CN115742685A - 一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统及其控制方法，包括压缩机；压缩机的高温高压冷媒出口连接四通阀的第四接口；四通阀的第二接口与压缩机的冷媒进口连接，第三接口依次通过储液罐、第一电子膨胀阀、闪蒸器连接压缩机中部的冷媒接入口，第一接口依次通过车外侧换热器、第二电子膨胀阀、闪蒸器与储液罐连接；电池侧换热器和车内侧换热器并联后接入第三接口和储液罐之间的管路。本发明目的是实现车内空调舒适制冷/制热、电池组制冷/制热、变频技术等的集成，通过车机控制系统进行空调模式(制冷/制热)、电池组(制冷/制热)。

Description

一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源电动汽车热泵空调技术领域，具体涉及一种特别适用于冬季取暖以及防止冬季激烈驾驶电池过热的新能源电动汽车低温热泵冷热系统及其控制方法。

背景技术

公开号为CN 113928077 A的专利说明书公开了一种电动汽车热泵空调系统，包括：第一车外换热器、第一补气压缩机、第一四通阀、第一车内换热器、补气蒸发器以及温控模块；补气蒸发器与第一车外换热器相连通，第一车外换热器通过第一四通阀与第一补气压缩机相连通，第一补气压缩机与补气蒸发器相连通；补气蒸发器、第一车内换热器、第一四通阀以及第一补气压缩机依次相连通，温控模块与补气蒸发器组成冷却回路。该专利技术提供的电动汽车热泵空调系统，可以实现制冷、制热模式的切换；能够有效回收电池电机等部件产生的余热，提高了系统的制冷能效和在较低环境温度下的制热性能。

公开号为CN 114801891 A的专利说明书公开了一种多功能的电池热管理系统及其工作方法，包括空调系统和电池模块，其中，所述空调系统通过依次连接的总开关和节流阀与电池模块连接；所述空调系统包括储气罐，所述储气罐的连接总开关；所述电池模块包括多个电池支路，每个所述电池支路包括多个依次连接的电池，每个电池连接一个喷嘴；且每个所述电池支路与节流阀之间设置有支路温度感应阀门。该专利技术增添了温度感应阀、储气罐和喷嘴等设备，这套复合功能系统在满足电动汽车所需制冷量或制热量的同时，利用工质本身具有不易燃烧和经过节流阀后温度迅速降低的特性，实现电池的降温效果，并实现极端条件下的阻燃和防爆功能。

随着新能源汽车快速普及，汽车在冬季采暖及电池保温需要消耗大量的电能，续航里程大打折。此外，还要想办法提高冷却夏天高温或激烈驾驶造成电池升温的效率，同时考虑电池受损后易燃易爆带来的危险等因素。

发明内容

针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统及其控制方法，目的是实现车内空调舒适制冷/制热、电池组制冷/制热、变频技术等的集成，通过车机控制系统进行空调模式(制冷/制热)、电池组(制冷/制热)。

具体技术方案如下：

一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统，包括压缩机；

压缩机的高温高压冷媒出口连接四通阀的第四接口；

四通阀的第二接口与压缩机的冷媒进口连接，第三接口依次通过储液罐、第一电子膨胀阀、闪蒸器连接压缩机中部的冷媒接入口，第一接口依次通过车外侧换热器、第二电子膨胀阀、闪蒸器与储液罐连接；

电池侧换热器和车内侧换热器并联后接入第三接口和储液罐之间的管路。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，储液罐与第一电子膨胀阀、闪蒸器之间的管路上设有过滤器。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，第二接口与压缩机的冷媒进口之间的管路上设有气液分离器。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，闪蒸器与压缩机中部的冷媒接入口之间的管路上设有与电驱连接的余热回收装置，管路中的冷媒流经余热回收装置时可吸收电驱产生的热量而升温，促进电驱散热的同时降低压缩机的负荷。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，电池侧换热器与循环泵、多通道分配器和油浸式整体电池组连接构成换热介质循环回路；

所述油浸式整体电池组中，电池组和电池外护壳的间隙内充注有所述换热介质，电池组浸泡在所述换热介质中；

所述电池外护壳上设有多个并联后接入多通道分配器的换热介质循环口，每个换热介质循环口处均设有温度探头和换热介质流量调节阀；所述换热介质流量调节阀可根据对应温度探头检测到的温度进行换热介质流量调节以精准调控相应区域的电池温度。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，所述换热介质循环回路上设有可及时泄压的安全阀。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，所述换热介质循环回路上设有可适应所述换热介质热胀冷缩体积变化的膨胀罐。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，所述换热介质为绝缘的变压器油。

在一优选例中，所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，第一接口和车外侧换热器之间的管路上设有过热回收装置；过热回收装置内设有换热介质管路，所述换热介质管路的一端通过三通阀与电池侧换热器和循环泵之间的管路连接，另一端与电池侧换热器和所述油浸式整体电池组之间的管路连接；过热回收装置与三通阀、循环泵、多通道分配器和油浸式整体电池组连接形成电池过热循环回路；

正常情况下三通阀连通电池侧换热器和循环泵；

冬季电池长时间运行或激烈驾驶导致电池过热时三通阀将过热回收装置和循环泵连通，过热的换热介质经所述电池过热循环回路流经过热回收装置时，加热第一接口和车外侧换热器之间的管路里的冷媒的同时自身降温，从而促进电池散热并减小压缩机负荷提高系统的能效。

本发明还提供了所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统的控制方法，包括：

1)冬季制热模式：

四通阀的第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通；

压缩机、第四接口、第三接口、电池侧换热器、车内侧换热器、储液罐、第一电子膨胀阀、闪蒸器和压缩机中部的冷媒接入口形成第一冷媒循环回路；

压缩机、第四接口、第三接口、电池侧换热器、车内侧换热器、储液罐、闪蒸器、第二电子膨胀阀、车外侧换热器、第一接口、第二接口和压缩机的冷媒进口形成第二冷媒循环回路；

所述第一冷媒循环回路中的冷媒和所述第二冷媒循环回路中的冷媒在闪蒸器内进行热交换，具体过程为：

在所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路中，从压缩机出来的高温高压冷媒在流经电池侧换热器、车内侧换热器时为电池和车内环境供热同时自身降温，管路中的冷媒在经过储液罐后分为两路，所述第一冷媒循环回路中经过第一电子膨胀阀降压后进一步降温的冷媒流经闪蒸器时吸收所述第二冷媒循环回路中冷媒的热量使所述第二冷媒循环回路中的冷媒降温后再经过第二电子膨胀阀降压以获得更低的温度从而可以在流经车外侧换热器时更有效地吸收外界空气中的热量，而所述第一冷媒循环回路中的冷媒在经过闪蒸器加热后通过压缩机中部的冷媒接入口进入压缩机，可降低压缩机负荷；

2)夏季制冷模式：

第一电子膨胀阀和闪蒸器始终关闭；

四通阀的第一接口与第四接口连通，第二接口与第三接口连通；

从压缩机出来的高温高压冷媒在流经车外侧换热器时向外界空气散热降温，接着经过第二电子膨胀阀降压后进一步降温形成低温低压冷媒，然后在流经电池侧换热器、车内侧换热器时进行热交换为电池和车内环境供冷同时自身升温，最后依次进过第三接口、第二接口、冷媒进口回到压缩机，进行下一次循环。

本发明的有益效果有：

本发明采用的热泵机组可克服超低温环境(-30℃)下运行的极限困难，热泵机组为车内空调提供冷热源；开发沉浸式一体电池组件，彻底解决电池加热、冷却、保温、燃爆等问题。整个系统将配备合理的、先进的控制技术，将车内空调舒适冷热管理+电池组冷热管理进行集中有效地控制，通过变频技术，合理调节各区能耗，能极大地降低各部的冷热负荷，大大提高汽车续航里程。

本发明系统增设闪蒸器，一方面对主循环回路(即第二冷媒循环回路)冷媒进行节流前过冷，增大焓差；另一方面，对辅助回路(即第一冷媒循环回路，这路冷媒将由压缩机中部吸入直接参与压缩)中经过第一电子膨胀阀降压后的低压低温冷媒进行适当的预热，以达到合适的中压，提供给压缩机进行二次压缩。它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常压缩，提高压缩机排气量，达到低温环境下提升制热能力，完全能适应我国东北等极寒地区的车载热泵采暖，取代以前的电直接加热，降低能耗，提高续航。

油浸式整体电池组，将特殊的油液(如变压器油等)充注在电池组和电池外护壳的间隙内，将电池组完全浸泡其中，电池组隔热保温，阻氧，让电池处于最佳的工作环境，根据电池组大小在外壳上面合理分布均匀的循环入口，经过多通道分配器连接到电池侧换热器。冷媒直接冷却式电池组会存在因过低的冷媒直接进入电池组内容易凝露形成冷凝水造成短路等问题，与冷媒直接冷却和其他液冷式电池组相比，本发明无需电池组内布设换热导管，大大降低制造费用。同时采用特殊的绝缘油液，不仅可以在冬季对汽车电池进行有效的保温隔热，而且再电池遭遇碰撞破损后能及时灭弧，提高行车安全性能。

附图说明

图1为实施例的新能源电动汽车低温热泵冷热系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

如图1所示，一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统，包括压缩机2；

压缩机2的高温高压冷媒出口连接四通阀1的第四接口D；

四通阀1的第二接口B通过气液分离器3与压缩机2的冷媒进口连接，第三接口C依次通过储液罐14、过滤器18、第一电子膨胀阀7、闪蒸器6连接压缩机2中部的冷媒接入口，第一接口A依次通过过热回收装置20、车外侧换热器8、第二电子膨胀阀17、闪蒸器6、过滤器18与储液罐14连接；

电池侧换热器10和车内侧换热器9并联后接入第三接口C和储液罐14之间的管路。

闪蒸器6与压缩机2中部的冷媒接入口之间的管路上设有与电驱5连接的余热回收装置4，管路中的冷媒流经余热回收装置4时可吸收电驱5产生的热量而升温，促进电驱5散热的同时降低压缩机2的负荷。

电池侧换热器10与电控三通阀19、循环泵11、多通道分配器12和油浸式整体电池组连接构成换热介质循环回路。

所述油浸式整体电池组中，电池组和电池外护壳的间隙内充注有所述换热介质，电池组浸泡在所述换热介质中；

所述电池外护壳上设有多个并联后接入多通道分配器12的换热介质循环口13，每个换热介质循环口13处均设有温度探头和换热介质流量调节阀；所述换热介质流量调节阀可根据对应温度探头检测到的温度进行换热介质流量调节以精准调控相应区域的电池温度。

所述换热介质循环回路上设有可及时泄压的安全阀15和可适应所述换热介质热胀冷缩体积变化的膨胀罐16。

所述换热介质为绝缘的变压器油。

过热回收装置20内设有换热介质管路，所述换热介质管路的一端与三通阀19的剩余一个接口连接，另一端与电池侧换热器10和所述油浸式整体电池组之间的管路连接；过热回收装置20与三通阀19、循环泵11、多通道分配器12和油浸式整体电池组连接形成电池过热循环回路；

正常情况下三通阀19连通电池侧换热器10和循环泵11；

冬季电池长时间运行或激烈驾驶导致电池过热时三通阀19将过热回收装置20和循环泵11连通，过热的换热介质经所述电池过热循环回路流经过热回收装置20时，加热第一接口A和车外侧换热器8之间的管路里的冷媒的同时自身降温，从而促进电池散热并减小压缩机2负荷提高系统的能效。

上述新能源电动汽车低温热泵冷热系统的控制方法，包括：

1)冬季制热模式：

四通阀1的第一接口A与第二接口B连通，第三接口C与第四接口D连通；

压缩机2、第四接口D、第三接口C、电池侧换热器10、车内侧换热器9、储液罐14、过滤器18、第一电子膨胀阀7、闪蒸器6、余热回收装置4和压缩机2中部的冷媒接入口形成第一冷媒循环回路；

压缩机2、第四接口D、第三接口C、电池侧换热器10、车内侧换热器9、储液罐14、过滤器18、闪蒸器6、第二电子膨胀阀17、车外侧换热器8、第一接口A、第二接口B和压缩机2的冷媒进口形成第二冷媒循环回路；

所述第一冷媒循环回路中的冷媒和所述第二冷媒循环回路中的冷媒在闪蒸器6内进行热交换，具体过程为：

在所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路中，从压缩机2出来的高温高压冷媒在流经电池侧换热器10、车内侧换热器9时为电池和车内环境供热同时自身降温，管路中的冷媒在经过储液罐14、过滤器18后分为两路，所述第一冷媒循环回路中经过第一电子膨胀阀7降压后进一步降温的冷媒流经闪蒸器6时吸收所述第二冷媒循环回路中冷媒的热量使所述第二冷媒循环回路中的冷媒降温后再经过第二电子膨胀阀17降压以获得更低的温度从而可以在流经车外侧换热器8时更有效地吸收外界空气中的热量，而所述第一冷媒循环回路中的冷媒在经过闪蒸器6加热后再经过与电驱5连接的余热回收装置4吸收电驱5产生的热量而进一步升温，最后通过压缩机2中部的冷媒接入口进入压缩机2，促进电驱5散热的同时降低压缩机2的负荷；

2)夏季制冷模式：

第一电子膨胀阀7和闪蒸器6始终关闭；

四通阀1的第一接口A与第四接口D连通，第二接口B与第三接口C连通；

从压缩机2出来的高温高压冷媒在流经车外侧换热器8时向外界空气散热降温，接着经过第二电子膨胀阀17降压后进一步降温形成低温低压冷媒，然后在流经电池侧换热器10、车内侧换热器9时进行热交换为电池和车内环境供冷同时自身升温，最后依次进过第三接口C、第二接口B、冷媒进口回到压缩机2，进行下一次循环。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，包括压缩机(2)；

压缩机(2)的高温高压冷媒出口连接四通阀(1)的第四接口(D)；

四通阀(1)的第二接口(B)与压缩机(2)的冷媒进口连接，第三接口(C)依次通过储液罐(14)、第一电子膨胀阀(7)、闪蒸器(6)连接压缩机(2)中部的冷媒接入口，第一接口(A)依次通过车外侧换热器(8)、第二电子膨胀阀(17)、闪蒸器(6)与储液罐(14)连接；

电池侧换热器(10)和车内侧换热器(9)并联后接入第三接口(C)和储液罐(14)之间的管路。

2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，储液罐(14)与第一电子膨胀阀(7)、闪蒸器(6)之间的管路上设有过滤器(18)。

3.根据权利要求1所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，第二接口(B)与压缩机(2)的冷媒进口之间的管路上设有气液分离器(3)。

4.根据权利要求1所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，闪蒸器(6)与压缩机(2)中部的冷媒接入口之间的管路上设有与电驱(5)连接的余热回收装置(4)，管路中的冷媒流经余热回收装置(4)时可吸收电驱(5)产生的热量而升温，促进电驱(5)散热的同时降低压缩机(2)的负荷。

5.根据权利要求1～4任一项所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，电池侧换热器(10)与循环泵(11)、多通道分配器(12)和油浸式整体电池组连接构成换热介质循环回路；

所述油浸式整体电池组中，电池组和电池外护壳的间隙内充注有所述换热介质，电池组浸泡在所述换热介质中；

所述电池外护壳上设有多个并联后接入多通道分配器(12)的换热介质循环口(13)，每个换热介质循环口(13)处均设有温度探头和换热介质流量调节阀；所述换热介质流量调节阀可根据对应温度探头检测到的温度进行换热介质流量调节以精准调控相应区域的电池温度。

6.根据权利要求5所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，所述换热介质循环回路上设有可及时泄压的安全阀(15)。

7.根据权利要求5所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，所述换热介质循环回路上设有可适应所述换热介质热胀冷缩体积变化的膨胀罐(16)。

8.根据权利要求5所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，所述换热介质为绝缘的变压器油。

9.根据权利要求5所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统，其特征在于，第一接口(A)和车外侧换热器(8)之间的管路上设有过热回收装置(20)；过热回收装置(20)内设有换热介质管路，所述换热介质管路的一端通过三通阀(19)与电池侧换热器(10)和循环泵(11)之间的管路连接，另一端与电池侧换热器(10)和所述油浸式整体电池组之间的管路连接；过热回收装置(20)与三通阀(19)、循环泵(11)、多通道分配器(12)和油浸式整体电池组连接形成电池过热循环回路；

正常情况下三通阀(19)连通电池侧换热器(10)和循环泵(11)；

冬季电池长时间运行或激烈驾驶导致电池过热时三通阀(19)将过热回收装置(20)和循环泵(11)连通，过热的换热介质经所述电池过热循环回路流经过热回收装置(20)时，加热第一接口(A)和车外侧换热器(8)之间的管路里的冷媒的同时自身降温，从而促进电池散热并减小压缩机(2)负荷提高系统的能效。

10.根据权利要求1～9任一项所述的新能源电动汽车低温热泵冷热系统的控制方法，其特征在于，包括：

1)冬季制热模式：

四通阀(1)的第一接口(A)与第二接口(B)连通，第三接口(C)与第四接口(D)连通；

压缩机(2)、第四接口(D)、第三接口(C)、电池侧换热器(10)、车内侧换热器(9)、储液罐(14)、第一电子膨胀阀(7)、闪蒸器(6)和压缩机(2)中部的冷媒接入口形成第一冷媒循环回路；

压缩机(2)、第四接口(D)、第三接口(C)、电池侧换热器(10)、车内侧换热器(9)、储液罐(14)、闪蒸器(6)、第二电子膨胀阀(17)、车外侧换热器(8)、第一接口(A)、第二接口(B)和压缩机(2)的冷媒进口形成第二冷媒循环回路；

所述第一冷媒循环回路中的冷媒和所述第二冷媒循环回路中的冷媒在闪蒸器(6)内进行热交换，具体过程为：

在所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路中，从压缩机(2)出来的高温高压冷媒在流经电池侧换热器(10)、车内侧换热器(9)时为电池和车内环境供热同时自身降温，管路中的冷媒在经过储液罐(14)后分为两路，所述第一冷媒循环回路中经过第一电子膨胀阀(7)降压后进一步降温的冷媒流经闪蒸器(6)时吸收所述第二冷媒循环回路中冷媒的热量使所述第二冷媒循环回路中的冷媒降温后再经过第二电子膨胀阀(17)降压以获得更低的温度从而可以在流经车外侧换热器(8)时更有效地吸收外界空气中的热量，而所述第一冷媒循环回路中的冷媒在经过闪蒸器(6)加热后通过压缩机(2)中部的冷媒接入口进入压缩机(2)，可降低压缩机(2)负荷；

2)夏季制冷模式：

第一电子膨胀阀(7)和闪蒸器(6)始终关闭；

四通阀(1)的第一接口(A)与第四接口(D)连通，第二接口(B)与第三接口(C)连通；

从压缩机(2)出来的高温高压冷媒在流经车外侧换热器(8)时向外界空气散热降温，接着经过第二电子膨胀阀(17)降压后进一步降温形成低温低压冷媒，然后在流经电池侧换热器(10)、车内侧换热器(9)时进行热交换为电池和车内环境供冷同时自身升温，最后依次进过第三接口(C)、第二接口(B)、冷媒进口回到压缩机(2)，进行下一次循环。

Images