四通阀、动力总成散热器、电池包散热器、PTC加热器、第二膨胀水箱、截止阀。该电动汽车热泵空调系统，通过合理控制四通阀、第一电子三通阀、第二电子三通阀以及第三电子三通阀的流通状态，配合第一热交换器、气液分离器、动力总成散热器以及PTC加热器，能够实现低温环境持续供暖，同时满足乘员舱供暖和冷却动力电池。

Description

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技术领域，特别是涉及一种电动汽车热泵空调系统及其控制方法。

背景技术

随着汽车工业的飞速发展和人们生活条件的不断改善，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。汽车保有量逐年增加，越来越多的人拥有了私家车。目前随着人们环保意识的不断提升，新能源汽车，尤其是电动汽车得到快速发展。

电动汽车的制暖一般采用PTC(Positive Temperature Coefficient，简称PTC，指正温度系数热敏电阻)电加热器，但PTC制暖效率低，增加动力电池的耗电量，电池在低温条件下放电容量下降，这些因素严重降低冬季续航里程。而采用热泵空调可以提高制暖能效，是目前普通采用的技术方案，但现有的电动汽车的热泵空调系统，在外界温度较低时，需要间歇性对蒸发器进行除霜，不能持续供暖，影响乘员舱舒适性，且不能同时满足乘员舱供暖和冷却动力电池。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种电动汽车热泵空调系统，以实现低温环境持续供暖，同时满足乘员舱供暖和冷却动力电池。

一种电动汽车热泵空调系统，包括空调压缩机、空调外部换热器、第一热交换器、第一电子三通阀、空调内部换热器、动力总成水套、第一水泵、第一膨胀水箱、四通阀和动力总成散热器；

所述空调压缩机的高压端与所述四通阀的第一接口连接，所述空调压缩机的低压端与气液分离器的一端连接；所述气液分离器的另一端与所述四通阀的第四接口连接；所述四通阀的第二接口分别与第二电子三通阀的第三端和第三电子三通阀的第一端连接，所述四通阀的第三接口与所述第三电子三通阀的第二端和所述空调内部换热器的一端连接；所述第三电子三通阀的第三端与第二热交换器的第一冷媒接口连接；所述第二热交换器的第二冷媒接口与第二双向膨胀阀的一端连接；所述空调内部换热器的另一端与第一双向膨胀阀的一端连接；所述第一双向膨胀阀的另一端和所述第二双向膨胀阀的另一端共同连接至截止阀的一端；所述截止阀的另一端分别与所述第一热交换器的第一冷媒接口和所述空调外部换热器的一端连接；所述第一热交换器的第二冷媒接口与所述第二电子三通阀的第二端连接；所述空调外部换热器的另一端与所述第二电子三通阀的第一端连接；

所述第一热交换器的冷却液入口与所述第一水泵的一端连接，所述第一热交换器的冷却液出口与所述动力总成水套的一端连接；所述第一水泵的另一端口连接至所述第一电子三通阀的第三端；所述动力总成水套的另一端连接至所述第一电子三通阀的第二端和动力总成散热器的一端；所述动力总成散热器的另一端连接至所述第一电子三通阀的第一端；所述第一膨胀水箱连接在所述第一水泵与所述第一电子三通阀之间。

根据本发明提出的电动汽车热泵空调系统，通过合理控制四通阀、第一电子三通阀、第二电子三通阀以及第三电子三通阀的流通状态，配合第一热交换器、气液分离器、动力总成散热器以及PTC加热器，能够实现多种制热和制冷模式，其中，动力总成热量能够通过动力总成散热器传递至外部空气，提高了空调外部换热器的进风温度从而更大程度避免空调外部换热器结霜；当空调外部换热器结霜时，切换第一电子三通阀的流通状态，可提高动力总成散热器的温度，加快空调外部换热器化霜，且空调内部换热器能够将热空气吹向乘员舱实现制暖，避免了现有的热泵空调化霜模式间断供暖的问题，可以实现低温环境持续供暖，利用动力总成产生的热量能够减少制暖能耗，可以利用动力总成热量给动力电池加热和辅助除霜，极低温度启动阶段可以借助电辅热提升系统性能，整车持续充放电工况下，能够在给乘员舱供暖的同时实现动力电池的冷却。

另外，根据本发明提供的电动汽车热泵空调系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述电动汽车热泵空调系统还包括第二水泵、电池包水套、第四电子三通阀、电池包散热器、PTC加热器、第二膨胀水箱；

所述第二热交换器的第一冷却液接口与所述PTC加热器的一端连接；所述PTC加热器的另一端分别与所述电池包散热器的一端和所述电池包水套连接；所述电池包散热器的另一端与所述第四电子三通阀的第一端连接；所述第二热交换器的第二冷却液接口与所述第四电子三通阀的第二端连接，所述第二膨胀水箱连接在所述第二水泵与所述第四电子三通阀的第三端之间。

进一步地，所述动力总成散热器安装于所述电池包散热器的后方，所述空调外部换热器安装于所述动力总成散热器的后方。

进一步地，所述电动汽车热泵空调系统还包括风扇、鼓风机，所述风扇设置在所述空调外部换热器的后方；所述鼓风机设置在所述空调内部换热器的前方。

进一步地，所述动力总成水套包括电机和电机控制器水套。

进一步地，所述第一热交换器和所述第二热交换器均为板式换热器。

本发明的另一个目的在于提出上述电动汽车热泵空调系统的控制方法，包括：

第一工作模式，乘员舱制冷，所述四通阀第一接口与第二接口连通，所述四通阀的第三接口与第四接口连通，所述空调压缩机压缩冷媒经过所述四通阀、所述第二电子三通阀至所述空调外部换热器，实现与外部空气换热；冷媒经过所述截止阀、所述第一双向膨胀阀流入所述空调内部换热器，实现与车内空气换热；所述鼓风机向乘员舱提供冷气，膨胀后的冷媒经过所述四通阀、所述气液分离器流入所述空调压缩机吸气口，完成制冷循环；所述第一水泵驱动冷却液经过所述第一热交换器、所述动力总成水套至所述动力总成散热器实现动力总成散热，冷却液经过所述第一电子三通阀流至所述第一水泵入口；当动力电池需要冷却时，所述第二水泵驱动冷却液经过所述电池包水套至所述电池包散热器与外部空气换热，冷却液经过所述第四电子三通阀流至所述第二水泵入口；

第二工作模式，乘员舱与动力电池同时进行制冷，所述四通阀的第一接口与第二接口连通，所述四通阀的第三接口与第四接口连通，所述第三电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通；所述空调内部换热器与所述第二热交换器并联，所述第一双向膨胀阀控制乘员舱制冷，所述第二双向膨胀阀控制所述第二热交换器的冷却；所述PTC加热器不工作，所述第二水泵驱动冷却液经过所述第二热交换器换热，冷却后的冷却液流过所述电池包水套对动力电池进行冷却；

第三工作模式，乘员舱无制冷需求，关闭所述第一双向膨胀阀以单独对动力电池冷却；当整车停车充电时，通过控制所述第一水泵实现动力总成的冷却控制。

进一步的，所述方法还包括：

第四工作模式，乘员舱制热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第一端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通；所述空调外部换热器作为空调系统蒸发器，所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力总成热量通过所述动力总成散热器传递至外部空气；当所述空调外部换热器结霜时，将所述第一电子三通阀切换至第二端和第三端连通，直至动力总成水套的温度达到第一预设值，再将所述第一电子三通阀切换至第一端和第三端连通；当动力总成水套的温度低于第二预设值时，将所述第一电子三通阀切换至第二端和第三端连通，如此循环直至化霜完成，所述第一预设值大于所述第二预设值；

第五工作模式，乘员舱与电池同时制热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通，第四电子三通阀的第二端和第三端连通；动力总成冷却液经过所述动力总成水套再流向所述第一热交换器；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器和所述第二热交换器并联作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力电池系统冷却液通过所述第二热交换器换热，再流向所述电池包水套实现对动力电池加热；

第六工作模式，乘员舱制热、且对动力电池PTC加热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀处于关闭状态；通过所述PTC加热器对动力电池加热，所述PTC加热器加热冷却液流经所述第二热交换器、所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热；当动力电池不需要加热时，关闭所述PTC加热器、关闭所述第二水泵，停止动力电池加热回路工作；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖；

第七工作模式，乘员舱制热、同时对动力电池冷却，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，第二电子三通阀的第二端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通，第四电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀处于关闭状态；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖，当动力总成冷却液的温度高于第三预设值时，所述第三预设值小于所述第一预设值，且大于所述第二预设值，将所述第一电子三通阀切换至第一端和第三端连通，动力总成冷却液通过所述动力总成散热器与外部空气换热降低温度，当所述动力总成冷却液的温度低于所述第二预设值时，将第一电子三通阀调整回第二端和第三端连通；动力电池冷却液通过所述动力电池散热器散热降温，再经过所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套对动力电池进行冷却；

第八工作模式，乘员舱制热；所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通；所述截止阀处于关闭状态；所述第二热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却回路的热量，实现动力电池余热回收并对动力电池进行冷却；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖。

进一步的，所述方法还包括：

第九工作模式，低温启动，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通，所述截止阀处于关闭状态，动力总成冷却液经过所述动力总成水套再流向所述第一热交换器；所述PTC加热器加热冷却液流经所述第二热交换器，所述第二热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却液热量，冷却液经过所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖。

进一步的，所述方法还包括：

第十工作模式，低温充电，由所述PTC加热器对动力电池冷却液加热，冷却液流经所述第二热交换器、所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明第一实施例的电动汽车热泵空调系统的结构示意图；

图2是第一工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图3是第二工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图4是第三工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图5是第四工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图6是第五工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图7是第六工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图8是第七工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图9是第八工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图；

图10是第九工作模式下电动汽车热泵空调系统的运行示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明的一实施例提出的电动汽车热泵空调系统，包括空调压缩机1、空调外部换热器2、第一热交换器3、第一双向膨胀阀4、第一电子三通阀5、空调内部换热器6、动力总成水套7、第一水泵8、第一膨胀水箱9、第二电子三通阀10、第三电子三通阀11、第二水泵12、电池包水套13、第四电子三通阀14、第二热交换器15、第二双向膨胀阀16、气液分离器17、四通阀18、动力总成散热器19、电池包散热器20、PTC加热器21、风扇22、鼓风机23、第二膨胀水箱24、截止阀25。

空调压缩机1的高压端与四通阀18的第一接口(即四通阀18的a接口)连接，空调压缩机1的低压端与气液分离器17的一端连接；气液分离器17的另一端与四通阀18的第四接口(即四通阀18的d接口)连接；四通阀18的第二接口(即四通阀18的b接口))分别与第二电子三通阀10的第三端(即第二电子三通阀10的Z端)和第三电子三通阀11的第一端(即第三电子三通阀11的X端)连接，四通阀18的第三接口(即四通阀18的c接口)与第三电子三通阀11的第二端(即第三电子三通阀11的Y端)和空调内部换热器6的一端连接；第三电子三通阀11的第三端(即第三电子三通阀11的Z端)与第二热交换器15的第一冷媒接口连接；第二热交换器15的第二冷媒接口与第二双向膨胀阀16的一端连接；空调内部换热器6的另一端与第一双向膨胀阀4的一端连接；第一双向膨胀阀4的另一端和第二双向膨胀阀16的另一端共同连接至截止阀25的一端；截止阀25的另一端分别与第一热交换器3的第一冷媒接口和所述空调外部换热器2的一端连接；第一热交换器3的第二冷媒接口与第二电子三通阀10的第二端(即第二电子三通阀10的Y端)连接；所述空调外部换热器2的另一端与所述第二电子三通阀10的第一端(即第二电子三通阀10的X端)连接。

第一热交换器3的冷却液入口与第一水泵8的一端连接，第一热交换器3的冷却液出口与动力总成水套7的一端连接；第一水泵8的另一端口连接至第一电子三通阀5的第三端(即第一电子三通阀5的Z端)；动力总成水套7的另一端连接至第一电子三通阀5的第二端(即第一电子三通阀5的Y端)和动力总成散热器19的一端；动力总成散热器19的另一端连接至第一电子三通阀5的第一端(即第一电子三通阀5的X端)；第一膨胀水箱9连接在第一水泵8与第一电子三通阀5之间。

第二热交换器15的第一冷却液接口与PTC加热器21的一端连接；PTC加热器21的另一端分别与电池包散热器20的一端和电池包水套13连接；电池包散热器20的另一端与第四电子三通阀14的第一端连接；第二热交换器15的第二冷却液接口与第四电子三通阀14的第二端连接，第二膨胀水箱24连接在第二水泵12与第四电子三通阀14的第三端之间。

制冷模式下，四通阀18的第一接口与第二接口连通(即a与b连通)，四通阀18的第三接口与第四接口连通(即c与d连通)。

制热模式下，四通阀18的第一接口与第三接口连通(即a与c连通)，四通阀18的第二接口与第四接口连通(即b与d连通)。

具体的，动力总成散热器19安装于电池包散热器20的后方，空调外部换热器2安装于动力总成散热器19的后方。

优选的，风扇22设置在空调外部换热器2的后方，风扇22可根据需要开启以加强换热器和空气的对流换热；鼓风机23设置在空调内部换热器6的前方，以往乘员舱提供气流。

所述动力总成水套7包括电机和电机控制器水套，具体实施时，还可以包括车载充电机、DC/DC转换器水套。

优选的，第一热交换器3和第二热交换器15均为板式换热器。

上述电动汽车热泵空调系统的控制方法，包括以下10种工作模式：

请参阅图2，第一工作模式，乘员舱制冷，所述四通阀18第一接口与第二接口连通，所述四通阀18的第三接口与第四接口连通，所述空调压缩机压缩冷媒经过所述四通阀18、所述第二电子三通阀10至所述空调外部换热器2，实现与外部空气换热；冷媒经过所述截止阀25、所述第一双向膨胀阀4流入所述空调内部换热器6，实现与车内空气换热；所述鼓风机23向乘员舱提供冷气，膨胀后的冷媒经过所述四通阀18、所述气液分离器17流入所述空调压缩机1吸气口，完成制冷循环；所述第一水泵8驱动冷却液经过所述第一热交换器3、所述动力总成水套7至所述动力总成散热器19实现动力总成散热，冷却液经过所述第一电子三通阀5流至所述第一水泵8入口。其中，所述冷却液优选为浓度为50％的乙二醇水溶液，所述冷媒优选为R410A。当动力电池需要冷却时，所述第二水泵12驱动冷却液经过所述电池包水套13至所述电池包散热器20与外部空气换热，冷却液经过所述第四电子三通阀14流至所述第二水泵12入口。

请参阅图3，第二工作模式，乘员舱与动力电池同时进行制冷，所述四通阀18的第一接口与第二接口连通，所述四通阀18的第三接口与第四接口连通，所述第三电子三通阀11的第二端和第三端连通(即第三电子三通阀11处于Y-Z流通状态)，所述第四电子三通阀14的第二端和第三端连通(即第四电子三通阀14处于Y-Z流通状态)；所述空调内部换热器6与所述第二热交换器15并联，所述第一双向膨胀阀4控制乘员舱制冷，所述第二双向膨胀阀16控制所述第二热交换器15的冷却；所述PTC加热器21不工作，所述第二水泵12驱动冷却液经过所述第二热交换器15换热，冷却后的冷却液流过所述电池包水套13对动力电池进行冷却。

请参阅图4，第三工作模式，乘员舱无制冷需求，关闭所述第一双向膨胀阀14以单独对动力电池冷却；当整车停车充电时，通过控制所述第一水泵8实现动力总成的冷却控制。

请参阅图5，第四工作模式，乘员舱制热，优选的，此模式宜工作在环境温度为0℃～15℃条件下，该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀18的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第一端和第三端连通(即第一电子三通阀5处于X-Z流通状态)，所述第二电子三通阀10的第一端和第三端连通(即第二电子三通阀10处于X-Z流通状态)，第三电子三通阀11的第二端和第三端连通(即第三电子三通阀11处于Y-Z流通状态)；所述空调外部换热器2作为空调系统蒸发器，所述空调内部换热器6作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力总成热量通过所述动力总成散热器19传递至外部空气，动力总成散热器19提高了空调外部换热器2的进风温度从而更大程度避免空调外部换热器2结霜；当所述空调外部换热器2结霜时，将所述第一电子三通阀5切换至第二端和第三端连通，直至动力总成水套7的温度达到第一预设值(第一预设值例如是60℃)，再将所述第一电子三通阀5切换至第一端和第三端连通，此举可提高动力总成散热器19的温度，加快空调外部换热器2化霜；当动力总成水套7的温度低于第二预设值时(第二预设值例如是25℃)，将所述第一电子三通阀5切换至第二端和第三端连通，提高动力总成冷却液温度至60℃，如此循环直至化霜完成，所述第一预设值大于所述第二预设值。

请参阅图6，第五工作模式，动力总成余热回收状态下，乘员舱与电池同时制热，此模式宜工作在环境温度为10℃～15℃条件下，该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀18的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第二端和第三端连通(即第一电子三通阀5处于Y-Z流通状态)，所述第二电子三通阀10的第二端和第三端连通(即第二电子三通阀10处于Y-Z流通状态))，第三电子三通阀11的第二端和第三端连通(即第三电子三通阀11处于Y-Z流通状态)，第四电子三通阀14的第二端和第三端连通(即第四电子三通阀14处于Y-Z流通状态)；动力总成冷却液经过所述动力总成水套7再流向所述第一热交换器3；所述第一热交换器3作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器6和所述第二热交换器15并联作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力电池系统冷却液通过所述第二热交换器15换热，再流向所述电池包水套13实现对动力电池加热，从而提升动力电池的性能。

请参阅图7，第六工作模式，动力总成余热回收状态下，乘员舱制热、且对动力电池PTC加热，此模式宜工作在环境温度为零下30℃～零下10℃条件下，该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀18的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀10的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀11的第二端和第三端连通，所述第四电子三通阀14的第二端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀16处于关闭状态；在极低温度条件下，动力电池的放电容量和功率都下降严重，有必要进行辅热以提升性能；当动力总成产生的热量不足以满足乘员舱和动力电池加热，动力总成冷却液温度会持续下降，冷却液温度低于零下15℃时热泵系统效率严重下降，因此，通过所述PTC加热器21对动力电池加热，所述PTC加热器21加热冷却液流经所述第二热交换器15(不参与空调系统换热)、所述第四电子三通阀14、所述第二水泵12至所述电池包水套13实现对动力电池加热；当动力电池不需要加热时，关闭所述PTC加热器21、关闭所述第二水泵12，停止动力电池加热回路工作；所述第一热交换器3作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器6作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖，当动力总成冷却液温度低于零下15℃，切换至图10所示的第九工作模式。

请参阅图8，第七工作模式，动力总成余热回收状态下，乘员舱制热、同时对动力电池冷却，此模式宜工作在环境温度为0℃～15℃条件，该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第二端和第三端连通，第二电子三通阀10的第二端和第三端连通，第三电子三通阀11的第二端和第三端连通，第四电子三通阀14的第一端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀16处于关闭状态；所述第一热交换器3作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器6作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖，当动力总成冷却液温度高于第三预设值时(第三预设值例如是55℃)，所述第三预设值小于所述第一预设值，且大于所述第二预设值，将所述第一电子三通阀5切换至第一端和第三端连通，动力总成冷却液通过所述动力总成散热器19与外部空气换热降低温度，当所述动力总成冷却液温度低于所述第二预设值(即25℃)时，将第一电子三通阀5调整回第二端和第三端连通；动力电池冷却液通过所述动力电池散热器20散热降温，再经过所述第四电子三通阀14、所述第二水泵12至所述电池包水套13对动力电池进行冷却。

请参阅图9，第八工作模式，动力总成余热回收状态下，乘员舱制热；此模式宜工作在环境温度为零下30℃～0℃条件，且动力电池温度高于理想温度范围，该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀18的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第一端和第三端连通，所述第二电子三通阀10的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀11的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀14的第二端和第三端连通；所述截止阀25处于关闭状态；所述第二热交换器15作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却回路的热量，实现动力电池余热回收并对动力电池进行冷却；所述空调内部换热器6作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖。

请参阅图10，第九工作模式，低温启动，此模式宜工作在环境温度为零下30℃～零下15℃条件，在极低温度条件下，动力电池的放电容量和功率都下降严重，有必要进行辅热以提升性能；且温度低于零下15℃时热泵系统效率和性能严重下降，优选通过PTC加热器21对动力电池冷却液加热，支持热泵系统以较好的性能启动同时提高动力电池的温度。该模式下，所述四通阀18的第一接口与第三接口连通，所述四通阀18的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀5的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀10的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀11的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀14的第二端和第三端连通，所述截止阀25处于关闭状态，动力总成冷却液经过所述动力总成水套7再流向所述第一热交换器3，避免了通过动力总成散热器19与外部换热，提升动力总成冷却液温；所述PTC加热器21加热冷却液流经所述第二热交换器15，所述第二热交换器15作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却液热量，冷却液经过所述第四电子三通阀14、所述第二水泵12至所述电池包水套13实现对动力电池加热；所述空调内部换热器6作为空调系统冷凝器，所述鼓风机23将热空气吹向乘员舱实现制暖。当动力总成冷却液温度大于0℃，切换至图7所示的第六工作模式。

第十工作模式，低温充电，需要对动力电池进行加热，该模式下，由所述PTC加热器21对动力电池冷却液加热，冷却液流经所述第二热交换器15、所述第四电子三通阀14、所述第二水泵12至所述电池包水套13实现对动力电池加热。

上述各工作模式的控制逻辑为：当乘员舱制冷且动力电池无热管理请求状态，优选第一工作模式；当乘员舱和动力电池同时需要制冷状态，优选第二工作模式；当仅动力电池需要冷却状态，优选第三工作模式；当仅动力电池需要加热状态，优选第十工作模式；当乘员舱需要制暖且环境温度大于0℃时，动力电池无制冷或制热需求，则优选第四工作模式，动力电池需要加热则优选第五工作模式，动力电池连续充放电过热则优选第七工作模式；当乘员舱需要制暖且环境温度≤于0℃时，动力电池无制冷或制热需求则优选第六工作模式，动力电池连续充放电过热则优选第八工作模式，动力电池需要加热则优选第六工作模式或第九工作模式，第六工作模式和第九工作模式根据动力总成水温来切换。以上综合考虑乘员舱空调需求、动力电池热管理需求和环境温度多个因素选择热泵空调工作模式，在保证系统性能的前提下降低能耗，提升续航里程。

综上，根据本实施例提供的电动汽车热泵空调系统，通过合理控制四通阀、第一电子三通阀、第二电子三通阀以及第三电子三通阀的流通状态，配合第一热交换器、气液分离器、动力总成散热器以及PTC加热器，能够实现多种制热和制冷模式，其中，动力总成热量能够通过动力总成散热器传递至外部空气，提高了空调外部换热器的进风温度从而更大程度避免空调外部换热器结霜；当空调外部换热器结霜时，切换第一电子三通阀的流通状态，可提高动力总成散热器的温度，加快空调外部换热器化霜，且空调内部换热器能够将热空气吹向乘员舱实现制暖，避免了现有的热泵空调化霜模式间断供暖的问题，可以实现低温环境持续供暖，利用动力总成产生的热量能够减少制暖能耗，可以利用动力总成热量给动力电池加热和辅助除霜，极低温度启动阶段可以借助电辅热提升系统性能，整车持续充放电工况下，能够在给乘员舱供暖的同时实现动力电池的冷却。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电动汽车热泵空调系统，其特征在于，包括空调压缩机、空调外部换热器、第一热交换器、第一电子三通阀、空调内部换热器、动力总成水套、第一水泵、第一膨胀水箱、四通阀和动力总成散热器；

所述空调压缩机的高压端与所述四通阀的第一接口连接，所述空调压缩机的低压端与气液分离器的一端连接；所述气液分离器的另一端与所述四通阀的第四接口连接；所述四通阀的第二接口分别与第二电子三通阀的第三端和第三电子三通阀的第一端连接，所述四通阀的第三接口与所述第三电子三通阀的第二端和所述空调内部换热器的一端连接；所述第三电子三通阀的第三端与第二热交换器的第一冷媒接口连接；所述第二热交换器的第二冷媒接口与第二双向膨胀阀的一端连接；所述空调内部换热器的另一端与第一双向膨胀阀的一端连接；所述第一双向膨胀阀的另一端和所述第二双向膨胀阀的另一端共同连接至截止阀的一端；所述截止阀的另一端分别与所述第一热交换器的第一冷媒接口和所述空调外部换热器的一端连接；所述第一热交换器的第二冷媒接口与所述第二电子三通阀的第二端连接；所述空调外部换热器的另一端与所述第二电子三通阀的第一端连接；

所述第一热交换器的冷却液入口与所述第一水泵的一端连接，所述第一热交换器的冷却液出口与所述动力总成水套的一端连接；所述第一水泵的另一端口连接至所述第一电子三通阀的第三端；所述动力总成水套的另一端连接至所述第一电子三通阀的第二端和动力总成散热器的一端；所述动力总成散热器的另一端连接至所述第一电子三通阀的第一端；所述第一膨胀水箱连接在所述第一水泵与所述第一电子三通阀之间。

2.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述电动汽车热泵空调系统还包括第二水泵、电池包水套、第四电子三通阀、电池包散热器、PTC加热器、第二膨胀水箱；

所述第二热交换器的第一冷却液接口与所述PTC加热器的一端连接；所述PTC加热器的另一端分别与所述电池包散热器的一端和所述电池包水套连接；所述电池包散热器的另一端与所述第四电子三通阀的第一端连接；所述第二热交换器的第二冷却液接口与所述第四电子三通阀的第二端连接，所述第二膨胀水箱连接在所述第二水泵与所述第四电子三通阀的第三端之间。

3.根据权利要求2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述动力总成散热器安装于所述电池包散热器的后方，所述空调外部换热器安装于所述动力总成散热器的后方。

4.根据权利要求2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述电动汽车热泵空调系统还包括风扇、鼓风机，所述风扇设置在所述空调外部换热器的后方；所述鼓风机设置在所述空调内部换热器的前方。

5.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述动力总成水套包括电机和电机控制器水套。

6.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述第一热交换器和所述第二热交换器均为板式换热器。

7.权利要求4所述的电动汽车热泵空调系统的控制方法，其特征在于，包括：

第一工作模式，乘员舱制冷，所述四通阀第一接口与第二接口连通，所述四通阀的第三接口与第四接口连通，所述空调压缩机压缩冷媒经过所述四通阀、所述第二电子三通阀至所述空调外部换热器，实现与外部空气换热；冷媒经过所述截止阀、所述第一双向膨胀阀流入所述空调内部换热器，实现与车内空气换热；所述鼓风机向乘员舱提供冷气，膨胀后的冷媒经过所述四通阀、所述气液分离器流入所述空调压缩机吸气口，完成制冷循环；所述第一水泵驱动冷却液经过所述第一热交换器、所述动力总成水套至所述动力总成散热器实现动力总成散热，冷却液经过所述第一电子三通阀流至所述第一水泵入口；当动力电池需要冷却时，所述第二水泵驱动冷却液经过所述电池包水套至所述电池包散热器与外部空气换热，冷却液经过所述第四电子三通阀流至所述第二水泵入口；

第二工作模式，乘员舱与动力电池同时进行制冷，所述四通阀的第一接口与第二接口连通，所述四通阀的第三接口与第四接口连通，所述第三电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通；所述空调内部换热器与所述第二热交换器并联，所述第一双向膨胀阀控制乘员舱制冷，所述第二双向膨胀阀控制所述第二热交换器的冷却；所述PTC加热器不工作，所述第二水泵驱动冷却液经过所述第二热交换器换热，冷却后的冷却液流过所述电池包水套对动力电池进行冷却；

第三工作模式，乘员舱无制冷需求，关闭所述第一双向膨胀阀以单独对动力电池冷却；当整车停车充电时，通过控制所述第一水泵实现动力总成的冷却控制。

8.根据权利要求7所述的电动汽车热泵空调系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

第四工作模式，乘员舱制热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第一端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通；所述空调外部换热器作为空调系统蒸发器，所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力总成热量通过所述动力总成散热器传递至外部空气；当所述空调外部换热器结霜时，将所述第一电子三通阀切换至第二端和第三端连通，直至动力总成水套的温度达到第一预设值，再将所述第一电子三通阀切换至第一端和第三端连通；当动力总成水套的温度低于第二预设值时，将所述第一电子三通阀切换至第二端和第三端连通，如此循环直至化霜完成，所述第一预设值大于所述第二预设值；

第五工作模式，乘员舱与电池同时制热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通，第四电子三通阀的第二端和第三端连通；动力总成冷却液经过所述动力总成水套再流向所述第一热交换器；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器和所述第二热交换器并联作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；动力电池系统冷却液通过所述第二热交换器换热，再流向所述电池包水套实现对动力电池加热；

第六工作模式，乘员舱制热、且对动力电池PTC加热，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀处于关闭状态；通过所述PTC加热器对动力电池加热，所述PTC加热器加热冷却液流经所述第二热交换器、所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热；当动力电池不需要加热时，关闭所述PTC加热器、关闭所述第二水泵，停止动力电池加热回路工作；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖；

第七工作模式，乘员舱制热、同时对动力电池冷却，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，第二电子三通阀的第二端和第三端连通，第三电子三通阀的第二端和第三端连通，第四电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二双向膨胀阀处于关闭状态；所述第一热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力总成冷却回路的热量；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖；空调系统利用动力总成余热给乘员舱制暖，当动力总成冷却液的温度高于第三预设值时，所述第三预设值小于所述第一预设值，且大于所述第二预设值，将所述第一电子三通阀切换至第一端和第三端连通，动力总成冷却液通过所述动力总成散热器与外部空气换热降低温度，当所述动力总成冷却液的温度低于所述第二预设值时，将第一电子三通阀调整回第二端和第三端连通；动力电池冷却液通过所述动力电池散热器散热降温，再经过所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套对动力电池进行冷却；

第八工作模式，乘员舱制热；所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通；所述截止阀处于关闭状态；所述第二热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却回路的热量，实现动力电池余热回收并对动力电池进行冷却；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖。

9.根据权利要求8所述的电动汽车热泵空调系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

第九工作模式，低温启动，所述四通阀的第一接口与第三接口连通，所述四通阀的第二接口与第四接口连通，所述第一电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第二电子三通阀的第二端和第三端连通，所述第三电子三通阀的第一端和第三端连通，所述第四电子三通阀的第二端和第三端连通，所述截止阀处于关闭状态，动力总成冷却液经过所述动力总成水套再流向所述第一热交换器；所述PTC加热器加热冷却液流经所述第二热交换器，所述第二热交换器作为空调系统蒸发器，吸收动力电池冷却液热量，冷却液经过所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热；所述空调内部换热器作为空调系统冷凝器，所述鼓风机将热空气吹向乘员舱实现制暖。

10.根据权利要求9所述的电动汽车热泵空调系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

第十工作模式，低温充电，由所述PTC加热器对动力电池冷却液加热，冷却液流经所述第二热交换器、所述第四电子三通阀、所述第二水泵至所述电池包水套实现对动力电池加热。