CN112248757A - 新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，包括热泵空调回路、电机及电控系统冷却回路、电池热管理系统回路、热量回收及余热化霜回路。热泵空调回路、热量回收、余热化霜回路包括：电动压缩机、热交换器b、电子膨胀阀a、截止阀a、车外冷凝器、电磁膨胀阀a、截止阀b、热交换器a、气液分离器，及三通阀a、电机及电控系统、水壶a、制冷系统、制热系统、冷媒输送系统、冷却液输送管路、电池热管理系统。本发明能够充分利用电机及电控系统工作后的余热，在热泵空调制热工作及车外冷凝器化霜模式时，提供冷媒回热增焓，利用电控系统工作后的余热，给驾驶室采暖辅助供热，降低电动车热泵空调能耗，提升电动车续航能力。

Description

新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置

技术领域

本发明涉及热泵空调领域，具体涉及一种新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置。

背景技术

随着世界各国出台的汽车排放标准及节能降耗要求越来越高，新能源电动车的应用起来越广泛。相较于传统燃油车，电动车没有发动机提供的余热作为采暖热源，冬季的采暖制热一般采用PTC电加热的形式，PTC电加热能效比在1.0以内，冬季的驾驶室内外的温差大，在制热模式下运行时，要耗费大量的电池电能，如此，电动车的续航能力将大打折扣；对于电动车来说，保障续航能力是首要任务，所有的耗能部件均要向节能降耗靠齐，所以开发高效节能的电动车热泵空调是降低电池耗能的首选任务。

现阶段的新能源电动车热泵空调系统主要有直接式或间接式两种形式。直接式热泵空调系统技术方案主要是在空调箱已经放置有极端工况下需要的风暖PTC的同时，内增加一个内置冷凝器，制热采暖时，压缩机排出的高温高压的汽态制冷剂经过空调箱内置冷凝器，经过风机的作用，把暖气带给驾驶室内。由于热泵空调在制热模式下，车外冷凝器当蒸发器使用，吸收外界的热量，很容易结霜，结霜后空调化霜需要由制热模式切换为化霜模式，化霜期间车内无热源续供，车内温度降低的同时会产生结露，当化霜完成后继续制热模式时，结露的冷凝水会迅速蒸发，雾化后吹到热风玻璃上，产生“闪雾”现象，影响行车安全。间接式热泵空调系统技术方案主要是使用与传统燃油车一样的空调箱，使用冷却液作为传热介质，在冷却液回路中，增加一个板式换热器，制热采暖时，压缩机排出的高温高压的汽态制冷剂先经过板式换热器，把冷却液加热后，通过水泵的作用，把流动的冷却液体经过暖气芯体在风机的作用下，把暖气带给驾驶室内。

无论是直接式或间接式热泵空调系统，车外冷凝器作为蒸发器使用后，结霜后的化霜过程中，保持驾驶室内的温度差不过大，以及解决过低温的制冷剂返回压缩机，是热泵空调系统技术研发的重点方向。

发明内容

本发明旨在提供一种新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，本发明能够充分利用行车后的电机及电控系统产生的余热，回收用于空调系统的热泵工作及热泵工作后的车外冷凝器化霜，相当于给返回压缩机前的过低温的制冷剂加热，提高电动压缩机的入口冷媒焓值，有效降低电动车热泵空调能耗，提升电动车续航能力。

本发明的技术方案如下：

所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，包括三通阀a、电机及电控系统、热交换器a、电机散热器、制热采暖系统、冷媒输送系统、水壶a、水泵a；

所述的电机及电控系统内设有电机及电控热交换管道，所述的电机及电控热交换管道的出口通过管路与三通阀a的入口阀门连接，所述的三通阀a的第一个出口阀门通过管路与电机散热器的入口连接，所述的电机散热器的出口经过管路与水壶a入口连接，所述的水壶a的出口与水泵a的入口连接，所述的水泵a的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；

所述的三通阀a的第二个出口阀门通过管路与热交换器a的冷却液管的入口连接，所述的热交换器a的冷却液管的出口通过管路与水壶a入口连接，所述的水壶a的出口与水泵a的入口连接，所述的水泵a的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；所述的热交换器a的冷媒管与冷媒输送系统连接；

所述的冷媒输送系统中设有热交换器b，热交换器b的冷媒管入口通过冷媒输送管路与电动压缩机排气口连接，热交换器b的冷媒管出口与截止阀a或电子膨胀阀a连接；

所述的制热采暖系统与热交换器b的冷却液管路系统连接；所述的冷媒输送系统与空调制冷系统连接，由空调制冷系统提供冷却冷媒。

所述的冷媒输送系统包括电动压缩机、热交换器b、截止阀a、电子膨胀阀a、车外冷凝器、截止阀b、电磁膨胀阀a、热交换器a、气液分离器，所述的电动压缩机的入口通过管路与气液分离器的出口连接，电动压缩机的出口通过管路与热交换器b的冷媒管的入口连接，热交换器b的冷媒管的出口通过并联的两根管路与车外冷凝器的入口连接，并联的两根管路上，一根设有截止阀a，另一根设有电子膨胀阀a；所述的车外冷凝器的出口通过并联的两根管路与热交换器a的冷媒管的入口连接，并联的两根管路上，一根设有截止阀b，另一根设有电磁膨胀阀a；所述的热交换器a的冷媒管的出口通过管路与气液分离器的入口连接。

所述的车外冷凝器上设有冷凝风机。

所述的空调制冷系统包括电磁膨胀阀b和蒸发器，所述的蒸发器的入口通过管路与车外冷凝器的出口连接，该管路上设有电磁膨胀阀b，蒸发器的出口通过管路气液分离器的入口连接；所述的蒸发器上设有蒸发风机。

所述的制热采暖系统包括水暖PTC加热器、水泵b、暖气芯体，所述的水泵b的入口通过管路与热交换器b的冷却液管的出口连接，水泵b的出口通过管路与水暖PTC加热器的入口连接，所述的水暖PTC加热器的出口通过管路与暖气芯体的入口连接，所述的暖气芯体的出口与热交换器b的冷却液管的入口连接。

所述的制热采暖系统还包括水壶b，所述的水壶b的入口通过管路与水暖PTC加热器出口处的管路连接；所述的水壶b的出口通过管路与暖气芯体的入口连接。

所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，还包括电池热管理系统回路，所述的电池热管理系统回路包括热交换器c、水泵c、水壶c；

所述的热交换器c为两个板式换热器的冷媒管路串联而成的双板式热交换器，形成两套分开的冷却液管路系统和一套冷媒管路系统，第一套冷却液管路系统连接制热采暖系统的冷却液管路，第二套冷却液管路系统连接电池回路冷却液管理，冷媒管路系统连接空调制冷系统的冷媒管路；

所述的水暖PTC加热器与暖气芯体之间的管路上设有三通阀b；所述的水壶b的出口通过管路与三通阀b的入口阀门连接，三通阀b第一个出口阀门通过管路与暖气芯体的入口连接；所述的三通阀b上的第二个出口阀门通过管路与热交换器c的第一套冷却液管路系统的入口连接；所述的热交换器c的第一套冷却液管路系统的出口与热交换器b的冷却液管的入口连接；这里形成了电池加热循环系统：第一套冷却液管路系统的入口-三通阀b-水壶b-水暖PTC加热器-水泵b-热交换器b冷却液管入口-热交换器b冷却液管出口-第一套冷却液管路系统的出口；热交换器c在这里能够起到加热器作用，热源来自于水暖PTC加热器或电动压缩机排出高温冷媒气体在热交换器b的热交换。

所述的电池内设有电池热交换管道，电池热交换管道的入口和出口设有冷却液体管路接口；所述的热交换器c的第二套冷却液管路系统的出口通过管路与水壶c的入口相连接，水壶c的出口通过管路与水泵c的入口连接，所述的水泵c的出口通过管路与电池热交换管道的入口连接，电池热交换管道的出口通过管路与热交换器c的第二套冷却液管路系统管的入口连接。

所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，还包括电池冷却系统，热交换器c的冷媒管路系统的入口管与电子膨胀阀b的出口管相连接，热交换器c的冷媒管路系统的出口管与气液分离器的入口相连接；电子膨胀阀b的入口与车外冷凝器的出口相连接。热交换器c在电池冷却系统中有蒸发器的作用。

所述的热交换器a和热交换器b均为板式换热器，热交换器c为双板式换热器。

本发明的工作过程如下：

1、制冷（含乘员舱制冷及电池冷却）及电机冷却模式：

乘员舱制冷冷媒流程：电动压缩机→热交换器b→截止阀a→车外冷凝器→电磁膨胀阀b→蒸发器→气液分离器→电动压缩机。

电池冷却冷媒流程：电动压缩机→热交换器b→截止阀a→车外冷凝器→电子膨胀阀b→热交换器c→气液分离器→电动压缩机。

电机冷却液流程：水泵a→电机及电控系统→三通阀a→电机散热器→水壶a→水泵a。

电池冷却冷却液流程：水泵c→电池→热交换器c→水壶c→水泵c。

2、制热及余热回收过程

冷媒流程：电动压缩机→热交换器b→电子膨胀阀a→车外冷凝器→截止阀b→热交换器a→气液分离器→电动压缩机。

电机冷却液流程：水泵a→电机及电控系统→三通阀a→热交换器a→水壶a→水泵a。

采暖冷却液流程：水泵b→水暖PTC加热器→水壶b→三通阀b→暖气芯体→热交换器b→水泵b。

3、化霜及余热回收过程

冷媒流程：电动压缩机→热交换器b→截止阀a→车外冷凝器→电磁膨胀阀a→热交换器a→气液分离器→电动压缩机。

电机冷却液流程：水泵a→电机及电控系统→三通阀a→热交换器a→水壶a→水泵a。

采暖冷却液流程：水泵b→水暖PTC加热器→水壶b→三通阀b→暖气芯体→热交换器b→水泵b。

4、电池加热过程

冷媒流程：电动压缩机→热交换器b→电子膨胀阀a→车外冷凝器→截止阀b→热交换器a→气液分离器→电动压缩机。

采暖冷却液流程：水泵b→水暖PTC加热器→水壶b→三通阀b→热交换器c →水泵b。

电池冷却液流程：水泵c→电池→热交换器c →水壶c→水泵c。

本发明新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，能够直接采用传统燃油车一样的空调箱，通用性强，能够大大节省新能源车开发成本。

本发明的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，可以充分回收电动汽车电机及电控系统的余热，将其用于加热低温蒸发后返回压缩机前的过低温制冷剂，提高电动压缩机的入口冷媒焓值，使得返回压缩机的制冷剂有充分过热度，相当于给制冷剂增焓性质。

本发明的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，在热采暖模式时，车外冷凝器能够作为蒸发器使用；而在结霜后的化霜过程中，热源可持续，保持驾驶室内的温度差不过大，提高车内司乘人员的舒适性。本发明的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置：在制热模式时，截止阀a开启，热交换器a可作为电机及电控系统余热回收的热交换器，给低温蒸发后的过低温制冷剂加热，使得返回压缩机前的过低温制冷剂有充分过热度，相当于增焓性质。在化霜模式时，电磁膨胀阀a开启，热交换器a可作为电机及电控系统余热回收的热交换器，给蒸发后低温的制冷剂加热，使得返回压缩机前的过低温制冷剂有充分过热度，相当于增焓性质。本发明利用热交换器a形成的以上两个回路，实现了电机及电控系统余热回收功能及蒸发后的过低温制冷剂加热功能，使得返回压缩机前的过低温制冷剂有充分过热度，相当于给制冷剂增焓性质，提高了整车的能源利用率。

本发明的优选方案电池加热系统在冬季低温时，热泵空调系统可以通过三通阀b导向出行车后的电机及电控系统发热的冷却液加热热交换器c的冷媒体管中的电池冷却液，在双板式换热器把热量传递给电池，使电池达到最佳工作温度，得到更高的热效率。

附图说明

图1为本发明提供的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置的结构示意图；

图中各部分名称及序号如下：

1－三通阀a，2－电机及电控系统，3－热交换器a，4－机散热器主炉，5－水泵a，6－热交换器b，7－水壶a，8－电动压缩机，9－截止阀a，10－电子膨胀阀a，11－车外冷凝器,12－截止阀b， 13－电磁膨胀阀a，14－气液分离器，15－冷凝风机，16－电磁膨胀阀b，17－蒸发器，18－蒸发风机，19－水暖PTC加热器，20－水泵b， 21－暖气芯体，22－水壶b，23－热交换器c，24－水泵c ，25－三通阀b，26－电池，27－水壶c,28－电子膨胀阀b。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明。

实施例1

如图1所示，所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，包括三通阀a1、电机及电控系统2、热交换器a3、电机散热器4、制热采暖系统、冷媒输送系统、水壶a7、水泵a5；

所述的电机及电控系统2内设有电机及电控热交换管道，所述的电机及电控热交换管道的出口通过管路与三通阀a1的入口阀门连接，所述的三通阀a1的第一个出口阀门通过管路与电机散热器4的入口连接，所述的电机散热器4的出口经过管路与水壶a7入口连接，所述的水壶a7的出口与水泵a5的入口连接，水泵a5的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；

所述的三通阀a1的第二个出口阀门通过管路与热交换器a3的冷却液管的入口连接，热交换器a3的冷却液管的出口通过管路与水壶a7入口连接，所述的水壶a7的出口与水泵a5的入口连接，水泵a5的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；所述的热交换器a3的冷媒管与冷媒输送系统连接；

所述的冷媒输送系统中设有热交换器b6，热交换器b6的冷媒管入口通过冷媒输送管路与电动压缩机排气口连接，热交换器b6的冷媒管出口与截止阀a9或电子膨胀阀a10 连接；

所述的制热采暖系统与热交换器b6的冷却液管路系统连接；所述的冷媒输送系统与空调制冷系统连接，由空调制冷系统提供冷却冷媒。

所述的冷媒输送系统包括电动压缩机8、热交换器b6、截止阀a9、电子膨胀阀a10、车外冷凝器11、截止阀b12、电磁膨胀阀a13、热交换器a3、气液分离器14，所述的电动压缩机8的入口通过管路与气液分离器14的出口连接，电动压缩机8的出口通过管路与热交换器b6的冷媒管的入口连接，热交换器b6的冷媒管的出口通过并联的两根管路与车外冷凝器11的入口连接，并联的两根管路上，一根设有截止阀a9，另一根设有电子膨胀阀a10；所述的车外冷凝器11的出口通过并联的两根管路与热交换器a3的冷媒管的入口连接，并联的两根管路上，一根设有截止阀b12，另一根设有电磁膨胀阀a13；所述的热交换器a3的冷媒管的出口通过管路与气液分离器14的入口连接。

所述的车外冷凝器11上设有冷凝风机15。

所述的空调制冷系统包括电磁膨胀阀b16和蒸发器17，所述的蒸发器17的入口通过管路与车外冷凝器11的出口连接，该管路上设有电磁膨胀阀b16，蒸发器17的出口通过管路气液分离器14的入口连接；所述的蒸发器17上设有蒸发风机18。

所述的制热采暖系统包括水暖PTC加热器19、水泵b20、暖气芯体21，所述的水泵b20的入口通过管路与热交换器b6的冷却液管的出口连接，水泵b20的出口通过管路与水暖PTC加热器19的入口连接，所述的水暖PTC加热器19的出口通过管路与暖气芯体21的入口连接，所述的暖气芯体21的出口与热交换器b6的冷却液管的入口连接。

所述的制热采暖系统还包括水壶b22，所述的水壶b22的入口通过管路与水暖PTC加热器19出口处的管路连接；所述的水壶b22的出口通过管路与暖气芯体21的入口连接。

所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，还包括电池热管理系统回路，所述的电池热管理系统回路包括热交换器c23、水泵c24、水壶c27；

所述的热交换器c23为两个板式换热器的冷媒管路串联而成的双板式热交换器，形成两套分开的冷却液管路系统和一套冷媒管路系统，第一套冷却液管路系统连接制热采暖系统的冷却液管路，第二套冷却液管路系统连接电池回路冷却液管理，冷媒管路系统连接空调制冷系统的冷媒管路；

所述的水暖PTC加热器19与暖气芯体21之间的管路上设有三通阀b25；所述的水壶b22的出口通过管路与三通阀b25的入口阀门连接，三通阀b25第一个出口阀门通过管路与暖气芯体21的入口连接；

所述的三通阀b25上的第二个出口阀门通过管路与热交换器c23的第一套冷却液管路系统的入口连接；所述的热交换器c23的第一套冷却液管路系统的出口与热交换器b6的冷却液管的入口连接；

所述的电池26内设有电池热交换管道，电池热交换管道的入口和出口设有冷却液体管路接口；所述的热交换器c23的第二套冷却液管路系统的出口通过管路与水壶c27的入口相连接，水壶c27的出口通过管路与水泵c24的入口连接，所述的水泵c24的出口通过管路与电池热交换管道的入口连接，电池热交换管道的出口通过管路与热交换器c23的第二套冷却液管路系统管的入口连接。

所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，还包括电池冷却系统，热交换器c23的冷媒管路系统的入口管与电子膨胀阀b的出口管相连接，热交换器c23的冷媒管路系统的出口管与气液分离器14的入口相连接；电子膨胀阀b的入口与车外冷凝器的出口相连接。

所述的热交换器a3和热交换器b6均为板式换热器，热交换器c23为双板式换热器。

Claims (9)

1.一种新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，包括三通阀a（1）、电机及电控系统（2）、热交换器a（3）、电机散热器（4）、制热采暖系统、冷媒输送系统、水壶a（7）、水泵a（5），其特征在于：

所述的电机及电控系统（2）内设有电机及电控热交换管道，所述的电机及电控热交换管道的出口通过管路与三通阀a（1）的入口阀门连接，所述的三通阀a（1）的第一个出口阀门通过管路与电机散热器（4）的入口连接，所述的电机散热器（4）的出口经过管路与水壶a（7）入口连接，所述的水壶a（7）的出口与水泵a（5）的入口连接，水泵a（5）的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；

所述的三通阀a（1）的第二个出口阀门通过管路与热交换器a（3）的冷却液管的入口连接，热交换器a（3）的冷却液管的出口通过管路与水壶a(7)入口连接，所述的水壶a(7)的出口与水泵a（5）的入口连接，水泵a（5）的出口通过管路与电机热交换管道的入口连接；所述的热交换器a（3）的冷媒管与冷媒输送系统连接；

所述的冷媒输送系统中设有热交换器b（6），热交换器b（6）的冷媒管入口通过冷媒输送管路与电动压缩机排气口连接，热交换器b（6）的冷媒管出口与截止阀a(9)或电子膨胀阀a(10) 连接；

所述的制热采暖系统与热交换器b（6）的冷却液管路系统连接；所述的冷媒输送系统与空调制冷系统连接，由空调制冷系统提供冷却冷媒。

2.如权利要求1所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：

所述的冷媒输送系统包括电动压缩机（8）、热交换器b（6）、截止阀a（9）、电子膨胀阀a（10）、车外冷凝器（11）、截止阀b（12）、电磁膨胀阀a（13）、热交换器a（3）、气液分离器（14），所述的电动压缩机（8）的入口通过管路与气液分离器（14）的出口连接，电动压缩机（8）的出口通过管路与热交换器b（6）的冷媒管的入口连接，热交换器b（6）的冷媒管的出口通过并联的两根管路与车外冷凝器（11）的入口连通，并联的两根管路上，一根设有截止阀a（9），另一根设有电子膨胀阀a（10）；所述的车外冷凝器（11）的出口通过并联的两根管路与热交换器a（3）的冷媒管的入口连通，并联的两根管路上，一根设有截止阀b（12），另一根设有电磁膨胀阀a（13）；所述的热交换器a（3）的冷媒管的出口通过管路与气液分离器（14）的入口连接。

3.如权利要求2所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：所述的车外冷凝器（11）上设有冷凝风机（15）。

4.如权利要求2所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：

所述的空调制冷系统包括电磁膨胀阀b（16）和蒸发器（17），所述的蒸发器（17）的入口通过管路与车外冷凝器（11）的出口连接，该管路上设有电磁膨胀阀b（16），蒸发器（17）的出口通过管路气液分离器（14）的入口连接；所述的蒸发器（17）上设有蒸发风机（18）。

5.如权利要求1所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：

所述的制热采暖系统包括水暖PTC加热器（19）、水泵b（20）、暖气芯体（21），所述的水泵b（20）的入口通过管路与热交换器b（6）的冷却液管的出口连接，水泵b（20）的出口通过管路与水暖PTC加热器（19）的入口连接，所述的水暖PTC加热器（19）的出口通过管路与暖气芯体（21）的入口连接，所述的暖气芯体（21）的出口与热交换器b（6）的冷却液管的入口连接。

6.如权利要求5所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，特征在于：所述的制热采暖系统还包括水壶b（22），所述的水壶b（22）的入口通过管路与水暖PTC加热器（19）出口处的管路连接；所述的水壶b（22）的出口通过管路与暖气芯体（21）的入口连接。

7.如权利要求6所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，特征在于：还包括电池热管理系统回路，所述的电池热管理系统回路包括热交换器c（23）、水泵c（24）、水壶c（27）；

所述的热交换器c（23）为两个板式换热器的冷媒管路串联而成的双板式热交换器，形成两套分开的冷却液管路系统和一套冷媒管路系统，第一套冷却液管路系统连接制热采暖系统的冷却液管路，第二套冷却液管路系统连接电池回路冷却液管理，冷媒管路系统连接空调制冷系统的冷媒管路；

所述的水暖PTC加热器（19）与暖气芯体（21）之间的管路上设有三通阀b（25）；所述的水壶b（22）的出口通过管路与三通阀b（25）的入口阀门连接，三通阀b（25）第一个出口阀门通过管路与暖气芯体（21）的入口连接；

所述的三通阀b（25）上的第二个出口阀门通过管路与热交换器c（23）的第一套冷却液管路系统的入口连接；所述的热交换器c（23）的第一套冷却液管路系统的出口与热交换器b（6）的冷却液管的入口连接；

所述的电池（26）内设有电池热交换管道，电池热交换管道的入口和出口设有冷却液体管路接口；所述的热交换器c（23）的第二套冷却液管路系统的出口通过管路与水壶c（27）的入口相连接，水壶c（27）的出口通过管路与水泵c（24）的入口连接，所述的水泵c（24）的出口通过管路与电池热交换管道的入口连接，电池热交换管道的出口通过管路与热交换器c（23）的第二套冷却液管路系统管的入口连接。

8.如权利要求7所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：

还包括电池冷却系统，热交换器c（23）的冷媒管路系统的入口管与电子膨胀阀b的出口管相连接，热交换器c（23）的冷媒管路系统的出口管与气液分离器（14）的入口相连接；电子膨胀阀b的入口与车外冷凝器的出口相连接。

9.如权利要求1所述的新能源汽车电动热泵空调热量回收及化霜装置，其特征在于：所述的热交换器a（3）和热交换器b（6）均为板式换热器，热交换器c（23）为双板式换热器。

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