CN111923693A - 电动汽车热泵空调系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术领域，公开了一种电动汽车热泵空调系统及电动汽车，其中热泵空调系统包括补气支路、补气膨胀阀和中间换热器；压缩单元包括补气压缩机，补气支路的第一端连接于补气压缩机的补气口，补气支路的第二端连接于车内换热单元和主路膨胀阀之间的管路；中间换热器的低温侧和补气膨胀阀分别串联设于补气支路，中间换热器的高温侧串联设于车内换热单元和主路膨胀阀之间的管路；补气支路还流经汽车的电机、电池以及电控的至少一处。本发明提供的一种电动汽车热泵空调系统及电动汽车，通过补气支路实现汽车电机、电池以及电控至少一处热量的回收，得到额外吸热量收益；从而有效加大了制热量，提高了制热效率。

Description

电动汽车热泵空调系统及电动汽车

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种电动汽车热泵空调系统及电动汽车。

背景技术

与传统的内燃式发动机汽车相比，电动汽车无法利用发动机余热进行车内供暖。目前，电动汽车冬季普遍采用电加热器辅助空调系统进行供暖，但电加热器不但供暖效率低，而且消耗大量车载电能、严重影响电动汽车的续航里程。

热泵空调具有良好的制冷和制热性能，是电动汽车冷暖一体式空调的重要解决方案，已成为电动汽车行业的研究热点。现有的电动汽车空调热泵系统，采用车内和车外两个换热器，并通过四通阀进行制热和制冷模式切换。然而当室外温度较低时，常因压缩机排气温度限制导致热泵空调制热量和效率均较低，严重影响制热效果，无法满足电动汽车在严寒地区的使用要求。

发明内容

本发明实施例提供一种电动汽车热泵空调系统及电动汽车，用以解决或部分解决现有技术中电动汽车空调系统制热效果不好的问题。

本发明实施例提供一种电动汽车热泵空调系统，包括管路连接形成回路的压缩单元、四通阀、车内换热单元、主路膨胀阀和车外换热单元；还包括补气支路、补气膨胀阀和中间换热器；所述压缩单元包括补气压缩机，所述补气支路的第一端连接于所述补气压缩机的补气口，所述补气支路的第二端连接于所述车内换热单元和所述主路膨胀阀之间的管路；所述中间换热器的低温侧和所述补气膨胀阀分别串联设于所述补气支路，所述中间换热器的高温侧串联设于所述车内换热单元和所述主路膨胀阀之间的管路；所述补气支路还流经汽车的电机、电池以及电控的至少一处。

在上述方案的基础上，所述补气支路的第一端还连接于所述补气压缩机的进气管路。

在上述方案的基础上，所述补气支路的第一端和所述补气压缩机的补气口之间设有第一电磁阀；所述补气支路的第一端和所述补气压缩机的进气管路之间设有第二电磁阀。

在上述方案的基础上，所述补气压缩机的进气管路上设有气液分离器。

在上述方案的基础上，所述补气膨胀阀靠近所述补气支路的第二端设置。

在上述方案的基础上，汽车的电机、电池以及电控的至少一处设有余热换热器，所述余热换热器的低温侧串联设于所述补气支路。

在上述方案的基础上，所述中间换热器设于所述补气膨胀阀和所述余热换热器之间，或者所述余热换热器设于所述补气膨胀阀和所述中间换热器之间。

在上述方案的基础上，所述压缩单元包括串联和/或并联设置的多个所述补气压缩机，至少一个所述补气压缩机连接有所述补气支路。

在上述方案的基础上，所述压缩单元还包括非补气压缩机。

本发明实施例还提供一种电动汽车，包括上述电动汽车热泵空调系统。

本发明实施例提供的一种电动汽车热泵空调系统及电动汽车，设置补气支路在制热工况下，通过补气增焓的方式在压缩机相同排气温度的情况下可以具有更高的吸气过热度，同时通过补气支路实现汽车电机、电池以及电控至少一处的冷却液热量的回收，得到额外吸热量收益；从而有效加大了制热量，提高了制热效率，能够取得良好的制热效果，有利于满足更加极端严寒工况下热泵空调系统的使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的一种电动汽车热泵空调系统原理图；

图2是本发明实施例提供的一种电动汽车热泵空调系统制热工况原理图；

图3是本发明实施例提供的一种电动汽车热泵空调系统制冷工况原理图；

图4是本发明实施例提供的另一种电动汽车热泵空调系统原理图；

图5是本发明实施例提供的另一种电动汽车热泵空调系统制热工况原理图；

图6是本发明实施例提供的另一种电动汽车热泵空调系统制冷工况原理图。

附图标记：

1、补气压缩机；2、四通阀；2a、第一端口；2b、第二端口；2c、第三端口；2d、第四端口；3、车内换热器；4、车内风机；5、主路膨胀阀；6、车外换热器；7、车外风机；8、气液分离器；9、补气膨胀阀；10、中间换热器；11、余热换热器；12、第一电磁阀；13、第二电磁阀；14、补气支路；14a、补气支路的第一端；14b、补气支路的第二端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图3，本发明实施例提供一种电动汽车热泵空调系统，该电动汽车热泵空调系统包括管路连接形成回路的压缩单元、四通阀2、车内换热单元、主路膨胀阀5和车外换热单元；四通换向阀用于实现热泵空调系统制冷与制热流程的切换；通过四通阀2可控制回路内制冷剂的流向，从而控制形成制热回路或制冷回路。

该电动汽车热泵空调系统还包括补气支路14、补气膨胀阀9和中间换热器10。压缩单元包括补气压缩机1；即压缩机为带补气功能的压缩机，在具有普通压缩机吸气口的同时还具有补气口。补气支路的第一端14a连接于补气压缩机1的补气口，补气支路的第二端14b连接于车内换热单元和主路膨胀阀5之间的管路。中间换热器10的低温侧和补气膨胀阀9分别串联设于补气支路14，中间换热器10的高温侧串联设于车内换热单元和主路膨胀阀5之间的管路。补气支路14还流经汽车的电机、电池以及电控的至少一处。

中间换热器10具有低温侧和高温侧；低温侧即温度较低的一侧，在换热器中作为冷源；高温侧即温度较高的一侧，在换热器中作为热源。补气支路14设置在压缩单元和车内换热单元之间。参考图2，在制热工况下，车内换热单元和主路膨胀阀5之间的管路为车内换热单元的出口管路；在车内换热单元的出口管路上连接补气支路14，即将车内换热单元出口端制冷剂通过管路分成两个支路，其中一个支路与补气膨胀阀9相连接，构成制冷剂补气支路14；另一支路与主路膨胀阀5相连接，构成制热系统的主支路，该主支路流经中间换热器10的一个流程。

从而进入补气支路14的制冷剂在流经补气膨胀阀9之后温度进一步降低；从而车内换热单元出口分出的两个支路制冷剂在中间换热器10中进行热量交换，使得主支路中制冷剂的温度进一步降低，有利于提高吸热过热度，提高在室外换热单元中的吸热效率，进而提高制热效率。

进一步地，补气支路14中的制冷剂在流经汽车的电机、电池以及电控的至少一处时与汽车电机、电池以及电控至少一处的冷却液进行热量交换，吸收冷却液的热量后流至压缩单元处。既可实现对汽车电机或电池或电控的冷却液的冷却；还可实现对汽车电机或电池或电控的冷却液的热回收，使制热回路获得额外吸热量收益，提高制热效果。

本实施例提供的一种电动汽车热泵空调系统，设置补气支路14在制热工况下，通过补气增焓的方式在压缩机相同排气温度的情况下可以具有更高的吸气过热度，同时通过补气支路14实现汽车电机、电池以及电控至少一处的冷却液热量的回收，得到额外吸热量收益；从而有效加大了制热量，提高了制热效率，能够取得良好的制热效果，有利于满足更加极端严寒工况下热泵空调系统的使用要求。

进一步地，参考图3，在制冷工况下，车内换热单元和主路膨胀阀5之间的管路为车内换热单元的进口管路；在车内换热单元的进口管路上连接补气支路14，即将流入车内换热单元进口端制冷剂通过管路分成两个支路，其中一个支路与补气膨胀阀9相连接，构成制冷剂补气支路14；另一支路与车内换热单元相连接，构成制冷系统的主支路，该主支路流经中间换热器10的一个流程。

从而从主路膨胀阀5流出进入补气支路14的制冷剂在流经补气膨胀阀9之后温度进一步降低；在中间换热器10中对主支路的制冷剂进行进一步降温，使得主支路中制冷剂的温度进一步降低，有利于提高制冷效率；补气支路14中的制冷剂还流经汽车的电机、电池和电控的至少一处吸收冷却液的热量，之后流回压缩单元处。该补气支路14还可提高制冷效率。

进一步地，参考图1，四通阀2具有四个端口，按逆时针依次为第一端口2a、第二端口2b、第三端口2c和第四端口2d。压缩机的出口连接于第一端口2a；第二端口2b连接于车外换热单元；第三端口2c连接于压缩机的进气管路，即连接于压缩机的吸气口；第四端口2d连接于车内换热单元；车外换热单元和车内换热单元之间还通过管路相连且设有主路膨胀阀。

参考图2，在制热工况下，四通阀2的第一端口2a和第四端口2d导通，第二端口2b和第三端口2c导通；制冷剂沿压缩机、车内换热单元、主路膨胀阀和车外换热单元依次流动形成制热回路。参考图3，在制冷工况下，四通阀2的第一端口2a和第二端口2b导通，第三端口2c和第四端口2d导通；制冷剂沿压缩机、车外换热单元、主路膨胀阀和车内换热单元依次流动形成制冷回路。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，补气支路的第一端14a还连接于补气压缩机1的进气管路。进气管路连接于补气压缩机1的吸气口。

在上述实施例的基础上，进一步地，补气支路的第一端14a和补气压缩机1的补气口之间设有第一电磁阀12；补气支路的第一端14a和补气压缩机1的进气管路之间设有第二电磁阀13。

在上述实施例的基础上，进一步地，补气压缩机1的进气管路上设有气液分离器8。

进一步地，气液分离器8设于补气支路的第一端14a和补气压缩机1的吸气口之间。补气支路14进入压缩机之前，通过管路与压缩机补气口和气液分离器8入口连接，并分别在连接管路设置有电磁阀，实现补气支路14与压缩机补气口和压缩机吸气口连接的切换，用于实现对汽车电机或电池或电控至少一处的冷却液的冷却或热回收。

在上述实施例的基础上，进一步地，补气膨胀阀9靠近补气支路的第二端14b设置。即补气膨胀阀9相比补气支路14上的其他部件更加靠近补气支路的第二端14b。车内换热单元和主路膨胀阀5之间管路中的制冷剂从补气支路的第二端14b会先流经补气膨胀阀9。

在上述实施例的基础上，进一步地，汽车的电机、电池以及电控的至少一处设有余热换热器11，余热换热器11的低温侧串联设于补气支路14。

在上述实施例的基础上，进一步地，中间换热器10设于补气膨胀阀9和余热换热器11之间，或者余热换热器11设于补气膨胀阀9和中间换热器10之间。即参考图1，补气膨胀阀9、中间换热器10和余热换热器11通过管路依次连接，余热换热器11制冷剂流路，连接至补气压缩机1补气口；或参考图4，补气膨胀阀9、余热换热器11和中间换热器10通过管路依次连接，中间换热器10另一端连接至补气压缩机1补气口。

进一步地，中间换热器10可采用板式换热器或套管式换热器；余热换热器11可采用板式换热器或套管式换热器。中间换热器10和余热换热器还可分别同时使用多种换热器，具体形式不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，压缩单元包括串联和/或并联设置的多个补气压缩机1，至少一个补气压缩机1连接有补气支路14。

在上述实施例的基础上，进一步地，压缩单元还包括非补气压缩机。

可根据汽车负荷，可选择单台补气压缩机1安装一套带余热回收即补气支路14的热泵空调系统，或可选用两台小制冷量补气压缩机1安装两套相同的带余热回收的热泵空调系统，或可选择一台补气压缩机1和一台非补气压缩机，其中补气压缩机1用于实现带余热回收的汽车热泵。多个压缩机之间串联或并联设置。补气压缩机1可为带中间补气功能的低温热泵压缩机。压缩单元中压缩机的具体数量和种类以及补气支路14的具体设置数量不做限定，可根据实际情况灵活设置。

进一步地，上述各实施例中车内换热单元包括车内换热器3、空调风道和车内风机4，车内换热器3和车内风机4置于车内风道；用于车内制冷吸热和车内供暖放热。车外换热单元包括车外换热器6和车外风机7；车外换热器6用于热泵空调系统主支路制冷剂跟车外环境换热；车外换热器6一端与四通阀2相连接，另一端与主路膨胀阀5相连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述任一实施例所述的电动汽车热泵空调系统。进一步地，该电动汽车还包括车体、车内风道以及电机、电池和电控部件。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种电动汽车热泵空调系统，用以解决或部分解决现有电动汽车热泵空调在低温环境下制热量和效率均较低，制热效果差，难以满足使用要求的问题。参考图1，该电动汽车热泵空调系统，包括管路连接的压缩机、四通阀2、车内换热单元、主路膨胀阀5、车外换热单元；其中压缩机为带补气功能的压缩机；还包括补气膨胀阀9、中间换热器10和余热换热器11；补气膨胀阀9与中间换热器10和余热换热器11通过管路依次连接构成电动汽车热泵空调系统的补气支路14；余热换热器11用于汽车电机或电池或电控的冷却液和热泵空调系统补气支路14制冷剂的热交换。

本实施例提供的电动汽车热泵空调系统，参考图3，在制冷模式下，压缩机出口端通过四通阀2与车外换热器6入口端相连通，第一电磁阀12关闭，第二电磁阀13开启，主路膨胀阀5部分开启对制冷剂进行节流，补气膨胀阀9全部开启；余热换热器11与车内换热器3并联，同时实现车内制冷和电池或电机或电控冷却液的冷却。参考图2，在制热模式下，压缩机的出口端与车内换热器3的入口端相连通；第一电磁阀12开启，第二电磁阀13关闭，补气膨胀阀9部分开启，余热换热器11串联至空调系统补气支路14，实现电池或电机或电控冷却液的热量回收。通过对电池或电机或电控冷却液的热量回收，得到额外吸热量收益；而通过将余热换热器11布置在补气支路14，可以实现压缩机补气口工质温度与电池或电机或电控冷却液的温度对口，提高系统余热回收效率及热泵整机效率。

如图4至图6所示，本实施例提供了另一种电动汽车热泵空调系统，包括管路连接的压缩机、四通阀2、车内换热单元、主路膨胀阀5、车外换热单元，压缩机为带补气功能的压缩机；还包括补气膨胀阀9、余热换热器11和中间换热器10；补气膨胀阀9与余热换热器11和中间换热器10通过管路依次连接构成电动汽车热泵空调系统的补气支路14，余热换热器11用于汽车电机或电池或电控的冷却液和热泵空调系统补气支路14制冷剂的热交换。

本实施例提供的电动汽车热泵空调系统，参考图6，在制冷模式下，压缩机出口端通过四通阀2与车外换热器6入口端相连通，第一电磁阀12关闭，第二电磁阀13开启，补气膨胀阀9全部开启；余热换热器11与车内换热器3并联，同时实现车内制冷和电池或电机或电控冷却液的冷却。参考图5，在制热模式下，压缩机的出口端与车内换热器3的入口端相连通，第一电磁阀12开启，第二电磁阀13关闭，补气膨胀阀9部分开启，余热换热器11串联至空调系统补气支路14，实现电池或电机或电控冷却液的热量回收。通过对电池或电机或电控冷却液的热量回收，得到额外吸热量收益，而通过将余热回收换热器布置在补气支路14，可以实现压缩机补气口工质温度与电池或电机或电控冷却液的温度对口，提高系统余热回收效率及热泵整机效率。

本发明提供的电动汽车热泵空调系统，通过有效增大外界低温环境下车外换热单元的吸热量同时回收电池或电机或电控冷却液的余热，提高压缩机额外吸热量收益，从而有效加大了制热量，提高了制热效率，能够取得良好的制热效果，满足更加极端严寒工况下热泵空调系统的使用要求。且在夏季实现对电池、电机或电控液冷的同时，提高制冷效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车热泵空调系统，其特征在于，包括管路连接形成回路的压缩单元、四通阀、车内换热单元、主路膨胀阀和车外换热单元；还包括补气支路、补气膨胀阀和中间换热器；

所述压缩单元包括补气压缩机，所述补气支路的第一端连接于所述补气压缩机的补气口，所述补气支路的第二端连接于所述车内换热单元和所述主路膨胀阀之间的管路；所述中间换热器的低温侧和所述补气膨胀阀分别串联设于所述补气支路，所述中间换热器的高温侧串联设于所述车内换热单元和所述主路膨胀阀之间的管路；

所述补气支路还流经汽车的电机、电池以及电控的至少一处。

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，所述补气支路的第一端还连接于所述补气压缩机的进气管路。

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，所述补气支路的第一端和所述补气压缩机的补气口之间设有第一电磁阀；所述补气支路的第一端和所述补气压缩机的进气管路之间设有第二电磁阀。

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，所述补气压缩机的进气管路上设有气液分离器。

5.根据权利要求1至4任一所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述补气膨胀阀靠近所述补气支路的第二端设置。

6.根据权利要求5所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，汽车的电机、电池以及电控的至少一处设有余热换热器，所述余热换热器的低温侧串联设于所述补气支路。

7.根据权利要求6所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述中间换热器设于所述补气膨胀阀和所述余热换热器之间，或者所述余热换热器设于所述补气膨胀阀和所述中间换热器之间。

8.根据权利要求1至4任一所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述压缩单元包括串联和/或并联设置的多个所述补气压缩机，至少一个所述补气压缩机连接有所述补气支路。

9.根据权利要求1至4任一所述的电动汽车热泵空调系统，其特征在于，所述压缩单元还包括非补气压缩机。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的电动汽车热泵空调系统。

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