CN113103841B - 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法 - Google Patents

一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113103841B
CN113103841B CN202110454551.5A CN202110454551A CN113103841B CN 113103841 B CN113103841 B CN 113103841B CN 202110454551 A CN202110454551 A CN 202110454551A CN 113103841 B CN113103841 B CN 113103841B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
air
valve
electromagnetic valve
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110454551.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113103841A (zh
Inventor
彭浩
王静毅
寿春晖
代彦军
邬荣敏
吴田
姚剑
沈曲
丁莞尔
洪凌
贺海晏
金胜利
黄绵吉
李晓洁
周剑武
纪培栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Shanghai Jiaotong University
Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Shanghai Jiaotong University
Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd, Shanghai Jiaotong University, Zhejiang Energy Group Research Institute Co Ltd filed Critical Zhejiang Zheneng Beilun Power Generation Co ltd
Priority to CN202110454551.5A priority Critical patent/CN113103841B/zh
Publication of CN113103841A publication Critical patent/CN113103841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113103841B publication Critical patent/CN113103841B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3227—Cooling devices using compression characterised by the arrangement or the type of heat exchanger, e.g. condenser, evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Abstract

本发明涉及适用于电动汽车的双热源热泵系统，包括热泵制热/制冷循环系统、动力电池系统升温/降温循环系统、光伏‑动力电池充电系统和PVT蒸发器散热系统；所述热泵制热/制冷循环系统，包括一号四通换向阀、膨胀阀、一号风冷换热器、一号电磁阀、一号三通阀、二号四通换向阀、压缩机和PVT蒸发器；所述动力电池系统升温/降温循环系统，包括一号换热器、储液罐、二号三通阀、电加热器、二号电磁阀、三号电磁阀、一号泵、二号风冷换热器、四号电磁阀、动力电池系统和电机系统。本发明的有益效果是：本发明将PVT蒸发器与电动汽车空气源热泵系统结合，可以提高热泵系统制热系数，降低耗电量，提升动力电池系统在冬天的续航能力。

Description

一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及太阳能利用领域，具体涉及一种基于太阳能的能够适用于电动汽车的双热源热泵系统，有效提高电动汽车的续航能力及舒适度。
背景技术
电动汽车技术逐渐成熟，已成为汽车行业重要的一部分。续航能力是评价电动汽车性能的关键指标之一，该指标一方面与动力电池自身性能有关，另一方面与电动汽车热管理系统性能有关。电动汽车热管理系统通过消耗一定电量来维持动力电池和电机工作温度的相对稳定，进而保证动力电池及电机的高性能运行，同时也用于车内暖通，调控车内环境温度，提升车内舒适感。目前很多电动车热管理系统采用了空气源热泵，具备供热、制冷功能，比电加热等方式更加清洁、高效和紧凑。空气源热泵的不足使其制热性能会随环境温度的降低而降低，需采用电加热作为辅热，但这种运行方式会消耗大量动力电池的电力，造成电动汽车续航能力迅速下降，从而限制了电动汽车在寒冷天气或寒冷地区的使用。此时若将光伏与电动汽车结合，则可以适当延长电动汽车的续航能力，但现有产品很少考虑光伏电池的散热问题，导致夏季光伏组件温度较高，发电效率较低，而且存在安全隐患。
PVT热泵技术将热泵蒸发器与光伏合二为一，可充分吸收光伏余热，有效降低光伏组件温度，提升发电效率，同时将光伏余热利用作为现有电动汽车空气源热泵热源的补充，有效提升热泵性能，降低热泵电耗，提升电动汽车续航能力，拓宽电动汽车的适用场景。因此，有必要研发一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法，解决电动汽车冬季运行时续航能力差的问题。
这种适用于电动汽车的双热源热泵系统，包括热泵制热/制冷循环系统、动力电池系统升温/降温循环系统、光伏-动力电池充电系统和PVT蒸发器散热系统；
所述热泵制热/制冷循环系统，包括一号四通换向阀、膨胀阀、一号风冷换热器、一号电磁阀、一号三通阀、二号四通换向阀、压缩机、一号换热器和PVT蒸发器；一号风冷换热器通过一号三通阀连接PVT蒸发器入口，PVT蒸发器出口连接二号四通换向阀，二号四通换向阀连接压缩机，二号四通换向阀还连接一号换热器，一号换热器连接一号四通换向阀，一号四通换向阀连接膨胀阀，一号四通换向阀还连接一号风冷换热器，二号四通换向阀通过一号电磁阀连接一号风冷换热器；
所述动力电池系统升温/降温循环系统，包括一号换热器、储液罐、二号三通阀、电加热器、二号电磁阀、三号电磁阀、一号泵、二号风冷换热器、四号电磁阀、二号泵、五号电磁阀、三号泵、动力电池系统和电机系统；储液罐出口分别连接五号电磁阀和一号换热器，五号电磁阀通过二号泵连接电机系统入口，电机系统出口连接储液罐入口，一号换热器分别连接二号三通阀和四号电磁阀，二号三通阀分别连接三号电磁阀和二号电磁阀，三号电磁阀通过一号泵连接二号风冷换热器，二号风冷换热器连接储液罐入口，二号电磁阀通过三号泵连接动力电池系统入口，动力电池系统出口连接储液罐入口，四号电磁阀通过二号泵连接电机系统入口，二号三通阀连接电加热器；
所述光伏-动力电池充电系统，包括PVT蒸发器、MPPT控制器、稳压器和动力电池系统；PVT蒸发器依次连接MPPT控制器和稳压器，稳压器连接动力电池系统；
所述PVT蒸发器散热系统，包括一号通风口、二号通风口、风道、保温层、风扇、三号通风口和四号通风口；PVT蒸发器设置于电动汽车车顶，PVT蒸发器上表面与汽车外壳齐平；PVT蒸发器下端为风道，风道内设置风扇；风道下方为保温层；PVT蒸发器一端设置一号通风口和二号通风口，另一端设置三号通风口和四号通风口。
作为优选：所述热泵制热/制冷循环系统采用R22或R-134a或R410A作为制冷剂。
作为优选：所述动力电池系统升温/降温循环系统采用乙二醇水溶液或水工质作为换热介质。
作为优选：所述PVT蒸发器从上至下由自清洁涂层、透明保护层、一号EVA胶、光伏电池、二号EVA胶、背板、三号EVA胶和二号换热器组成；自清洁涂层喷涂于透明保护层上表面；透明保护层采用光伏玻璃或者透明TPT材料；背板采用白色或者透明TPT材料；二号换热器采用单面吹胀板，一面为光滑平面，并通过三号EVA胶与背板连接，另一面设有凸起的换热流道；光伏电池采用晶硅电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池或钙钛矿电池。
作为优选：所述单面吹胀板上设有吹胀板制冷剂出口、吹胀板制冷剂入口、吹胀板制冷剂流道和光伏组件接线盒预留孔，吹胀板制冷剂流道为U型流道，并且吹胀板制冷剂流道在拐弯处为六边形和四边形组合的结构形式。
作为优选：所述一号通风口位于二号通风口上方；三号通风口位于四号通风口上方。
这种适用于电动汽车的双热源热泵系统的运行方法，包括热泵制热/制冷循环和动力电池系统升温/降温循环，其运行方法包括：
当环境温度较低，加热动力电池系统使电池正常工作时，有三种运行方案：
方案一：有太阳辐照且热泵正常运行；一号四通换向阀的a端和c端连通，b端和d端连通；二号四通换向阀的a端和b端连通，c端和d端连通；一号电磁阀关闭；一号三通阀的a端和b端连通；二号三通阀的a端和b端连通；二号电磁阀开启；五号电磁阀开启；四号电磁阀关闭；
热泵制热循环：制冷剂通过一号风冷换热器吸收环境空气的热量，然后经过一号三通阀进入PVT蒸发器，吸收光伏电池的余热，然后经过二号四通换向阀进入压缩机进一步压缩升温，然后经过一号换热器将热量释放，再经过一号四通换向阀进入膨胀阀进一步降温降压，最后流回一号风冷换热器进入下一个循环；
动力电池系统升温循环：换热介质从储液罐流出，一部分换热介质经过五号电磁阀和二号泵进入电机系统，给电机系统降温，换热介质温度增加，然后流回储液罐；另一部分换热介质进入一号换热器被加热，然后经过二号三通阀后，一部分换热介质用于车内空气加热，此时打开三号电磁阀和一号泵，换热介质经二号风冷换热器降温后流回储液罐，另一部分换热介质经过二号电磁阀和三号泵进入动力电池系统，热量传给动力电池系统后流回至储液罐；
方案二：没有太阳辐照且热泵正常运行；一号三通阀的b端和c端连通，即制冷剂不经过PVT蒸发器，只采用空气源作为热泵热源，其余设置与有太阳辐照且热泵正常运行时的一致；
方案三：环境温度过低，热泵无法运行；热泵制热循环停止运行，二号三通阀的a端和c端连通，换热介质经电加热器加热升温，其余设置与没有太阳辐照且热泵正常运行时的动力电池系统升温循环一致；
当环境温度较高，冷却动力电池系统使电池正常工作时，运行方案为：
一号四通换向阀的a端和b端连通，c端和d端连通；二号四通换向阀的a端和c端连通，b端和d端连通；一号电磁阀开启；二号三通阀的a端和b端连通；二号电磁阀开启；四号电磁阀开启；三号电磁阀关闭；
热泵制冷循环：制冷剂通过一号换热器吸收换热介质的热量，然后经过二号四通换向阀进入压缩机，然后经过一号电磁阀进入一号风冷换热器散热，降温后的制冷剂经过一号四通换向阀进入膨胀阀继续降温降压，最后再流回一号换热器进入下一个循环；
动力电池系统降温循环：换热介质从储液罐流出，然后进入一号换热器被冷却，然后一部分换热介质经过四号电磁阀进入电机系统，给电机系统降温后流回至储液罐；另一部分换热介质用于车内空气降温，此时打开三号电磁阀和一号泵，一部分换热介质经二号风冷换热器升温后流回至储液罐，另一部分换热介质经过二号电磁阀和三号泵进入动力电池系统，吸收动力电池系统的热量后流回至储液罐。
作为优选：还包括PVT蒸发器散热系统运行，其运行方法包括：
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于关闭状态；此时打开二号通风口、三号通风口、二号风冷换热器和风扇；车外的空气经过二号风冷换热器进入车内，然后依次经过二号通风口、风道和风扇，最终从三号通风口排出车外；
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于运行状态；此时打开一号通风口、三号通风口和风扇；车外的空气依次经过一号通风口、风道和风扇，最终从三号通风口排出车外，给PVT蒸发器降温；如果汽车处于驾驶状态，且车内空调开启，此时关闭所有通风口，直接依靠汽车驾驶所带来的空气流动给PVT蒸发器降温。
本发明的有益效果是：
(1)本发明将PVT蒸发器与电动汽车空气源热泵系统结合，可以提高热泵系统制热系数，降低耗电量，提升动力电池系统在冬天的续航能力，另外，光伏电池余热被热泵高效吸收，光伏电池温度降低，发电效率提高，产生的电力直接给动力电池系统充电，进一步延长了动力电池系统的续航能力。
(2)本发明将PVT蒸发器与汽车车顶一体化，没有改变汽车的外形轮廓，并且PVT蒸发器可以吸收太阳辐射，减小了太阳辐射对车内冷、热负荷的影响，降低了车内暖通能耗。
(3)本发明PVT蒸发器采用了单面吹胀板，该吹胀板选用了换热效率高、流动阻力小的换热单元，并根据制冷剂的气液相变化特性、U型流道的流动特性，对整个吹胀板的换热单元进行了合理布局，例如在拐弯处选用六边形和四边形组合的形式来增强流动的均匀性。相比于现有的换热技术，本吹胀板温度分布更加均匀，可将整个蒸发器的温差限定在一定温度范围内，减少了换热器温差对光伏组件发电效率的影响；同时凸出的换热流道能够引起风道内空气的扰动，提升风道内空气的换热能力。
(4)本发明将车内通风与PVT蒸发器散热需求相结合，既提升了车内舒适感，也提高了PVT蒸发器的发电效率。
附图说明
图1为适用于电动汽车的双热源热泵系统示意图。
图2为热泵制热/制冷循环示意图。
图3为动力电池系统升温/降温循环示意图。
图4为PVT蒸发器示意图。
图5为吹胀板示意图。
图6为吹胀板换热流道截面图。
图7为光伏-动力电池充电系统示意图。
附图标记说明：1一号四通换向阀；2膨胀阀；3一号风冷换热器；4一号电磁阀；5一号三通阀；6二号四通换向阀；7压缩机；8一号换热器；9储液罐；10二号三通阀；11电加热器；12二号电磁阀；13三号电磁阀；14一号泵；15二号风冷换热器；16四号电磁阀；17二号泵；18五号电磁阀；19MPPT控制器；20稳压器；21三号泵；22动力电池系统；23电机系统；24一号通风口；25二号通风口；26PVT蒸发器；27风道；28保温层；29风扇；30三号通风口；31四号通风口；32自清洁涂层；33透明保护层；34一号EVA胶；35光伏电池；36二号EVA胶；37背板；38三号EVA胶；39二号换热器；40吹胀板制冷剂出口；41吹胀板光面部分；42光伏组件接线盒预留孔；43吹胀板制冷剂入口；44吹胀板制冷剂流道。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明中，PVT蒸发器与电动汽车热管理系统结合，分别从提升热泵制热性能和提升光伏电池发电效率角度间接提高了电动汽车的续航能力，车内通风与夏季PVT蒸发器散热需求相结合，既提升了车内的舒适感，也解决了PVT蒸发器夏季散热的问题。
实施例一
所述适用于电动汽车的双热源热泵系统，包括热泵制热/制冷循环系统、动力电池系统升温/降温循环系统、光伏-动力电池充电系统和PVT蒸发器散热系统。
所述热泵制热/制冷循环系统，包括一号四通换向阀1、膨胀阀2、一号风冷换热器3、一号电磁阀4、一号三通阀5、二号四通换向阀6、压缩机7、一号换热器8和PVT蒸发器26。一号风冷换热器3通过一号三通阀5连接PVT蒸发器26入口，PVT蒸发器26出口连接二号四通换向阀6，二号四通换向阀6连接压缩机7，二号四通换向阀6还连接一号换热器8，一号换热器8连接一号四通换向阀1，一号四通换向阀1连接膨胀阀2，一号四通换向阀1还连接一号风冷换热器3，二号四通换向阀6通过一号电磁阀4连接一号风冷换热器3。
所述动力电池系统升温/降温循环系统，包括一号换热器8、储液罐9、二号三通阀10、电加热器11、二号电磁阀12、三号电磁阀13、一号泵14、二号风冷换热器15、四号电磁阀16、二号泵17、五号电磁阀18、三号泵21、动力电池系统22和电机系统23。储液罐9出口分别连接五号电磁阀18和一号换热器8，五号电磁阀18通过二号泵17连接电机系统23入口，电机系统23出口连接储液罐9入口，一号换热器8分别连接二号三通阀10和四号电磁阀16，二号三通阀10分别连接三号电磁阀13和二号电磁阀12，三号电磁阀13通过一号泵14连接二号风冷换热器15，二号风冷换热器15连接储液罐9入口，二号电磁阀12通过三号泵21连接动力电池系统22入口，动力电池系统22出口连接储液罐9入口，四号电磁阀16通过二号泵17连接电机系统23入口，二号三通阀10连接电加热器11。
所述光伏-动力电池充电系统，包括PVT蒸发器26、MPPT控制器19、稳压器20和动力电池系统22。PVT蒸发器26依次连接MPPT控制器19和稳压器20，稳压器20连接动力电池系统22，稳压器产生的电力直接给动力电池系统充电。
所述PVT蒸发器散热系统，包括一号通风口24、二号通风口25、风道27、保温层28、风扇29、三号通风口30和四号通风口31。PVT蒸发器26是电动汽车车顶的一部分，上表面与汽车外壳齐平，减少风阻；PVT蒸发器26下端为风道27，风道内设置风扇29，用于降低光伏温度或改善车内舒适性；风道27下方为汽车保温层28；PVT蒸发器26两端设置一号通风口24、二号通风口25、三号通风口30、四号通风口31，通风口按需求可开启或关闭。
作为一种优选的实施例，热泵制热/制冷循环系统采用R22或R-134a或R410A作为制冷剂。
作为一种优选的实施例，动力电池系统升温/降温循环系统采用乙二醇水溶液或水工质作为换热介质。
作为一种优选的实施例，所述PVT蒸发器26从上至下由自清洁涂层32、透明保护层33、一号EVA胶34、光伏电池35、二号EVA胶36、背板37、三号EVA胶38和二号换热器39组成。自清洁涂层32通过采用机械装置喷涂于透明保护层33上表面。透明保护层33采用光伏玻璃或者透明TPT材料。背板37采用白色或者透明TPT材料。二号换热器39采用单面吹胀板，即一面为光滑平面，并通过三号EVA胶38与背板37连接，另一面设有凸起的换热流道；该单面吹胀板选用了换热效率高、流动阻力小的换热单元，并根据制冷剂的气液相变化特性、U型流道的流动特性，对整个吹胀板的换热单元进行了合理布局，例如在拐弯处选用六边形和四边形组合的形式来增强流动的均匀性。该设计一方面有助于提高吹胀板内制冷剂换热能力，另一方面可以提高风道内空气换热能力。光伏电池35可采用晶硅电池、铜铟镓硒、碲化镉、钙钛矿等类型的电池。
作为一种优选的实施例，所述一号通风口24和二号通风口25设置于PVT蒸发器26一端，并且一号通风口24位于二号通风口25上方；三号通风口30和四号通风口31设置于PVT蒸发器26另一端，三号通风口30位于四号通风口31上方。
实施例二
所述适用于电动汽车的双热源热泵系统的运行方法，包括热泵制热/制冷循环和动力电池系统升温/降温循环，其运行方法包括：
当环境温度较低，需要加热动力电池系统22才能保证电池正常工作时，有三种运行方案：
(1)有太阳辐照且热泵能正常运行。一号四通换向阀1的a端和c端连通，b端和d端连通；二号四通换向阀6的a端和b端连通，c端和d端连通；一号电磁阀4关闭；一号三通阀5的a端和b端连通；二号三通阀10的a端和b端连通；二号电磁阀12开启；五号电磁阀18开启；四号电磁阀16关闭。
热泵制热循环：制冷剂通过一号风冷换热器3吸收环境空气的热量，然后经过一号三通阀5进入PVT蒸发器26，吸收光伏电池的余热，然后经过二号四通换向阀6进入压缩机7进一步压缩升温，然后经过一号换热器8将热量释放，再经过一号四通换向阀1进入膨胀阀2进一步降温降压，最后流回一号风冷换热器3进入下一个循环。
动力电池系统升温循环：换热介质从储液罐9流出，一部分换热介质经过五号电磁阀18和二号泵17进入电机系统23，给电机系统降温，换热介质温度增加，然后流回储液罐9；另一部分换热介质进入一号换热器8被加热，然后经过二号三通阀10后，一部分换热介质可以用于车内空气加热，此时需要打开三号电磁阀13和一号泵14，换热介质经二号风冷换热器15降温后流回储液罐9，另一部分换热介质经过二号电磁阀12和三号泵21进入动力电池系统22，热量传给动力电池系统后流回至储液罐9。
(2)没有太阳辐照且热泵能正常运行。一号三通阀5的b端和c端连通，即制冷剂不经过PVT蒸发器26，只采用空气源作为热泵热源，其余设置与有太阳辐照且热泵能正常运行时的一致。
(3)环境温度过低，热泵无法运行。热泵制热循环停止运行，二号三通阀10的a端和c端连通，换热介质经电加热器11加热升温，其余设置与没有太阳辐照且热泵能正常运行时的动力电池系统升温循环一致。
当环境温度较高，需要冷却动力电池系统22才能保证电池正常工作时，运行方案为：
一号四通换向阀1的a端和b端连通，c端和d端连通；二号四通换向阀6的a端和c端连通，b端和d端连通；一号电磁阀4开启；二号三通阀10的a端和b端连通；二号电磁阀12开启；四号电磁阀16开启；三号电磁阀13关闭。
热泵制冷循环：制冷剂通过一号换热器8吸收换热介质的热量，然后经过二号四通换向阀6进入压缩机7，然后经过一号电磁阀4进入一号风冷换热器3散热，降温后的制冷剂经过一号四通换向阀1进入膨胀阀2继续降温降压，最后再流回一号换热器8进入下一个循环。
动力电池系统降温循环：换热介质从储液罐9流出，然后进入一号换热器8被冷却，然后一部分换热介质经过四号电磁阀16进入电机系统23，给电机系统降温后流回至储液罐9；另一部分换热介质可以用于车内空气降温，此时需要打开三号电磁阀13和一号泵14，一部分换热介质经二号风冷换热器15升温后流回至储液罐9，另一部分换热介质经过二号电磁阀12和三号泵21进入动力电池系统22，吸收动力电池系统的热量后流回至储液罐9。
实施例三
所述适用于电动汽车的双热源热泵系统的运行方法，还包括PVT蒸发器散热系统运行，其运行方法包括：
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于关闭状态。此时打开二号通风口25、三号通风口30、二号风冷换热器15和风扇29。车外的空气经过二号风冷换热器15进入车内，然后依次经过二号通风口25、风道27、风扇29，最终从三号通风口30排出车外，一是可以给车内降温，提高车内舒适感，二是可以给PVT蒸发器26降温，保证电池的安全，同时提高发电效率。
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于运行状态。此时打开一号通风口24、三号通风口30和风扇29。车外的空气依次经过一号通风口24、风道27、风扇29，最终从三号通风口30排出车外，达到给PVT蒸发器26降温的目的。如果汽车处于驾驶状态，且车内空调开启，此时关闭所有通风口，直接依靠汽车驾驶所带来的空气流动给PVT蒸发器26降温。
本发明的热泵制热/制冷循环将空气源热泵与PVT蒸发器结合，有太阳的情况下，制冷剂经过风冷换热器吸收环境空气温度后进入PVT蒸发器吸收光伏电池的余热，热泵制热性能得到极大提升，系统耗电量减小，间接提升了电动汽车的续航能力，PVT蒸发器产生的电力可以给电动汽车充电，进一步提升了电动汽车的续航能力，提高了电动汽车在冬天或寒冷地区的适用性。

Claims (8)

1.一种适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：包括热泵制热/制冷循环系统、动力电池系统升温/降温循环系统、光伏-动力电池充电系统和PVT蒸发器散热系统；
所述热泵制热/制冷循环系统，包括一号四通换向阀(1)、膨胀阀(2)、一号风冷换热器(3)、一号电磁阀(4)、一号三通阀(5)、二号四通换向阀(6)、压缩机(7)、一号换热器(8)和PVT蒸发器(26)；一号风冷换热器(3)通过一号三通阀(5)的b端连接PVT蒸发器(26)入口，PVT蒸发器(26)出口连接二号四通换向阀(6)的b端，二号四通换向阀(6)的a端连接压缩机(7)，二号四通换向阀(6)的c端还连接一号换热器(8)，一号换热器(8)连接一号四通换向阀(1)的c端，一号四通换向阀(1)的a端和d端连接膨胀阀(2)，一号四通换向阀(1)的b端还连接一号风冷换热器(3)，二号四通换向阀(6)的b端通过一号电磁阀(4)连接一号风冷换热器(3)；
所述动力电池系统升温/降温循环系统，包括一号换热器(8)、储液罐(9)、二号三通阀(10)、电加热器(11)、二号电磁阀(12)、三号电磁阀(13)、一号泵(14)、二号风冷换热器(15)、四号电磁阀(16)、二号泵(17)、五号电磁阀(18)、三号泵(21)、动力电池系统(22)和电机系统(23)；储液罐(9)出口分别连接五号电磁阀(18)和一号换热器(8)，五号电磁阀(18)通过二号泵(17)连接电机系统(23)入口，电机系统(23)出口连接储液罐(9)入口，一号换热器(8)分别连接二号三通阀(10)的a端和四号电磁阀(16)，二号三通阀(10)的b端分别连接三号电磁阀(13)和二号电磁阀(12)，三号电磁阀(13)通过一号泵(14)连接二号风冷换热器(15)，二号风冷换热器(15)连接储液罐(9)入口，二号电磁阀(12)通过三号泵(21)连接动力电池系统(22)入口，动力电池系统(22)出口连接储液罐(9)入口，四号电磁阀(16)通过二号泵(17)连接电机系统(23)入口，二号三通阀(10)的c端连接电加热器(11)；
所述光伏-动力电池充电系统，包括PVT蒸发器(26)、MPPT控制器(19)、稳压器(20)和动力电池系统(22)；PVT蒸发器(26)依次连接MPPT控制器(19)和稳压器(20)，稳压器(20)连接动力电池系统(22)；
所述PVT蒸发器散热系统，包括一号通风口(24)、二号通风口(25)、风道(27)、保温层(28)、风扇(29)、三号通风口(30)和四号通风口(31)；PVT蒸发器(26)设置于电动汽车车顶，PVT蒸发器(26)上表面与汽车外壳齐平；PVT蒸发器(26)下端为风道(27)，风道内设置风扇(29)；风道(27)下方为保温层(28)；PVT蒸发器(26)一端设置一号通风口(24)和二号通风口(25)，另一端设置三号通风口(30)和四号通风口(31)。
2.根据权利要求1所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：所述热泵制热/制冷循环系统采用R22或R-134a或R410A作为制冷剂。
3.根据权利要求1所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：所述动力电池系统升温/降温循环系统采用乙二醇水溶液或水工质作为换热介质。
4.根据权利要求1所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：所述PVT蒸发器(26)从上至下由自清洁涂层(32)、透明保护层(33)、一号EVA胶(34)、光伏电池(35)、二号EVA胶(36)、背板(37)、三号EVA胶(38)和二号换热器(39)组成；自清洁涂层(32)喷涂于透明保护层(33)上表面；透明保护层(33)采用光伏玻璃或者透明TPT材料；背板(37)采用白色或者透明TPT材料；二号换热器(39)采用单面吹胀板，一面为光滑平面，并通过三号EVA胶(38)与背板(37)连接，另一面设有凸起的换热流道；光伏电池(35)采用晶硅电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池或钙钛矿电池。
5.根据权利要求4所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：所述单面吹胀板上设有吹胀板制冷剂出口(40)、吹胀板制冷剂入口(43)、吹胀板制冷剂流道(44)和光伏组件接线盒预留孔(42)，吹胀板制冷剂流道(44)为U型流道，并且吹胀板制冷剂流道(44)在拐弯处为六边形和四边形组合的结构形式。
6.根据权利要求1所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统，其特征在于：所述一号通风口(24)位于二号通风口(25)上方；三号通风口(30)位于四号通风口(31)上方。
7.一种如权利要求1所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统的运行方法，其特征在于：包括热泵制热/制冷循环和动力电池系统升温/降温循环，其运行方法包括：
当环境温度较低，加热动力电池系统(22)使电池正常工作时，有三种运行方案：
方案一：有太阳辐照且热泵正常运行；一号四通换向阀(1)的a端和c端连通，b端和d端连通；二号四通换向阀(6)的a端和b端连通，c端和d端连通；一号电磁阀(4)关闭；一号三通阀(5)的a端和b端连通；二号三通阀(10)的a端和b端连通；二号电磁阀(12)开启；五号电磁阀(18)开启；四号电磁阀(16)关闭；
热泵制热循环：制冷剂通过一号风冷换热器(3)吸收环境空气的热量，然后经过一号三通阀(5)进入PVT蒸发器(26)，吸收光伏电池的余热，然后经过二号四通换向阀(6)进入压缩机(7)进一步压缩升温，然后经过一号换热器(8)将热量释放，再经过一号四通换向阀(1)进入膨胀阀(2)进一步降温降压，最后流回一号风冷换热器(3)进入下一个循环；
动力电池系统升温循环：换热介质从储液罐(9)流出，一部分换热介质经过五号电磁阀(18)和二号泵(17)进入电机系统(23)，给电机系统降温，换热介质温度增加，然后流回储液罐(9)；另一部分换热介质进入一号换热器(8)被加热，然后经过二号三通阀(10)后，一部分换热介质用于车内空气加热，此时打开三号电磁阀(13)和一号泵(14)，换热介质经二号风冷换热器(15)降温后流回储液罐(9)，另一部分换热介质经过二号电磁阀(12)和三号泵(21)进入动力电池系统(22)，热量传给动力电池系统后流回至储液罐(9)；
方案二：没有太阳辐照且热泵正常运行；一号三通阀(5)的b端和c端连通，即制冷剂不经过PVT蒸发器(26)，只采用空气源作为热泵热源，其余设置与有太阳辐照且热泵正常运行时的一致；
方案三：环境温度过低，热泵无法运行；热泵制热循环停止运行，二号三通阀(10)的a端和c端连通，换热介质经电加热器(11)加热升温，其余设置与没有太阳辐照且热泵正常运行时的动力电池系统升温循环一致；
当环境温度较高，冷却动力电池系统(22)使电池正常工作时，运行方案为：
一号四通换向阀(1)的a端和b端连通，c端和d端连通；二号四通换向阀(6)的a端和c端连通，b端和d端连通；一号电磁阀(4)开启；二号三通阀(10)的a端和b端连通；二号电磁阀(12)开启；四号电磁阀(16)开启；三号电磁阀(13)关闭；
热泵制冷循环：制冷剂通过一号换热器(8)吸收换热介质的热量，然后经过二号四通换向阀(6)进入压缩机(7)，然后经过一号电磁阀(4)进入一号风冷换热器(3)散热，降温后的制冷剂经过一号四通换向阀(1)进入膨胀阀(2)继续降温降压，最后再流回一号换热器(8)进入下一个循环；
动力电池系统降温循环：换热介质从储液罐(9)流出，然后进入一号换热器(8)被冷却，然后一部分换热介质经过四号电磁阀(16)进入电机系统(23)，给电机系统降温后流回至储液罐(9)；另一部分换热介质用于车内空气降温，此时打开三号电磁阀(13)和一号泵(14)，一部分换热介质经二号风冷换热器(15)升温后流回至储液罐(9)，另一部分换热介质经过二号电磁阀(12)和三号泵(21)进入动力电池系统(22)，吸收动力电池系统的热量后流回至储液罐(9)。
8.根据权利要求7所述的适用于电动汽车的双热源热泵系统的运行方法，其特征在于：还包括PVT蒸发器散热系统运行，其运行方法包括：
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于关闭状态；此时打开二号通风口(25)、三号通风口(30)、二号风冷换热器(15)和风扇(29)；车外的空气经过二号风冷换热器(15)进入车内，然后依次经过二号通风口(25)、风道(27)和风扇(29)，最终从三号通风口(30)排出车外；
汽车处于太阳辐照下，环境温度较高，车内空调处于运行状态；此时打开一号通风口(24)、三号通风口(30)和风扇(29)；车外的空气依次经过一号通风口(24)、风道(27)和风扇(29)，最终从三号通风口(30)排出车外，给PVT蒸发器(26)降温；如果汽车处于驾驶状态，且车内空调开启，此时关闭所有通风口，直接依靠汽车驾驶所带来的空气流动给PVT蒸发器(26)降温。
CN202110454551.5A 2021-04-26 2021-04-26 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法 Active CN113103841B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110454551.5A CN113103841B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110454551.5A CN113103841B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113103841A CN113103841A (zh) 2021-07-13
CN113103841B true CN113103841B (zh) 2022-03-29

Family

ID=76720288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110454551.5A Active CN113103841B (zh) 2021-04-26 2021-04-26 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113103841B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113942425A (zh) * 2021-11-23 2022-01-18 应雪汽车科技(常熟)有限公司 一种电动汽车耦合热管理系统及其工作方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102635980A (zh) * 2012-05-07 2012-08-15 上海理工大学 太阳能光伏热泵系统
CN209870025U (zh) * 2019-05-22 2019-12-31 青岛开源热力设计研究院有限公司 一种光伏多功能热泵系统
CN110966801A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 华南理工大学 一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法
CN111623540A (zh) * 2020-05-20 2020-09-04 浙江浙能技术研究院有限公司 一种适用于建筑的多热源间接式pvt热泵系统及其运行方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019024061A1 (zh) * 2017-08-03 2019-02-07 大连理工大学 一种可利用太阳辐射和天空冷辐射实现昼夜分时热电冷供应的 pvt 热泵系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102635980A (zh) * 2012-05-07 2012-08-15 上海理工大学 太阳能光伏热泵系统
CN209870025U (zh) * 2019-05-22 2019-12-31 青岛开源热力设计研究院有限公司 一种光伏多功能热泵系统
CN110966801A (zh) * 2019-12-24 2020-04-07 华南理工大学 一种蓄热型直膨式光伏-太阳能热泵电热联供系统与方法
CN111623540A (zh) * 2020-05-20 2020-09-04 浙江浙能技术研究院有限公司 一种适用于建筑的多热源间接式pvt热泵系统及其运行方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113103841A (zh) 2021-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111422103B (zh) 一种具有废热利用的热泵集成式燃料电池汽车热管理系统
CN110525169A (zh) 纯电动汽车用集成乘员舱热泵空调及三电热管理系统
CN110356195A (zh) 一种电动车热管理系统及方法
CN204885359U (zh) 一种电池组温度调节系统
CN106985632A (zh) 一种多联式多功能的热泵型电动空调系统及其工作方法
CN110077286A (zh) 一种燃料电池汽车热管理系统
CN110588279A (zh) 带余热利用的新能源汽车整车热管理系统
CN108375149A (zh) 一种太阳能光伏空调墙
CN113071288B (zh) 一种太阳能车载辅助空调系统
CN210568969U (zh) 一种双源热泵系统
CN110254175A (zh) 一种新能源汽车用余热回收式热泵热管理装置
CN112339614A (zh) 一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理方法
CN113103841B (zh) 一种适用于电动汽车的双热源热泵系统及其运行方法
CN113054280B (zh) 一种余热利用tec冷却的电动车热管理系统及控制方法
CN201124749Y (zh) 一种汽车空调和冷却系统
CN114440474B (zh) 一种基于pvt组件的冷热电联供系统及运行方法
CN210257911U (zh) 基于相变储热的电动汽车空调系统
CN208042405U (zh) 一种太阳能光伏空调墙
CN207790310U (zh) 车辆及其热管理系统
CN112665004A (zh) 一种太阳能供热系统的供热控制方法及专用装置
CN2570707Y (zh) 太阳能半导体空调器
CN210267801U (zh) 一种实用型热泵设备
CN208343897U (zh) 以太阳能为能源的半导体制冷加热汽车车窗恒温系统
CN208134007U (zh) 车辆热管理系统及车辆
CN112277566A (zh) 一种基于太阳能半导体制冷技术的汽车空调系统及温度调控方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant