CN111439090A - 一种电动车内温控调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明技术方案公开了一种电动车内温控调节系统，调节系统包括空调箱，室外换热器，室内换热器，加热装置和流体回路，以及控制系统，其被配置为当进行各种模式时，操作调节系统使制冷剂在流体回路中循环以及调节加热装置而实现各种模式的功能。本发明通过在电动车内温控调节系统中在空调箱以及空调箱内的室内换热器的不同位置处设置热电装置TED的冷端和热端，在系统运行过程中显著提升了热泵型空调系统的制热和制冷功能。通过热电装置TED与风门之间的配合使冷风或热风通过风门排出空调箱外而实现低负荷制热、制冷、制热除湿功能。

Description

一种电动车内温控调节系统

技术领域

本发明涉及电动车技术领域，尤其是涉及一种电动车内温控调节系统。

背景技术

世界各国都把新能源汽车作为汽车工业发展的战略方向。而电池作为核心部件，其成本和容量、重量制约着新能源汽车的发展。

电动汽车/新能源汽车的汽车空调系统，与传统的燃油车的汽车空调系统相比，在整车的装载条件上，主要区别如下：

一、因为没有了发动机，空调压缩机没有了发动机的驱动，只能采用电动压缩机，完全依靠电能来驱动。

二、同样因为没有了发动机，在制热时没有发动机的余热可用，也完全依靠电能，或采用电加热方式(耗电大，效率低)，或采用热泵型空调系统进行制热。

目前的电动汽车/新能源汽车的汽车空调系统，有两大缺陷：

1、开启汽车空调对汽车行驶里程的影响较大，特别是在低温低寒地区。

2、在非高效的系统，特别在低温环境下，这一矛盾将更加突出，即该系统或不具备热泵功能，或该热泵功能在低温下(-10℃或更低)不能工作或制热能力不足，影响了整车的舒适性，且影响了整车的使用范围(非全天候的系统)。

除了上述的两大缺陷外，尚有以下问题需解决或提升：

非热泵型系统，即电加热系统的耗电大、效率低；热泵型空调系统的结构复杂，控制复杂，开发周期长，且系统成本较高，系统功能不全或不合理。

对于电加热系统，若采用风暖式加热，高压电进乘客舱；若采用水暖式加热，除加热器外，还需要有独立的水路系统，结构复杂，控制复杂，成本较高。

在低负荷(低负荷制冷、低负荷制热、低负荷除湿等)情况下，存在两个高压负载(电动压缩机、电加热器)同时工作的情况，功耗大，且控制复杂。对于采用热泵空调系统，在低负荷时，也存在较难实现问题，如除雾功能不好。

因此，本发明提出一种电动车内温控调节系统，特别是以天然的二氧化碳为制冷剂，旨在解决上述的所有问题，为真正的简单、高效、环保、全天候、全功能、低成本的热泵型空调系统。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术的电动汽车/新能源汽车的汽车空调系统在低温环境下不能工作或制热能力不足，热泵型空调系统结构复杂，控制复杂，开发周期长，系统成本高，在低负荷时除雾功能差。

为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种电动车内温控调节系统，其中，所述调节系统包括：

空调箱，其被配置为输送气流至电动车内；

配设有风力驱动设备的室外换热器；

配设有风力驱动设备的室内换热器；

设置于所述空调箱中的加热装置；

流体回路，其被配置为使制冷剂在所述室外换热器和所述室内换热器之间循环；所述流体回路包括电动压缩机、气液分离器、控制阀和节流阀，所述气液分离器上集成有过冷器，所述气液分离器分别连接所述电动压缩机、所述室外换热器和所述室内换热器，所述室外换热器与所述电动压缩机之间连接有所述控制阀，所述电动压缩机与所述室内换热器之间连接有所述控制阀，所述室外换热器与所述室内换热器之间连接有所述节流阀，所述气液分离器与所述室内换热器之间连接有所述节流阀，所述室内换热器与所述气液分离器之间连接有所述控制阀，所述节流阀与所述气液分离器之间连接有所述控制阀；以及

控制系统，其被配置为当进行制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/或制热提升时，操作所述调节系统使所述制冷剂在所述流体回路中循环以及调节加热装置而实现制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/ 或制热提升的功能。

可选地，所述制冷剂在所述调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同。

可选地，所述加热装置为陶瓷加热器元件(PTC，Positive TemperatureCoefficient)或热电装置(TED，Thermo-Electric Device)。

可选地，所述气液分离器中集成有过冷器，所述过冷器对流体回路中的制冷剂进行冷却，通过附加所述热电装置TED对制冷剂进行冷却或加热。

可选地，所述过冷器为中间换热器(IHX，Intermediate Heat Exchanger) 或热电装置TED。

可选地，所述过冷器集成于所述室外换热器、所述气液分离器或所述电动压缩机上，或安装于所述气液分离器的前方或后方、或安装于所述电动压缩机与所述气液分离器之间。

本发明技术方案的有益效果是：

1)本发明的系统仅为两个换热器(即室内换热器和室外换热器)的系统结构，结构简单，成本低。

2)本发明通过在电动车内温控调节系统中在空调箱以及空调箱内的室内换热器的不同位置处设置PTC或热电装置TED，在系统运行过程中显著提升了热泵型空调系统的制热功能，降低了低负荷制热，除湿的控制复杂性。

3)本发明通过将流体回路设置成制冷剂在调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同而使得制冷剂不换向，有利于压缩机的回油，提高其可靠性，制冷剂不换向，流经室内换热器时，与穿过室内换热器表面的空气流形成逆流方向，提高系统效率。

4)本发明的系统在气液分离器或电动压缩机或室外换热器上集成过冷器，对经过管路中的制冷剂增加过冷度或过热度而进一步提高系统的制热或制冷性能。

附图说明

图1为本发明实施例中电动车内温控调节系统中加热装置为TED时的结构示意图；

图2为本发明实施例中电动车内温控调节系统中加热装置为PTC时的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1所示，示出了一种实施例的电动车内温控调节系统，其中，调节系统包括：

空调箱1，其被配置为输送气流至电动车内(即驾驶舱或客舱内或车内各位置处)；

配设有风力驱动设备(第一风扇10)的室外换热器3；

配设有风力驱动设备(第二风扇11)的室内换热器2；

设置于空调箱1中的加热装置4；

流体回路(虚线区域内)，其被配置为使制冷剂(本实施例中特定二氧化碳为制冷剂，当然在其他实施例中也可以是其他种类的制冷剂，例如R134a) 在室外换热器3和室内换热器2之间循环；以及

控制系统，其被配置为当进行制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/或制热提升时，操作调节系统使制冷剂在流体回路中循环以及调节加热装置4而实现制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/或制热提升的功能。

本实施例中，制冷剂在调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同。

本实施例中，加热装置4为陶瓷加热器元件PTC或热电装置TED；当采用热电装置的时候，系统除上述功能外，加热装置4可以布置在室内换热器的后面或除霜风门处，还可以实现压缩机不工作时的除湿功能以及压缩机工作时的制冷提升功能。

本实施例中，气液分离器7中集成有过冷器71，过冷器71对流体回路中的制冷剂进行冷却，也可以通过附加热电装置TED对制冷剂进行冷却或加热，通过控制热电装置TED的功率而控制过冷度和过热度。

本实施例中，过冷器71为中间换热器IHX或热电装置TED。

本实施例中，过冷器71集成于室外换热器3、气液分离器7或电动压缩机5上，或安装于气液分离器7的前方或后方、或安装于电动压缩机5与气液分离器7之间。

通过以下说明进一步地认识本发明的特性及功能。

继续参见图1所示，本实施例中的流体回路具体包括分别通过管路14 连接的电动压缩机5、气液分离器7(气液分离器7具有A、B、C、D接口)、控制阀(包括第一控制阀61、第二控制阀62、第三控制阀63和第四控制阀 64)和节流阀(包括第一节流阀8和第二节流阀9)，气液分离器7上集成有过冷器71，气液分离器7的A接口、C接口和D接口分别连接电动压缩机5、室外换热器3和室内换热器2，室外换热器3与电动压缩机5之间连接有第一控制阀61，电动压缩机5与室内换热器2之间连接有第二控制阀62，室外换热器3与室内换热器2之间连接有第一节流阀8，气液分离器7的D接口与室内换热器2之间连接有第二节流阀9，室内换热器2与气液分离器7的B 接口之间连接有第四控制阀64，第二节流阀9与气液分离器7之间连接有第三控制阀63。

其中，制热回路为电动压缩机5-第二控制阀62-室内换热器2-第一节流阀61-室外换热器3-第三控制阀63-气液分离器7-电动压缩机5；制冷回路为电动压缩机5-第一控制阀61-室外换热器3-气液分离器7-第二节流阀 9-室内换热器2-第四控制阀64-气液分离器7-电动压缩机5。制冷剂在调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同，但具体的路径并不同，将流体回路设置成制冷剂在调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同而使得制冷剂不换向，有利于系统的润滑油回到压缩机；制冷剂不换向，可以保证制冷剂与散热器的进风始终为逆向，可以保证换热效率较高。当然，在其他实施例中，控制阀61/62/63/64可以由单阀、组合阀、三通阀、四通阀等各种阀体进行组合，并在管路14的E节点处布置成F、G回路，只要能实现系统的制热回路与制冷回路的方向相同即可，各阀体的开关均有控制系统控制。

当本实施例的电动车内温控调节系统中的加热装置4为热电装置TED时的控制方法如下：

当需要制冷模式时：低温低压的气态制冷剂(如二氧化碳)经电动压缩机5压缩后，变成高温高压的气态制冷剂并排出，经第一控制阀61导向室外换热器3，在其内进行冷却，把热量通过空气(由第一风扇10驱动)排到大气环境中。冷却后的制冷剂流，经方向E，进入气液分离器7，在集成其内的过冷器71中进行进一步的冷却(以提高系统的制冷能力)。冷却后的制冷剂进入第二节流阀8，经节流变成低温低压的液体，进入室内换热器2，吸收流经室内换热器2表面的空气(由第二风扇11驱动) 中的热量，从而把空气降温并送入到乘客舱(如图1中空调箱1中的箭头所示方向，除霜风门13出口方向即为乘客舱)以实现制冷的目的，变成低温低压的气体，经第四控制阀64的导向，进入气液分离器7进行气液分离，气体流回电动压缩机5。如此循环。在该循环模式中，第三控制阀 63、第二控制阀62和第一节流阀8处于关闭状态。

当需要制热模式时：低温低压的气态制冷剂(如二氧化碳)经压缩机 5压缩后，变成高温高压的气态制冷剂并排出，经第二控制阀62导向室内换热器2，在其内进行冷却，通过流经室内换热器2表面的空气(由第二风扇11驱动)把热量送到乘客舱(从而把空气加热以实现制热的目的)。冷却后的制冷剂进入第二节流阀8，经节流变成低温低压的液体，进入室外换热器3，吸收流经其表面的空气(由第一风扇10驱动)中的热量(从而实现热泵功能)，变成低温低压的气体，沿方向G或F或G、F同时流到第三控制阀63(不同的流向选择，结合不同的工作模式，可以降低系统制冷剂的压降，进一步提高系统效率)，进入气液分离器7进行气液分离，气体流回电动压缩机5。如此循环。在该循环模式中，第一控制阀61、第二节流阀9和第四控制阀64处于关闭状态。

当需要低负荷的制冷(制冷除湿)模式时，可以有两种选择：

1、同制冷模式，此时电动压缩机5工作在较低转速下。当电动压缩机工作在最低转速时，若其最低制冷能力仍有富余，此时控制系统就会停止电动压缩机工作，引起空调出风温度的波动，影响舒适性。

2、半导体制冷模式：即让系统仅仅工作在热电装置TED的半导体制冷模式。热电装置TED的热端产生的热风经由风门12排到车外。

当需要低负荷的制热模式时，可以有两种选择：

1、同制热模式，此时电动压缩机5工作在较低转速下。当电动压缩机工作在最低转速时，若其最低制热能力仍有富余，此时控制系统就会停止电动压缩机工作，引起空调出风温度的波动，影响舒适性。

2、半导体制热模式：即让系统仅仅工作在热电装置TED的半导体制热模式。热电装置TED的冷端产生的冷风经由风门12排到车外。热电装置TED的制热能力是经过设计计算的。此时的制热效率比电动压缩机5工作在低转速的效率高，节能的同时舒适性也提高；同时提升了电动压缩机 5的使用寿命和系统的可靠性。而且，在制热时，客户大部分的使用时间为低负荷状态，这样，进一步提示系统的使用效率(EER，Energy Efficiency Ratio)。

当需要低负荷制热除湿(除雾)模式时，可以有两种选择：

1、系统工作在制冷模式，同时热电装置TED工作在制热模式。这样的工作状态下，两个耗电元件(电动压缩机5和热电装置TED)同时工作，耗电高，与低负荷应低电耗的设计原则违背。而且，如果电动压缩机5工作在最低转速时其制冷(除湿)能力仍有富余，导致出风温度过低，引起不舒适；若通过增大热电装置TED4的制热能力来解决，势必增大热电装置TED4的尺寸，使热电装置TED4在空调箱1的空间中布置困难，同时会增大空调箱1的外形尺寸，使热电装置TED4在整车的空间上布置困难。同时，产品的设计成本也会增加。

2、半导体全模式。即热电装置TED4的冷端制冷除湿，热电装置TED4 的热端加热，此时，风门12关闭或设计上取消。

当需要制冷提升模式时：系统工作在制冷模式，热电装置TED4工作在制冷模式。这样系统的元器件，如电动压缩机5、室外换热器3、空调箱1等尺寸可以设计的更小些，从而，进一步降低系统的设计成本。

当需要制热提升模式时：系统工作在制热模式，热电装置TED4工作在制热模式。这样系统的元器件，如电动压缩机5、室外换热器3、空调箱1等尺寸可以设计的更小些，从而，进一步降低系统的设计成本。或者，进一步增大系统低温低寒地区的使用范围。

当本实施例的电动车内温控调节系统中的加热装置4为陶瓷加热器元件PTC时的控制方法如下：

如图2所示，当加热装置为陶瓷加热器元件PTC时，系统的各种功能模式与当加热装置为热电装置TED4时基本一致，不同点在于，当加热装置为陶瓷加热器元件PTC的模式下，系统不存在制冷提升模式，同时低负荷制热除湿(除雾)模式对应的会变更为低负荷制热除雾模式，该模式可以有两种选择：

1、系统工作在制冷模式，同时陶瓷加热器元件PTC工作在制热模式。这样的工作状态下，两个耗电元件(电动压缩机5和陶瓷加热器元件PTC) 同时工作，耗电高，与低负荷应低电耗的设计原则违背。而且，如果电动压缩机5工作在最低转速时其制冷(除湿)能力仍有富余，导致出风温度过低，引起不舒适；若通过增大陶瓷加热器元件PTC的制热能力来解决，势必增大陶瓷加热器元件PTC的尺寸，使陶瓷加热器元件PTC在空调箱1的空间中布置困难，同时会增大空调箱1的外形尺寸，使陶瓷加热器元件 PTC在整车的空间上布置困难。同时，产品的设计成本也会增加。

2、陶瓷加热器元件PTC制热模式，通过陶瓷加热器元件PTC直接把空气加热，并由除霜风门13把热风导向车内玻璃等处，以除去其表面的雾气。

综上所述，本发明通过在电动车内温控调节系统中在空调箱以及空调箱内的室内换热器的不同位置处设置热电装置TED的冷端和热端，在系统运行过程中显著提升了热泵型空调系统的制热和制冷功能。通过热电装置 TED与风门之间的配合使冷风或热风通过风门排出或不排出空调箱外而实现低负荷制热、制冷、制热除湿功能。通过系统中的润滑油会随着制冷剂一起流动；系统中的零部件或多或少会有润滑油的残留。因而将流体回路设置成制冷剂在调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同而使得制冷剂不换向，有利于系统的润滑油回到压缩机；制冷剂不换向，可以保证制冷剂与散热器的进风始终为逆向，可以保证换热效率较高。本发明的系统在气液分离器或电动压缩机或室外换热器上集成过冷器，对经过管路中的制冷剂增加过冷度用于提升制冷性能或增加过热度用于提升制热性能。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电动车内温控调节系统，其特征在于，所述调节系统包括：

空调箱，其被配置为输送气流至电动车内；

配设有风力驱动设备的室外换热器；

配设有风力驱动设备的室内换热器；

设置于所述空调箱中的加热装置；

流体回路，其被配置为使制冷剂在所述室外换热器和所述室内换热器之间循环；所述流体回路包括电动压缩机、气液分离器、控制阀和节流阀，所述气液分离器上集成有换热器，所述气液分离器分别连接所述电动压缩机、所述室外换热器和所述室内换热器，所述室外换热器与所述电动压缩机之间连接有所述控制阀，所述电动压缩机与所述室内换热器之间连接有所述控制阀，所述室外换热器与所述室内换热器之间连接有所述节流阀，所述气液分离器与所述室内换热器之间连接有所述节流阀，所述室内换热器与所述气液分离器之间连接有所述控制阀，所述节流阀与所述气液分离器之间连接有所述控制阀；以及

控制系统，其被配置为当进行制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/或制热提升时，操作所述调节系统使所述制冷剂在所述流体回路中循环以及调节加热装置而实现制热、制冷、低负荷制热、低负荷制冷、除湿和/或制热提升的功能。

2.根据权利要求1所述的电动车内温控调节系统，其特征在于，所述制冷剂在所述调节系统中的制热回路与制冷回路的方向相同。

3.根据权利要求1所述的电动车内温控调节系统，其特征在于，所述加热装置为陶瓷加热器元件PTC或热电装置TED。

4.根据权利要求1所述的电动车内温控调节系统，其特征在于，所述气液分离器中集成有过冷器，所述过冷器对流体回路中的制冷剂进行冷却，通过附加所述热电装置TED对制冷剂进行冷却或加热。

5.根据权利要求4所述的电动车内温控调节系统，其特征在于，所述过冷器为中间换热器IHX或热电装置TED。

6.根据权利要求5所述的电动车内温控调节系统，其特征在于，所述过冷器集成于所述室外换热器、所述气液分离器或所述电动压缩机上，或安装于所述气液分离器的前方或后方、或安装于所述电动压缩机与所述气液分离器之间。

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