CN110949091A - 一种车辆的热泵空调系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆的热泵空调系统及其控制方法，所述热泵空调系统包括由压缩机、四通阀、室外换热器、室内换热器等通过管路形成的空调制热、制冷回路；本发明的空调系统还包括蓄热器，通过所述蓄热器吸收动力电池、和/或室内电机，和/或室外电机产生的热量；所述蓄热器将其吸收的热量用于对室外风机除冰或除霜；和/或用于对室外换热器进行除冰或除霜。本发明通过回收室内电机、室外电机和动力电池产生的热量，使其热量融化室外侧风机的风叶和导流圈之间的冰雪，避免风叶卡死以及人工除冰雪工序。同时可利用电机和动力电池产生的热量，对室外侧换热器进行除霜，避免常规除霜过程中出现的车内降温以及人体不舒适。降低动力电池和电机的表面温度，提高其运行寿命。

Description

一种车辆的热泵空调系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种热泵空调系统及其控制方法，具体而言，涉及一种车辆热泵空调系统及其控制方法。
背景技术
随着新能源电动客车普及，热泵型客车空调凭借其高能效性在电动客车上的应用越来越多。受限于热泵空调和电动客车的结构，热泵空调通常置于客车的顶部，冷凝风机暴露于空气中。在北方的冬季时，客车停放于室外时冷凝风机会被冰雪覆盖，近而冷凝风叶被冰雪卡死，因此在开启空调时，冷凝风机无法启动，易造成冷凝电机烧毁，热泵空调无法正常运行。
在冬季气温较低时，室外测换热器易结霜，需要进行除霜，目前成熟除霜技术主要有四通阀换向除霜，旁通除霜以及蓄热除霜，但是这些技术在除霜时降低制热效果和人体舒适度。电动客车在行驶过程中和热泵空调在运行过程中，动力电池、蒸发电机、冷凝电机会产生大量的热量，表面温度较高，降低动力电池、蒸发电机、冷凝电机的使用寿命，并且热量都浪费了。同时还需对动力电池表面单独进行降温，浪费电量，提升电动客车的续航里程。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种车辆热泵空调系统及其控制方法，以解决下述问题至少之一：1)通过回收动力电池、蒸发电机、冷凝电机产生的热量，解决冬季冷凝风机风叶由于冰雪覆盖风叶卡死，导致电机烧毁问题。2)通过回收动力电池、蒸发电机、冷凝电机产生的热量进行除霜，避免常规除霜导致的车内温度下降，人体舒适度降低问题。3)解决动力电池、蒸发电机、冷凝电机表面进温度过高问题，提高它们的工作寿命。
本发明通过回收电机和动力电池产生的热量，融化室外侧冷凝风叶和导流圈之间的冰雪，避免风叶卡死以及人工除冰雪工序。利用电机和动力电池产生的热量，对室外侧换热器进行除霜，避免常规除霜过程中出现的车内降温以及人体不舒适。降低动力电池和电机的表面温度，提高其运行寿命。
具体地：一种车辆的热泵空调系统，所述空调系统包括压缩机、室外换热器、室内换热器、节流装置、室内电机、动力电池、室外电机、室外风机、室内风机、四通阀、蓄热器；
其中，压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置、室内换热器通过管路连接形成主冷媒回路；室内换热器设有室内风机，室内风机由室内电机驱动；室外换热器设有室外风机，室外风机由室外电机驱动；
所述蓄热器可以吸收动力电池和/或室内电机和/或室外电机产生的热量；
所述蓄热器可以将其吸收的热量至少部分用于对室外风机除冰或除霜和/或用于对室外换热器进行除冰或除霜。
优选地，所述蓄热器与动力电池热耦合在一起形成第一蓄热回路；和/或，所述蓄热器与室内电机热耦合在一起形成第二蓄热回路；和/或，所述蓄热器与室外电机热耦合在一起形成第三蓄热回路；
所述蓄热器与室外风机和/或室外换热器热耦合在一起形成除冰或除霜回路。
优选地，所述除冰或除霜回路连接在主冷媒回路上。
优选地，压缩机的排气口与四通阀的第一端口连通，四通阀的第四端口与室外换热器的进口A连通，室外换热器的出口A通过第一支路与节流装置的进口C连通，节流装置的出口C通过第二支路与室内换热器的进口B连通，室内换热器的出口B与四通阀的第二端口连通，四通阀的第三端口通过第三支路与压缩机的进气口连通，第三支路上设有气液分离器。
优选地，室外换热器的出口A通过第四支路与蓄热器进口D连通，蓄热器的出口D通过第五支路引入到室外风机的冷媒管进口F，冷媒管出口F连通到蓄热器的进口D。
优选地，第一支路上设有第四阀，第四支路上设有第三阀，第六支路上设有第二阀，第五支路上设有第一阀；第五支路上设有第一三通阀，第二支路上设有第二三通阀，第二三通阀的一个接口与第一三通阀的一个接口通过第六支路连通；第一三通阀位于第五支路上的蓄热器的出口D与第一阀之间。
优选地，第一支路上的第四阀与节流装置的进口之间设有第四单向阀；和/或连通冷媒管出口F与蓄热器的进口D之间的管路上设有第三单向阀。
优选地，室外风机包括风叶和导流圈，冷媒管环设在风叶与导流圈之间。
优选地，动力电池通过第七支路和第八支路与蓄热器组成第一蓄热回路；
和/或，室内电机通过第九支路、第十支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器组成第二蓄热回路；
和/或，室外电机通过第十一支路、第十二支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器组成第三蓄热回路；
优选地，第九支路上设有第二单向阀；和/或第十三支路上设有第一单向阀。
另外本发明还提供一种如本发明所述的空调系统的控制方法，包括如下步骤：通过控制第一、第二、第三、第四阀的开启或关闭，使空调系统在室外风机除冰或除霜模式、室外换热器进行除冰或除霜模式、制热或制冷模式之间切换。
优选地，室外风机除冰或除霜模式时，第二阀、第四阀关闭，第一阀、第三阀打开；
室外换热器进行除冰或除霜模式时，第一阀、第四阀关闭，第二阀、第三阀打开；
制热或制冷模式时，第一阀、第二阀、第三阀关闭，第四阀打开。
有益效果：
本发明通过回收电机和动力电池产生的热量，融化室外侧冷凝风叶和导流圈之间的冰雪，避免风叶卡死以及人工除冰雪工序。利用电机和动力电池产生的热量，对室外侧换热器进行除霜，避免常规除霜过程中出现的车内降温以及人体不舒适。降低动力电池和电机的表面温度，提高其运行寿命。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的热泵空调系统示意图。
图2：本发明的室外风机示意图。
其中，1-气液分离器，2-压缩机，3-四通阀，4-室外换热器，5-室外电机，6-室外风机，7-第一阀，8-蓄热器，9-第一单向阀，10-动力电池，11-第二单向阀，12-第一三通阀，13-第二阀，14-第二三通阀，15-节流阀，16-室内风机，17-室内电机，18-室内换热器，19-第三阀，20-第四阀，21-第三单向阀，22-第四单向阀；
31-导流圈，32-冷媒管，33-室外风机风叶。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。
下面结合附图1-2对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：
如图1所示，示意出了本发明的车辆的热泵空调系统，所述空调系统包括压缩机2，室外换热器4，室内换热器18，室内电机17，动力电池10，室外电机5，室外风机6，四通阀3，蓄热器8；其中，压缩机2、四通阀3、室外换热器4、室内换热器18通过管路形成第一换热回路；所述蓄热器8吸收动力电池10、和/或室内电机17，和/或室外电机5产生的热量；所述蓄热器8将其吸收的热量用于对室外风机6除冰或除霜；和/或用于对室外换热器4进行除冰或除霜。
本发明的蓄热器8与动力电池10热耦合在一起形成第一蓄热回路；和/或，所述蓄热器8与室内电机17热耦合在一起形成第二蓄热回路；和/或，所述蓄热器8与室外电机5热耦合在一起形成第三蓄热回路；
所述蓄热器与室外风机6和/或室外换热器4热耦合在一起形成除冰或除霜回路。
所述除冰或除霜回路连接在主冷媒回路上。
本发明的动力电池10和电机产生的热量，通过冷媒管32进入蓄热器8储存起来，冷凝风机(室外风机6)的导流圈31与蓄热器8连接起来构成风叶融霜除冰回路，风叶卡死的时候，蓄热器8的热量进入到导流圈31内融化导流圈31和风叶间隙的冰雪。本发明的蓄热器8、室外换热器4(冷凝器)、构成除霜回路，通过回收室内电机17(蒸发电机)、室外电机5(冷凝电机)产生的热量进入室外换热器4中，对室外换热器4进行除霜，可避免常规除霜模式的车内温度降低和人体不舒适。冷凝风机在风叶卡死的情况下，表面温度能达到150℃以上，极易造成电机烧毁通过冷媒管32将电机表面的热量传递到蓄热器8中，降低电机表面温度，避免电机烧毁或者运行寿命降低。本发明通过蓄热器8将电机、动力电池10冷却回路与风叶融霜除冰回路、室外换热器4除霜回路耦合起来，可解决除霜时人体不舒适度降低问题、室外风叶由于冰雪卡死问题、动力电池10和电机寿命由于温度过高寿命降低问题。
如图1所示，压缩机2的排气口与四通阀3的第一端口连通，四通阀3的第四端口与室外换热器4的进口A连通，室外换热器4的出口A通过第一支路与节流装置的进口C连通，节流装置的出口C通过第二支路与室内换热器18的进口B连通，室内换热器18的出口B与四通阀3的第二端口连通，四通阀3的第三端口通过第三支路与压缩机2的进气口连通，第三支路上设有气液分离器1。
动力电池10通过第七支路和第八支路与蓄热器8组成换热回路；室内电机17通过第九支路、第十支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器8组成换换热回路；室外电机5通过第十一支路、第十二支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器8组成换换热回路；
第九支路上设有第二单向阀11；和/或第十三支路上设有第一单向阀9。
室外换热器4的出口A通过第四支路与蓄热器8进口D连通，蓄热器8的出口D通过第五支路引入到室外风机6的冷媒管32进口F，冷媒管32出口F连通到蓄热器8的进口D。
第一支路上设有第四阀20，第四支路上设有第三阀19，第六支路上设有第二阀13，第五支路上设有第一阀7；第五支路上设有第一三通阀12，第二支路上设有第二三通阀14，第二三通阀14的一个接口与第一三通阀12的一个接口通过第六支路连通；第一三通阀12位于第五支路上的蓄热器8的出口D与第一阀7之间。
第一支路上的第四阀20与节流装置的进口之间设有第四单向阀22；和/或连通冷媒管32出口F与蓄热器8的进口D之间的管路上设有第三单向阀21。
如图2所示，室外风机6包括室外风机风叶33和导流圈31，冷媒管32环设在风叶与导流圈31之间，其中冷媒可通过进口、出口进入到冷媒管32，通过冷媒管32向风机提供热量，化霜除冰。
本发明还提供一种如本发明任一所述的空调系统的控制方法，包括如下步骤：通过控制第一、第二、第三、第四阀20的开启或关闭，使空调系统在室外风机6除冰或除霜模式、室外换热器4进行除冰或除霜模式、制热或制冷模式之间切换。
室外风机6除冰或除霜模式时，第二阀13、第四阀20关闭，第一阀7、第三阀19打开；当新能源客车置于冬季室外时，冰雪覆盖室外风机6，室外风叶和导流圈31间隙充满冰雪，造成风叶卡死。室内电机17、室外电机5动力电池10、蓄热器8、第一单向阀9、第二单向阀11、第一阀7、室外风叶、第一三通阀12构成风叶融霜回路。当热泵空调启动时，由于室外风叶卡死，室外电机5在极短时间内会产生大量的热量，表面温度可达到150℃以上，室内电机17和动力电池10正常启动也产生少量的热量。室外电机5、室内电机17、动力电池10产生的热量传递给蓄热器8，此时第一阀7和第三阀19打开，第二阀13和第四阀20关闭。从室外换热器4流出的冷媒经过蓄热器8吸收热量后进入室外风机6的导流圈31内，融化导流圈31和风叶之间的冰雪，风叶正常运行后，第一阀7、第二阀13、第三阀19关闭，第四阀20打开，热泵空调系统进入制热模式。
室外换热器4进行除冰或除霜模式时，第一阀7、第四阀20关闭，第二阀13、第三阀19打开；
第二种实施方式：室外换热器4除霜模式
室外温度较低时，随着热泵空调的运行，室外换热器4上的霜层越来越厚。为避免制热效率降低，需对其进行除霜。此时第一阀7和第四阀20关闭，第二阀13和第三阀19打开，此时由于空调已经运行较长时间，电机和动力电池10产生大量的热传递给蓄热器8，从室外换热器4流出的冷媒经蓄热器8吸收热量，经过第二三通阀14进入室外换热器4进行除霜。除霜完成后，第一阀7、第二阀13、第三阀19关闭，第四阀20打开，热泵空调系统进入制热模式。
制热或制冷模式时，第一阀7、第二阀13、第三阀19关闭，第四阀20打开。
本发明的空调系统可适用于新能源客车顶置式空调系统，也适用于一般客车顶置式空调系统。
本发明的第一阀7，第二阀13，第三阀19，第四阀20，其中的阀的类型可为电磁阀。本发明的节流装置可为节流阀15。
有益效果：
本发明提供一种车辆的热泵空调系统及其控制方法，所述热泵空调系统包括由压缩机2、四通阀3、室外换热器4、室内换热器18等通过管路形成的空调制热、制冷回路；本发明的空调系统还包括蓄热器8，通过所述蓄热器8吸收动力电池10、和/或室内电机17，和/或室外电机5产生的热量；所述蓄热器8将其吸收的热量用于对室外风机6除冰或除霜；和/或用于对室外换热器4进行除冰或除霜。本发明通过回收室内电机17、室外电机5和动力电池10产生的热量，使其热量融化室外侧风机的风叶和导流圈31之间的冰雪，避免风叶卡死以及人工除冰雪工序。同时可利用电机和动力电池10产生的热量，对室外侧换热器进行除霜，避免常规除霜过程中出现的车内降温以及人体不舒适。降低动力电池10和电机的表面温度，提高其运行寿命。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (12)

1.一种车辆的热泵空调系统，所述空调系统包括压缩机(2)、室外换热器(4)、室内换热器(18)、节流装置(15)、室内电机(17)、动力电池(10)、室外电机(5)、室外风机(6)、室内风机(16)、四通阀(3)、蓄热器(8)；其特征在于：
其中，压缩机(2)、四通阀(3)、室外换热器(4)、节流装置(15)、室内换热器(18)通过管路连接形成主冷媒回路；室内换热器(18)设有室内风机(16)，室内风机(16)由室内电机(17)驱动；室外换热器(4)设有室外风机(6)，室外风机(6)由室外电机(5)驱动；
所述蓄热器(8)可以吸收动力电池(10)和/或室内电机(17)和/或室外电机(5)产生的热量；
所述蓄热器(8)可以将其吸收的热量至少部分用于对室外风机(6)除冰或除霜和/或用于对室外换热器(4)进行除冰或除霜。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于：所述蓄热器与动力电池(10)热耦合在一起形成第一蓄热回路；和/或，所述蓄热器与室内电机(17)热耦合在一起形成第二蓄热回路；和/或，所述蓄热器与室外电机(5)热耦合在一起形成第三蓄热回路；
所述蓄热器与室外风机(6)和/或室外换热器(4)热耦合在一起形成除冰或除霜回路。
3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于：所述除冰或除霜回路连接在主冷媒回路上。
4.根据权利要求1-3任一所述的空调系统，其特征在于：压缩机(2)的排气口与四通阀(3)的第一端口连通，四通阀(3)的第四端口与室外换热器(4)的进口A连通，室外换热器(4)的出口A通过第一支路与节流装置的进口C连通，节流装置的出口C通过第二支路与室内换热器(18)的进口B连通，室内换热器(18)的出口B与四通阀(3)的第二端口连通，四通阀(3)的第三端口通过第三支路与压缩机(2)的进气口连通，第三支路上设有气液分离器(1)。
5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于：室外换热器(4)的出口A通过第四支路与蓄热器(8)进口D连通，蓄热器(8)的出口D通过第五支路引入到室外风机(6)的冷媒管(32)进口F，冷媒管(32)出口F连通到蓄热器(8)的进口D。
6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于：第一支路上设有第四阀(20)，第四支路上设有第三阀(19)，第六支路上设有第二阀(13)，第五支路上设有第一阀(7)；第五支路上设有第一三通阀(12)，第二支路上设有第二三通阀(14)，第二三通阀(14)的一个接口与第一三通阀(12)的一个接口通过第六支路连通；第一三通阀(12)位于第五支路上的蓄热器(8)的出口D与第一阀(7)之间。
7.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于：第一支路上的第四阀(20)与节流装置(15)的进口之间设有第四单向阀(22)；和/或连通冷媒管(32)出口F与蓄热器(8)的进口D之间的管路上设有第三单向阀(21)。
8.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于：室外风机(6)包括风叶和导流圈(31)，冷媒管(32)环设在风叶与导流圈(31)之间。
9.根据权利要求1-3，5-8任一所述的空调系统，其特征在于：动力电池(10)通过第七支路和第八支路与蓄热器(8)组成第一蓄热回路；
和/或，室内电机(17)通过第九支路、第十支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器(8)组成第二蓄热回路；
和/或，室外电机(5)通过第十一支路、第十二支路、第十三支路、第十四支路与蓄热器(8)组成第三蓄热回路。
10.根据权利要求9所述的空调系统，其特征在于：第九支路上设有第二单向阀(11)；和/或第十三支路上设有第一单向阀(9)。
11.一种如权利要求6，7任一所述的空调系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：通过所述控制第一、第二、第三、第四阀(20)的开启或关闭，使空调系统在室外风机(6)除冰或除霜模式、室外换热器(4)进行除冰或除霜模式、制热或制冷模式之间切换。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：室外风机(6)除冰或除霜模式时，第二阀(13)、第四阀(20)关闭，第一阀(7)、第三阀(19)打开；
室外换热器(4)进行除冰或除霜模式时，第一阀(7)、第四阀(20)关闭，第二阀(13)、第三阀(19)打开；
制热或制冷模式时，第一阀(7)、第二阀(13)、第三阀(19)关闭，第四阀(20)打开。
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