CN113427966B - 一种电动车空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车热管理结构及控制方法技术领域，具体地指一种电动车空调系统。包括，前排空调单元，用于对乘员舱进行升温或是降温；电池热管理单元，用于对电池进行温度控制；后排空调单元，用于对乘员舱的后排进行升温或是降温；前排空调单元的循环管路上设置有中央换热器；中央换热器分别通过循环管路结构与电池热管理单元和后排空调单元连接，中央换热器上设置有用于收集前排空调单元的冷凝水的收集装置；中央换热器处于收集装置内与收集装置内的冷凝水实现热交换。本发明的空调系统结构简单，可以有效回收前排空调单元制冷时的冷凝水，通过对冷凝水的能量进行回收，提高了整个系统的能量利用效率。

Description

一种电动车空调系统

技术领域

本发明涉及汽车热管理结构及控制方法技术领域，具体地指一种电动车空调系统。

背景技术

对于HEV/EV/PHEV电动车型，5座车型或7座车型(带后空调功能)，电池冷却或后空调制冷都是通过电动压缩机消耗电能实现制冷功能，在高温环境下，为保证乘员舱制冷和电池冷却，一般地压缩机会以最大功率运行，以最大功耗运行，严重影响整车电池续航里程。同时，行驶过程中，为保证乘员舱有效制冷，电池冷却一般效果较差；在充电过程中，为保证电池冷却，乘员舱制冷效果会很差。对于7座带车型，后空调总成需配置膨胀阀、蒸发器和制冷管，空调系统成本较高。低温环境下，乘员舱制热需开启PTC实现，功耗大，严重影响整车续驶里程。

对于七座的电动车型来说，目前的热管理方案如下：

1、电池冷却只能通过电动压缩机运行，通过节流装置和板式中央换热器进行热交换实现冷却；

2、对于七座车型，后空调总成制冷也是通过前空调冷媒比例分流实现制冷功能；

3、对于七座车型，后空调总成需增加膨胀阀、蒸发器和制冷管，成本较高；

4、低温环境下，乘员舱制热需开启PTC实现，功耗大，严重影响整车续驶里程。

现有的七座电动车型的热管理方案存在以下缺陷：

1、在高温环境下，车辆在快充或行驶过程中，为保证乘员舱制冷和电池冷却功能，压缩机以最高功率运行，耗电量较大，影响整车电池续航里程；

2、行驶过程中，为保证乘员舱有效制冷，电池冷却一般效果较差；在充电过程中，为保证电池冷却，乘员舱制冷效果会很差；

3、现有方案，空调系统成本高；

4、低温环境下，乘员舱制热需开启PTC实现，功耗大，严重影响整车续驶里程。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种电动车空调系统。

本发明的技术方案为：一种电动车空调系统，包括，

前排空调单元，用于对乘员舱进行升温或是降温；

电池热管理单元，用于对电池进行温度控制；

后排空调单元，用于对乘员舱的后排进行升温或是降温；

所述前排空调单元的循环管路上设置有中央换热器；所述中央换热器分别通过循环管路结构与电池热管理单元和后排空调单元连接，中央换热器上设置有用于收集前排空调单元的冷凝水的收集装置；所述中央换热器处于收集装置内与收集装置内的冷凝水实现热交换。

进一步的所述收集装置包括容纳中央换热器的开口水箱；所述开口水箱位于前排空调单元中的下方，与前排空调单元的冷凝水排水管连通；所述中央换热器处于开口水箱内，中央换热器的换热翅片浸泡在开口水箱内的冷凝水中。

进一步的所述开口水箱接近上端开口处的侧部设置有出水口。

进一步的所述开口水箱的上端设置有防尘盖。

进一步的所述电池热管理单元包括电池循环管路；所述电池循环管路的进口端和出口端连接中央换热器，中央换热器出口一侧的电池循环管路上设置有电池水泵和三通阀；所述后排空调单元包括后排循环管路；所述后排循环管路的进口端与三通阀的一出口连通，出口端与中央换热器入口一侧的电池循环管路连通。

进一步的所述前排空调单元包括制冷组件；所述制冷组件包括第一制冷循环管路和第二制冷循环管路；所述第一制冷循环管路上依次串联有蒸发器、电动压缩机、室外换热器形成循环管路；所述第二制冷循环管路的进口端与室外换热器与蒸发器之间的第一制冷循环管路连通、出口端与蒸发器与电动压缩机之间的第一制冷循环管路连通。

进一步的所述前排空调单元包括包括制热循环管路；所述制热循环管路上依次串联有暖风芯体、中央换热器、制热水泵和PTC水加热器。

进一步的所述后排空调单元包括后排换热器；所述后排换热器通过后排循环管路与中央换热器串联为循环管路结构。

进一步的所述电池循环管路上设置有第一除气室。

进一步的所述制热循环管路上设置有第二除气室。

本发明的优点有：1、本发明通过设置冷凝水收集装置收集前排空调单元制冷时集聚在空调组件外的冷凝水，通过冷凝水对中央换热器进行降温，回收了这部分现有技术无法回收的能量，提高了能量利用效率，且设置中央换热器，能够通过前排空调单元对电池和后排乘员舱进行制冷制热，结构简单，能量利用率高，有效提高了电动车的续驶里程；

2、本发明的冷凝水收集装置结构极为简单，通过开口水箱能够很好的存放收集冷凝水，且中央换热器浸泡在开口水箱的冷凝水中，换热效率更高，能量的收集利用率更高；

3、本发明在开口水箱接近上端开口处设置有出水口，当开口水箱内的冷凝水集聚太多时，会通过出水口进行排放，这样的设置方法可以确保完成换热的冷凝水可以快速流出，而刚收集的冷凝水会存聚在开口水箱内与中央换热器完成热交换；

4、本发明在开口水箱的上端设置有防尘盖，有两个作用，一是可以将开口水箱布置成密封结构，防止开口水箱内的冷凝水的能量消散，确保大部分能量被中央换热器吸收，二是可以防止外部灰尘进入到开口水箱内侵占开口水箱内部空间，影响冷凝水的收集，且便于开口水箱的安装布置；

5、本发明通过电池循环管路将中央换热器与电池串联为一体，即可以利用中央换热器对电池进行降温或是制热，同时电池产生的热量也可以通过中央换热器进行吸收，利用电池产生的热量对乘员舱进行制热，回收了电池能量，延长了续驶里程；

6、本发明的前排空调单元包括制冷组件，制冷组件除了可以对前排乘员舱进行降温处理外，还能够通过中央换热器对电池和后排空调单元进行降温处理，即利用一组制冷组件实现车辆上所有有制冷需求位置的制冷，结构简单，成本低廉，能量利用率高；

7、本发明的前排空调单元包括制热组件，制热组件除了可以对前排乘员舱进行升温处理外，还能够通过中央换热器对电池和后排空调单元进行升温处理，即利用一组制热组件实现车辆上所有有制热需求位置的升温，结构简单，成本低廉，能量利用率高；

8、本发明通过设置后排换热器与后排风扇实现对乘员舱后排进行升温或是降温，结构简单，操作方便，无需阀门或是其他控制设备即可完成对后排的温度控制，成本低廉；

9、本发明在电池循环管路和制热循环管路上设置除气室，有效去除管路中的气体，维持管路的良好运行，提高管路内运行的安全性和稳定性。

本发明的空调系统结构简单，可以有效回收前排空调单元制冷时的冷凝水，通过对冷凝水的能量进行回收，提高了整个系统的能量利用效率，延长了电动车的续驶里程，简化了整个车辆的空调系统结构，降低了成本，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的空调系统的结构示意图；

图2：本发明的开口水箱的安装结构示意图；

图3：本发明的开口水箱的结构示意图；

图4：本发明的开口水箱与中央换热器的布置结构示意图；

其中：1—电池；2—中央换热器；3—开口水箱；4—排水管；5—出水口；6—防尘盖；7—电池循环管路；8—电池水泵；9—三通阀；10—后排循环管路；11—第一制冷循环管路；12—第二制冷循环管路；13—蒸发器；14—电动压缩机；15—室外换热器；16—后排换热器；17—制热循环管路；18—暖风芯体；19—PTC水加热器；20—第一除气室；21—第二除气室；22—制热水泵。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～4所示，本实施例介绍了一种电动车空调系统，本实施例的空调系统包括前排空调单元、电池热管理单元和后排空调单元，其中前排空调单元是整个电动车空调系统的主要制热和制冷源头，前排空调单元包括用于制冷的制冷组件和用于制热的制热组件。

如图1所示，本实施例的制冷组件包括第一制冷循环管路11和第二制冷循环管路12，第一制冷循环管路11上依次串联有蒸发器13、电动压缩机14、室外换热器15形成循环管路，第二制冷循环管路12的进口端与室外换热器15与蒸发器13之间的第一制冷循环管路11连通、出口端与蒸发器13与电动压缩机14之间的第一制冷循环管路11连通。

运行时，当有制冷需求，电动压缩机14驱动冷却液在第一制冷循环管路11和第二制冷循环管路12中流动，冷却液流过室外换热器15进行能量交换，通过第一制冷循环管路12进入到蒸发器13，降低前排乘员舱的温度，然后冷却液回到电动压缩机14进行一路循环；

从室外换热器15出来的冷却液一路流向蒸发器13，另一路流向中央换热器2，室外换热器15与蒸发器13之间的第一制冷循环管路11上设置有第一膨胀阀和电磁阀，控制一路冷却液的流动，另外室外换热器15与中央换热器2之间的第一制冷循环管路11上设置有第二膨胀阀，控制另一路冷却液的流动；

流向中央换热器2的冷却液经过中央换热器2后完成能量交换，进入到第二制冷循环管路12，回到蒸发器13，完成这一路冷却液的循环，这一路的冷却液循环过程主要是用于将室外换热器15流出的冷却液与中央换热器2进行能量交换，完成对电池和后排乘员舱的制冷需求。

当仅需要对前排乘员舱进行制冷时，关闭第二膨胀阀禁止冷却液流向第二制冷循环管路12即可；当仅需要对后排乘员舱进行制冷时，关闭第一膨胀阀，使冷却液流向第二制冷循环管路12即可；当需要要对前排乘员舱和后排乘员舱进行制冷时，打开第一膨胀阀和第二膨胀阀，使冷却液在第一制冷循环管路11和第二制冷循环管路12内流动即可。

制热组件包括制热循环管路17，制热循环管路17上依次串联有暖风芯体18、中央换热器2、制热水泵22和PTC水加热器19。运行时，如果需要对乘员舱或是电池进行加热，开启PTC水加热器19和制热水泵22，加热液流过暖风芯体18对前排乘员舱进行加热升温，流过中央换热器2完成与中央换热器2的能量交换，对电池和后排进行加热升温。

如图1所示，电池热管理单元包括电池循环管路7，电池循环管路7的进口端和出口端连接中央换热器2，中央换热器2出口一侧的电池循环管路7上设置有电池水泵8和三通阀9。运行时，如果需要对电池进行制冷，则开启制冷组件使冷却液与中央换热器2进行能量交换，中央换热器2又与电池循环管道7内的液体进行热交换，电池循环管道7内的液体经过冷却后，在电池水泵8的驱动下流过电池完成对电池的降温；需要对电池进行升温时，开启制热组件，制热组件加热的加热液流过中央换热器2对中央换热器2进行升温，中央换热器2对电池循环管路7中的液体进行加热，电池循环管路7中的液体在电池水泵8的驱动下流过电池对电池进行升温。

如图1所示，本实施例的后排空调单元包括后排循环管路10，后排循环管路10的进口端与三通阀9的一出口连通，出口端与中央换热器2入口一侧的电池循环管路7连通。后排空调单元没有单独的制冷或是制热设备，后排乘员舱的制冷或是制热是通过中央换热器2来完成的，如果需要对后排乘员舱进行制冷，则开启制冷组件使冷却液与中央换热器2进行能量交换，中央换热器2又与后排循环管路10内的液体进行热交换，后排循环管路10内的液体经过冷却后，在电池水泵8的驱动下流过后排换热器16完成对后排乘员舱的降温；需要对后排乘员舱进行升温时，开启制热组件，制热组件加热的加热液流过中央换热器2对中央换热器2进行升温，中央换热器2对后排循环管路10中的液体进行加热，后排循环管路10中的液体在电池水泵8的驱动下流过后排换热器16对后排乘员舱进行升温。

如果需要同时对电池和后排乘员舱进行温度控制，只需要控制三通阀9即可完成，同时可以根据电池和后排乘员舱的实际温度需求，调节三通阀9的出口比例来进行相应的调整。

实际使用时，电池运行会产生热量，流经电池的液体会吸收这部分热量，通过电池水泵8驱动，这部分加热液在电池循环管路7内流动，这部分加热液流过中央换热器2之后与中央换热器2完成热交换，中央换热器2与前排空调单元的制热组件以及后排空调单元都存在热交换，因此可以利用电池产生的热量完成对前排乘员舱和后排乘员舱的制热需求，还可以根据实际需求单独完成对前排乘员舱的制热或是单独完成对后排乘员舱的制热。

前排空调单元在制冷过程中，空调组件上产生冷凝水，为了利用这部分冷凝水，如图1～4所示，本实施例在空调排水管4的出口端设置有开口水箱3，开口水箱3位于前排空调单元(实际上是位于会产生冷凝水的蒸发器13的下方)的下方，与前排空调单元的冷凝水排水管4连通，中央换热器2处于开口水箱3内，中央换热器3的换热翅片浸泡在开口水箱3内的冷凝水中，开口水箱3接近上端开口处的侧部设置有出水口5，开口水箱3的上端设置有防尘盖6。

制冷过程中，冷凝水会通过排水管4进入到开口水箱3中，中央换热器2浸泡在冷凝水中完成热交换，提高了能量回收的效率。冷凝水集聚到出水口5时，通过出水口5排出，可以设置为，干产生的冷凝水进入到开口水箱3的底部，完成热交换的冷凝水通过出水口5排出。

如图1所示，电池循环管路7上设置有第一除气室20，制热循环管路17上设置有第二除气室21，除气室能够除去管路中流动液体中的气体，确保整个管路的稳定运行。

具体使用情况如下：

实施例1：对于某装载有本发明的空调系统的电动车，当前室外温度为32℃，前排乘员舱温度为35℃，后排乘员舱温度为35℃，电池温度为45℃，电动车在快充时需要对电池进行降温，乘员舱内驾驶员没有选择对乘员舱进行降温，根据上述需求对空调系统进行控制操作，开启制冷组件，关闭第一膨胀阀、打开第二膨胀阀，开启电池水泵8、关闭三通阀9流入后排循环管路的出口一端，制冷组件对第一制冷循环管路11中的冷却液进行制冷，冷却液进入到中央换热器2完成热交换，对电池循环管路7中的液体进行降温，流过电池后对电池进行降温处理，运行35min后，电池的温度降低到28℃，完成对电池的降温处理，停止运转制冷组件和电池水泵8；

实施例2：对于某装载有本发明的空调系统的电动车，当前室外温度为38℃，前排乘员舱温度为34℃，后排乘员舱温度为33℃，电池温度为45℃，需要对电池进行降温，乘员舱内驾驶员选择对乘员舱进行降温，根据上述需求对空调系统进行控制操作，开启制冷组件，打开第一膨胀阀、打开第二膨胀阀，开启电池水泵8、开启三通阀9的两个出口，制冷组件对第一制冷循环管路11中的冷却液进行制冷，冷却液进入到中央换热器2完成热交换，对电池循环管路7和后排循环管道10中的液体进行降温，流过电池后对电池进行降温处理，流过后排换热器对后排进行降温，制冷组件制冷过程中，产生冷凝水，冷凝水进入到开口水箱3内与中央换热器2进行热交换，提高中央换热器2的换热效率，运行28min后，电池的温度降低到28℃，完成对电池的降温处理，前排乘员舱的温度降低到26℃，后排乘员舱的温度降低到27℃，完成乘员舱的降温处理，停止运转制冷组件和电池水泵8，消耗续驶里程0km；

若将排出管4冷凝水引流至地面，禁止冷凝水进入到开口水箱3中，达到上述的温度调节结果，共花费20min，消耗续驶里程35km(实际行驶27km)，由此可见，通过回收冷凝水对中央换热器2进行能量交换，能够有效节约电池电能，延长电池的续驶里程；

实施例3：对于某装载有本发明的空调系统的电动车，当前室外温度为34℃，前排乘员舱温度为40℃，后排乘员舱温度为40℃，电池温度为45℃，需要对电池进行降温，乘员舱内驾驶员需对前排乘员舱进行降温，同时需对后排乘员舱进行降温，根据上述需求对空调系统进行控制操作，开启制冷组件，打开第一膨胀阀、打开第二膨胀阀，进行混合制冷模式，开启电池水泵8、开启三通阀9的两个出口(出口流通的比例根据实际需求进行相应的调整，可以通过标定的方式获得具体的比例)，制冷组件对第一制冷循环管路11中的冷却液进行制冷，冷却液进入到中央换热器2完成热交换，对电池循环管路7和后排循环管道10中的液体进行降温，流过电池后对电池进行降温处理，流过后排换热器对后排进行降温，制冷组件制冷过程中，产生冷凝水，冷凝水进入到开口水箱3内与中央换热器2进行热交换，提高中央换热器2的换热效率，运行22min后，电池的温度降低到28℃，完成对电池的降温处理，乘员舱的温度降低到27℃，完成乘员舱的降温处理，停止运转制冷组件和电池水泵8，消耗续驶里程0km；

若将排出管4冷凝水引流至地面，禁止冷凝水进入到开口水箱3中，达到上述的温度调节结果，共花费35min，消耗续驶里程45km(实际行驶38km)，由此可见，通过回收冷凝水对中央换热器2进行能量交换，能够有效节约电池电能，延长电池的续驶里程；

实施例4：对于某装载有本发明的空调系统的电动车，当前室外温度为-2℃，前排乘员舱温度为5℃，后排乘员舱温度为4℃，电池温度为45℃，乘员舱内驾驶员选择对乘员舱进行升温处理，电池处于正常温度范围内，无需进行温度调控，根据上述需求对空调系统进行控制操作，开启制热组件，开启电池水泵8、开启三通阀9与后排循环管道10的出口、关闭三通阀9与电池循环管道7的出口，制热组件对制热循环管路17中的液体进行加热，加热液进入到中央换热器2完成热交换，对后排循环管道10中的液体进行加热，流过后排换热器16对后排乘员舱进行加热，加热液流入到暖风芯体18后对前排乘员舱进行升温处理，运行18min后，前排乘员舱的温度升高到25℃，后排乘员舱的温度升高到24℃，完成乘员舱的升温处理，停止运转制热组件和电池水泵8；

实施例5：对于某装载有本发明的空调系统的电动车，当前室外温度为-10℃，前排乘员舱温度为0℃，后排乘员舱温度为-3℃，电池温度为45℃，乘员舱内驾驶员选择对乘员舱进行升温处理，电池处于正常温度范围内，无需进行温度调控，根据上述需求对空调系统进行控制操作，无需开启制热组件，开启电池水泵8、开启三通阀9的两个出口，制热组件对制热循环管路17中的液体进行加热，加热液进入到中央换热器2完成热交换，对后排循环管道10和制热循环管路17中的中的液体进行加热，流过后排换热器16对后排乘员舱进行加热，加热液流入到暖风芯体18后对前排乘员舱进行升温处理，运行28min后，前排乘员舱的温度升高到22℃，后排乘员舱的温度升高到21℃，电池温度降低至32℃，完成乘员舱的升温处理，停止运转电池水泵8。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种电动车空调系统，其特征在于：包括，

前排空调单元，用于对乘员舱进行升温或是降温；

电池热管理单元，用于对电池(1)进行温度控制；

后排空调单元，用于对乘员舱的后排进行升温或是降温；

所述前排空调单元的循环管路上设置有中央换热器(2)；所述中央换热器(2)分别通过循环管路结构与电池热管理单元和后排空调单元连接，中央换热器(2)上设置有用于收集前排空调单元的冷凝水的收集装置；所述中央换热器(2)处于收集装置内与收集装置内的冷凝水实现热交换；

所述电池热管理单元包括电池循环管路(7)；所述电池循环管路(7)的进口端和出口端连接中央换热器(2)，中央换热器(2)出口一侧的电池循环管路(7)上设置有电池水泵(8)和三通阀(9)；所述后排空调单元包括后排循环管路(10)；所述后排循环管路(10)的进口端与三通阀(9)的一出口连通，出口端与中央换热器(2)入口一侧的电池循环管路(7)连通；

所述前排空调单元包括制冷组件；所述制冷组件包括第一制冷循环管路(11)和第二制冷循环管路(12)；所述第一制冷循环管路(11)上依次串联有蒸发器(13)、电动压缩机(14)、室外换热器(15)形成循环管路；所述第二制冷循环管路(12)的进口端与室外换热器(15)与蒸发器(13)之间的第一制冷循环管路(11)连通、出口端与蒸发器(13)与电动压缩机(14)之间的第一制冷循环管路(11)连通；

所述前排空调单元包括制热循环管路(17)；所述制热循环管路(17)上依次串联有暖风芯体(18)、中央换热器(2)、制热水泵(22)和PTC水加热器(19)；

所述后排空调单元包括后排换热器(16)；所述后排换热器(16)通过后排循环管路(10)与中央换热器(2)串联为循环管路结构。

2.如权利要求1所述的一种电动车空调系统，其特征在于：所述收集装置包括容纳中央换热器(2)的开口水箱(3)；所述开口水箱(3)位于前排空调单元的下方，与前排空调单元的冷凝水排水管(4)连通；所述中央换热器(2)处于开口水箱(3)内，中央换热器(3)的换热翅片浸泡在开口水箱(3)内的冷凝水中。

3.如权利要求2所述的一种电动车空调系统，其特征在于：所述开口水箱(3)接近上端开口处的侧部设置有出水口(5)。

4.如权利要求2所述的一种电动车空调系统，其特征在于：所述开口水箱(3)的上端设置有防尘盖(6)。

5.如权利要求2所述的一种电动车空调系统，其特征在于：所述电池循环管路(7)上设置有第一除气室(20)。

6.如权利要求1所述的一种电动车空调系统，其特征在于：所述制热循环管路(17)上设置有第二除气室(21)。

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