CN112622567B - 一种集成电池冷却功能的车载空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成电池冷却功能的车载空调系统，包括通过制冷管路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及汽液分离器，在蒸发器和冷凝器处设置风机，由四通阀控制从压缩机出来的制冷剂的走向，在所述四通阀出口与汽液分离器的入口的制冷管路上，套装有给电池组降温用的套管换热器，在压缩机出口与四通阀出口之间设置常闭电磁阀，空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述常闭电磁阀的开启状态。本发明提供的空调系统，不仅实现一台空调集成车厢空气温度调节功能和电池冷却液温度控制功能，而且空调制冷、制热模式下均能运行电池冷却液温度控制功能；尤其是不必在管路系统中增加单向阀和额外的节流装置，系统管路简单，紧凑，可靠性高。

Description

一种集成电池冷却功能的车载空调系统

技术领域

本发明涉及纯电动客车空调机组技术领域，尤其是一种集成电池冷却功能的车载空调系统。

背景技术

纯电动公交车或者客车不仅需要调节车厢内的空气温度，还需控制电池的温度，尤其在电池充电的时候，电池发热量较大，一般采用顶置空调实现车厢内空气温度调节，采用独立的冷水机组来控制电池冷却水的水，即需要两套制冷系统分别实现车厢空气调节和电池冷却液温度控制。也有少数集成电池热管理系统的顶置空调(以下简称集成式空调)方案，但是普遍管路笨重，控制复杂。一般集成式空调仅运行制冷模式或者仅制热模式时才能同时给电池冷却液进行制冷，由于夏季电池热管理系统需要运行的时间长，一般采用空调制冷模式与电池冷却集成的方案，因此在空调运行制热模式时无法对电池冷却液进行冷却，存在缺陷。另外有极少数集成电池热管理系统的顶置空调在空调制冷、制热模式下均能运行电池冷却功能，但是需要采用数个单向阀和节流装置，管路复杂笨重，可靠性降低。更重要的是，目前集成电池热管理系统的顶置空调方案无法避免单独运行电池热管理系统时出现的压缩机频繁启停问题。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种集成电池冷却功能的车载空调系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，其技术方案是：

一种集成电池冷却功能的车载空调系统，包括通过制冷管路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及汽液分离器，在蒸发器和冷凝器处设置风机，由四通阀控制从压缩机出来的制冷剂的走向，在所述四通阀出口与汽液分离器的入口的制冷管路上，套装有给电池组降温用的套管换热器，在压缩机出口与四通阀出口之间设置常闭电磁阀，空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述常闭电磁阀的开启状态。

进一步的，空调系统制冷模式下，当外界环境温度超过预定值后，所述常闭电磁阀打开，分流出来的高温高压的气态制冷剂经所述常闭电磁阀后与从所述四通阀出来的低温低压的气液两相制冷剂混合换热后再流经所述套管换热器，为所述套管换热器换热。

进一步的，在制冷模式下需单独运行电池组冷却功能时，四通阀不得电，高温高压的气态制冷剂在冷凝器内换热冷凝成高压的液态制冷剂，经节流阀节流降压后变为低温低压的汽液两相制冷剂，再流经蒸发器，制冷剂在蒸发器内不充分换热，低温低压的汽液两相制冷剂继续流经四通阀后，流经套管换热器与套管换热器内的冷却液换热，实现电池组冷却液制冷剂功能。

进一步的，此时蒸发器用风机处于停机状态。

进一步的，在制热模式下需单独运行电池组冷却功能时，四通阀得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器，在蒸发器用风机的作用下，与室内空气进行换热冷凝为高压的液态制冷剂，经节流阀节流降压变为低温低压的的汽液两相制冷剂，再进入冷凝器，制冷剂在冷凝器内不充分换热，低温低压的汽液两相制冷剂经四通阀后进入套管换热器，与套管换热器内的冷却液换热，吸收冷却液的热量，实现电池组冷却液制冷功能。

进一步的，此时冷凝用风机处于停机状态。

进一步的，空调系统同时运行制冷和电池组冷却时，四通阀不得电，高温高压的气态制冷剂在冷凝器中冷凝为高压的液态制冷剂，经节流阀节流降压成低温低压的汽液两相制冷剂在蒸发器内在风机的作用下换热，通过提高节流阀开度，提高制冷剂流量，大部分制冷剂在蒸发器内换热气化，然后低温低压的汽液两相制冷剂继续流经四通阀后，流入套管换热器，与流经套管换热器的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池冷却液制冷功能和车内空气制冷功能。

进一步的，空调系统同时运行制热和电池组冷却时，四通阀得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器，在蒸发器用风机作用下与室内空气换热，实现制热功能，在蒸发器中制冷剂冷凝为高压的液态制冷齐，然后经过节流阀节流降压，变为低温低压的汽液两相制冷剂，然后流经冷凝器，冷凝器用风机此时为运转状态，制冷剂在冷凝器内换热，大部分制冷剂吸热气化，然后低温低压的汽液两相制冷剂流经四通阀后，在套管换热器内与流经套管换热器的冷却液换热，实现空调系统的制热及电池冷却液制冷功能。

进一步的，所述套管换热器上设有给所述电池组降温用的冷却液的进出口，所述冷却液由循环水泵驱动，所述空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述循环水泵的运转和停止。

进一步的，所述套管换热器上设有给所述电池组降温用的冷却液的进出口，所述冷却液由循环水泵驱动，所述空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述循环水泵的运转和停止。

综上所述，本发明提供的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，相比常规集成电池热管理系统顶置空调方案，本系统不仅实现一台空调，集成车厢空气温度调节功能和电池冷却液温度控制功能；而且空调制冷、制热模式下均能运行电池冷却液温度控制功能；尤其是不必在管路系统中增加单向阀和额外的节流装置，系统管路简单，紧凑，可靠性高；另外，更重要的是本系统解决了普通集成式空调压缩机频繁启停问题，避免了空调频繁启停对压缩机的损害，提高了系统的可靠性。

附图说明：

图1：本发明提供的一种集成电池冷却功能的车载空调系统示意图；

其中，压缩机1，常闭电磁阀2，四通阀3，冷凝器4，节流阀5，蒸发器6，冷却液进出管7，套管换热器8，汽液分离器9，冷凝风机10，蒸发风机10。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供了一种集成电池冷却功能的车载空调系统，包括通过制冷管路连接的压缩机1、冷凝器4、蒸发器6、节流阀3及汽液分离器9，在蒸发器6和冷凝器4处设置风机，由四通阀3控制从压缩机1出来的制冷剂的走向，在四通阀3出口与汽液分离器9的入口的制冷管路上，套装有给电池组降温用的套管换热器8，在压缩机1出口与四通阀3出口之间设置常闭电磁阀2，空调系统的控制器根据电池组的散热需求控制常闭电磁阀的开启状态。

如图1所示，本发明提供的一种集成电池冷却功能的车载空调系统的组成示意图，图中键头所示方向为制冷剂运行方向。系统的组成如普通车载空调，包括制冷管路顺序连接的压缩机1、四通阀3、冷凝器4(室外换热器)、节流阀5、蒸发器(室内换热器)6及汽液分离器9，形成一个完整的制冷/制热回路，由四通阀3控制制冷剂流经冷凝器4和蒸发器6的顺序，改变空调机组的制冷/制热能力，为加强换热，提高蒸发器6和冷凝器4的换热能力，在蒸发器6和冷凝器4处分别设置风机，使冷凝器4和蒸发器6产生的能量与周围空气快速换热，如图1所示的冷凝风机10和蒸发风机11。为使空调具备给电池组换热功能，在四通阀3的出口与汽液分离器9入口之间的制冷管路上，连接有套管换热器8，套管换热器8可为制冷管路的一部分，或与制冷管路套装。套管换热器8包括冷却液进出管，为电池组换热用冷却液在套管换热器8处被冷却，然后再流经电池组，为电池组降温冷却，冷却液由循环水泵驱动循环运转，实现电池组的持续降温。

为使空调机组在制冷、制热模式下均可对电池组降温冷却，在本实施例中，压缩机1出口与四通阀3出口之间，并联有常闭电磁阀2，且常闭电磁阀2的出口位于四通阀3出口与套管换热器8入口之间，常闭电磁阀2与空调系统的控制器连接，由控制器根据实际运行情况，控制其开启状态，使系统既可以单独实现车厢内空气的制冷和制暖功能，又可以单独实现电池冷却液的冷却功能，还开始同时实现车厢空气的制冷和电池冷却液的冷却，或者车厢空气的制热和电池冷却液的冷却功能。在此，本实施例提供的空调系统，包括如下工作模式：

制冷模式：

原理与普通冷暖空调相同，在冷凝风机10的通风作用下，高温高压的气态制冷剂流入冷凝器4，与室外空气换热，在冷凝器4中冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀5节流降压，变为低温低压的汽液两相制冷剂，然后流经蒸发器6，制冷剂在蒸发器6内气化吸热，在蒸发风机11的通风作用下，实现车厢空气与蒸发器6换热，实现车内制冷功能。压缩机1驱动制冷剂在管路及各换热器流道内循环，从而持续进行制冷功能。套管换热器8上设有给电池组降温用的冷却液的进出口，所述冷却液由循环水泵驱动，所述空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述循环水泵的运转和停止。在制冷模式下，如果无需进行电池组降温时，停止电池冷却液的循环水泵，使冷却液不再流经套管换热器8，从而使套管换热器8失去换热能力，避免电池冷却液温度进一步降低，保证电池组的正常运转。

当室外环境温度过高，高压压力偏大，机组制冷负载偏大时，控制器控制常闭电磁阀2打开，分流从压缩机1出来的制冷剂，使部分高温高压的气态制冷剂通过常闭电磁阀2旁通到套管换热器8之前，高温高压的气态制冷剂与经四通阀3流入套管换热器8的低温低压的汽液两相制冷剂混合换热，这样可以明显降低高压压力，降低系统负载，使系统恢复至正常压力范围内运行，使机组在较高的环境温度下正常运行。

制热模式：

原理与普通的冷暖空调相同，制热时，四通阀3得电，经压缩机1压缩后成为高温高压的气态制冷剂，其在蒸发器6中降温放热，在蒸发风机的通风作用下，实现车厢空气与蒸发器6换热从而实现车内空气制热功能，在冷凝风机10的通风作用下，冷凝器4中低温低压的气液两相制冷剂在冷凝器4内气化，与流经冷凝器3的空气换热，转变为低压过热气态制冷剂回到压缩机1内。压缩机1驱动制冷剂在管路及换热器流道内循环，从而持续进行制热功能。在制暖模式下，如果因环境温度过低，无需进行电池组降温时，空调系统的控制器控制循环水泵停止工作，使冷却液不再流经套管换热器，从而使套管换热器失去冷却液的换热能力，避免冷却液温度进一步降低，保证电池组的正常运转。

空调系统单独运行电池冷却功能模式：

空调单独运行电池冷却功能时，又分为制冷季节和制热季节：

当环境温度较高时，即在制冷季节运行电池组冷却功能时，控制器控制循环水泵处于运转状态，四通阀3不得电，高温高压的气态制冷剂流入冷凝器4，与室外空气换热，在冷凝器4中冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀5节流降压，变为低温低压的汽液两相制冷剂，然后流经蒸发器6，蒸发风机11此时为停机状态，制冷剂在蒸发器6内换热不充分，大部分制冷剂无法换热气化，低温低压的气液两相制冷剂继续流经四通阀3后，流入套管换热器8与流经套管换热器8处的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池组冷却液制冷功能，对电池组进行有效冷却换热。压缩机1驱动制冷剂在管路及换热器流道内循环，从而持续进行电池组冷却功能。

当环境温度较低时，即在制热季节运行电池组空调功能时，控制器控制循环水泵处于运转状态，四通阀3得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器6，在蒸发风机11作用下与室内空气换热，在蒸发器6中冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀5节流降压，变为低温低压的气液两相制冷剂，然后流经冷凝器4，冷凝风机10此时为停机状态，制冷剂在冷凝器4内大部分无法换热气化，低温低压的气液两相制冷剂继续流经四通阀3后，流入套管换热器8，在套管换热器8内与流经套管换热器的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池组冷却液制冷功能。压缩机1驱动制冷剂在管路及换热器流道内循环，从而持续进行制冷。此循环不仅实现了电池组冷却液制冷，而且利用了电池冷却液释放出的热量加热了车内空气，实现了车内供暖，一举两得。

进一步的，由于电池发热量与电池工作电流或者充电电流密切相关，因此电池冷却液制冷负荷不是恒定值，当电池组冷却负荷远远小于机组额定制冷能力时，制冷剂在套管换热器8内无法完全气化，并且低压压力偏低，影响系统正常运行，此时排气管至套管换热器8之间的常闭电池阀2打开，使部分高温高压的气态制冷剂通过常闭电磁阀2旁通到套管换热器之前，高温高压的气态制冷剂与经四通阀3流入套管换热器8的低温低压的气液两相制冷剂混合换热，从而使套管换热器8内的制冷剂完全气化，提高低压压力，从而使机组的在较小冷负荷下能正常运行。

空调系统同时运行车厢空气制冷和电池空调冷却模式：

空调系统同时运行车厢空气制冷和电池空调冷却时，控制器控制循环水泵处于运转状态，四通阀3不得电，高温高压的气态制冷剂流入冷凝器4，与室外空气换热，在冷凝器4中冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀5节流降压，变为低温低压的气液两相制冷剂，然后流经蒸发器6，蒸发风机11此时为运转状态，通过提高节流阀5开度，提高制冷剂流量，大部分制冷剂在蒸发器6内换热气化，然后低温低压的气液两相制冷剂继续流经四通阀3后，流入套管换热器8，在套管换热器8内与流经套管换热器8的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池组冷却液制冷功能和车内空气制冷功能。压缩机1驱动制冷剂在管路及换热器流道内循环，从而持续进行制冷。

空调系统同时运行车厢空气制热和电池空调冷却模式：

空调系统同时运行车厢空气制热和电池空调冷却时，控制器控制循环水泵处于运转状态，四通阀3得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器6，在蒸发风机11的作用下与室内空气换热，实现车内制热功能，在蒸发器6中制冷剂冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀5节流降压，变为低温低压的气液两相制冷剂，然后流经冷凝器4，冷凝风机10此时为运转状态，制冷剂在冷凝器4内与室外空气换热，大部分制冷剂吸热气化，然后低温低压的气液两相制冷剂继续流经四通阀2后，流入套管换热器8，在套管换热器8内与流经套管换热器8的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池组冷却液制冷功能和车内空气的制热功能。压缩机1驱动制冷剂在管路及换热器流道内循环，从而持续实现电池冷却液制冷和车内空调制热功能。以上不仅实现了电池冷却液制冷，而且利用电池冷却液和室外空气两种热源的热量，大幅提高了机组的制热能力和能效比。

以上各种工作模式，可由控制器根据环境温度、控制温度、车内温度、电池组温度或其他条件控制整个空调系统的工作模式及工作状态，控制条件及控制方式可采用现有技术或将来可能出现的任意技术。当需要单独进行电池组冷却模式或组合控制模式时，其控制条件可根据大量实验总结果得出，在此不做要求和限制。

综上所述，本发明提供的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，相比常规集成电池热管理系统顶置空调方案，本系统不仅实现一台空调，集成车厢空气温度调节功能和电池冷却液温度控制功能；而且空调制冷、制热模式下均能运行电池冷却液温度控制功能；尤其是不必在管路系统中增加单向阀和额外的节流装置，系统管路简单，紧凑，可靠性高；另外，更重要的是本系统解决了普通集成式空调压缩机频繁启停问题，避免了空调频繁启停对压缩机的损害，提高了系统的可靠性。

如上所述，结合所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种集成电池冷却功能的车载空调系统，包括通过制冷管路连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀及汽液分离器，在蒸发器和冷凝器处设置风机，由四通阀控制从压缩机出来的制冷剂的走向，其特征在于：在所述四通阀出口与汽液分离器的入口的制冷管路上，套装有给电池组降温用的套管换热器，在压缩机出口与四通阀出口之间设置常闭电磁阀，空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述常闭电磁阀的开启状态；空调系统制冷模式下，当外界环境温度超过预定值后，所述常闭电磁阀打开，分流出来的高温高压的气态制冷剂经所述常闭电磁阀后与从所述四通阀出来的低温低压的气液两相制冷剂混合换热后再流经所述套管换热器，为所述套管换热器换热；在制冷模式下需单独运行电池组冷却功能时，四通阀不得电，高温高压的气态制冷剂在冷凝器内换热冷凝成高压的液态制冷剂，经节流阀节流降压后变为低温低压的汽液两相制冷剂，再流经蒸发器，此时蒸发器用风机处于停机状态，制冷剂在蒸发器内不充分换热，低温低压的汽液两相制冷剂继续流经四通阀后，流经套管换热器与套管换热器内的冷却液换热，实现电池组冷却液制冷功能；在制热模式下需单独运行电池组冷却功能时，四通阀得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器，在蒸发器用风机的作用下，与室内空气进行换热冷凝为高压的液态制冷剂，经节流阀节流降压变为低温低压的汽液两相制冷剂，再进入冷凝器，此时冷凝器用风机处于停机状态制冷剂在冷凝器内不充分换热，低温低压的汽液两相制冷剂经四通阀后进入套管换热器，与套管换热器内的冷却液换热，吸收冷却液的热量，实现电池组冷却液制冷功能。

2.如权利要求1所述的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，其特征在于：空调系统同时运行制冷和电池组冷却时，四通阀不得电，高温高压的气态制冷剂在冷凝器中冷凝为高压的液态冷媒，经节流阀节流降压成低温低压的汽液两相制冷剂在蒸发器内在风机的作用下换热，通过提高节流阀开度，提高制冷剂流量，大部分制冷剂在蒸发器内换热气化，然后低温低压的汽液两相制冷剂继续流经四通阀后，流入套管换热器，与流经套管换热器的冷却液换热，吸收冷却液热量，从而实现电池冷却液制冷功能和车内空气制冷功能。

3.如权利要求1所述的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，其特征在于：空调系统同时运行制热和电池组冷却时，四通阀得电，高温高压的气态制冷剂流入蒸发器，在蒸发器用风机作用下与室内空气换热，实现制热功能，在蒸发器中制冷剂冷凝为高压的液态制冷剂，然后经过节流阀节流降压，变为低温低压的汽液两相制冷剂，然后流经冷凝器，冷凝器用风机此时为运转状态，制冷剂在冷凝器内换热，大部分冷媒吸热气化，然后低温低压的汽液两相制冷剂流经四通阀后，在套管换热器内与流经套管换热器的冷却液换热，实现空调系统的制热及电池冷却液制冷功能。

4.如权利要求1所述的一种集成电池冷却功能的车载空调系统，其特征在于：所述套管换热器上设有给所述电池组降温用的冷却液的进出口，所述冷却液由循环水泵驱动，所述空调系统的控制器根据所述电池组的散热需求控制所述循环水泵的运转和停止。

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