CN110450602A - 电动汽车的热泵空调 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了电动汽车的热泵空调，包括：压缩机组件、外换热组件、内换热组件和动力源组件。外换热组件与车外空气进行热交换。内换热组件与乘员舱内空气进行热交换。压缩机组件、外换热组件和内换热组件通过热传递管路连接，热传递管路上安装有数个导向阀、节流阀和截止阀，热传递管路中使用二氧化碳作为热传递介质。动力源组件形成封闭回路，封闭回路中有循环介质，封闭回路通过换热器与热传递管路进行热交换。通过数个导向阀、节流阀和截止阀控制热传递介质的流向和流经压缩机组件、外换热组件和内换热组件的顺序来改变热泵空调的工作模式。本发明保留热泵的细化功能，同时兼顾电池的冷热需求，实现了能量最优化与舒适性最佳的双重目标。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件，更具体地说，涉及一种电动汽车用的热泵空调。
背景技术
传统的汽车空调系统中使用的制冷剂主要为HFC-134a。HFC-134a对臭氧层没有破坏作用(ODP＝0)，但却具有相当高的全球变暖潜能值(GWP＝1300)。2017年起，欧盟新生产车辆停止使用HFC-134a作为汽车空调制冷剂。2019年1月1日，《蒙特利尔议定书》基加利修正案正式生效，世界在大幅削减强效温室气体HFCs的生产与消费、限制全球变暖。因此可以预见到，HFC-134a的使用将会大幅度减少。
二氧化碳是替换HFC-134a作为汽车空调制冷剂的较为理想的介质。但使用二氧化碳作为制冷剂的空调系统在使用过程中也存在两个重要缺陷：二氧化碳作为空调系统的冷媒介质，在其高温制冷时排气温压过高，导致系统能耗很高，同时危害系统各个零部件的正常工作。二氧化碳作为介质的热泵系统在制热循环时，外换热器容易结霜，导致系统换热性能降低。为了防止外换热器结霜，目前常用的方法是采用反向三角循环法。反向三角循环法必须暂时中断乘客舱的加热，而且很容易在反向三角循环法停止后再次出现结霜现象。因此二氧化碳热泵空调的制热模式下乘客体验不佳，并且由于容易结霜，制热效果也不是很理想。
对于传统的燃油车来说，制热可以利用发动机余热采暖，因此在冬季制热模式下对于空调的依赖并不是很高。但是对于电动汽车而言，由于没有发动机的余热可以利用，制热完全依靠空调。此时二氧化碳热泵空调制热效果较差的缺陷会体现得较为明显，需要频繁中断乘员舱的制热以对外换热器进行除霜作业。
发明内容
本发明提出一种以二氧化碳作为制冷剂，适用于电动汽车的热泵空调。
根据本发明的一实施例，提出一种电动汽车的热泵空调，包括：压缩机组件、外换热组件、内换热组件和动力源组件。外换热组件与车外空气进行热交换。内换热组件与乘员舱内空气进行热交换。压缩机组件、外换热组件和内换热组件通过热传递管路连接，热传递管路上安装有数个导向阀、节流阀和截止阀，热传递管路中使用二氧化碳作为热传递介质。动力源组件形成封闭回路，封闭回路中有循环介质，封闭回路通过换热器与热传递管路进行热交换。通过数个导向阀、节流阀和截止阀控制热传递介质的流向和流经压缩机组件、外换热组件和内换热组件的顺序来改变热泵空调的工作模式。
在一个实施例中，压缩机组件包括：压缩机和气液分离器。压缩机的输出通过导向阀连接到热传递管路，气液分离器的输出连接到压缩机，气液分离器的输入通过截止阀连接到热传递管路。
在一个实施例中，外换热组件包括：风扇、并联的第一外换热器和第二外换热器。风扇带动车外的空气吹过第一外换热器和第二外换热器进行热交换。第一外换热器和第二外换热器各自通过截止阀接入热传递管路。在不同的工作模式中，第一外换热器和第二外换热器被配置成蒸发器或者冷凝器。
在一个实施例中，内换热组件包括：鼓风机、串联的第一内换热器和第二内换热器。鼓风机带动乘员舱内的空气吹过第一内换热器和第二内换热器进行热交换。第一内换热器和第二内换热器之间安装有节流阀，串联的第一内换热器和第二内换热器通过节流阀接入热传递管路。在不同的工作模式中，第一内换热器和第二内换热器被配置成蒸发器或者冷凝器。
在一个实施例中，动力源组件包括：PTC回路和热泵回路，PTC回路和热泵回路通过导向阀连通，共同形成封闭回路。PTC回路包括第一泵、PTC加热器、电池和第一换热器，第一泵驱动循环介质在PTC回路内流动，PTC回路接入第一换热器，位于外换热组件内的热传递管路也接入第一换热器，热传递介质与PTC回路内的循环介质在第一换热器内进行换热。热泵回路包括第二泵、电池和第二换热器，第二泵驱动循环介质在热泵回路内流动，热泵回路接入第二换热器，热传递管路内有一与内换热组件并联的支路，该支路上具有节流阀，该支路也接入第二换热器，该支路内的热传递介质与热泵回路内的循环介质在第二换热器内进行换热。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调制冷模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质再经过节流阀节流后流经串联的第一内换热器和第二内换热器，第一内换热器和第二内换热器配置为冷凝器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调给电池冷却模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质再经过节流阀节流后流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给电池冷却，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调制冷及给电池冷却模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质分为两路，其中一路热传递介质经过节流阀节流后流经串联的第一内换热器和第二内换热器，第一内换热器和第二内换热器配置为冷凝器使得热传递介质吸热，另一路热传递介质再经过节流阀节流后流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给电池冷却，两路热传递介质合并后流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热及电池热泵加热模式，热传递介质从压缩机流出经导向阀后分为两路，其中一路热传递介质流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，另一路热传递介质流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热，循环介质给电池加热，两路热传递介质合并后流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热及电池PTC加热模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。第一泵和PTC加热器工作，PTC加热器发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器加热的循环介质给电池加热。
在一个实施例中，第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀节流，而接入热传递管路的节流阀全开，第一内换热器配置为蒸发器，第二内换热器配置为冷凝器，进行除湿。第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀全开，而接入热传递管路的节流阀节流，第一内换热器和第二内换热器均配置为冷凝器，进行加热。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为电池热泵加热模式，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热，循环介质给电池加热，热传递介质合并后流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为电池PTC加热模式，压缩机不工作，第一泵和PTC加热器工作，PTC加热器发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器加热的循环介质给电池加热。
在一个实施例中，热泵空调的工作模式为动力源辅助空调除湿或加热模式，第一外换热器或第二外换热器中的至少一个结霜，热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。第一泵工作，循环介质在PTC回路中流动，电池的余热给循环介质加热，经加热的循环介质进入第一换热器，热传递介质也进入第一换热器，循环介质和热传递介质在第一换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给热传递介质加热。
在一个实施例中，PTC加热器工作，PTC加热器为循环介质加热以辅助为热传递介质加热。
本发明的电动汽车的热泵空调具有多个换热器，可以被配置成多个冷凝器和/或多个蒸发器，以提高系统换热能力。在系统制热时，通过启动换热器吸收PTC或电池余热避免了热泵结霜。系统保留了热泵所有如除湿等细化功能，同时兼顾了电池的冷热需求，还利用了电池的余热，实现了能量最优化与舒适性最佳的双重目标。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调的结构框图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调的外换热器和内换热器的布置位置示意图。
图3揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调制冷模式的示意图。
图4揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调给电池冷却模式的示意图。
图5揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调制冷及给电池冷却模式的示意图。
图6揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热模式的示意图。
图7揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热及电池热泵加热模式的示意图。
图8揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热及电池PTC加热模式的示意图。
图9揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于电池热泵加热模式的示意图。
图10揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于电池PTC加热模式的示意图。
图11揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于动力源辅助空调除湿或加热模式的示意图。
具体实施方式
参考图1和图2所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调的结构框图。图2揭示了该热泵空调的外换热器和内换热器的布置位置示意图。如图所示，该电动汽车的热泵空调包括：压缩机组件、外换热组件、内换热组件和动力源组件。压缩机组件、外换热组件和内换热组件通过热传递管路连接，热传递管路上安装有数个导向阀、节流阀和截止阀，热传递管路中使用二氧化碳作为热传递介质。动力源组件形成封闭回路，封闭回路中有循环介质，封闭回路通过换热器与热传递管路进行热交换。通过数个导向阀、节流阀和截止阀控制热传递介质的流向和流经压缩机组件、外换热组件和内换热组件的顺序来改变热泵空调的工作模式。
在图示的实施例中，压缩机组件包括压缩机1和气液分离器17。压缩机1的输出通过导向阀2连接到热传递管路，在图示的实施例中，导向阀2是三通阀，三通阀可以控制从压缩机1输出的热传递介质(即二氧化碳)的流动方向。气液分离器17的输出连接到压缩机，气液分离器的输入通过截止阀连接到热传递管路。在图示的实施例中，气液分离器17的输入连接到两个方向的热传递管路。在两个方向上，分别通过截止阀15和截止阀16来连接热传递管路和气液分离器17。
外换热组件与车外空气进行热交换。在图示的实施例中，外换热组件包括：风扇5、并联的第一外换热器3和第二外换热器4。风扇5带动车外的空气吹过第一外换热器3和第二外换热器4进行热交换。参考图2所示，第一外换热器3和第二外换热器4安装在车辆的前端，以利于通过风扇5与车外的空气进行换热。回到图1，第一外换热器和3第二外换热器4各自通过截止阀6和7接入热传递管路。第一外换热器3连接截止阀6，第二外换热器4连接截止阀7，第一外换热器3和截止阀6以及第二外换热器4和截止阀7形成并联的形式。在不同的工作模式中，第一外换热器3和第二外换热器4被配置成蒸发器或者冷凝器。
内换热组件与乘员舱内空气进行热交换。在图示的实施例中，内换热组件包括：鼓风机11、串联的第一内换热器12和第二内换热器13。鼓风机11带动乘员舱内的空气吹过第一内换热器12和第二内换热器13进行热交换。参考图2所示，第一内换热器12和第二内换热器13安装在车辆的发动机舱与乘员舱交界的位置，以利于鼓风机11与乘员舱内的空气进行换热。回到图1，第一内换热器12和第二内换热器13之间安装有节流阀14，而串联的第一内换热器12和第二内换热器13通过节流阀9接入热传递管路。节流阀14是位于第一内换热器12和第二内换热器13之间的节流阀，调节两个内换热器之间的热传递介质的流量。节流阀9是串联的第一内换热器12和第二内换热器13整体接入热传递管路的节流阀，用于调节流入两个内换热器整体的热传递介质的流量。在不同的工作模式中，第一内换热器12和第二内换热器13被配置成蒸发器或者冷凝器。
动力源组件形成封闭回路，封闭回路中有循环介质，封闭回路通过换热器与热传递管路进行热交换。在一个实施例中，封闭回路中的循环介质是水。参考图1所示，动力源组件包括：PTC回路和热泵回路，PTC回路和热泵回路通过导向阀20连通，共同形成封闭回路。在图1所示的实施例中，导向阀20是三通阀，PTC回路和热泵回路都包含电池21，利用导向阀20使得PTC回路或者热泵回路导通，以对电池进行冷却、加热或者导热。如图所示，PTC回路包括第一泵18、PTC加热器19、电池21和第一换热器8。第一泵18驱动循环介质在PTC回路内流动，PTC回路接入第一换热器8，位于外换热组件内的热传递管路也接入第一换热器8，热传递介质(二氧化碳)与PTC回路内的循环介质(水)在第一换热器8内进行换热。热泵回路包括第二泵22、电池21和第二换热器23。第二泵22驱动循环介质在热泵回路内流动，热泵回路接入第二换热器23，热传递管路内有一与内换热组件并联的支路，该支路上具有节流阀10，该支路也接入第二换热器23。该支路内的热传递介质(二氧化碳)与热泵回路内的循环介质(水)在第二换热器23内进行换热。
本发明的电动汽车的热泵空调通过数个导向阀、节流阀和截止阀控制热传递介质的流向和流经压缩机组件、外换热组件和内换热组件的顺序，以改变热泵空调的工作模式。
图3揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调制冷模式的示意图。参考图3所示，在空调制冷模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4，第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质散热，截止阀6和7均打开。节流阀10关闭，第一泵18和第二泵22均不工作。节流阀9导通，热传递介质经过节流阀9节流后流经串联的第一内换热器12和第二内换热器13，第一内换热器12和第二内换热器13之间的节流阀14导通。第一内换热器12和第二内换热器13配置为冷凝器使得热传递介质吸热。截止阀16截止，截止阀15导通。热传递介质通过截止阀15流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。两个外换热器和两个内换热器配置成双蒸发器和双冷凝器的模式，使得制冷效果更好。
图4揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调给电池冷却模式的示意图。参考图4所示，在空调给电池冷却模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4，第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质散热，截止阀6和7均打开。节流阀9关闭，热传递介质不流经两个内换热器。节流阀10打开，热传递介质经过节流阀10节流后流经支路并进入第二换热器23。第一泵18不工作因而PTC回路内的循环介质不流动。第二泵22工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器23。热传递介质和循环介质在第二换热器23中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热。冷却后的循环介质在热泵回路中流经电池21以给电池21冷却。截止阀16截止，截止阀15导通。热传递介质通过截止阀15流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。
图5揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调制冷及给电池冷却模式的示意图。参考图5所示，在空调制冷及给电池冷却模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4，第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质散热，截止阀6和7均打开。节流阀9和10均打开，热传递介质分为两路。其中一路热传递介质经过节流阀9节流后流经串联的第一内换热器12和第二内换热器13，第一内换热器12和第二内换热器13之间的节流阀14导通。第一内换热器12和第二内换热器13配置为冷凝器使得热传递介质吸热。另一路热传递介质经过节流阀10节流后流经支路并进入第二换热器23。第一泵18不工作因而PTC回路内的循环介质不流动。第二泵22工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器23。热传递介质和循环介质在第二换热器23中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热。冷却后的循环介质在热泵回路中流经电池21以给电池21冷却。截止阀16截止，截止阀15导通。两路热传递介质合并后经截止阀15流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。两个外换热器和两个内换热器配置成双蒸发器和双冷凝器的模式，使得制冷效果更好。
图6揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热模式的示意图。参考图6所示，在空调除湿或加热模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经串联的第二内换热器13和第一内换热器12。节流阀14和节流阀9均打开，热传递介质是先流经第二内换热器13，再通过节流阀14流经第一内换热器12，在流经节流阀9。两个内换热器对乘员舱进行除湿或加热。节流阀10关闭，第一泵18和第二泵22均不工作。截止阀6和7均打开，从节流阀9流出的热传递介质流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4。第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质吸热。截止阀16打开，截止阀15关闭。热传递介质通过截止阀16流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。通过调节节流阀9和14的开度，能够实现除湿或者加热的功能。具体而言，第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14节流，而接入热传递管路的节流阀9全开，第一内换热器12配置为蒸发器，第二内换热器13配置为冷凝器，进行先冷却除湿之后在加热的除湿模式。第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14全开，而接入热传递管路的节流阀9节流，第一内换热器12和第二内换热器13均配置为冷凝器，进行加热模式。
图7揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热及电池热泵加热模式的示意图。参考图7所示，在空调除湿或加热及电池热泵加热模式下，热传递介质从压缩机1流出经导向阀2后分为两路。其中一路热传递介质流经串联的第二内换热器13和第一内换热器12。节流阀14和节流阀9均打开，热传递介质是先流经第二内换热器13，再通过节流阀14流经第一内换热器12，在流经节流阀9。两个内换热器对乘员舱进行除湿或加热。节流阀10也打开，第一泵18不工作。另一路热传递介质流节流阀10所在的支路并进入第二换热器23。第二泵22工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器23。热传递介质(二氧化碳)和循环介质(水)在第二换热器23中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热。加热后的循环介质在热泵回路中流经电池21以给电池21加热。截止阀6和7均打开，从节流阀9和节流阀10流出的两路热传递介质合并流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4。第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质吸热。截止阀16打开，截止阀15关闭。热传递介质通过截止阀16流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。通过调节节流阀9和14的开度，能够实现除湿或者加热的功能。具体而言，第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14节流，而接入热传递管路的节流阀9全开，第一内换热器12配置为蒸发器，第二内换热器13配置为冷凝器，进行先冷却除湿之后在加热的除湿模式。第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14全开，而接入热传递管路的节流阀9节流，第一内换热器12和第二内换热器13均配置为冷凝器，进行加热模式。空调除湿或加热及电池热泵加热模式适用于环境温度较低时，需要对电池进行加热以确保电池性能。
图8揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于空调除湿或加热及电池PTC加热模式的示意图。参考图8所示，在空调除湿或加热及电池PTC加热模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经串联的第二内换热器13和第一内换热器12。节流阀14和节流阀9均打开，热传递介质是先流经第二内换热器13，再通过节流阀14流经第一内换热器12，在流经节流阀9。两个内换热器对乘员舱进行除湿或加热。节流阀10关闭。截止阀6和7均打开，从节流阀9流出的热传递介质流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4。第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质吸热。截止阀16打开，截止阀15关闭。热传递介质通过截止阀16流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。通过调节节流阀9和14的开度，能够实现除湿或者加热的功能。具体而言，第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14节流，而接入热传递管路的节流阀9全开，第一内换热器12配置为蒸发器，第二内换热器13配置为冷凝器，进行先冷却除湿之后在加热的除湿模式。第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14全开，而接入热传递管路的节流阀9节流，第一内换热器12和第二内换热器13均配置为冷凝器，进行加热模式。在动力源组件部分，第二泵22关闭，第一泵18和PTC加热器19工作，PTC加热器19发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器19加热的循环介质给电池21加热。空调除湿或加热及电池PTC加热模式适用于环境温度极低时，需要开启PTC加热器对电池进行加热以确保电池的正常使用。
图9揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于电池热泵加热模式的示意图。参考图9所示，在电池热泵加热模式下，热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经节流阀10所在的支路并进入第二换热器23。第二泵22工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器23。热传递介质(二氧化碳)和循环介质(水)在第二换热器23中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热。加热后的循环介质在热泵回路中流经电池21以给电池21加热。第一泵18不工作。节流阀9关闭，热传递介质不流入两个内换热器中。截止阀6和7均打开，从节流阀10流出的热传递介质流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4。第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质吸热。截止阀16打开，截止阀15关闭。热传递介质通过截止阀16流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。电池热泵加热模式适用于低温且低电量的环境，由于环境温度较低，需要给电池加热以确保电池性能，但车载电池的电量较低，不够同时支持空调运转和电池加热，因此停止给乘员舱加热，仅给电池加热。
图10揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于电池PTC加热模式的示意图。参考图10所示，在电池PTC加热模式下，压缩机1不工作，热传递管路中的热传递介质不流动。在动力源组件部分，第二泵22关闭，第一泵18和PTC加热器19工作，PTC加热器19发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器19加热的循环介质给电池21加热。电池PTC加热模式适用于环境温度较低但要求安静的情况，压缩机不工作可以降低车内噪音，开启PTC加热器对电池进行加热以确保电池在低温环境下的性能。
图11揭示了根据本发明的一实施例的电动汽车的热泵空调工作于动力源辅助空调除湿或加热模式的示意图。参考图11所示，在动力源辅助空调除湿或加热模式下，第一外换热器3或第二外换热器4中的至少一个结霜。热传递介质从压缩机1流出，经导向阀2流经串联的第二内换热器13和第一内换热器12。节流阀14和节流阀9均打开，热传递介质是先流经第二内换热器13，再通过节流阀14流经第一内换热器12，在流经节流阀9。两个内换热器对乘员舱进行除湿或加热。节流阀10关闭。截止阀6和7均打开，从节流阀9流出的热传递介质流经并联的第一外换热器3和第二外换热器4。第一外换热器3和第二外换热器4配置为蒸发器使得热传递介质吸热。第一外换热器3或第二外换热器4可能结霜，结霜的外换热器效能降低，因此会主要使用没有结霜的外换热器来工作。截止阀16打开，截止阀15关闭。热传递介质通过截止阀16流入气液分离器17进行气液分离，再进入压缩机1，完成整个循环。通过调节节流阀9和14的开度，能够实现除湿或者加热的功能。具体而言，第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14节流，而接入热传递管路的节流阀9全开，第一内换热器12配置为蒸发器，第二内换热器13配置为冷凝器，进行先冷却除湿之后在加热的除湿模式。第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀14全开，而接入热传递管路的节流阀9节流，第一内换热器12和第二内换热器13均配置为冷凝器，进行加热模式。在动力源组件部分，第二泵22关闭，第一泵18工作，循环介质在PTC回路中流动。利用电池21和/或PTC加热器19的余热给循环介质加热，经加热的循环介质进入第一换热器8。热传递介质也进入第一换热器8，循环介质(水)和热传递介质(二氧化碳)在第一换热器8中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给热传递介质加热。经过加热的热传递介质一方面可以提升空调的制热效果，另一方面加热的热传递介质在流经第一外换热器3和第二外换热器4时，能够起到除霜的作用。动力源辅助空调除湿或加热模式适用于低温下外换热器结霜的情况，外换热器由于结霜而导致效能下降，此时利用动力源组件中的余热为热传递介质加温，改善制热效果的同时进行除霜作业。在一个实施例中，如果温度过低或者两个外换热器均出现结霜的情况，则会开启PTC加热器19，PTC加热器19工作为循环介质加热，通过第一换热器8来辅助提升热传递介质的温度，以改善制热效果并进行除霜作业。
本发明的电动汽车的热泵空调具有多个换热器，可以被配置成多个冷凝器和/或多个蒸发器，以提高系统换热能力。在系统制热时，通过启动换热器吸收PTC或电池余热避免了热泵结霜。系统保留了热泵所有如除湿等细化功能，同时兼顾了电池的冷热需求，还利用了电池的余热，实现了能量最优化与舒适性最佳的双重目标。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (16)
1.一种电动汽车的热泵空调，其特征在于，包括：
压缩机组件；
外换热组件，外换热组件与车外空气进行热交换；
内换热组件，内换热组件与乘员舱内空气进行热交换；
动力源组件；
压缩机组件、外换热组件和内换热组件通过热传递管路连接，热传递管路上安装有数个导向阀、节流阀和截止阀，热传递管路中使用二氧化碳作为热传递介质；
动力源组件形成封闭回路，封闭回路中有循环介质，封闭回路通过换热器与热传递管路进行热交换；
通过数个导向阀、节流阀和截止阀控制热传递介质的流向和流经压缩机组件、外换热组件和内换热组件的顺序来改变热泵空调的工作模式。
2.如权利要求1所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，所述压缩机组件包括：压缩机和气液分离器；
压缩机的输出通过导向阀连接到热传递管路，气液分离器的输出连接到压缩机，气液分离器的输入通过截止阀连接到热传递管路。
3.如权利要求2所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，所述外换热组件包括：风扇、并联的第一外换热器和第二外换热器；
风扇带动车外的空气吹过第一外换热器和第二外换热器进行热交换；
第一外换热器和第二外换热器各自通过截止阀接入热传递管路；
在不同的工作模式中，第一外换热器和第二外换热器被配置成蒸发器或者冷凝器。
4.如权利要求3所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，所述内换热组件包括：鼓风机、串联的第一内换热器和第二内换热器；
鼓风机带动乘员舱内的空气吹过第一内换热器和第二内换热器进行热交换；
第一内换热器和第二内换热器之间安装有节流阀，串联的第一内换热器和第二内换热器通过节流阀接入热传递管路；
在不同的工作模式中，第一内换热器和第二内换热器被配置成蒸发器或者冷凝器。
5.如权利要求4所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，所述动力源组件包括：PTC回路和热泵回路，PTC回路和热泵回路通过导向阀连通，共同形成封闭回路；
PTC回路包括第一泵、PTC加热器、电池和第一换热器，第一泵驱动循环介质在PTC回路内流动，PTC回路接入第一换热器，位于外换热组件内的热传递管路也接入第一换热器，热传递介质与PTC回路内的循环介质在第一换热器内进行换热；
热泵回路包括第二泵、电池和第二换热器，第二泵驱动循环介质在热泵回路内流动，热泵回路接入第二换热器，热传递管路内有一与内换热组件并联的支路，该支路上具有节流阀，该支路也接入第二换热器，该支路内的热传递介质与热泵回路内的循环介质在第二换热器内进行换热。
6.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调制冷模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质再经过节流阀节流后流经串联的第一内换热器和第二内换热器，第一内换热器和第二内换热器配置为冷凝器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
7.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调给电池冷却模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质再经过节流阀节流后流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给电池冷却，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
8.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调制冷及给电池冷却模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质散热，热传递介质分为两路，其中一路热传递介质经过节流阀节流后流经串联的第一内换热器和第二内换热器，第一内换热器和第二内换热器配置为冷凝器使得热传递介质吸热，另一路热传递介质再经过节流阀节流后流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给电池冷却，两路热传递介质合并后流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
9.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
10.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热及电池热泵加热模式，
热传递介质从压缩机流出经导向阀后分为两路，其中一路热传递介质流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，另一路热传递介质流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热，循环介质给电池加热，两路热传递介质合并后流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
11.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为空调除湿或加热及电池PTC加热模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机；
第一泵和PTC加热器工作，PTC加热器发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器加热的循环介质给电池加热。
12.如权利要求9-11中任一项所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，
第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀节流，而接入热传递管路的节流阀全开，第一内换热器配置为蒸发器，第二内换热器配置为冷凝器，进行除湿；
第一内换热器和第二内换热器之间的节流阀全开，而接入热传递管路的节流阀节流，第一内换热器和第二内换热器均配置为冷凝器，进行加热。
13.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为电池热泵加热模式，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经所述支路并进入第二换热器，第二泵工作，循环介质在热泵回路中流动并进入第二换热器，热传递介质和循环介质在第二换热器中进行热交换，热传递介质散热而循环介质吸热，循环介质给电池加热，热传递介质合并后流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机。
14.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为电池PTC加热模式，
压缩机不工作，第一泵和PTC加热器工作，PTC加热器发热，循环介质在PTC回路中流动，经由PTC加热器加热的循环介质给电池加热。
15.如权利要求5所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，热泵空调的工作模式为动力源辅助空调除湿或加热模式，第一外换热器或第二外换热器中的至少一个结霜，
热传递介质从压缩机流出，经导向阀流经串联的第二内换热器和第一内换热器，对乘员舱进行除湿或加热，热传递介质再流经并联的第一外换热器和第二外换热器，第一外换热器和第二外换热器配置为蒸发器使得热传递介质吸热，热传递介质流入气液分离器进行气液分离，再进入压缩机；
第一泵工作，循环介质在PTC回路中流动，电池的余热给循环介质加热，经加热的循环介质进入第一换热器，热传递介质也进入第一换热器，循环介质和热传递介质在第一换热器中进行热交换，热传递介质吸热而循环介质散热，循环介质给热传递介质加热。
16.如权利要求15所述的电动汽车的热泵空调，其特征在于，PTC工作，PTC加热器为循环介质加热以辅助为热传递介质加热。
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