CN110626146A - 电动汽车热泵空调系统及控制逻辑 - Google Patents

Abstract

电动汽车热泵空调系统，包括制冷制热单元、中间换热器、电池冷却及热量回收单元、电机散热器、电控散热器，其中制冷制热单元的电动压缩机通过连接室内换热器和室外换热器；以及气液分离器；中间换热器分别与气液分离器、室内换热器连通形成制冷剂回路；电池通过管路与中间换热器连接形成水路回路；电池冷却及热量回收单元用于对电池制冷和吸收电池组的热量传递给中间换热器，电机散热器、电控散热器吸收电机电控的热量传递给中间换热器；ptc单独连接在空调系统的电路中。本发明在‑10℃以上无需开启ptc加热单元，节约电能，大大提高了电动汽车在冬季的续航里程。

Description

电动汽车热泵空调系统及控制逻辑

技术领域

本发明属汽车空调，特别涉及到电动汽车空调系统及控制逻辑。

背景技术

汽车空调系统是保证车内驾驶人员和乘客舒适性的重要保障系统。传统燃油汽车空调系统由汽车发动机带动，通过消耗燃油来提供空调系统所需动力，夏季向车内供冷；冬季，利用发动机余热向车内供暖。而电动汽车，是全部或部分以电力来作为驱动系统动力源的汽车，尤其是纯电动驱动电动汽车，由于无发动机余热可以利用，因此如何解决电动汽车的冬季供暖问题十分重要。

目前电动汽车冬季供暖主要采用PTC（正温度系数）电热供暖，但是PTC电热供暖需要大量消耗电动汽车电池储备的电能，这将使电动重卡汽车的行驶距离大为缩短。为了解决在低温车外环境下，满足车内供暖需求，希望提供一种利用低温空气源的空调热泵技术方案，其能够有效地应对较常规的低温状况更低的车外或室外低温情况。

发明内容

本发明的目的在在于提供一种电动汽车热泵空调系统，该空调系统一方面通过电动压缩机供冷和供热，另一方面通过吸收电池冷却的热量对车内供热，既提高了供热效率，又提高了电动汽车的续航里程。

电动汽车热泵空调系统，包括制冷制热单元、中间换热器、PTC单元、电池冷却及热量回收单元、电机电控热量回收单元，其中制冷制热单元包括：电动压缩机一1、气液分离器2、室外换热器3、室内换热器4，电动压缩机一1通过电磁截止阀二5连接室内换热器4，通过电磁截止阀一6连接室外换热器3；电动压缩机一1通过管路连接气液分离器2；气液分离器2通过电磁截止阀三7连接室外换热器3，通过电磁截止阀四8连接室内换热器4；中间换热器20分别与气液分离器2、室内换热器4连通形成制冷剂回路；

多组电池通过管路与中间换热器20连接形成水路回路，每组电池的回路中分别装有水泵；

电池冷却及热量回收单元，包括电动压缩机二10、电池冷凝器11、中间换热器二12，其中电动压缩机二10、电池冷凝器11、中间换热器二12相互之间通过管路连接形成回路，电池冷却及热量回收单元并联在中间换热器20的液路回路中，电动压缩机二10和中间换热器二12的回路上分别装有压力传感器三40以及节流装置三39；电动压缩机二10与中间换热器二12的回路上装有压力传感器四41。

中间换热器20的水路回路中还并联电机散热器回路、电控散热器回路、电机电控回路。

电动汽车热泵空调系统，还包括ptc加热单元，单独连接在空调系统的电路中。

室外换热器3与室内换热器4之间的回路上装有温度探测器二32、气液分离器2和室内换热器4的回路上装有温度探测器三33、室内换热器4输出主回路上装有温度探测器一31、气液分离器2与中间换热器20回路上装有温度探测器四34；温度探测器分别探测回路中制冷剂的温度；电动压缩机一1的输出主回路上装有压力传感器35，用于探测气态制冷剂压力；气液分离器输入主回路上装有压力传感器二36，用于探测液态制冷剂的压力；室内换热器的输出主回路上装有节流装置一37、室内换热器4与中间换热器20的回路上装有节流装置二38；节流装置分别用于对回路中的制冷剂降压。

电池的回路上分别装有水泵一51、水泵二52；电机电控72输入主回路上装有水泵三53；水泵分别用于水回路循环；电机散热器一70与中间换热器二12回路上装有电磁阀一61；电池与中间换热器二12回路上装有电磁阀二62；电机散热器与电池回路上装有电磁阀三63；电机散热器与电控散热器的回路上装有电磁阀四64；电机散热器输入主回路上装有电磁阀五65；电控散热器与电机电控回路上装有电磁阀六66；中间换热器一20与电机电控72回路上装有电磁阀七67。

本发明的控制逻辑为：

1、当外界气温低于10℃而电机电控散热器内水温高于20℃时，电动压缩机一1开始转动，开启余热回收制热工作模式；

2、当外界气温低于-10℃时，所有压缩机关机，ptc开始工作，开启ptc单独制热工作模式；

3、当外界气温高于28℃，车内温度低于20℃，电池内水温高于30℃时，电动压缩机二10开启，单独给电池制冷；

4、当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一1开启，电动压缩机一1排出来的高温制冷剂单独给电池加热；

5、当外界气温低于2℃，室外换热器温度低于0℃时，电动压缩机一1启动，室外换热器除霜工作模式开启；

6、当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电机电控系统内水温高于20℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一1转动，开启电机、电控散热器余热给电池加热模式；

7、当外界气温低于10℃，车内雾气较大时，电动压缩机一1启动，ptc工作，开启驾驶舱加热除雾工作模式；

8、当外界气温高于28℃，车内温度高于25℃，电池内水温低于30℃时，电动压缩机一1转动，开启驾驶舱制冷工作模式；

9、当外界气温低于10℃，电机电控散热器内水温高于15℃时，电动压缩机一1开始转动，开启余热回收+中间换热器20同时工作制热工作模式；

10、当气温低于10℃，电机电控散热器内水温低于15℃时，电动压缩机一1开始转动，开启室内换热器4制热工作模式。

本发明的积极效果为：本发明改变了以往电动汽车仅仅通过ptc单元对车内加热而造成的电动汽车续航里程减少的难题，通过制冷制冷单元对车内加热，在-10℃以上无需开启ptc加热单元；并且本发明可回收电池、电机以及电控系统所产生的热量，对车内的热量进行补充，大大降低了ptc加热单元的使用率，提高了电动汽车在冬天的续航里程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及各种工况，描述本发明的具体工作过程。

参见附图1，本发明的各种工作模式如下：

制热工作模式一：

当外界气温低于10℃而电机电控散热器内水温高于20℃时，电动压缩机一1开始转动，开启余热回收制热工作模式；

首先，电磁截止阀一6、电磁截止阀四8关闭，电磁截止阀二5、电磁截止阀三7开启；节流装置二38关闭；开启电动压缩机一1，其转速和PTC功率根据热负荷控制，车内温度越低，室内换热器4上的温度传感器温度越低，电动压缩机一1转速越高，PTC功率越大；节流装置一31根据压力传感器一35和温度传感器一31控制；室外换热器3结霜控制根据温度传感器二32、压力传感器二36，当温度传感器二32温度低于0℃，压力传感器二36低于0.08Mpa时，热的制冷剂进入室外换热器3进行除霜； PTC作为给车辆制热的备用方式。当环境低于-10℃，且无余热可利用时采用单独开启PTC加热模式，对车内进行加热；工作时，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀二5进入室内换热器4，在此高温高压的气态制冷剂释放热量冷却成为高温高压液体，实现给车内供热的目的；高温高压制冷剂液体经节流装置一37节流降压成为低温低压的液态与气态混合制冷剂，再进入室外风冷换热器3中，液态制冷剂蒸发吸收车外空气热量成为低温低压的气态制冷剂，再流经电磁截止阀三7、气液分离器2返回电动压缩机一1中，完成制热循环。制冷剂经过节流降温进入到车外换热器中吸热，增大了制冷剂在车外换热器中的吸热能力，提高了热泵系统的能量利用效率。

制热工作模式二：余热回收

当外界气温低于10℃，电机电控散热器内水温高于15℃时，电动压缩机一1开始转动，开启余热回收+室内换热器4同时工作制热工作模式；

当气温低于10℃，电机电控散热器内水温低于15℃时，电动压缩机一1开始转动，开启室内换热器4制热工作模式。

此时电磁截止阀一6、电磁截止阀四8关闭，电磁截止阀二5、电磁截止阀三7开启；电磁阀七67开启，水泵三53开启，根据电机负荷确定电磁阀六66是否开启；电动压缩机一1根据热负荷控制转速，车内温度越低，室内换热器4上的温度传感器温度越低，电动压缩机一1转速越高；节流装置一31根据压力传感器一35和温度传感器一31控制；节流装置二38根据水温信号调节，电机电控内温度达到20℃以上时节流装置二38开启；电机电控内温度达到20℃以下时节流装置二38关闭；室外换热器3结霜控制根据温度传感器二32、压力传感器二36，当温度传感器二32温度低于0℃，压力传感器二36低于0.08Mpa时，热的制冷剂进入室外换热器3进行除霜；工作时，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀二5进入室内换热器，在此高温高压的气态制冷剂释放热量冷却成为高温高压液体，实现给车内供热的目的；高温高压制冷剂液体经节流装置一31节流元件节流降压成为低温低压的液态与气态混合制冷剂，一部分制冷剂进入室外风冷换热器中，液态制冷剂蒸发吸收车外空气热量成为低温低压的气态制冷剂，再流经电磁截止阀三7、气液分离器返回电动压缩机一1中，完成制热循环；另一部分制冷剂经节流装置二38节流元件节流降压，进入中间换热器20，液态制冷剂蒸发，通过水路循环，吸收电机散热器、电控散热器的热量，成为低温低压的气态制冷剂，再流经气液分离器返回电动压缩机一1中，完成制热循环。

制热工作模式三：余热回收+中间换热器20同时工作

当外界气温低于10℃，电机电控散热器内水温高于15℃时，电动压缩机一1开始转动，开启余热回收+中间换热器20同时工作制热工作模式；

此时，电磁截止阀一6、电磁截止阀三7、电磁截止阀四8关闭，电磁截止阀二5开启；电磁阀七67开启，水泵三53开启，根据电机负荷确定电磁阀六76是否开启；电动压缩机一1根据热负荷控制转速；节流装置二38根据压力传感器二36、温度传感器四34控制。

具体实施方式为：在冬季时，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀2进入室内换热器，在此高温高压的气态制冷剂释放热量冷却成为高温高压液体，实现给车内供热的目的；高温高压制冷剂液体经节流装置二38节流元件节流降压成为低温低压的液态与气态混合制冷剂，再进入中间换热器20，液态制冷剂蒸发，通过水路循环，吸收电机、电控系统的热量，成为低温低压的气态制冷剂，再流经气液分离器返回电动压缩机一1中，完成制热循环。

驾驶舱制冷工作模式：

当外界气温高于28℃，车内温度高于25℃，电池内水温低于30℃时，电动压缩机一1转动，开启驾驶舱制冷工作模式；

此时电磁截止阀二5、电磁截止阀三7关闭，电磁截止阀一6、电磁截止阀四8开启；电动压缩机一1根据热负荷控制转速，车内温度越高，室内换热器4上的温度传感器温度越高，电动压缩机一1转速越高，节流装置一31根据压力传感器二36和温度传感器三33控制，车内换热器结霜控制根据车内换热器温度传感器；

具体实施方式为：在制冷模式(在夏季时)下，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀1流入风冷室外换热器，经室外空气的冷却、冷凝成为过冷高压液体，再通过节流装置一31节流元件节流降压。成为低温低压的气液混合制冷剂，并进入风冷室内换热器，在此液态的制冷剂吸收热量蒸发成为低温低压的气态制冷剂，实现给车内制冷的目的；低温低压的气态制冷剂经电磁截止阀四8、气液分离器2返回电动压缩机一1中，完成制冷循环。制冷剂经过节流降温进入到车内换热器中吸热，增大了制冷剂在车内换热器中的吸热能力，从而提高了热泵系统的能量利用效率。

驾驶舱加热除雾工作模式：

当外界气温低于10℃，车内雾气较大时，电动压缩机一1启动，ptc工作，开启驾驶舱加热除雾工作模式；

此时电磁截止阀二5、电磁截止阀三7关闭，电磁截止阀一6、电磁截止阀四8开启，电动压缩机一1、 PTC根据热负荷控制转速，节流装置一31根据压力传感器二36和温度传感器三33控制，车内换热器结霜控制根据车内换热器温度传感器；

具体实施方式为：低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀1流入风冷室外换热器3，经室外空气的冷却、冷凝成为过冷高压液体，再通过节流装置一31节流元件节流降压。成为低温低压的气液混合制冷剂，并进入风冷室内换热器4，在此液态的制冷剂吸收热量蒸发成为低温低压的气态制冷剂，实现给车内降低湿度的目的；低温低压的气态制冷剂经电磁截止阀4、气液分离器返回电动压缩机一1中，完成制冷除湿循环。加热除雾工作模式中，PTC开启，达到给车内空气加热的目的。

压缩机单独给电池制冷模式：

当外界气温高于28℃，车内温度低于20℃，电池内水温高于30℃时，电动压缩机二10开启，单独给电池制冷；

此时电磁阀一61、电磁阀三63关闭；电磁阀二62开启；水泵一51、水泵二52开启，节流装置三39开启；电动压缩机二10根据热负荷控制转速；节流装置三39开度根据压力传感器三40和压力传感器四41控制；

具体实施方式为：在制冷模式(在夏季时)下，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机二10压缩成为高温高压的气态制冷剂，流入电池冷凝器，冷却、冷凝成为过冷高压液体，再通过节流装置三39节流元件节流降压，成为低温低压的气液混合制冷剂，并进入中间换热器二12给电池循环水路降温，在此液态的制冷剂吸收热量蒸发成为低温低压的气态制冷剂，水路循环带走电池的热量，实现给电池制冷的目的；低温低压的气态制冷剂返回压缩机中，完成电池制冷循环。

热泵系统单独给电池加热模式：

当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一1开启，高温高压的气态制冷剂通过与水热交换，热量通过水路循环给电池加热；

此时电磁阀二62关闭，电磁阀一61、电磁阀三63、电磁阀四64、电磁阀五65、电磁阀六66、电磁阀七67开启；水泵一51、水泵二52开启，水泵三53关闭，节流装置三39关闭。电磁截止阀一6、电磁截止阀三7、电磁截止阀四8关闭，电磁截止阀二5开启；电动压缩机一1启动时，先调节阀到预设位置；关机时反之，电动压缩机一1根据热负荷控制转速；5、节流装置一31、节流装置二38全通状态。

具体实施方式为：在冬季时，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀二5进入室内换热器4和中间换热器20，在中间换热器20中释放热量，通过水路循环，经过电磁阀组和水泵组进入各电池组中给电池加热。制冷剂经过气液分离器2返回电动压缩机一1，完成电池加热循环。

电机、电控散热器余热给电池加热模式：

当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电机电控系统内水温高于20℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一1转动，开启电机、电控散热器的余热给电池加热模式；

此时，电磁阀二62、电磁阀七67关闭；电磁阀一61、电磁阀三63、电磁阀四64、电磁阀五65、电磁阀六66开启；水泵一71、水泵二72、水泵三73开启，节流装置三39关闭；电机电控系统内水温高于20℃，电池内水温低于0℃时，系统开启。电机电控系统内水温低于20℃，或电池内水温高于0℃时，系统关闭。具体实施方式为：在冬季时，当行车过程中电机、电控散热器有余热时，可启动此模式。电机、电控散热器中的热量通过循环水路系统，经过电磁阀组和水泵组进入各电池组中给电池加热，之后循环水返回电机、电控散热器中完成电池加热循环。

室外换热器除霜工作模式：

当外界气温低于2℃，室外换热器温度低于0℃时，电动压缩机一1启动，室外换热器除霜工作模式开启；

此时电磁截止阀二5、电磁截止阀三7开启，电磁截止阀一6、电磁截止阀四8关闭；电动压缩机一1根据温度传感器二32，压力传感器二36控制转速；节流装置一31处于全通状态。

具体实施方式为：在冬季时，低温低压的气态制冷剂由电动压缩机一1压缩成为高温高压的气态制冷剂，经电磁截止阀二5进入室内换热器4，通过节流装置一31，再进入室外风冷换热器中，在此释放热量后高温高压的气态制冷剂冷却成为低温低压气液混合物，再流经电磁截止阀三7、气液分离器返回电动压缩机一1中，完成除霜工作循环。

应当指出，尽管本发明示出了多个优选的实施例并且通过这些实施例描述了本发明的空调热泵系统的许多细节，但申请人不打算将本发明的范围局限于或以任何形式限制到这些细节。本发明的说明书将理解为基于包括这些组合、替换或改变的所有新颖的且非显而易见的基于本发明思想的方案，从而可在本申请中呈现这些方案。由此，本发明的范围不是参考上述说明进行确定，而应是本发明所有等同范围确定。

Claims (8)

1.电动汽车热泵空调系统，其特征在于：包括制冷制热单元、中间换热器、电池冷却及热量回收单元、电机散热器、电控散热器，其中制冷制热单元包括：电动压缩机一（1）、气液分离器（2）、室外换热器（3）、室内换热器（4），电动压缩机一（1）通过电磁截止阀二（5）连接室内换热器（4），通过电磁截止阀一（6）连接室外换热器（3）；电动压缩机一（1）通过管路连接气液分离器（2）；气液分离器（2）通过电磁截止阀三（7）连接室外换热器（3），通过电磁截止阀四（8）连接室内换热器（4）；中间换热器（20）分别与气液分离器（2）、室内换热器（4）连通形成制冷剂回路；电池通过管路与中间换热器（20）连接形成水路回路，每组电池的回路中分别装有水泵；

电池冷却及热量回收单元，包括电动压缩机二（10）、电池冷凝器（11）、中间换热器二（12），其中电动压缩机二（10）、电池冷凝器（11）、中间换热器二（12）相互之间通过管路连接形成回路，电池冷却及热量回收单元并联在中间换热器（20）的液路回路中，电动压缩机二（10）和中间换热器二（12）的回路上分别装有压力传感器三（40）以及节流装置三（39）；电动压缩机二（10）与中间换热器二（12）的回路上装有压力传感器四（41）；

中间换热器（20）的水路回路中还并联电机散热器回路、电控散热器回路、电机电控回路。

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：还包括ptc，单独连接在空调系统的电路中。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于：室外换热器（3）与室内换热器（4）之间的回路上装有温度探测器二（32）、气液分离器（2）和室内换热器（4）的回路上装有温度探测器三（33）、室内换热器（4）输出主回路上装有温度探测器一（31）、气液分离器（2）与中间换热器（20）回路上装有温度探测器四（34）；温度探测器分别探测回路中制冷剂的温度；电动压缩机一（1）的输出主回路上装有压力传感器（35），用于探测气态制冷剂压力；气液分离器输入主回路上装有压力传感器二（36），用于探测液态制冷剂的压力；室内换热器的输出主回路上装有节流装置一（37）、室内换热器（4）与中间换热器（20）的回路上装有节流装置二（38）；节流装置分别用于对回路中的制冷剂降压。

4.根据权利要求1或2所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于：电池的回路上分别装有水泵一（51）、水泵二（52）；电机电控（72）输入主回路上装有水泵三（53）；水泵分别用于水回路循环；电机散热器一（70）与中间换热器二（12）回路上装有电磁阀一（61）；电池与中间换热器二（12）回路上装有电磁阀二（62）；电机散热器与电池回路上装有电磁阀三（63）；电机散热器与电控散热器的回路上装有电磁阀四（64）；电机散热器输入主回路上装有电磁阀五（65）；电控散热器与电机电控回路上装有电磁阀六（66）；中间换热器一（20）与电机电控（72）回路上装有电磁阀七（67）。

5.电动汽车热泵空调系统的控制逻辑，其特征在于：

具体控制逻辑如下：

当外界气温低于10℃而电机电控散热器内水温高于20℃时，电动压缩机一（1）开始转动，开启余热回收制热工作模式；

当外界气温低于-10℃时，所有压缩机关机，ptc开始工作，开启ptc单独制热工作模式。

6.根据权利要求5所述的电动汽车热泵空调系统的控制逻辑，其特征在于：

具体控制逻辑如下：

当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电机电控系统内水温高于20℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一（1）转动，开启电机、电控散热器余热给电池加热模式。

7.根据权利要求5或6所述的电动汽车热泵空调系统的控制逻辑，其特征在于：当外界气温低于10℃，电机电控散热器内水温高于15℃时，电动压缩机一（1）开始转动，开启余热回收和中间换热器（20）同时工作制热工作模式；

当气温低于10℃，电机电控散热器内水温低于15℃时，电动压缩机一（1）开始转动，开启室内换热器（4）制热工作模式。

8.根据权利要求5或6所述的电动汽车热泵空调系统的控制逻辑，其特征在于：当外界气温高于28℃，车内温度低于20℃，电池内水温高于30℃时，电动压缩机二（10）开启，单独给电池制冷；

当外界气温低于2℃，车内温度高于15℃，电池内水温低于0℃时，电动压缩机一（1）开启，电动压缩机一（1）排出来的高温制冷剂单独给电池加热；

当外界气温低于2℃，室外换热器温度低于0℃时，电动压缩机一（1）启动，室外换热器除霜工作模式开启；

当外界气温低于10℃，车内雾气较大时，电动压缩机一（1）启动，ptc工作，开启驾驶舱加热除雾工作模式；

当外界气温高于28℃，车内温度高于25℃，电池内水温低于30℃时，电动压缩机一（1）转动，开启驾驶舱制冷工作模式。