CN211106836U - 一种电动汽车空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车空调系统及控制系统，其空调系统制冷剂回路连接一蓄热支路，该蓄热支路一端连接在车内热交换器与节流装置之间，另一端连接在节流装置与车外热交换器之间；蓄热支路上串联有蓄热器和流量调节阀；电动汽车装载有动力电池，蓄热器与电动汽车的动力电池具有换热关系；采用上述方案，能够合理利用蓄热支路对空调系统进行化霜，既能提高电动汽车动力电池的工作效率，又能解决电动汽车空调系统冬季化霜效率低的问题，并且在化霜过程制热不停机，车内热交换器出风温度波动小，提高车上乘客的热舒适性体验，达到节能减排的目的。

Description

一种电动汽车空调系统

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，具体涉及一种电动汽车空调系统及其除霜方法、运行方法、控制系统。

背景技术

新能源电动汽车解决了燃油汽车的环保问题和化石燃料依赖问题，但是由于新能源汽车在冬季没有发动机余热可以利用，采用电加热辅助的空调系统又会耗费大量的电能制热，缩短了续航里程；现有技术中，为了能够提高新能源电动汽车的冬季制热效率，通常可采用热泵型空调系统，但是热泵系统在冬季低温高湿的室外环境下制热运行时，车外热交换器容易出现结霜现象，霜层的不断加厚使得车载空调系统制热能力不断衰减，化霜效率低，并且在车载热泵系统除霜运行时，会将制热模式切换成制冷模式，车内停止供暖，大大影响了乘员舒适性。

进一步地，现有新能源电动汽车的动力电池在放电过程中，由于化学反应使得内部产生大量的热，当散热效率低于产热效率时，电池温度迅速升高，而动力电池在 20～40℃温度区间内才能高效工作，因此需要对动力电池进行热管理。

基于上述电动汽车空调中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种电动汽车空调系统及其除霜方法、控制方法、控制系统，旨在解决现有新能源电动汽车空调化霜效率低的问题。

本实用新型提供一种电动汽车空调系统，其设有制冷剂回路，该制冷剂回路具有制热运行时作为冷凝器的车内热交换器、制热运行时作为蒸发器的车外热交换器以及节流装置、压缩机，制冷剂回路连接一蓄热支路，该蓄热支路一端连接在车内热交换器与节流装置之间，另一端连接在节流装置与车外热交换器之间；蓄热支路上串联有蓄热器和流量调节阀，电动汽车装载有动力电池，蓄热器与该动力电池具有换热关系，当制冷剂回路在制热运行非化霜状态时，蓄热器被控制吸收动力电池余热进行蓄热；当制冷剂回路在制热运行化霜状态时，蓄热器被控制向制冷剂回路放出热量，使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高。

进一步地，蓄热器使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高的方式是：从所述车内热交换器中冷凝放热后的制冷剂被控制一部分制冷剂进入所述蓄热支路吸收所述蓄热器蓄热，一部分进入所述节流装置节流降压，两部分制冷剂在进入车外热交换器前混合，使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高。

进一步地，在所述制冷剂回路在制热运行非化霜状态时，所述蓄热器被控制吸收动力电池余热进行蓄热的方式是：若所述蓄热器的温度低于动力电池温度但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，关闭所述流量调节阀，蓄热器被控制仅吸收动力电池余热进行蓄热；若所述蓄热器的温度同时低于动力电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，流量调节阀被控制打开一开度，蓄热器吸收动力电池余热和车内热交换器出口余热进行蓄热过程。

进一步地，蓄热器被控制向制冷剂回路放出热量的换热方式是：所述动力电池与所述蓄热器通过热管换热，所述动力电池设置在热管的蒸发端，蓄热器设置在热管的冷凝端。

进一步地，热管内封闭有流体，当所述热管蒸发端流体吸收所述动力电池散发的热量，通过虹吸作用使所述热管冷凝端将热量释放给所述蓄热器。

进一步地，蓄热器为相变蓄热器。

进一步地，电动汽车空调系统为热泵空调系统，制冷剂回路还设有流体换向装置。

进一步地，压缩机和所述流体换向装置之间设有气液分离器和/或所述节流装置与车内热交换器之间设置有干燥器。

进一步地，流体换向装置为四通换向阀和/或所述节流装置为电子膨胀阀。

相应地，本实用新型还提供一种根据上述所述的电动汽车空调系统的除霜方法，包括以下步骤：

S1：当所述电动汽车空调系统不满足除霜条件：若蓄热器的温度低于动力电池温度但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，关闭流量调节阀，蓄热器被控制仅吸收动力电池余热进行蓄热；若蓄热器的温度同时低于动力电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，流量调节阀被控制打开一较小的开度，蓄热器吸收动力电池余热和车内热交换器出口余热进行蓄热过程；

S2：当电动汽车空调系统满足除霜条件时：从压缩机出来高温高压液态制冷剂，被控制进入车内热交换器中冷凝放热后分为两路，一部分制冷剂进入蓄热器，吸收蓄热器存储的热量，与经过节流装置节流后的另一部分制冷剂混合，使得流到车外热交换器的制冷剂蒸发温度被提高，达到除霜目的。

相应地，本实用新型还提供一种根据上述所述的电动汽车空调系统的运行方法，空调系统设有四个模式：

模式一：空调系统单独制热运行时，从压缩机出来高温高压液态制冷剂，经过流体换向装置，进入车内热交换器中冷凝放热，达到加热车内空气的目的，此时高温高压的液态制冷剂依次经过干燥器、节流装置节流降压后，进入车外热交换器，再次经过流体换向装置进入气液分离器，从而吸入压缩机完成一个制热循环；

模式二：空调系统和相变蓄热系统耦合运行，当温度传感器检测到蓄热器的温度低于动力电池温度，但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，此时控制系统关闭流量调节阀，蓄热器仅吸收动力电池余热进行蓄热,动力电池和蓄热器间通过热管换热，热管中的流体在蒸发段吸收动力电池散发的热量，通过虹吸作用进入蓄热器冷凝放热；

模式三：空调系统和蓄热系统耦合运行，当温度传感器检测到蓄热器的温度同时低于动力电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，此时控制系统打开流量调节阀，但控制在一个较小的开度，蓄热器吸收电池余热和车内热交换器出口余热进行蓄热过程；

模式四：蓄热器完成储热，若温度传感器检测到车外热交换器的温度过低而出现结霜状况时，空调系统进入化霜模式，从压缩机出来高温高压液态制冷剂，经过流体换向装置进入车内热交换器中冷凝放热后分为两路，一部分制冷剂进入蓄热器，吸收蓄热器存储的热量，与经过节流装置节流后的另一部分制冷剂混合，使得流到车外热交换器的制冷剂蒸发温度被提高，达到除霜目的。

进一步地，包括以下控制过程：

S1：检测汽车空调运行工况；

S2：当环境温度在第一预设温度范围时，控制空调系统制热运行；

S3：判断制热运行下的空调系统是否满足预设化霜条件；

S41：当判断满足预设化霜条件时，控制空调系统进入化霜状态，运行模式四；

S42：当判断不满足预设化霜条件时，检测相变蓄热器温度：若所述蓄热器的温度低于电池温度但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，控制空调系统运行模式二；若所述蓄热器的温度同时低于电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，控制空调系统运行模式三。

进一步地，当环境温度在第二预设温度范围时，控制空调系统制冷运行。

相应地，本实用新型还提供一种实现上述方法的控制系统，包括控制器和检测模块，检测模块与控制器电连接；检测模块用于检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度；控制器根据检测模块检测的检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度控制空调系统按上述任一项所述方法运行。

采用上述方案，通过回收动力电池余热和冬季制热运行时车内冷凝器出口制冷剂余热，既提高动力电池的工作效率，又解决电动汽车空调系统冬季化霜效率低的问题，并且在化霜过程不停止供暖，车内热交换器出风温度波动小，提高了车上乘客的热舒适性体验，达到节能减排的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例示意图；

图2为本实用新型实施例1热管虹吸作用热力原理图；

图3为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例模式一工作示意图；

图4为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例模式二工作示意图；

图5为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例模式三工作示意图；

图6为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例模式四工作示意图；

图7为本实用新型一种电动汽车空调系统实施例的除霜方法路程图。

图中：1、车内热交换器；2、四通换向阀；3、气液分离器；4、压缩机；5、动力电池组；6、相变蓄热器；7、流量调节阀；8、电子膨胀阀；9、车外热交换器；10、第一风机；11、第二风机；12、干燥器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种电动汽车空调系统。

如图1至图7所示，本实用新型提供的电动汽车空调系统实施例，其形成有制冷剂回路，该制冷剂回路具有制冷时作为冷凝器制热时作为蒸发器的车外热交换器9、制冷时作为蒸发器制热时作为冷凝器的车内热交换器1、流体换向装置2、节流装置8 以及压缩机4，制冷剂回路连接一蓄热支路，该蓄热支路一端连接在车内热交换器1 与节流装置之间，另一端连接在节流装置与车外热交换器9之间，且蓄热支路上串联有蓄热器6和流量调节阀7；电动汽车装载有动力电池5，蓄热器与电动汽车的动力电池5具有换热关系：

当所述制冷剂回路在制热运行非化霜状态时，蓄热器被控制吸收动力电池余热进行蓄热；当制冷剂回路在制热运行化霜状态时，所述蓄热器被控制向制冷剂回路放出热量，使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高。

具体的优化实施方案是：

当电动汽车空调系统不满足除霜条件：若蓄热器的温度低于动力电池温度但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，关闭流量调节阀，蓄热器被控制仅吸收动力电池余热进行蓄热；若蓄热器的温度同时低于动力电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，流量调节阀被控制打开一较小的开度，蓄热器吸收动力电池余热和车内热交换器出口余热进行蓄热过程。

当电动汽车空调系统满足除霜条件时：从压缩机出来高温高压液态制冷剂，被控制进入车内热交换器中冷凝放热后分为两路，一部分制冷剂进入蓄热器，吸收蓄热器存储的热量，与经过节流装置节流后的另一部分制冷剂混合，使得流到车外热交换器的制冷剂蒸发温度被提高，达到除霜目的。

由此可见，蓄热器在非除霜状态吸热，在除霜状态放热，本实用新型有效的利用了电池余热解决现有新能源电动汽车冬季结霜问题，有效避免了化霜期间车内侧停止制热问题；同时能够有效解决现有汽车动力电池散热效率低，影响使用寿命问题，将动力电池温度控制在最佳温度区间内，提高动力电池组的工作效率。

作为本实用新型一个优选实施例，动力电池5和蓄热器6换热方式本实用新型优选的利用热管换热，该种换热方式不需要设置额外的换热器对电池进行冷却，具有结构简单、换热效率高、成本低等优点。具体如图2所示，动力电池5设置在热管的蒸发端，相变蓄热器6设置在热管的冷凝端，热管蒸发段吸收动力电池散发的热量，热管冷凝段将热量释放给蓄热器；进一步地，热管内封闭有流体，当热管蒸发端流体吸收动力电池5散发的热量，通过虹吸作用使热管冷凝端将热量释放给相变蓄热器6；进一步地，流体在蒸发段吸收动力电池散发的热量，通过虹吸作用进入相变蓄热器冷凝放热。

本实用新型将蓄热系统和热泵空调系统耦合，利用电池和冷凝器制冷剂出口余热，对蓄热器的蓄热材料进行加热，并在化霜过程用于去除车外热交换器翅片管上的霜层，达到化霜的同时持续制热的效果。优选的，本实用新型蓄热器为相变蓄热器6。

结合上述方案，如图1至图7所示，本实用新型实施例优选的，电动汽车空调系统为热泵空调系统，制冷剂回路还设有流体换向装置，该流体换向装置为四通换向阀。

其他还可优选的，节流装置选择为电子膨胀阀8，流体换向装置为四通换向阀2；压缩机4和流体换向装置之间设有气液分离器3；节流装置与车内热交换器1之间设置有干燥器12。

为提高新能源电动汽车的冬季制热效率，热泵空调系统在车内热交换器1处设有第一风机10，在车内热交换器9处设有第二风机11.通过在换热器处设有风机，能够提高散热效率，该热泵空调系统中压缩机4、第一风机10以及第二风机11均与动力电池5电连接以从动力电池获得电能。

实施例2：

基于同一实用新型构思，结合上述方案，如图1至图7所示，本实用新型还提供一种根据上述所述的电动汽车空调系统的除霜方法。

本实用新型提供的电动汽车空调系统除霜方法基于实施例1所描述的空调系统，其除霜方法为：

S1：当电动汽车空调系统不满足除霜条件：若相变蓄热器6的温度低于动力电池 5温度但高于车内热交换器1出口制冷剂温度时，关闭流量调节阀7，相变蓄热器6 被控制仅吸收动力电池5的余热进行蓄热；若相变蓄热器6的温度同时低于动力电池 5发温度和车内热交换器2出口制冷剂温度时，流量调节阀7被控制打开一开度，相变蓄热器6吸收动力电池5的余热和车内热交换器1出口余热进行蓄热过程；

S2：当电动汽车空调系统满足除霜条件时：从压缩机4出来高温高压液态制冷剂，被控制进入车内热交换器1中冷凝放热后分为两路，一部分制冷剂进入相变蓄热器6，吸收相变蓄热器6存储的热量，与经过电子膨胀阀8节流后的另一部分制冷剂混合，使得流到车外热交换器9的制冷剂蒸发温度被提高，达到除霜目的。

具体技术实现细节可采用实施例1所述的实施手段。

实施例3：

基于同一实用新型构思，结合上述方案，如图1至图7所示，本实用新型还提供一种根据上述空调系统和具有上述除霜方法的电动汽车空调系统运行方法，空调系统设有四个模式：

模式一：单独制热运行模式：

空调系统单独制热运行时，从压缩机4出来高温高压液态制冷剂，经过四通换向阀2，进入车内热交换器1中冷凝放热，达到加热车内空气的目的，此时高温高压的液态制冷剂依次经过干燥器12、电子膨胀阀8节流降压后，进入车外热交换器9，再次经过四通换向阀2进入气液分离器3，从而吸入压缩机4完成一个制热循环；

模式二：空调系统和相变蓄热系统耦合运行蓄热器6仅吸收动力电池5余热的蓄热模式：

空调系统和相变蓄热系统耦合运行，当温度传感器检测到蓄热器的温度低于动力电池5温度，但高于车内热交换器1出口制冷剂温度时，此时控制系统关闭流量调节阀7，蓄热器6仅吸收动力电池5余热进行蓄热,动力电池5和蓄热器6间通过热管换热，热管中的流体在蒸发段吸收动力电池5散发的热量，通过虹吸作用进入蓄热器冷凝放热，不需要设置额外的换热器；

模式三：空调系统和相变蓄热系统耦合运行蓄热器6吸收动力电池5的余热和车内热交换器1出口余热进行蓄热的模式：

空调系统和蓄热系统耦合运行，当温度传感器检测到蓄热器6的温度同时低于动力电池5温度和车内热交换器1出口制冷剂温度时，此时控制系统打开流量调节阀7，但控制在一个较小的开度，蓄热器6吸收动力电池5的余热和车内热交换器1出口余热进行蓄热过程；

模式四：蓄热器6完成储热后的空调系统化霜模式：蓄热器6完成储热，若温度传感器检测到车外热交换器9的温度过低而出现结霜状况时，空调系统进入化霜模式，从压缩机4出来高温高压液态制冷剂，经过四通换向阀2进入车内热交换器1中冷凝放热后分为两路，一部分制冷剂进入蓄热器6，吸收蓄热器6存储的热量，与经过电子膨胀阀8节流后的另一部分制冷剂混合，使得流到车外热交换器9的制冷剂蒸发温度被提高，达到除霜目的。

本实施例蓄热优选采用相变蓄热器。其他同实施例1。

实施例4：

基于同一实用新型构思，结合上述方案，作为本实用新型一个优选实施例，如图1至图7所示，本实用新型还提供一种基于上述空调系统及运行方法的电动汽车空调系统的控制方法，优选包括以下控制过程：

S1：检测汽车空调运行工况；

S2：当环境温度T_外环在第一预设温度范围时，控制空调系统制热运行；

S3：判断制热运行下的空调系统是否满足预设化霜条件；

S41：当判断满足预设化霜条件时，控制空调系统进入化霜状态，运行模式四；

S42：当判断不满足预设化霜条件时，检测相变蓄热器温度：若所述蓄热器的温度低于电池温度但高于车内热交换器出口制冷剂温度时，控制空调系统运行模式二；若所述蓄热器的温度同时低于电池温度和车内热交换器出口制冷剂温度时，控制空调系统运行模式三。

当本实用新型优选采用热泵式空调系统时，上述控制方法还包括制冷运行控制。作为本实用新型一个优选实施例，当T_外环在第二预设温度范围时，控制空调系统制冷运行。具体优选的，当-15℃＜T_外环＜7℃时，空调进行制热运行；当19℃＜T_外环＜50℃时，空调进行制冷运行。

实施例5：

相应地，结合上述方案，如图1至图7所示，本实用新型还提供一种实现上述所述方法的控制系统，包括控制器和检测模块，检测模块与控制器电连接；检测模块用于检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度；控制器根据检测模块检测的检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度控制空调系统按实施例1-4任一实施例所描述的运行方法运行。

采用上述方案，通过回收动力电池余热和冬季制热运行时车内冷凝器出口制冷剂余热，既提高动力电池的工作效率，又解决电动汽车空调系统冬季化霜效率低的问题，并且在化霜过程制热不停机，车内热交换器出风温度波动小，提高了车上乘客的热舒适性体验，达到节能减排的目的。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.电动汽车空调系统，其设有制冷剂回路，该制冷剂回路具有制热运行时作为冷凝器的车内热交换器、制热运行时作为蒸发器的车外热交换器以及节流装置、压缩机，其特征在于，

所述制冷剂回路连接一蓄热支路，该蓄热支路一端连接在车内热交换器与节流装置之间，另一端连接在节流装置与车外热交换器之间；所述蓄热支路上串联有蓄热器和流量调节阀；

电动汽车装载有动力电池，所述蓄热器与该动力电池具有换热关系；

所述换热关系包括：当所述制冷剂回路在制热运行非化霜状态时，所述蓄热器被控制吸收动力电池余热进行蓄热；当所述制冷剂回路在制热运行化霜状态时，所述蓄热器被控制向制冷剂回路放出热量，使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高。

2.根据权利要求1所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述蓄热器使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高的方式是：从所述车内热交换器中冷凝放热后的制冷剂被控制一部分制冷剂进入所述蓄热支路吸收所述蓄热器蓄热，一部分进入所述节流装置节流降压，两部分制冷剂在进入车外热交换器前混合，使进入车外热交换器的制冷剂温度被升高。

3.根据权利要求2所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述动力电池与所述蓄热器通过热管换热，所述动力电池设置在热管的蒸发端，所述蓄热器设置在热管的冷凝端；所述热管内封闭有流体，当所述热管的蒸发端流体吸收所述动力电池散发的热量，通过虹吸作用使所述热管冷凝端将热量释放给所述蓄热器。

4.根据权利要求3所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述蓄热器为相变蓄热器。

5.根据权利要求4所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述电动汽车空调系统为热泵空调系统，所述制冷剂回路还设有流体换向装置。

6.根据权利要求5所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述压缩机和所述流体换向装置之间设有气液分离器和/或所述节流装置与车内热交换器之间设置有干燥器。

7.根据权利要求6所述的电动汽车空调系统，其特征在于，所述流体换向装置为四通换向阀和/或所述节流装置为电子膨胀阀。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电动汽车空调系统，其特征在于，还包括控制器和检测模块，所述检测模块与所述控制器电连接；所述检测模块用于检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度；所述控制器根据所述检测模块检测的检测蓄热器温度、动力电池温度、车内热交换器出口制冷剂温度以及车外热交换器温度控制空调系统运行。

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