CN115476643A - 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，能够通过使用单个冷却器加热或冷却电池模块，其中制冷剂和冷却剂交换热，简化系统，包括：第一和第二冷却装置；以及电池模块，其中设置在空气调节装置中的主热交换器连接到第一和第二冷却剂管线中的每个，以使在第一和第二冷却装置中循环的冷却剂能够从中通过，并且根据车辆模式，通过主热交换器的制冷剂通过与从第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中的一个供应的冷却剂，或与分别通过第一和第二冷却剂管线供应的冷却剂相互热交换而选择性地冷凝或蒸发。

Description

用于车辆的热泵系统

相关申请的交叉参考

本申请要求于2021年5月31日提交的韩国专利申请No.10-2021-0070375的优先权，其全部内容以引用方式并入本文用于所有目的。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的车辆热泵系统，更具体地，涉及一种用于车辆的热泵系统，其通过使用制冷剂和冷却剂交换热的单个冷却器来加热或冷却电池模块，并通过使用来自电机、电器部件和电池模块的废热来改善加热效率。

背景技术

通常，车辆的空气调节装置包括用于循环冷却剂或制冷剂以加热或冷却车辆内部的空气调节系统。

这种空气调节装置可以通过将车辆的室内温度维持在适当的温度而不受室外温度变化的影响，从而保持新鲜的室内条件，该空气调节装置被配置成在驱动压缩机排出的制冷剂通过冷凝器、接收器干燥器、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加热或冷却车辆内部。

即，在制冷模式下，在空气调节装置中，经过压缩机压缩的高温高压气态制冷剂经冷凝器冷凝，然后经接收器干燥器和膨胀阀通过蒸发器蒸发来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逐渐增加，需要开发一种配置成实质上替代具有内燃发动机的车辆的环境友好型车辆，并且环境友好型车辆通常分为通常使用燃料电池或电力作为动力源驱动的电动车辆和使用发动机和电池驱动的混合动力车辆。

在环境友好型车辆的电动车辆和混合动力车辆中，与普通车辆的空气调节器不同，不使用单独的加热器，并且应用于环境友好型车辆的空气调节器通常称为热泵系统。

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产生驱动力，在该过程中，通过燃料电池中的化学反应产生热能，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，驱动力也是通过利用从燃料电池或电池提供的电力驱动电机与用普通燃料致动的发动机一起来产生的，因此，电机的性能只有通过有效地去除燃料电池或电池和电机产生的热，才能确保电机的热稳定性。

因此，在相关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被配置成具有各自独立的电路以防止电机、电气部件以及包括燃料电池的电池产生热。

因此，设置在车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增加，并且使用于将制冷剂或冷却剂供应到发动机舱内的热泵系统、冷却装置和电池冷却系统的连接管的布局变得复杂。

此外，由于用于加热或冷却电池的电池冷却系统是根据车辆的状态单独设置的，使得电池可在最佳状态下操作，应用了多个阀用于连接相应连接管，这样，噪声和振动被传递到车辆内部，导致乘坐舒适性变差。

本发明背景中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，不得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，该系统被配置成通过使用制冷剂和冷却剂交换热的单个冷却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了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，以在第一冷却剂管线中循环冷却剂以冷却安装在第一冷却剂管线上的至少一个电气部件和至少一个电机；第二冷却装置，包括连接到第二冷却剂管线的第二水泵，以在第二冷却剂管线中循环冷却剂；以及设置在电池冷却剂管线中的电池模块，电池冷却剂管线可通过第一阀选择性地连接到第二冷却剂管线，其中设置在空气调节装置中的主热交换器连接到第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中的每个，以使在第一冷却装置和第二冷却装置中循环的冷却剂能够通过，并且其中通过主热交换器的制冷剂根据车辆模式通过与从第一冷却剂管线和第二冷却剂管线中的一个供应的冷却剂，或分别与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选择性地冷凝或蒸发。

主热交换器可包括：第一散热单元，连接到第一冷却剂管线；第二散热单元，连接到第二冷却剂管线；以及分隔壁，在主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施加的冷却剂混合，并允许制冷剂通过。

通过主热交换器的制冷剂可在与通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上流动。

还可以包括冷却器，该冷却器设置在冷却剂通过的电池冷却剂管线中，并通过连接到空气调节装置的制冷剂管线的制冷剂连接管线连接到空气调节装置的制冷剂管线，以通过将选择性引入的冷却剂与从空气调节装置供应的制冷剂进行热交换来调节选择性引入的冷却剂的温度。空气调节装置还可包括：加热、通风和空气调节(HVAC)模块，连接到制冷剂管线并包括门、蒸发器和内部冷凝器，其中门被配置成控制通过蒸发器的外部空气以根据车辆模式选择性地引入内部冷凝器，其中车辆模式包括车辆的冷却模式、加热模式以及加热/除湿模式；压缩机，配置成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主热交换器和蒸发器；第二膨胀阀，设置在制冷剂连接管线中；第一旁通管线，在主热交换器和第一膨胀阀之间连接制冷剂管线和压缩机，以允许通过主热交换器的制冷剂选择性地引入压缩机；第三膨胀阀，设置在内部冷凝器和主热交换器之间的制冷剂管线中；以及第二旁通管线，将主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连接，以允许已经通过内部冷凝器的制冷剂被选择性地引入蒸发器。

副冷凝器可设置在主热交换器和蒸发器之间的制冷剂管线中。

当主热交换器冷凝制冷剂时，副冷凝器可通过与外部空气的热交换进一步冷凝在主热交换器中冷凝的制冷剂。

主热交换器可安装有接收器干燥器，该接收器干燥器将已经完成热交换的制冷剂分离成气态制冷剂和液体制冷剂并且选择性地排放。

接收器干燥器可安装在主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，并且可将液体制冷剂供应到副冷凝器。

当电池模块被制冷剂冷却时，可操作第二膨胀阀，并且使通过制冷剂连接管线流入其中的制冷剂膨胀并将膨胀的制冷剂引入到冷却器。

在车辆的加热和除湿模式中，第三膨胀阀可选择性地膨胀流入主热交换器和第二旁通管线的制冷剂。

第一阀可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，可设置有第一分支管线，其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。

在电池冷却装置中，可设置有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形成选择性地独立于第二冷却装置的闭合回路。

在第二冷却剂管线中，可设置有第三分支管线，用于根据第一阀的选择性操作选择性地分离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。

第四阀可设置在第二旁通管线中。

接收器干燥器可通过第一旁通管线将气态制冷剂供应到收集器，第一旁通管线通过第三阀的操作选择性地打开，并且可将液体制冷剂供应到通过第三阀的操作选择性地打开的制冷剂管线。

收集器可定位在压缩机和蒸发器之间的制冷剂管线中。

第二和第三膨胀阀均可为电子膨胀阀，其在控制制冷剂的流动的同时选择性地膨胀制冷剂。

至少一个电气部件可包括：分别配置成对应于车辆的前轮和后轮并设置在第一冷却剂管线中的第一逆变器和第二逆变器；以及设置在第一冷却剂管线中的充电器，并且至少一个电机可包括分别被配置成对应于车辆的前轮和后轮并且设置在第一冷却剂管线中的第一电机和第二电机。

如上所述，根据本发明的各种示例性实施例的热泵系统，电池模块可根据车辆模式通过使用其中冷却剂和制冷剂在电动车辆中进行热交换的单个冷却器来进行加热或冷却，有利于系统的简化。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，由于可根据车辆的模式有效地加热和冷却电池模块，所以可以以最佳性能操作电池模块，并且可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，可以通过在车辆的加热模式下选择性地使用外部热源、电机、电气部件和电池模块的废热来改善加热效率。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，制冷剂的冷凝或蒸发性能可通过主热交换器增加，主热交换器通过使用从第一冷却装置和第二冷却装置供应的相应冷却剂来冷凝或蒸发制冷剂，从而改善冷却性能并降低压缩机的功率消耗。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可简化整个系统以降低制造成本和重量，并改善空间利用率。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将从并入本文的附图和以下具体实施方式中变得明显或更详细地阐述，附图和具体实施方式一起用于解释某些本发明的原理。

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主热交换器的示意图。

可以理解的是，附图不一定按比例绘制，其呈现了说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所包括的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特别预期的应用和使用环境确定。

在附图中，在附图的若干幅图中，附图标记指代与本发明相同或等效的部分。

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下面描述。尽管将结合本发明的示例性实施例来描述本发明，但是应当理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施例，而且还涵盖各种另选方案、修改、等同物和其它实施例，它们可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

以下将参考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实施例和配置，它们并不代表本发明的所有技术思想，应当理解在提交本申请时，可替代实施例的各种等效物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。

由于附图中所示各配置的尺寸和厚度是为了便于描述而任意示出的，因此本发明并不一定限于附图所示的配置，并且为了清楚地示出若干部分和区域，示出了放大后的厚度。

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(comprise)”和诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型将被理解为暗示包括所述要素但不排除任何其它要素。

此外，说明书中描述的诸如“……单元”、“……装置”、“……部分”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，热泵系统可通过使用单个冷却器70在制冷剂和冷却剂之间进行热交换来调节电池模块30的温度，并且可通过使用电气部件15、电机16和电池模块30的废热来改善加热效率。

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，以及用于冷却或加热内部的空气调节装置50，它们可彼此相互联锁(interlock)。

参考图1，热泵系统包括第一冷却装置10和第二冷却装置20、电池模块30和冷却器70。

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。

该第一冷却装置10通过第一水泵14的操作使第一冷却剂管线11中的冷却剂循环以冷却至少一个电气部件15和至少一个电机16。

散热器12设置在车辆的前部，冷却风扇13设置在散热器12的后面，使得冷却剂通过冷却风扇13的操作和与外部空气的热交换被冷却。

这里，电气部件15可包括电力控制装置、逆变器或车载充电器(OBC)17。电力控制装置或逆变器在行驶时可能发热，并且充电器17在给电池模块30充电时可能发热。

此外，逆变器可包括设置在第一冷却剂管线11中以对应于车辆的前轮和后轮的第一逆变器15a和第二逆变器15b。

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

以本方式配置的电气部件15和电机16可串联定位在第一冷却剂管线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冷却的冷却剂可储存在第一储液罐19中。

以本方式配置的第一冷却装置10通过第一水泵14的操作沿着第一冷却剂管线11循环从第一散热器12冷却的冷却剂，以冷却电气部件15和电机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，并且使第二冷却剂管线21中的冷却剂循环。

该第二冷却装置20可选择性地将由第二散热器22冷却的冷却剂供应到电池模块30。

第二散热器22位于第一散热器12的前部以通过冷却风扇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冷却的冷却剂可储存在第二储液罐27中。

以本方式配置的第二冷却装置20可通过第二水泵26的操作使由第二散热器22冷却的冷却剂沿着第二冷却剂管线21循环。

同时，在本发明的各个示例性实施例中，作为本发明的各个示例性实施例，描述了第二散热器22设置在第二冷却装置20中，但本发明不限于此，并且第二冷却装置20可连接到第一散热器12而不是第二散热器22。

也就是说，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可连接到第一散热器12，使得从第一散热器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Vl选择性地连接到第二冷却剂管线21。

这里，第一阀V1可选择性地连接第二散热器22和电池模块30之间的第二冷却剂管线21和电池冷却剂管线31。

更详细地，第一阀Vl在设置在电池冷却剂管线31中的冷却器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。

这里，电池模块30向电气部件15和电机16供电，并且形成为水冷型，其利用沿电池冷却剂管线31流动的冷却剂进行冷却。

即，电池模块30可根据第一阀Vl的操作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。

操作第三水泵33以使冷却剂循环通过电池冷却剂管线31。

这里，第一、第二和第三水泵14、26和33可为电动水泵。

同时，第一冷却装置10还可包括分支管线18，该分支管线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的第二端部可在第一散热器12和第一水泵14之间连接到第一储液罐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，冷却器70设置在电池冷却剂管线31中以便冷却剂在其中通过，并且通过制冷剂连接管线72连接到空气调节装置50的制冷剂管线51。

冷却器70可通过将选择性地引入其中的冷却剂与从空气调节装置50供应的冷却剂进行热交换来控制冷却剂的温度。这里，冷却器70可为水冷式热交换器，冷却剂流入其中。

同时，冷却剂加热器35可设置在电池模块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，打开冷却剂加热器35以加热在电池冷却剂管线31中循环的冷却剂，使得温度升高的冷却剂可供应到电池模块30。

该冷却剂加热器35可为依赖电源操作的电加热器。

此外，电池冷却剂管线31可包括第二分支管线80，其通过第一阀Vl连接冷却器70和电池模块30之间的每个电池冷却剂管线31。

也就是说，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。此种阀可为三通阀或二通阀。

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31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。

也就是说，当通过使用在第二散热器21中冷却的冷却剂来冷却电池模块30时，第一阀Vl可将连接到第二散热器21的冷却剂管线21与电池冷却剂管线31连接，并且可关闭第一分支管线80。

因此，由第二散热器22冷却的冷却剂可在沿着第二冷却剂管线11和通过第一阀V1的操作连接的电池冷却管线31流动的同时冷却电池模块30。

此外，当通过使用与制冷剂热交换的冷却剂来冷却电池模块30时，第一阀Vl可打开第二分支管线80，并且可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，已经与冷却器70中的制冷剂完成热交换的低温冷却剂可通过由第一阀Vl打开的第二分支管线80流入电池模块30，有效地冷却电池模块30。

当电池模块30的温度升高时，通过第一阀Vl的操作防止沿着电池冷却剂管线31循环的冷却剂流入第二散热器22，因此通过促进通过冷却剂加热器35的操作而加热的冷却剂流入电池模块30，可以快速升高电池模块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中没有配置阀，但是本发明不限于此，并且可根据需要应用阀以选择性地打开第三分支管线90。

即，可通过控制通过第二冷却剂管线21、电池冷却剂管线31、第二分支管线80以及第二水泵26和第三水泵33的操作而循环的冷却剂的流动来控制第三分支管线90打开或关闭，第二冷却剂管线21可根据车辆的每种模式(加热、冷却或除湿)选择性地连接。

同时，在本发明的各种示例性实施例中，空气调节装置50包括加热、通风和空气调节(HVAC)模块52、主热交换器54、接收器干燥器55、第一膨胀阀57、蒸发器58和压缩机59，它们通过制冷剂管线51连接。

首先，HVAC模块52包括通过制冷剂管线51连接的开闭门52c，用于根据冷却模式、加热模式和加热除湿模式控制通过蒸发器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，在车辆的加热模式中，打开开闭门52c以允许通过蒸发器58的外部空气被引入内部冷凝器52a和内部加热器52b。相反，在车辆的冷却模式中，开闭门52c关闭内部冷凝器52a和内部加热器52b，使得在通过蒸发器58时被冷却的外部空气直接流入车辆。

主热交换器54可连接到制冷剂管线51以使得制冷剂能够通过，并且可分别连接到第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21，以使得在第一冷却剂装置10和第二冷却剂装置20中循环的冷却剂从中通过。

主热交换器54可根据车辆模式通过与通过第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21供应的冷却剂进行热交换来冷凝或蒸发制冷剂。

即，取决于车辆的冷却模式或加热模式，通过主热交换器54的制冷剂可通过与从第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21中的任一个供应的冷却剂或通过第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21供应的冷却剂的相互热交换而选择性地冷凝或蒸发。

主热交换器54可为冷却剂流入的水冷式热交换器。

在以本方式配置的主热交换器54中，循环通过第一冷却装置10和第二冷却装置20的具有不同温度的各个冷却剂流动，并且在瞬间，制冷剂可与具有不同的温度的每个冷却剂进行热交换。

将参考图2更详细地描述主热交换器54。

图2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主热交换器的示意图。

参考图2，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可与从压缩机59供应的制冷剂和从第一冷却装置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可与已经通过第一散热单元54a的冷却剂和与从第二冷却装置20供应的冷却剂进行热交换。

分隔壁54c可在主热交换器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可使制冷剂从中通过，使得制冷剂从第二散热单元54b流到第一散热单元54a。

这里，通过主热交换器54的制冷剂可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，参考图2，制冷剂从第二散热单元54b的下部移动到上部。此后，制冷剂穿过分隔壁54c从第二散热单元54b的上部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的下部流到上部，以在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，以在与制冷剂的方向相反的方向流动。

以本方式配置的主热交换器54可将从压缩机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中的任一个供应的冷却剂或分别通过第一冷却剂管线11和第二冷却剂管线21供应的冷却剂在第一散热单元54a或第二散热单元54b中进行热交换。

通过本操作，主热交换器54可增加制冷剂的冷凝或蒸发量。

在本发明的各种示例性实施例中，接收器干燥器55可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体制冷剂并且选择性地排放。接收器干燥器55可一体地安装到主热交换器54。

同时，主热交换器54和蒸发器58之间的制冷剂管线51可设置有副冷凝器56，用于额外冷凝已经通过主热交换器54的制冷剂。

副冷凝器56位于第二散热器22的前部以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可通过进一步冷凝在主热交换器54中冷凝的制冷剂来增加制冷剂的过冷度，从而改善性能系数(COP)，其为相对于压缩机所需功率的冷却能力系数。

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接收通过副冷凝器56的制冷剂以使其膨胀。第一膨胀阀57可为机械膨胀阀。

压缩机59通过制冷剂管线51连接到蒸发器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的制冷剂供应到内部冷凝器52a。

以本方式配置的空气调节装置50还可包括第二膨胀阀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和冷却器70之间的制冷剂连接管线72中。

这里，当在车辆的冷却模式下用制冷剂冷却电池模块30时，第二膨胀阀74被操作。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冷却器70。

第二膨胀阀74可将从副冷凝器56排出的冷凝的制冷剂在制冷剂的温度通过制冷剂膨胀而降低的状态下引入冷却器70，以进一步降低通过冷却器70的内部的冷却剂的温度。

结果，具有在通过冷却器70时降低的温度的冷却剂被引入电池模块30，从而被更有效地冷却。

在本发明的各种示例性实施例中，第一旁通管线62可连接主热交换器54和第一膨胀阀57之间的制冷剂管线51和压缩机59，使得已经通过接收器干燥器55的气态制冷剂被选择性地引入到压缩机59中。

这里，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21。

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，在车辆的加热模式下，通过第三阀V3的操作打开的第一旁通管线62可将已经通过接收器干燥器55的气态制冷剂供应到压缩机59。

此外，接收器干燥器55可通过制冷剂管线51将液体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。

也就是说，接收器干燥器55可通过第一旁通管线62将气态制冷剂供应到收集器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，接收器干燥器55可将液体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的操作而选择性地打开。

在此，收集器53可位于压缩机59和蒸发器58之间的制冷剂管线51中。

收集器53通过第三阀V3的操作选择性地接收从接收器干燥器55排放的制冷剂，该第三阀V3根据车辆模式进行操作。

即，收集器53通过仅向第一压缩机59供应气态制冷剂来改善第一压缩机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。

在车辆的加热和除湿模式中，第三膨胀阀66可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。

这里，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使制冷剂蒸发，并且当第三膨胀阀66不膨胀时，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，使得已经通过内部冷凝器52a的制冷剂中的一些被选择性地引入到蒸发器58中。

这里，第四阀V4可设置在第二旁通管线64中。第四阀V4可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，在车辆的加热和除湿模式下，可在不操作第一膨胀阀57的情况下执行室内除湿，以允许第二旁通管线64将通过第三膨胀阀66的操作而膨胀的制冷剂中的一些引入到蒸发器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可为电子膨胀阀，其在控制制冷剂的流动的同时选择性地膨胀制冷剂。

此外，第一、第二和第三阀V1、V2和V3可为配置用于分配流量的三通阀，第四阀V4可为双通阀。

在本发明的示例性实施例中，控制器连接到热泵系统的元件中的至少一个，以控制其操作。

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可根据车辆模式通过使用其中电动车辆中的冷却剂和制冷剂进行热交换的单个冷却器70被加热或冷却，有利于系统的简化。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，通过根据车辆模式有效地增加温度和冷却电池模块30，电池模块30的最佳性能成为可能，并且可通过对电池模块30的有效管理增加车辆的总里程。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可通过选择性地使用外部热源以及在车辆的加热模式下电气部件15、电机16和电池模块30的废热来改善加热效率。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，制冷剂的冷凝或蒸发性能可通过主热交换器54增加，主热交换器54通过使用从第一冷却装置10和第二冷却装置20供应的相应冷却剂来冷凝或蒸发制冷剂，改善冷却性能并降低压缩机59的功耗。

此外，根据本发明的各种示例性实施例，可简化整个系统以降低制造成本和重量，并改善空间利用率。

为便于解释和准确定义所附权利要求，术语“上部”、“下部”、“内”、“外”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前部”、“后部”、“后”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内”、“外”、“向前”、“向后”用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施例的特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定示例性实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然根据上述教导可进行许多修改和变化。选择和描述示例性实施例是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其它技术人员能够制作和利用本发明的各种示例性实施例，以及其各种另选方案和修改。本发明的范围旨在由所附的权利要求及其等同物来定义。

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，以在所述第一冷却剂管线中循环冷却剂以冷却安装在所述第一冷却剂管线上的至少一个电气部件和至少一个电机；

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

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

其中设置在空气调节装置中的主热交换器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个，以使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通过，并且

其中通过所述主热交换器的制冷剂根据车辆模式，通过与从所述第一冷却剂管线和所述第二冷却剂管线中的一个供应的冷却剂，或分别与通过所述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选择性地冷凝或蒸发。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述主热交换器包括：

第一散热单元，连接到所述第一冷却剂管线；

第二散热单元，连接到所述第二冷却剂管线；以及

分隔壁，在所述主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，并允许所述制冷剂通过。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其中通过所述主热交换器的制冷剂在与通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上流动。

4.根据权利要求1所述的热泵系统，

其中冷却器设置在冷却剂通过的所述电池冷却剂管线中，并通过连接到所述空气调节装置的制冷剂管线的制冷剂连接管线连接到所述空气调节装置的制冷剂管线，以通过将选择性引入的冷却剂与从所述空气调节装置供应的制冷剂进行热交换来调节选择性引入的冷却剂的温度，并且

其中所述空气调节装置包括：

加热、通风和空气调节(HVAC)模块，连接到所述制冷剂管线并包括门、蒸发器和内部冷凝器，其中所述门被配置成根据车辆模式，控制通过连接到所述制冷剂管线的所述蒸发器的外部空气，以选择性地引入连接到所述制冷剂管线的所述内部冷凝器，其中所述车辆模式包括所述车辆的冷却模式、加热模式以及加热和除湿模式；

压缩机，安装成连接到所述制冷剂管线并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主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，在所述主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，以允许通过所述主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主热交换器之间的所述制冷剂管线中；以及

第二旁通管线，将所述主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连接，以允许已经通过所述内部冷凝器的制冷剂被选择性地引入所述蒸发器。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其中在所述主热交换器和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线中设置有副冷凝器。

6.根据权利要求5所述的热泵系统，其中所述副冷凝器被配置成当所述主热交换器冷凝制冷剂时，通过与外部空气的热交换进一步冷凝在所述主热交换器中冷凝的制冷剂。

7.根据权利要求4所述的热泵系统，其中所述主热交换器安装有接收器干燥器，所述接收器干燥器将已经完成热交换的制冷剂分离成气态制冷剂和液体制冷剂并且选择性地排出制冷剂。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其中所述接收器干燥器安装在所述主热交换器中以通过连接所述接收器干燥器和所述压缩机的所述第一旁通管线将所述气态制冷剂供应到所述压缩机，并将所述液体制冷剂供应到所述副冷凝器。

9.根据权利要求4所述的热泵系统，其中当所述电池模块被制冷剂冷却时，操作所述第二膨胀阀，并且使通过所述制冷剂连接管线流入其中的制冷剂膨胀并将膨胀后的制冷剂引入到所述冷却器。

10.根据权利要求4所述的热泵系统，其中在车辆的加热和除湿模式中，所述第三膨胀阀选择性地膨胀流入所述主热交换器和所述第二旁通管线的制冷剂。

11.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述第一阀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。

12.根据权利要求1所述的热泵系统，其中在所述第一冷却装置中设置有第一分支管线，其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。

13.根据权利要求1所述的热泵系统，其中在所述电池冷却装置中设置有第二分支管线，其选择性地将所述第二冷却剂管线和所述电池冷却剂管线分开，使得所述电池冷却剂管线通过所述第一阀形成选择性地独立于所述第二冷却装置的闭合回路。

14.根据权利要求1所述的热泵系统，其中在所述第二冷却剂管线中设置有第三分支管线，用于根据所述第一阀的选择性操作选择性地将所述电池冷却剂管线和所述第二冷却剂管线分开。

15.根据权利要求4所述的热泵系统，

其中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所述制冷剂管线。

16.根据权利要求4所述的热泵系统，其中在所述第二旁通管线中设置有第四阀。

17.根据权利要求15所述的热泵系统，其中所述接收器干燥器

通过所述第一旁通管线将气态制冷剂供应到安装在所述制冷剂管线中的收集器，所述第一旁通管线通过所述第三阀的操作而被选择性地打开，并且

将液体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。

18.根据权利要求17所述的热泵系统，其中所述收集器位于所述压缩机和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线中。

19.根据权利要求4所述的热泵系统，其中所述第二膨胀阀和第三膨胀阀均是电子膨胀阀，所述电子膨胀阀在控制制冷剂的流动的同时选择性地膨胀制冷剂。

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：

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

设置在所述第一冷却剂管线中的充电器，

其中所述至少一个电机包括分别对应于车辆的前轮和后轮并设置在所述第一冷却剂管线中的第一电机和第二电机。

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