CN115303004A - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的热泵系统，包括：第一冷却装置，包括连接到第一冷却剂管线的第一散热器和第一水泵，以使冷却剂在第一冷却剂管线中循环，用以冷却设置在第一冷却剂管线中的至少一个电气部件和至少一个电动机；第二冷却装置；设置在电池冷却剂管线中的电池模块；控制器，电连接到第一冷却装置和第二冷却装置、电池模块和空调装置，以根据车辆模式选择性地控制第一冷却装置和第二冷却装置、电池模块或空调装置；以及热交换器，其中，穿过热交换器的制冷剂，分别通过与从第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中任一者供应的冷却剂或者通过第一冷却剂管线和第二冷却剂管线供应的冷却剂相互热交换，而根据车辆模式选择性地被冷凝或蒸发。

Description

用于车辆的热泵系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的车辆热泵系统，更具体涉及以下这种用于车辆的热泵系统，其通过使用制冷剂和冷却剂进行热交换的单个制冷器来对电池模块加热或冷却，并通过使用来自电动机、电气部件和电池模块的废热来提高供暖效率。

背景技术

通常，用于车辆的空调装置包括使冷却剂或制冷剂循环以对车辆内部进行供暖或制冷的空调系统。

这种空调装置能够通过将车辆的室内温度保持在适当的温度而不受室外温度变化的影响来保持清新的室内环境，其被配置成在通过使驱动压缩机排出的制冷剂穿过冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀和蒸发器再次循环到压缩机的过程中，通过蒸发器的热交换来对车辆内部进行供暖或制冷。

即在空调装置中，在夏季制冷模式下，由压缩机压缩的高温高压气态制冷剂通过冷凝器冷凝，然后通过贮液干燥器和膨胀阀在蒸发器中蒸发以降低室内温度和湿度。

近来，随着对能源效率和环境污染的关注日益增加，需要开发一种配置为基本取代具有内燃机的车辆的环保车辆，环保车辆通常分为以燃料电池或电力为动力源的电动车辆和以发动机和电池为动力的混合动力车辆。

在环保车辆中的电动车辆和混合动力车辆中，与一般车辆的空调装置不同，其不使用单独的加热器，并且应用到环保车辆的空调装置通常称为热泵系统。

在使用燃料电池的电动车辆的情况下，氧和氢的化学反应能转化为电能以产生驱动力，在这个过程中，燃料电池中的化学反应会产生热能，因此需要有效去除产生的热量以确保燃料电池的性能。

即使在混合动力车辆中，驱动力也是通过使用从燃料电池或电池提供的电力驱动电动机以及使用普通燃料驱动的发动机来产生的，因此，只有有效地去除燃料电池或电池和电动机产生的热量，才能确保电动机的性能。

因此，在现有技术的混合动力车辆或电动车辆中，电池冷却系统、冷却装置和热泵系统可配置为具有各自独立的回路，以防止电动机、电气部件和包含燃料电池在内的电池产生热量。

因此，布置在车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增大，并且用于向发动机室内的热泵系统、冷却装置和电池冷却系统供应制冷剂或冷却剂的连接管线的布置变得复杂。

此外，由于根据车辆状态单独设置用于加热或冷却电池的电池冷却系统，使得电池能够在最佳状态下运行，施加多个阀来连接各个连接管线，因而噪声和振动被传递到车辆内部，从而导致乘坐舒适性较差。

在本发明背景技术部分中公开的信息仅用于加强对本发明整体背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的热泵系统，该热泵系统被配置为通过使用制冷剂和冷却剂在其中进行热交换的单个制冷器来加热或冷却电池模块，从而简化系统。

本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的热泵系统，包括：第一冷却装置，包括连接到第一冷却剂管线的第一散热器和第一水泵，以使冷却剂在第一冷却剂管线中循环，用以冷却设置在第一冷却剂管线中的至少一个电气部件和至少一个电动机；第二冷却装置，包括连接到第二冷却剂管线的第二水泵，以使冷却剂在第二冷却剂管线中循环；设置在电池冷却剂管线中的电池模块，电池冷却剂管线通过第一阀选择性地连接到第二冷却剂管线；控制器，电连接到第一冷却装置和第二冷却装置、电池模块和空调装置，以根据车辆模式选择性地控制第一冷却装置和第二冷却装置、电池模块或空调装置；以及热交换器，设置在空调装置中并连接到第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中的每一者，使得在第一冷却装置和第二冷却装置中循环的冷却剂能够穿过热交换器，其中，穿过热交换器的制冷剂，分别通过与从第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中任一者供应的冷却剂或者通过第一冷却剂管线和第二冷却剂管线供应的冷却剂相互热交换，而根据车辆模式选择性地被冷凝或蒸发。

当在车辆的制冷模式下对电池模块冷却时，控制器可以以低于第二水泵的操作量的操作量来操作第一水泵。

第一冷却装置和第二冷却装置可感测沿第一冷却剂管线和第二冷却剂管线流动的冷却剂的温度，以分别电连接到用于向控制器输出感测信号的第一温度传感器和第二温度传感器。

在车辆的供暖模式下，控制器被配置为根据从第一温度传感器和第二温度传感器输出的信号来控制第一水泵和第二水泵的操作量。

热交换器包括：第一散热单元，连接至第一冷却剂管线；第二散热单元，连接至第二冷却剂管线；以及分隔壁，在热交换器内分隔第一散热单元和第二散热单元，以防止分别从第一冷却装置和第二冷却装置供应的冷却剂混合，并使制冷剂能够穿过。

穿过热交换器的制冷剂沿着与穿过第一散热单元和第二散热单元的冷却剂的流动方向相反的方向流动。

该热泵系统进一步包括：制冷器，设置在冷却剂穿过的电池冷却剂管线中，并通过制冷剂连接管线连接到空调装置的制冷剂管线，以通过使冷却剂与从空调装置供应的制冷剂进行热交换来调节被选择性引入的冷却剂的温度，空调装置还包括：暖通空调(HVAC)模块，通过制冷剂管线连接到空调装置，并包括门，该门被构造为根据车辆模式中的制冷模式、供暖模式、以及供暖/除湿模式，控制穿过蒸发器的外部空气选择性地引入内部冷凝器；压缩机，通过制冷剂管线连接在蒸发器和内部冷凝器之间；第一膨胀阀，设置在制冷剂管线中以连接热交换器和蒸发器；第二膨胀阀，设置在制冷剂连接管线中；第一旁通管线，被构造为在热交换器和第一膨胀阀之间连接制冷剂管线和压缩机，使得穿过热交换器的制冷剂被选择性地引入压缩机；第三膨胀阀，设置在内部冷凝器和热交换器之间的制冷剂管线中；以及第二旁通管线，被构造成连接热交换器和第三膨胀阀之间的制冷剂管线与第一膨胀阀和蒸发器之间的制冷剂管线，使得已穿过内部冷凝器的制冷剂被选择性地引入蒸发器。

在热交换器和蒸发器之间的制冷剂管线中设置有副冷凝器，并且当热交换器冷凝制冷剂时，副冷凝器通过与外部空气的热交换进一步冷凝在热交换器中被冷凝的制冷剂。

热交换器安装有贮液干燥器，贮液干燥器将已完成热交换的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，并选择性地排出气态制冷剂和液态制冷剂。

贮液干燥器安装在热交换器中，以通过第一旁通管线将气态制冷剂供应到压缩机，并将液态制冷剂供应到副冷凝器。

第二膨胀阀在电池模块被制冷剂冷却时工作，并且使通过制冷剂连接管线流入的制冷剂膨胀并将制冷剂引入冷却器。

在车辆的供暖除湿模式下，第三膨胀阀选择性地使流入热交换器和第二旁通管线的制冷剂膨胀。

第一阀被构造为选择性地连接第二冷却剂管线和电池冷却剂管线。

在第一冷却装置中设置有第一分支管线，第一分支管线通过设置在第一散热器和第一水泵之间的第一冷却剂管线中的第二阀连接到第一散热器和第一水泵之间的第一冷却剂管线，并且在电池冷却装置中，可以设置将第二冷却剂管线和电池冷却剂管线分开的第二分支管线，使得电池冷却剂管线选择性地形成独立于第二冷却装置的闭合回路。

第三分支管线设置在第二冷却剂管线中，以根据第一阀的选择性操作选择性地分开电池冷却剂管线和第二冷却剂管线。

第一旁通管线的第一端部通过设置在制冷剂管线中的第三阀连接到制冷剂管线，并且第一旁通管线的第二端部连接到蒸发器和压缩机之间的制冷剂管线。

第四阀设置在第二旁通管线中。

贮液干燥器可通过第三阀的操作选择性地打开的第一旁通管线将气态制冷剂供应到储液器，并且将液态制冷剂供应到通过第三阀的操作而选择性地打开的制冷剂管线。

储液器可设置在压缩机和蒸发器之间的制冷剂管线中。

第二膨胀阀和第三膨胀阀可以是电子膨胀阀，其在控制制冷剂的流量的同时选择性地使制冷剂膨胀。

至少一个电气部件包括：第一逆变器和第二逆变器，分别对应于车辆的前轮和后轮，并设置在第一冷却剂管线中；以及充电器，设置在第一冷却剂管线中，其中，至少一个电动机包括第一电动机和第二电动机，其分别对应于车辆的前轮和后轮，并设置在第一冷却剂管线中。

如上所述，根据本发明的各种示例性实施例的热泵系统，在电动车辆中可以根据车辆模式，通过使用冷却剂和制冷剂在其中进行热交换的单个制冷器来对电池模块加热或冷却，从而有利于简化系统。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，由于可以根据车辆的模式有效地对电池模块加热或冷却，可以使电池模块以最佳性能运行，并且可以通过对电池模块的有效管理来增加车辆的总里程。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，在车辆的供暖模式下，可以通过选择性地使用外部热源、电动机、电气部件和电池模块的废热来提高供暖效率。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可通过使用从第一和第二冷却装置供应的各冷却剂，通过冷凝或蒸发制冷剂的热交换器，来提高制冷剂的冷凝或蒸发性能，从而提高冷却性能并降低压缩机的功率消耗。

此外，可以有效地回收电气部件和电池模块的废热，并且可以通过根据由温度传感器检测的冷却剂的温度来控制每个水泵的操作量，防止制冷剂的流量下降，进一步提高供暖性能。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以简化整个系统，以降低制造成本和重量，并提高空间利用率。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点从结合在本文中的附图和以下具体实施方式中将会显而易见或在其中得以更详细地阐明，附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

图1示出了根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统的框图；

图2示出了根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统中温度传感器和电连接到控制单元的水泵之间的连接关系；

图3示出了应用于根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统的热交换器的示意图。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种特征的有所简化的表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的多幅图中，附图标记表示本发明的相同或等效的部件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下予以说明。虽然将结合本发明的示例性实施例说明本发明，但是应当理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖本发明的这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替代形式、修改、等同物和其他实施例。

在下文中，将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例。

由于说明书中描述的示例性实施例和附图中所示的配置仅仅是本发明的最优选的实施例和配置，而不代表本发明的所有技术思想，并且应当理解，在提交本申请时，可以替代实施例的各种等同和修改示例是可能的。

为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，并且贯穿说明书的相同或相似的组成元件由相同的附图标记表示。

由于附图中所示的每个配置的尺寸和厚度是为了便于描述而任意示出的，因此本发明不一定限于附图中所示的配置，而是放大了厚度以清楚地示出多个部分和区域。

此外，在整个说明书中，除非明确地作出相反的描述，否则词语“包括”以及诸如“包括”或“包含”的变型将被理解为暗示包括所陈述的元件而不是排除任何其他元件。

此外，说明书中描述的诸如“…单元”、“…装置”、“…部”和“…构件”等术语，是指具有至少一个功能或操作的综合配置的单元。

图1示出了根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统的框图。

根据本发明的示例性实施例，热泵系统可以通过使用用于在制冷剂和冷却剂之间进行热交换的单个制冷器70来调节电池模块30的温度，并且可以通过使用电气部件15、电动机16和电池模块30的废热来提高供暖效率。

在此，热泵系统包括用于冷却电动车辆中的电气部件15和电动机16的第一冷却装置10、用于冷却电池模块30的第二冷却装置20以及用于对车辆内部制冷或供暖的空调装置50，它们可以是彼此互锁的。

参照图1，热泵系统包括第一和第二冷却装置10和20、电池模块30、制冷器70和控制器100。

首先，第一冷却装置10包括连接到第一冷却剂管线11的第一散热器12和第一水泵14。

第一冷却装置10通过第一水泵14的操作使冷却剂在第一冷却剂管线11中循环，以冷却至少一个电气部件15和至少一个电动机16。

散热器12布置在车辆的前部，制冷风扇13布置在散热器12的后侧，以通过制冷风扇13的操作以及与外部空气的热交换来冷却冷却剂。

在此，电气部件15可以包括电力控制装置、逆变器或车载充电器(OBC)17。电力控制装置或逆变器在驱动时会发热，充电器17在对电池模块30充电时会发热。

此外，逆变器可以包括设置在第一冷却剂管线11中对应于车辆的前轮和后轮的第一和第二逆变器15a和15b。

此外，电动机16可包括设置在第一冷却剂管线11中对应于车辆的前轮和后轮的第一电动机16a和第二电动机16b。

以此方式配置的电气部件15和电动机16可以串联设置在第一冷却剂管线11中。

同时，第一储液罐19设置在第一散热器12和第一水泵14之间的第一冷却剂管线11中。由第一散热器12冷却的冷却剂可以存储在第一储液罐19中。

以此方式配置的第一冷却装置10通过第一水泵14的操作，使从第一散热器12冷却的冷却剂沿第一冷却剂管线11循环，以冷却电气部件15和电动机16，以防止它们过热。

在本发明的各种示例性实施例中，第二冷却装置20包括连接到第二冷却剂管线21的第二散热器22和第二水泵26，并使冷却剂在第二冷却剂管线21中循环。

第二冷却装置20可以选择性地向电池模块30供应由第二散热器22冷却的冷却剂

第二散热器22位于第一散热器12的前方，以通过制冷风扇13的操作和与外部空气的热交换来冷却冷却剂。

此外，第二储液罐27设置在第二散热器22和第二水泵26之间的第二冷却剂管线21中。由第二散热器22冷却的冷却剂可以储存在第二储液箱27中。

以此方式配置的第二冷却装置20可以通过第二水泵26的操作，使由第二散热器22冷却的冷却剂沿第二冷却剂管线21循环。

同时，在本发明的各种示例性实施例中，以将第二散热器22设置在第二冷却装置20中为例进行说明，但本发明不限于此，第二冷却装置20可以连接第一散热器12而不是第二散热器22。

即，当第二冷却装置20中没有第二散热器22时，第二冷却剂管线21可以连接到第一散热器12，以便从第一散热器12供应冷却剂。

在本发明的各种示例性实施例中，电池模块30设置在电池冷却剂管线31中，该电池冷却剂管线31可通过第一阀V1选择性地连接到第二冷却剂管线21。

在此，第一阀V1可以在第二散热器22和电池模块30之间选择性地连接第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31。

更详细地，第一阀V1在置于电池冷却剂管线31中的制冷器70和第二散热器22之间，选择性地连接第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31。

在此，电池模块30向电气部件15和电动机16供电，并且形成为水冷型，通过沿电池冷却剂管线31流动的冷却剂进行冷却。

即，根据第一阀V1的操作，电池模块30可通过电池冷却剂管线31选择性地连接到第二冷却装置20。此外，冷却剂可以通过设置在电池冷却剂管线31中的第三水泵33的操作在电池模块30内部循环。

第三水泵33工作以通过电池冷却剂管线31使冷却剂循环。

在此，第一、第二和第三水泵14、26和33可以是电动水泵。

同时，第一冷却装置10还可以包括分支管线18，通过设置在第一散热器12和第一水泵14之间的第一冷却剂管线11中的第二阀V2连接到第一散热器12和第一水泵14之间的冷却剂管线11。

第二阀V2设置在电气部件15、电动机16和第一散热器12之间的第一冷却剂管线11中。

第一分支管线18的第一端部通过第二阀V2连接到第一冷却剂管线11。第一分支管线18的另一端部可连接到位于第一散热器12和第一水泵14之间的第一储液罐19。

当冷却剂的温度通过吸收从电气部件15和电动机16产生的废热而升高时，通过第二阀V2的操作选择性地打开第一分支管线18。

在当前情况下，连接到第一散热器12的第一冷却剂管线11通过第二阀V2的操作而关闭。

在本发明的各种示例性实施例中，制冷器70设置在电池冷却剂管线31中以使冷却剂在其中通过，并且通过制冷剂连接管线72连接到空调装置50的制冷剂管线51。

制冷器70可以通过将选择性地引入其中的冷却剂与从空调装置50供应的冷却剂进行热交换来控制冷却剂的温度。在此，制冷器70可以是冷却剂流入其中的水冷式热交换器。

同时，冷却剂加热器35可以设置在电池模块30和第三水泵33之间的电池冷却剂管线31中。

当需要升高电池模块30的温度时，开启冷却剂加热器35以加热在电池冷却剂管线31中循环的冷却剂，使得温度已升高的冷却剂被供应到电池模块30。

该冷却剂加热器35可以是依靠电源工作的电加热器。

此外，电池冷却剂管线31可以包括第二分支管线80，其通过第一阀V1连接位于制冷器70和电池模块30之间的每个电池冷却剂管线31。

即，第二分支管线80根据第一阀V1的操作选择性地将第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31彼此分开，使得电池冷却剂管线31形成独立于第二冷却装置20的闭合回路。

将电池冷却剂管线31和第二冷却剂管线21分开的第三分支管线90设置在第二冷却剂管线21中。

第三分支管线90可以选择性地连接到第二冷却剂管线21，使得第二冷却装置20通过第二冷却剂管线21形成独立的闭合回路。

同时，可以在第三分支管线90与第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31相交的点处或在第三分支管线90上设置单独的阀。这个阀可以是三通阀或二通阀。

因此，第一阀V1选择性地连接冷却剂管线21和电池冷却剂管线35或选择性地连接电池冷却剂管线31和第一分支管线80以控制冷却剂的流动。

即，当通过使用在第二散热器22中冷却的冷却剂来冷却电池模块30时，第一阀V1可以将连接到第二散热器22的冷却剂管线21与电池冷却剂管线31连接，并且可以关闭第一分支管线80。

因此，由第二散热器22冷却的冷却剂可以在沿通过第一阀V1的操作而连接的第二制冷剂管线21和电池冷却管线31流动的同时对电池模块30进行冷却。

此外，当通过使用与制冷剂热交换的冷却剂来对电池模块30进行冷却时，第一阀V1可打开第二分支管线80，并关闭第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31之间的连接。

因此，已经与制冷器70中的制冷剂完成热交换的低温冷却剂可以通过由第一阀V1打开的第二分支管线80流入电池模块30，从而有效地对电池模块30进行冷却。

当电池模块30的温度升高时，通过第一阀V1的操作防止沿电池冷却剂管线31循环的冷却剂流入第二散热器22，因此，通过促使利用冷却剂加热器35的操作而被加热的冷却剂流入电池模块30，从而快速升高电池模块30的温度。

同时，根据本发明的示例性实施例，已经描述了在第三分支管线90中未配置阀，但是本发明不限于此，也可以根据需要应用阀来选择性地打开第三分支管线90。

即，可以通过控制利用第二冷却剂管线21、电池冷却剂管线31、第二分支管线80以及第二和第三水泵26和33的操作而循环的冷却剂的流动来控制第三支管线90打开或关闭，其中第二冷却剂管线21可根据车辆的每种模式(供暖、制冷或除湿)而选择性地连接。

在此，控制器100可以电连接到第一和第二冷却装置10和20、电池模块30、制冷器70和空调装置50，以根据车辆模式选择性地控制第一和第二冷却装置10和20、电池模块30、制冷器70或空调装置50。

在此，第一冷却装置10和第二冷却装置20可检测沿第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21流动的冷却剂的温度，以分别电连接到向控制器100输出检测信号的第一温度传感器110和第二温度传感器120。

即，第一温度传感器110可以感测在第一冷却剂管线11中循环的冷却剂的温度以向控制器100输出感测信号，并且第二温度传感器120可以感测在第二冷却剂管线21中循环的冷却剂的温度以向控制器100输出感测信号。

将参考图1和图2更详细地描述这种控制器100。

图2示出根据本发明的各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统中，温度传感器和电连接到控制单元的水泵之间的连接关系。

参照图1和图2，控制器100可以根据从第一和第二温度传感器110和120输出的检测信号，检查在第一和第二冷却装置10和20中循环的各冷却剂的温度。

此外，控制器100分别电连接到设置在第一和第二冷却装置10和20中的第一水泵14和第二水泵26。因此，控制器100可以控制第一和第二水泵14和26的操作。

即，当在车辆的制冷模式下对电池模块30进行冷却时，控制器100可以以比第二水泵26更低的操作量来操作第一水泵14，以提高电池模块30的冷却性能。

因此，供应到电池模块30的冷却剂的流量可以增加，并且流量已经增加的冷却剂可以通过与主热交换器54中的制冷剂进行热交换而被冷却到低温，从而供应到电池模块30。

因此，当沿第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31穿过主热交换器54的冷却剂的流量增加时，与在主热交换器54中在第一冷却装置10中循环的冷却剂相比，随着与制冷剂的热交换量的增加，温度变得更低。

因此，由于在第二冷却装置20中循环的冷却剂，在以被冷却到比在第一冷却装置10中循环的冷却剂更低的温度的状态下供应到电池模块30，因而可以更有效地对电池模块30进行冷却。

同时，在车辆的供暖模式下，控制器100可以根据从第一和第二温度传感器110和120输出的信号来控制第一水泵14和第二水泵26的操作量。

例如，当通过从第一和第二温度传感器110和120输出的感测信号确定第一冷却装置10的冷却剂的温度高于第二冷却装置20的冷却剂的温度时，控制器100可以控制第一水泵14的操作量以使其高于第二水泵26的操作量。

因此，具有高温的第一冷却装置10的冷却剂的流量增加，并且具有相对低温的第二冷却装置20的冷却剂的流量降低。

另一方面，当通过从第一和第二温度传感器110和120输出的感测信号确定第一冷却装置10的冷却剂的温度低于第二冷却装置20的冷却剂的温度时，控制器100可以控制第一水泵14的操作量以使其低于第二水泵26的操作量。

因此，具有高温的第一冷却装置10的冷却剂的流量降低，而具有相对低温的第二冷却装置20的冷却剂的流量增加。

在当前状态下，主热交换器54通过制冷剂和各冷却剂之间的热交换，更有效地从各冷却剂中回收废热。

即，控制器100可以控制第一和第二水泵14和26的操作量，使得高温冷却剂的流量大于低温冷却剂的流量，从而以有利的方式从各冷却剂回收废热并将其用于车辆供暖。

同时，在本发明的各种示例性实施例中，空调装置50包括通过制冷剂管线51连接的暖通空调(HVAC)模块52、主热交换器54、贮液干燥器55、第一膨胀阀57、蒸发器58和压缩机59。

首先，HVAC模块52包括通过制冷剂管线51连接的开闭门52c，用于根据制冷模式、供暖模式和供暖除湿模式控制穿过蒸发器58的外部空气选择性地流入内部冷凝器52a和内部加热器52b。

即，在车辆的供暖模式下，开闭门52c打开使得通过蒸发器58的外部空气流入内部冷凝器52a和内部加热器52b。相反，在车辆的制冷模式下，开闭门52c关闭内部冷凝器52a和内部加热器52b，使得在穿过蒸发器58时被冷却的外部空气直接流入车辆中。

主热交换器54可以连接到制冷剂管线51以使得制冷剂能够穿过，并且可以分别连接到第一和第二冷却剂管线11和21，使得在第一和第二冷却装置10和20中循环的冷却剂能够从中穿过。

基于车辆模式，主热交换器54可以通过与经由第一和第二冷却剂管线11和21供应的冷却剂进行热交换来冷凝或蒸发制冷剂。

即，基于车辆的制冷模式或供暖模式，穿过主热交换器54的制冷剂可以通过与从第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21中任一者供应的冷却剂或者通过第一和第二制冷剂管线11和21供应的冷却剂的相互热交换而被选择性地冷凝或蒸发。

主热交换器54可以是冷却剂流入的水冷式热交换器。

参照图3更详细地描述主热交换器54。

图3示出根据本发明的各种示例性实施例的应用到车辆的热泵系统的主热交换器的示意图。

参照图3，主热交换器54可包括第一散热单元54a、第二散热单元54b和分隔壁54c。

首先，第一散热单元54a连接到第一冷却剂管线11。因此，第一散热单元54a可以与从压缩机59供应的制冷剂与从第一冷却装置10供应的冷却剂进行热交换。

第二散热单元54b连接到第二冷却剂管线21。因此，第二散热单元54b可以利用从第二冷却装置20供应的冷却剂与已经穿过第一散热单元54a的冷却剂进行热交换。

分隔壁54c可以在主热交换器54内部分隔第一散热单元54a和第二散热单元54b，以防止分别从第一冷却装置10和第二冷却装置20供应的冷却剂混合。

分隔壁54c可以使制冷剂从中穿过，使得制冷剂从第二散热单元54b流到第一散热单元54a。

在此，穿过主热交换器54的制冷剂可以在与通过第一散热单元54a和第二散热单元54b的冷却剂的流动方向相反的方向上流动。

即，参照图3，制冷剂从第二散热单元54b的下部移动到上部。此后，制冷剂从第二散热单元54b的上部通过分隔壁54c移动到第一散热单元54a，并从第一散热单元54a的上部移动到下部。

在这种情况下，从第一冷却装置10供应的冷却剂从第一散热单元54a的下部流向上部，以沿与制冷剂的方向相反的方向流动。

从第二冷却装置20供应的冷却剂从第二散热单元54b的上部流到下部，以与制冷剂相反的方向流动。

以此方式配置的主热交换器54可以在第一散热单元54a或第二散热单元54b中，将从压缩机59通过内部冷凝器52a供应的制冷剂与从第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21中任一者供应的冷却剂或者分别通过第一和第二冷却剂管线11和21供应的冷却剂进行热交换。

通过该操作，主热交换器54可以增加制冷剂的冷凝或蒸发量。

在此，如上所述，控制器100可以控制第一和第二水泵14和26的操作量，这有利于主热交换器54中的废热回收。

在本发明的各种示例性实施例中，贮液干燥器55可以将已经在主热交换器54中完成热交换的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂并且选择性地排出。贮液干燥器55可以一体地安装到主热交换器54。

同时，可以在主热交换器54和蒸发器58之间的制冷剂管线51中设置副冷凝器56，用于进一步冷凝已穿过主热交换器54的制冷剂。

副冷凝器56位于第二散热器22的前方，以使在其中流动的制冷剂与外部空气之间进行热交换。

因此，当主热交换器54冷凝制冷剂时，副冷凝器56可以通过进一步冷凝在主热交换器54中被冷凝的制冷剂来增加制冷剂的过冷度，提高性能系数(COP)，该系数是相对于压缩机所需功率的冷却能力的系数。

在本发明的各种示例性实施例中，第一膨胀阀57设置在连接副冷凝器56和蒸发器58的制冷剂管线51中。第一膨胀阀57接收穿过副冷凝器56的制冷剂以使其膨胀。第一膨胀阀57可以是机械膨胀阀。

压缩机59通过制冷剂管线51连接在蒸发器58和内部冷凝器54之间。该压缩机59可压缩气态制冷剂并将压缩后的制冷剂供应到内部冷凝器52a。

以此方式配置的空调装置50还可以包括第二膨胀阀74、第一旁通管线62、第三膨胀阀66和第二旁通管线64。

首先，第二膨胀阀74设置在副冷凝器66和制冷器70之间的制冷剂连接管线72中。

在此，当在车辆的制冷模式下利用制冷剂冷却电池模块30时，第二膨胀阀74工作。第二膨胀阀72可使通过制冷剂连接管线72引入的制冷剂膨胀以将其引入制冷器70中。

第二膨胀阀74可以在制冷剂的温度因制冷剂膨胀而降低的状态下将从副冷凝器56排出的经冷凝的制冷剂引入制冷器70，以进一步降低穿过制冷器内部的冷却剂的温度。

因此，在穿过制冷器70时温度降低的冷却剂被引入电池模块30中，以更有效地进行冷却。

在本发明的各种示例性实施例中，第一旁通管线62可以在主热交换器54和第一膨胀阀57之间连接制冷剂管线51和压缩机59，使得已经穿过贮液干燥器55的气态制冷剂被选择性地引入压缩机59中。

在此，第一旁通管线62的第一端部通过设置在制冷剂管线51中的第三阀V3连接到制冷剂管线51。

第一旁通管线62的第二端部可连接到蒸发器58和压缩机59之间的制冷剂管线51。

第三阀V3可根据车辆模式选择性地打开第一旁通管线62。

因此，在车辆的供暖模式下，通过第三阀V3的操作打开的第一旁通管线62可以将已经穿过贮液干燥器55的气态制冷剂供应到压缩机59。

此外，贮液干燥器55可以通过制冷剂管线51将液态制冷剂供应到副冷凝器56，制冷剂管线51通过第三阀V3的操作而打开。

即，贮液干燥器55可以通过第一旁通管线62将气态制冷剂供应到储液器53，第一旁通管线62通过第三阀V3的操作而选择性地打开。

此外，贮液干燥器55可以将液态制冷剂供应到制冷剂管线51，该制冷剂管线51通过第三阀V3的操作而被选择性地打开。

在此，储液器53可以位于压缩机59和蒸发器58之间的制冷剂管线51中。

储液器53通过根据车辆模式运行的第三阀V3的操作，选择性地接收从贮液干燥器55排出的制冷剂。

即，储液器53通过仅向第一压缩机59供应气态制冷剂来提高第一压缩机59的效率和耐用性。

在本发明的各种示例性实施例中，第三膨胀阀66可以设置在内部冷凝器52a和主热交换器54之间的制冷剂管线51中。

在车辆的供暖除湿模式中，第三膨胀阀66可以选择性地使流入主热交换器54和第二旁通管线64的制冷剂膨胀。

在此，当第三膨胀阀66使制冷剂膨胀时，主热交换器54可通过与冷却剂的热交换而使制冷剂蒸发，而当第三膨胀阀66不使制冷剂膨胀时，主热交换器54可通过与冷却剂的热交换来冷凝制冷剂。

此外，第二旁通管线64可以将主热交换器54和第三膨胀阀66之间的制冷剂管线51，与第一膨胀阀57和蒸发器58之间的制冷剂管线51连接起来，使得已经穿过内部冷凝器52a的一部分制冷剂被选择性地引入蒸发器58。

在此，可以在第二旁通管线64中设置第四阀V4。第四阀V4可以在车辆模式中的除湿模式中选择性地打开第二旁通管线64。

因此，在车辆的供暖除湿模式下，可以在不操作第一膨胀阀57的情况下执行室内除湿，以使第二旁通管线64能够将通过第三膨胀阀66的操作而膨胀的一部分制冷剂引入蒸发器58中。

在如上所述配置的热泵系统中，第二膨胀阀74和第三膨胀阀66可以是电子膨胀阀，其在控制制冷剂流动的同时选择性地使制冷剂膨胀。

此外，第一、第二和第三阀V1、V2和V3可以是被配置成分配流量的三通阀，第四阀V4可以是二通阀。

因此，如上所述，当应用根据本发明的各种示例性实施例的车辆热泵系统时，电池模块30可以根据车辆模式通过使用冷却剂和制冷剂在电动车辆中进行热交换的单个制冷器70来供暖或制冷，从而有利于系统的简化。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，通过根据车辆模式而有效地使电池模块30升温和冷却，使得电池模块30能够以最佳性能运行，并且可以通过电池模块30的有效管理来增加车辆的总里程。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，在车辆的供暖模式下，可以通过选择性地利用外部热源，以及电气部件15、电动机16和电池模块30的废热来提高供暖效率。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以通过利用从第一和第二冷却装置10和20供应的各冷却剂冷凝或蒸发制冷剂的主热交换器54，来提高制冷剂的冷凝或蒸发性能，从而提高冷却性能并降低压缩机59的功率消耗。

此外，控制器100对第一和第二水泵14和26的操作量，可以根据由第一和第二温度传感器110和120检测的在第一和第二冷却装置10和20中循环的冷却剂的温度来控制，有效地回收电气部件15和电池模块30的废热，并且通过防止制冷剂流量的降低来进一步提高供暖性能。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以简化整个系统以降低制造成本和重量，并提高空间利用率。

此外，与控制装置相关的术语，诸如“控制器”、“控制单元”、“控制装置”或“控制模块”等，是指包括存储器和处理器的硬件装置，其被配置为执行被解释为算法结构的一个或多个步骤。存储器存储算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施例的方法的一个或多个过程。根据本发明示例性实施例的控制装置可以通过非易失性存储器和处理器来实现，该非易失性存储器被配置为存储用于控制车辆的各种部件的操作的算法或关于用于执行算法的软件命令的数据，以及处理器被配置为执行操作以上面使用存储在存储器中的数据进行了描述。存储器和处理器可以是单独的芯片。可选地，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实现为一个或多个处理器。处理器可包括各种逻辑电路和运算电路，可根据存储器提供的程序处理数据，并可根据处理结果产生控制信号

控制装置可以是由预定程序操作的至少一个微处理器，该预定程序可以包括用于执行包括在本发明的上述各种示例性实施例中的方法的一系列命令

上述发明还可以体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储随后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储设备。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(HDD)、固态磁盘(SSD)、硅磁盘驱动器(SDD)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储设备等以及载波形式的实施(例如，通过互联网传输)。

在本发明的各种示例性实施例中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置构成由或集成的单个控制装置构成。

在本发明的各个示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式来实现，或者可以以硬件和软件的组合来实现。

为了在所附权利要求中方便说明和准确定义，使用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后方”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”和“向后”等，参照示例性实施例的特征在附图中所示的位置来描述这些特征。将进一步理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。

为了说明和描述的目的，已经给出了本发明的特定示例性实施例的前述说明。该说明并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的确切形式，并且鉴于上述教导，显然多种修改和变形是可能的。选择和说明示例性实施例是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和变型。旨在由所附权利要求及其等效形式来限定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于车辆的热泵系统，所述热泵系统包括：

第一冷却装置，包括连接到第一冷却剂管线的第一散热器和第一水泵，以使冷却剂在所述第一冷却剂管线中循环，用以冷却设置在所述第一冷却剂管线中的至少一个电气部件和至少一个电动机；

第二冷却装置，包括连接到第二冷却剂管线的第二水泵，以使冷却剂在所述第二冷却剂管线中循环；

设置在电池冷却剂管线中的电池模块，所述电池冷却剂管线通过第一阀选择性地连接到所述第二冷却剂管线；

控制器，电连接到所述第一冷却装置和所述第二冷却装置、所述电池模块和空调装置，以根据车辆模式选择性地控制所述第一冷却装置和所述第二冷却装置、所述电池模块或所述空调装置；以及

热交换器，设置在所述空调装置中并连接到所述第一冷却剂管线和所述第二冷却剂管线中的每一者，使得在所述第一冷却装置和所述第二冷却装置中循环的冷却剂能够穿过所述热交换器，

其中，穿过所述热交换器的制冷剂，分别通过与从所述第一冷却剂管线和所述第二冷却剂管线中任一者供应的冷却剂或者通过所述第一冷却剂管线和所述第二冷却剂管线供应的冷却剂相互热交换，而根据车辆模式选择性地被冷凝或蒸发。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，

其中，所述车辆模式包括制冷模式，并且

其中，当在所述车辆的制冷模式下对所述电池模块冷却时，所述控制器被配置为以低于所述第二水泵的操作量的操作量来操作所述第一水泵。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述第一冷却装置和所述第二冷却装置被配置为感测沿所述第一冷却剂管线和所述第二冷却剂管线流动的冷却剂的温度，以分别电连接到用于向所述控制器输出感测信号的第一温度传感器和第二温度传感器。

4.根据权利要求3所述的热泵系统，

其中，所述车辆模式包括供暖模式，并且

其中，在所述车辆的供暖模式下，所述控制器被配置为根据从所述第一温度传感器和所述第二温度传感器输出的信号来控制所述第一水泵和所述第二水泵的操作量。

5.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述热交换器包括：

第一散热单元，连接至所述第一冷却剂管线；

第二散热单元，连接至所述第二冷却剂管线；以及

分隔壁，在所述热交换器内分隔所述第一散热单元和所述第二散热单元，以防止分别从所述第一冷却装置和所述第二冷却装置供应的冷却剂混合，并使制冷剂能够穿过。

6.根据权利要求5所述的热泵系统，其中，穿过所述热交换器的制冷剂沿着与穿过所述第一散热单元和所述第二散热单元的冷却剂的流动方向相反的方向流动。

7.根据权利要求1所述的热泵系统，进一步包括：

制冷器，设置在冷却剂穿过的所述电池冷却剂管线中，并通过制冷剂连接管线连接到所述空调装置的制冷剂管线，以通过使冷却剂与从所述空调装置供应的制冷剂进行热交换来调节被选择性引入的冷却剂的温度，

其中，所述空调装置包括：

暖通空调(HVAC)模块，通过所述制冷剂管线连接到所述空调装置，并包括门，所述门被构造为根据所述车辆模式中的制冷模式、供暖模式、以及供暖除湿模式，控制穿过蒸发器的外部空气选择性地引入内部冷凝器；

压缩机，通过所述制冷剂管线连接在所述蒸发器和所述内部冷凝器之间；

第一膨胀阀，设置在所述制冷剂管线中以连接所述热交换器和所述蒸发器；

第二膨胀阀，设置在所述制冷剂连接管线中；

第一旁通管线，被构造为在所述热交换器和所述第一膨胀阀之间连接所述制冷剂管线和所述压缩机，使得穿过所述热交换器的制冷剂被选择性地引入所述压缩机；

第三膨胀阀，设置在所述内部冷凝器和所述热交换器之间的制冷剂管线中；以及

第二旁通管线，被构造成连接所述热交换器和所述第三膨胀阀之间的制冷剂管线与所述第一膨胀阀和所述蒸发器之间的制冷剂管线，使得已穿过所述内部冷凝器的制冷剂被选择性地引入所述蒸发器。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，

其中，在所述热交换器和所述蒸发器之间的制冷剂管线中设置有副冷凝器，并且

其中，当所述热交换器冷凝制冷剂时，所述副冷凝器通过与外部空气的热交换进一步冷凝在所述热交换器中被冷凝的制冷剂。

9.根据权利要求7所述的热泵系统，其中，所述热交换器安装有贮液干燥器，所述贮液干燥器将已完成热交换的制冷剂分离成气态制冷剂和液态制冷剂，并选择性地排出所述气态制冷剂和所述液态制冷剂。

10.根据权利要求9所述的热泵系统，其中，所述贮液干燥器安装在所述热交换器中，以通过所述第一旁通管线将所述气态制冷剂供应到所述压缩机，并将所述液态制冷剂供应到所述副冷凝器。

11.根据权利要求7所述的热泵系统，其中，所述第二膨胀阀在所述电池模块被制冷剂冷却时工作，并且使通过所述制冷剂连接管线流入的制冷剂膨胀并将所述制冷剂引入所述冷却器。

12.根据权利要求7所述的热泵系统，其中，在所述车辆的供暖除湿模式下，所述第三膨胀阀选择性地使流入所述热交换器和所述第二旁通管线的制冷剂膨胀。

13.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述第一阀被构造为选择性地连接所述第二冷却剂管线和所述电池冷却剂管线。

14.根据权利要求1所述的热泵系统，进一步包括第一分支管线、第二阀和第二分支管线，

其中，所述第一分支管线设置在所述第一冷却装置中，所述第一分支管线通过设置在所述第一散热器和所述第一水泵之间的第一冷却剂管线中的第二阀连接到所述第一散热器和所述第一水泵之间的第一冷却剂管线，并且

将所述第二冷却剂管线和所述电池冷却剂管线选择性地分开的所述第二分支管线设置在电池冷却装置中，使得所述电池冷却剂管线通过所述第一阀选择性地形成独立于所述第二冷却装置的闭合回路。

15.根据权利要求1所述的热泵系统，进一步包括第三分支管线，

其中，所述第三分支管线设置在所述第二冷却剂管线中，以根据所述第一阀的选择性操作选择性地分开所述电池冷却剂管线和所述第二冷却剂管线。

16.根据权利要求7所述的热泵系统，进一步包括第三阀，

其中，所述第一旁通管线的第一端部通过设置在所述制冷剂管线中的所述第三阀连接到所述制冷剂管线，并且

其中，所述第一旁通管线的第二端部连接到所述蒸发器和所述压缩机之间的制冷剂管线。

17.根据权利要求9所述的热泵系统，进一步包括设置在所述第二旁通管线中的第四阀。

18.根据权利要求16所述的热泵系统，其中，所述贮液干燥器通过选择性地打开的所述第一旁通管线将所述气态制冷剂供应到储液器，其中所述第一旁通管线通过所述第三阀的操作而选择性地打开，并且

将所述液态制冷剂供应到通过所述第三阀的操作而选择性地打开的所述制冷剂管线。

19.根据权利要求7所述的热泵系统，其中，所述第二膨胀阀和所述第三膨胀阀是电子膨胀阀，其在控制制冷剂的流量的同时选择性地使制冷剂膨胀。

20.根据权利要求1所述的热泵系统，其中，所述至少一个电气部件包括：

第一逆变器和第二逆变器，分别对应于所述车辆的前轮和后轮，并设置在所述第一冷却剂管线中；以及

充电器，设置在所述第一冷却剂管线中，

其中，所述至少一个电动机包括第一电动机和第二电动机，其分别对应于所述车辆的前轮和后轮，并设置在所述第一冷却剂管线中。

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