CN112428783B - 一种电动车制热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车制热系统及方法，涉及电动车制热技术领域，该系统包括：换热子系统和控制器；换热子系统包括热泵冷媒循环单元、舱内水循环单元以及电机水循环单元，所述热泵冷媒循环单元通过室外换热器与电机水循环换热器分别与外界环境和电机水循环单元进行热交换，所述热泵冷媒循环单元与舱内水循环单元通过冷凝器热交换；控制器被配置为：若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热；若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热。本发明能提高热泵制热的工作温度范围，使其在低温下仍能使用。

Description

一种电动车制热系统及方法

技术领域

本发明涉及电动车制热技术领域，特别涉及一种电动车制热系统及方法。

背景技术

在低温情况下，汽车需要对乘员舱制热取暖，保证乘客的舒适性。特别是近年电动汽车技术的快速发展，在低温环境下制热将消耗大量的电能，严重影响电动汽车续航里程。因此，非常有必要对电动汽车制热系统精细化管理。

相关技术中，为了提升电动车低温续航里程，现在主流采用热泵通过冷媒和室外换热器实现制热功能。

但是，现有汽车冷媒主要采用R134a，当外界环境温度较低时，室外换热器很难与环境热交换，导致热泵无法在较低温度制热，热泵制热的工作温度范围较小。

发明内容

本发明实施例提供一种电动车制热系统及方法，以解决相关技术中热泵制热的工作温度范围较小的技术问题。

第一方面，提供了一种电动车制热系统，包括：

换热子系统，其包括热泵冷媒循环单元、舱内水循环单元以及电机水循环单元，所述热泵冷媒循环单元通过室外换热器与电机水循环换热器分别与外界环境和电机水循环单元进行热交换，所述热泵冷媒循环单元与舱内水循环单元通过冷凝器进行热交换；

控制器，其用于控制所述换热子系统，并被配置为：

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热；

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热。

一些实施例中，所述舱内水循环单元还包括加热器，若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器进行制热，并控制加热器对所述舱内水循环单元内的水进行加热。

一些实施例中，所述热泵冷媒循环单元还包括压缩机和第一膨胀阀，当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热时，所述压缩机、第一膨胀阀、冷凝器与室外换热器形成回路。

一些实施例中，所述热泵冷媒循环单元还包括第二膨胀阀，当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热时，所述压缩机、第二膨胀阀、冷凝器与电机水循环换热器形成回路。

一些实施例中，所述电机水循环单元还包括电机水箱和第二水泵、散热器和三通阀，所述散热器靠近室外换热器设置，当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热时，所述三通阀、散热器、电机水箱和第二水泵形成回路。

一些实施例中，当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热时，所述三通阀、电机水箱和第二水泵形成回路。

一些实施例中，所述舱内水循环单元还包括第一水泵和暖风机，所述第一水泵、暖风机与冷凝器形成回路。

第二方面，提供了一种电动车制热方法，包括以下步骤：

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热；

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器的制热功率小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热。

一些实施例中，若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器的制热功率小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热，并使加热器对舱内水循环单元内的水加热。

一些实施例中，当控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器制热时，三通阀动作，使散热器、电机水箱和第二水泵形成回路；

当控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器制热时，三通阀动作，使电机水箱和第二水泵形成回路。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种电动车制热系统及方法，当外界温度合适时，热泵冷媒循环单元通过室外换热器与环境热交换制热；当外界温度较低时，热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器与电机水循环热交换制热，提高热泵制热的工作温度范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的一种电动车制热系统的原理图；

图2为本发明实施例提供的一种电动车制热系统的另一个原理图；

图3为本发明实施例提供的一种电动车制热系统的又一个原理图；

图4为本发明实施例提供的一种电动车制热方法的流程图；

图中：1、压缩机；2、加热器；3、第一水泵；4、暖风机；5、冷凝器；6、第一膨胀阀；7、室外换热器；8、第二膨胀阀；9、电机水循环换热器；10、电机水箱；11、第二水泵；12、散热器；13、三通阀。

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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种电动车制热系统，其能解决相关技术中热泵制热的工作温度范围较小的技术问题。

参见图1所示，一种电动车制热系统，包括：换热子系统和控制器。

换热子系统包括热泵冷媒循环单元、舱内水循环单元以及电机水循环单元，热泵冷媒循环单元通过室外换热器7与电机水循环换热器9分别与外界环境和电机水循环单元进行热交换，热泵冷媒循环单元与舱内水循环单元通过冷凝器5热交换。

控制器被配置为：若热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热。若热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热。

其中，根据乘员舱内温度和室外环境温度计算乘员舱的冷负荷，乘员舱的冷负荷Q由五个部分确定，分别为：乘员舱玻璃与环境的热交换负荷Q₁、乘员舱车身与环境的热交换负荷Q₂、乘员舱新风的热交换负荷Q₃以及乘员舱人员的散热功率Q₄以及乘员舱内用电设备的发热功率Q₅。

乘员舱的冷负荷Q＝Q₁+Q₂+Q₃-Q₄-Q₅。

各部分的具体计算公式如下：

Q₁＝K_玻*A_玻*(T_内-T_环境)，K_玻为玻璃与乘员舱换热系数；A_玻为玻璃面积；T_环境为室外环境温度；T_内为乘员舱内温度。

Q₂＝K_车身*A_车身*(T_内-T_环境)，K_车身为车身与乘员舱换热系数；A_车身为车身面积。

Q₃＝L_新凤*n*ρ_空气*(h_内-h_环境)，L_新凤为空调系统新风量；n为乘员舱人数；ρ_空气为空气密度；h_环境为环境中空气的焓值；h内为乘员舱内空气焓值。

Q₄＝Q_司+(n-1)*ρ_群集*Q_乘，Q_司为司机的散热量，可取经验值170W；ρ_群集为人体群集系数，可取经验值0.89；Q_乘为乘客散热量，可取经验值108W。

Q₅根据经验值取50W。

参见图1所示，当热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率不小于乘员舱的冷负荷时，可以理解为室外温度不是很低，热泵冷媒循环单元还包括压缩机1和第一膨胀阀6，控制器控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热，即压缩机1、第一膨胀阀6、冷凝器5与室外换热器7形成回路，热泵冷媒循环单元通过室外换热器7与外界环境进行热交换，热泵正常工作。同时，热泵冷媒循环单元通过冷凝器5将热交换至舱内水循环单元。舱内水循环单元还包括暖风机4和第一水泵3，暖风机4、第一水泵3与冷凝器5形成回路，通过暖风机4将热量送至乘客舱内。

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热的效果较差，可以理解为室外温度较低。参见图2所示，热泵冷媒循环单元还包括第二膨胀阀8，控制器此时控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热，压缩机1、第二膨胀阀8、冷凝器5与电机水循环换热器9形成回路，热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9与电机水循环单元进行热交换，热泵正常工作。同时，热泵冷媒循环单元通过冷凝器5将热交换至舱内水循环单元。舱内水循环单元还包括暖风机4和第一水泵3，暖风机4、第一水泵3与冷凝器5形成回路，通过暖风机4将热量送至乘客舱内。

综上所述，本发明实施例中的电动车制热系统，在室外温度合适的情况下，通过室外换热器7进行换热；当室外环境温度偏低时，通过电机水循环换热器9进行换热，保证热泵在低温情况下仍能对乘员舱进行加热，提高热泵制热的工作温度范围，提升低温情况下的能量利用率和整车低温续航里程。

作为可选的实施方式，参见图3所示，舱内水循环单元还包括加热器2，若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，控制器控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9进行制热，并控制加热器2对舱内水循环单元内的水进行加热。加热器2对舱内水循环单元内的水进行加热，配合热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9进行制热，两者的制热功率叠加，再通过暖风机4将热量送至乘客舱内，满足室外环境温度极低时的供热需求，提升低温情况下的能量利用率。

作为可选的实施方式，参见图1所示，电机水循环单元还包括电机水箱10和第二水泵11、散热器12和三通阀13，散热器12靠近室外换热器7设置，当控制器控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热时，三通阀13、散热器12、电机水箱10和第二水泵11形成回路，散热器12可将部分热量交换至室外换热器7，提升能量利用率。进一步地，参见图2所示，当控制器控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热时，三通阀13、电机水箱10和第二水泵11形成回路，可避免散热器12将热量散发，保证电机水循环单元的热量尽可能通过电机水循环换热器9交换至热泵冷媒循环单元，提高热泵制热的功率。

参见图4所示，本发明实施例提供了一种电动车制热方法，包括以下步骤：

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热。

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器7的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热。

本发明实施例中的电动车制热方法，在室外温度合适的情况下，通过室外换热器7进行换热；当室外环境温度偏低时，通过电机水循环换热器9进行换热，保证热泵在低温情况下仍能对乘员舱进行加热，提高热泵制热的工作温度范围，提升低温情况下的能量利用率和整车低温续航里程。

作为可选的实施方式，若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9的制热功率小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热，并使加热器2对舱内水循环单元内的水加热。

作为可选的实施方式，当控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器7制热时，三通阀13动作，使散热器12、电机水箱10和第二水泵11形成回路，散热器12可将部分热量交换至室外换热器7，提升能量利用率。当控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器9制热时，三通阀13动作，使电机水箱10和第二水泵11形成回路，可避免散热器12将热量散发，保证电机水循环单元的热量尽可能通过电机水循环换热器9交换至热泵冷媒循环单元，提高热泵制热的功率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电动车制热系统，其特征在于，包括：

换热子系统，其包括热泵冷媒循环单元、舱内水循环单元以及电机水循环单元，所述舱内水循环单元还包括加热器（2），所述热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）与电机水循环换热器（9）分别与外界环境和电机水循环单元进行热交换，所述热泵冷媒循环单元与舱内水循环单元通过冷凝器（5）进行热交换；

控制器，其用于控制所述换热子系统，并被配置为：

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）制热；

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）的制热功率小于乘员舱的冷负荷，控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热；

若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）的制热功率小于乘员舱的冷负荷时，所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）进行制热，并控制加热器（2）对所述舱内水循环单元内的水进行加热。

2.如权利要求1所述的一种电动车制热系统，其特征在于:

所述热泵冷媒循环单元还包括压缩机（1）和第一膨胀阀（6），当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）制热时，所述压缩机（1）、第一膨胀阀（6）、冷凝器（5）与室外换热器（7）形成回路。

3.如权利要求2所述的一种电动车制热系统，其特征在于：

所述热泵冷媒循环单元还包括第二膨胀阀（8），当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热时，所述压缩机（1）、第二膨胀阀（8）、冷凝器（5）与电机水循环换热器（9）形成回路。

4.如权利要求1所述的一种电动车制热系统，其特征在于：

所述电机水循环单元还包括电机水箱（10）和第二水泵（11）、散热器（12）和三通阀（13），所述散热器（12）靠近室外换热器（7）设置，当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）制热时，所述三通阀（13）、散热器（12）、电机水箱（10）和第二水泵（11）形成回路。

5.如权利要求4所述的一种电动车制热系统，其特征在于：

当所述控制器用于控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热时，所述三通阀（13）、电机水箱（10）和第二水泵（11）形成回路。

6.如权利要求1所述的一种电动车制热系统，其特征在于：

所述舱内水循环单元还包括第一水泵（3）和暖风机（4），所述第一水泵（3）、暖风机（4）与冷凝器（5）形成回路。

7.一种基于权利要求1所述的一种电动车制热系统的电动车制热方法，其特征在于，包括以下步骤：

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）的制热功率不小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）制热；

若热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）的制热功率小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热；

若热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）的制热功率小于乘员舱的冷负荷，使热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热，并使加热器（2）对舱内水循环单元内的水加热。

8.如权利要求7所述的一种电动车制热方法，其特征在于：

所述电机水循环单元还包括电机水箱（10）和第二水泵（11）、散热器（12）和三通阀（13），当控制热泵冷媒循环单元通过室外换热器（7）制热时，三通阀（13）动作，使散热器（12）、电机水箱（10）和第二水泵（11）形成回路；

当控制热泵冷媒循环单元通过电机水循环换热器（9）制热时，三通阀（13）动作，使电机水箱（10）和第二水泵（11）形成回路。

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