CN218536270U - 一种车辆及应用于车辆的基于太阳能的热管理装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种车辆及应用于车辆的基于太阳能的热管理装置，包括用于连接在车辆的空调系统中的第一换热器，在空调系统工作于制冷模式时，第一换热器作为冷凝器；在空调系统工作于制热模式时，第一换热器作为散热器；设置在第一换热器的一侧的第二换热器，用于制热或制冷，以通过热交换介质对第一换热器进行加热/冷却处理；用于为第二换热器提供电能的太阳能电池板，以驱动第二换热器制热或制冷。本申请实施例提供的方案，利用太阳能电池板将接收到的光能转换成电能，驱动第二换热器制热或制冷，以提高制冷剂回路中能源利用效率。增加车辆能源的来源，降低车辆电池包应对空调舒适性时的消耗从而提高车辆的续航里程。

Description

一种车辆及应用于车辆的基于太阳能的热管理装置

技术领域

本申请涉及车辆热管理领域，尤其涉及一种车辆及应用于车辆的基于太阳能的热管理装置。

背景技术

随着电动车辆的快速发展，电池包受尺寸和能量密度的限制，车辆续航弱一直是限制电动车辆发展的重要原因。

里程焦虑一直困扰着电动车辆的用户，尤其是在炎热的夏季和寒冷的冬季，为乘客提供驾乘舒适性消耗了电池包大量的电量，导致续航里程衰减。

发明内容

旨在至少解决或改善现有技术中存在的技术问题，本申请的多个方面提供一种车辆及应用于车辆的基于太阳能的热管理装置。

在本申请的一个实施例中，提供了一种基于太阳能的热管理装置，包括：

第一换热器，用于连接在所述车辆的空调系统中，且位于所述车辆的驾驶舱外；在所述空调系统工作于制冷模式时，所述第一换热器作为冷凝器；在所述空调系统工作于制热模式时，所述第一换热器作为散热器；

第二换热器，设置在所述第一换热器的一侧，用于制热或制冷，以通过热交换介质对所述第一换热器进行加热/冷却处理；

太阳能电池板，设置于所述车辆上，与所述第二换热器电连接，用于为所述第二换热器提供电能，以驱动所述第二换热器制热或制冷。

可选地，所述第二换热器包括半导体换热器。

可选地，所述第一换热器竖立设置；沿竖直方向，所述第一换热器具有上部和下部；所述第二换热器位于所述第一换热器下部的一侧。

可选地，所述第一换热器具有相对的第一侧和第二侧；所述第二换热器位于所述第一侧；所述第二侧设置有驱动装置，所述驱动装置用于提高所述第一换热器周围的空气流通效率。

可选地，还包括低温散热器，用于连接在所述车辆上的电机冷却回路中；所述低温散热器设置在所述第二换热器的一侧。

可选地，所述低温散热器位于所述第二换热器和所述第一换热器之间。

可选地，还包括储能装置；所述储能装置与所述太阳能电池板电连接，所述太阳能电池板用于将接收到的光能转换成电能并将其传给储能装置进行充电储能；所述储能装置与所述第二换热器电连接，用于为所述第二换热器提供电能，以驱动第二换热器制热/制冷。

可选地，车辆包括进气格栅；所述第二换热器设置于所述进气格栅的内侧。

可选地，所述第二换热器包括第一换热端和第二换热端，所述第一换热端靠近所述第一换热器设置，所述第二换热端设置在车辆的外侧。

在本申请的另一实施例中，提供了一种车辆，包括上述基于太阳能的热管理装置。

本申请实施例提供的技术方案，利用第二换热器对第一换热器中冷媒过冷和过热处理从而提高空调系统的COP，增加车辆能源的来源，提升车辆的能耗效率和空调舒适性，降低车辆电池包应对空调舒适性时的消耗从而提高车辆的续航里程。太阳能的利用相对比较独立，不会对车辆充电系统造成干扰，不影响空调系统独立工作，太阳光照不足的情况下，车辆依然可以保持正常的工作。并且太阳能无污染，无排放，可持续。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的基于太阳能的热管理装置夏季制冷原理性结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的基于太阳能的热管理装置冬季制热原理性结构示意图；

图3为本申请所述的车辆空调制冷剂回路原理性结构示意图；

图4为本申请所述的基于太阳能的热管理装置结构示意图；

图5为本申请所述的车辆结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图3所示，车辆的原始空调(图3中实线部分)，包括循环连通的内部冷凝器、内部蒸发器、压缩机和内部节流装置(图中未示出)。内部节流装置可为膨胀阀或节流阀。原始空调制冷剂回路内循环流动的制冷剂，制冷剂可以为两相制冷剂，其具有两种状态，如气态和液态。气态制冷剂经压缩机压缩后变成高温高压气态制冷剂，高温高压气态制冷剂经冷凝器冷凝后变为高温高压液态制冷剂。高温高压的液态制冷剂通过内部节流装置降压(同时也降温)变成低温低压的气液混合物制冷剂。气液混合物制冷剂进入内部蒸发器，通过吸收内部蒸发器周围的热量不断汽化，使得车内的温度降低。气液混合物制冷剂又变成低压气态制冷剂，重新进入压缩机，如此往复。

现有电动车辆采用热泵制热，就是在上述空调制冷剂回路中增加换向阀，通过改变制冷剂的流动通道来改变制冷剂的流向，切换内部蒸发器和内部冷凝器的功能。

空调制冷剂回路中的压缩机为空调系统的循坏运行提供了动力，压缩机将气态制冷剂压缩成高温高压的气体，其排量决定了空调系统的制冷制热功率。压缩机的驱动动力源为发动机或驱动电机。电动车辆中压缩机的驱动动力源大多为驱动电机，电动车辆电池组的直流电经逆变器为空调压缩机驱动电机供电，从而形成制冷循环，产生制冷效果。电动车辆空调的驱动电机消耗的就是电池电量，里程焦虑一直困扰着电动车辆的用户，尤其是在炎热的夏季和寒冷的冬季，空调系统为乘客提供驾乘舒适性消耗了电池包大量的电量，导致续航里程衰减。

基于上述分析，对电动车辆而言，开空调就会大量耗电，特别是在空调使用最频繁的夏冬两季。制冷系数(COP,CoefficientOfPerformance)也称制冷性能系数，是指单位功耗所能获得的冷量，是制冷系统的一项重要技术经济指标。制冷性能系数大，表示制冷系统能源利用效率高。如果提高空调制冷剂回路中制冷剂的COP，将会降低压缩机驱动电机的能耗，提高电动车辆的续航里程。提高能源利用率的同时，增加能源的来源也是一种可以维持续航的手段，尤其是可再生清洁能源的利用，更加符合电动车行业的发展理念。车辆的车顶，前舱盖，后备箱盖有大量的水平盖板，如果和太阳能电池板结合，可以在晴朗天气下有效的收集利用太阳能，并且无污染，无排放，可持续。

本申请提供了一种基于太阳能的热管理装置，应用于车辆，包括第一换热器7、第二换热器82和太阳能电池板11。第一换热器7用于连接在车辆的空调系统中，且位于车辆的驾驶舱外；在空调系统工作于制冷模式时，第一换热器7作为冷凝器；在空调系统工作于制热模式时，第一换热器7作为散热器。如图1和图2所示，制冷剂回路包括内部冷凝器1、内部蒸发器2、压缩机4、第一阀3、第二阀5、第三阀6、第四阀10和第一换热器7，内部冷凝器1包括第一冷凝器端口b和第二冷凝器端口a，节流装置9包括第一节流装置端口i和第二节流装置端口j，蒸发器包括第一蒸发器端口c和第二蒸发器端口d，压缩机4包括第一压缩机端口e和第二压缩机端口f，第一换热器7包括第一换热器端口g和第二换热器端口h；

所述第一换热器端口g与所述第二蒸发器端口d和所述第二压缩机端口f均连接，且所述第一换热器端口g与所述第二蒸发器端口d之间设置有第一阀3，所述第一换热器端口g与所述第二压缩机端口f之间设置有第二阀5；所述第二换热器端口h与所述第一节流装置端口i连接，所述第二节流装置端口j与所述第一蒸发器端口c和所述第一冷凝器端口b均连接，且所述第二节流装置端口j与所述第一蒸发器端口c之间设置有第四阀10；所述第二冷凝器端口a与所述第二压缩机端口f连接且所述第二冷凝器端口a与所述第二压缩机端口之间设置有第三阀6；所述第二蒸发器端口d与所述第一压缩机端口e连接；

第二换热器82，设置在所述第一换热器的一侧，用于制热或制冷，以通过热交换介质对所述第一换热器进行加热/冷却处理。热交换介质可为空气。第二换热器82可为半导体换热器。

太阳能电池板11，设置于车辆上，与所述第二换热器82电连接，用于为所述第二换热器82提供电能，以驱动所述第二换热器82制热或制冷。如图5所示，太阳能电池板11设置于车辆上，可铺设在车辆的车顶，前舱盖和后备箱盖上，太阳能电池板11用于将接收到的光能转换成电能，太阳能电池板11与半导体换热器电连接，用于为半导体换热器提供电能，以驱动半导体换热器制热/制冷。

具体工作模式如下：

夏季制冷模式：如图1所示，第一阀3和第三阀6关闭，第二阀5和第四阀10开启，使得有效的制冷剂回路为图1中实线部分，经压缩机4压缩后的高温高压气态制冷剂流入第一换热器7，此时第一换热器7周围空气温度经半导体换热器预冷后保持低温环境，即第一换热器7实际工作状态为冷凝器，高温高压气态制冷剂经第一换热器7冷凝后变为高温高压液态制冷剂。高温高压的液态制冷剂通过节流装置9降压(同时也降温)变成低温低压的气液混合物制冷剂。气液混合物制冷剂进入内部蒸发器2，通过吸收内部蒸发器2周围的热量不断汽化，使得车内的温度降低。气液混合物制冷剂又变成低压气态制冷剂，重新进入压缩机4，如此往复。太阳能电池板11将太阳能转化成电能，电能驱动半导体换热器的制冷端工作以降低第一换热器7周围的空气温度，对第一换热器7内的制冷剂冷凝，即“过冷”，降低冷凝压力，增大过冷度，提升空调系统制冷效率。

冬季制热模式：如图2所示，第一阀3和第三阀6开启，第二阀5和第四阀10关闭，使得有效的制冷剂回路为图2中实线部分，经压缩机4压缩后的高温高压气态制冷剂流入内部冷凝器1，高温高压气态制冷剂经内部冷凝器1冷凝后变为高温高压液态制冷剂，此过程内部冷凝器1液化放热提高车内温度。高温高压的液态制冷剂通过节流装置9降压(同时也降温)变成低温低压的气液混合物制冷剂。气液混合物制冷剂进入第一换热器7，此时第一换热器7周围空气温度经半导体换热器预热后保持高温环境，即第一换热器7实际工作状态为蒸发器，低温低压的气液混合物制冷剂进入第一换热器7，通过吸收第一换热器7周围的热量不断汽化变成低压气态制冷剂，重新进入压缩机4，如此往复。太阳能电池板11将太阳能转化成电能，电能驱动半导体换热器的制热端工作以加热第一换热器7周围的空气提高环境温度，对第一换热器7内的冷媒加热，即“过热”，提升制热效率。

夏季制冷时，进一步的，如图4所示，所述第一换热器竖立设置，沿竖直方向，所述第一换热器具有上部和下部，所述第二换热器位于所述第一换热器下部的一侧。经压缩机压缩后的高温高压气态制冷剂流入第一换热器7时，由第一换热器7的上部流入下部的过程中，制冷剂的温度逐渐降低，第一换热器7中的制冷剂与外界空气的温度差越来越小，第二换热器位于所述第一换热器的下部时冷却效果更好。

本实施例增加车辆能源的来源，提升了车辆的能耗效率和空调舒适性，降低车辆电池包应对空调舒适性时的消耗从而提高了车辆的续航里程。

上述所谓“过冷”，简单理解就是冷却，就是将冷凝(即经冷凝器冷凝)后的饱和液态制冷剂进行冷却，使其温度低于冷凝压力下的饱和温度。过冷目的就是为了让进入蒸发器的制冷剂保持在饱和液体状态，而不掺杂气态制冷剂，这样蒸发器的蒸发量大，制冷效果好，有助于提升系统COP指标(可通过实际功率与总功率的比值来表征，即在相同的工况下，COP指标值越大，效率越高，也越节能)。

上述所谓“过热”，因气态制冷剂放热会变为液态，此处对低温低压气态制冷剂进行加热，就降低了制冷剂由气态变为液态的发生率，从而降低液态制冷剂进入压缩机4造成液击现象的风险。

于本实施例中，还包括储能装置。所述储能装置与所述太阳能电池板11电连接，所述太阳能电池板11用于将接收到的光能转换成电能并将其传给储能装置进行充电储能。所述储能装置与所述半导体换热器电连接，用于为半导体换热器提供电能，以驱动半导体换热器制热/制冷。储能装置可为蓄电池，蓄电池是一种化学电源，蓄电池将太阳能电池板11的电能转变为化学能并储存起来，等需要时再把化学能转变为电能释放出来。优选地，储能装置可为铅酸蓄电池。太阳能电池板11属于光伏发电，光伏发电产生的电能最适合的储能方式是将电能转化为化学能，需要时再将化学能装换为电能，铅酸蓄电池就是目前能有效完成这种转化的最好装置。太阳能电池板11的光伏系统功率输出受日照影响经常在变化，在日照不足发电很少或要维修光伏系统时,储能装置也能够供应相对稳定的电能。太阳能的利用相对比较独立，不会对车辆充电系统造成干扰，不影响空调系统独立工作，太阳光照不足的情况下，车辆依然可以保持正常的工作。并且太阳能无污染，无排放，可持续。

为了促进第一换热器7附近的空气流通，还包括驱动装置83。驱动装置83可为鼓风机或风扇。如图4所示，驱动装置83设置于第一换热器7的一侧，驱动装置83用于提高第一换热器7附近的空气流通效率。半导体换热器通电工作以对第一换热器7附近的空气制热/制冷，优选地，驱动装置83设置于第一换热器7远离第二换热器82的一侧，驱动装置83工作将第二换热器82附近的已经被制热/制冷的空气驱向第一换热器7。于半导体换热器和所述第一换热器7之间设置有温度传感器，温度传感器用于检测所述第一换热器7周围的环境温度。根据第一换热器7周围的环境温度，控制半导体换热器的开闭以及制热还是制冷。本申请还包括控制器，控制器与所述半导体换热器和所述温度传感器电连接，所述控制器接收所述温度传感器检测到的所述环境温度，与预设温度进行对比后控制所述半导体换热器开闭。

本申请所述的半导体换热器包括多个并排设置的PN结，多个并排设置的PN结的两端形成第一换热端和第二换热端。所述第一换热端靠近所述第一换热器7设置，所述第二换热端设置在车辆外。半导体换热器还配置有输配控制器，输配控制器可控制通过PN结的电流方向，将两个换热端(第一换热端和第二换热端)的制热和制冷功能相互转换。

于本实施例中，还包括低温散热器81，所述第二换热器82位于所述低温散热器81和所述第一换热器7之间，所述低温散热器81接入车辆的电机冷却回路。低温散热器81只在夏季工作，用于为所述电机降温。

车辆包括进气格栅，优选地，第二换热器82设置于进气格栅的内侧。如图1至图4所示，于本实施例中，将低温散热器81、第二换热器82、第一换热器7和驱动装置83依次设置组成冷却模块8，冷却模块8设置于进气格栅的内侧。

利用第二换热器82对第一换热器7中冷媒过冷和过热处理从而提高空调系统的cop，增加车辆能源的来源，提升车辆的能耗效率和空调舒适性，降低车辆电池包应对空调舒适性时的消耗从而提高车辆的续航里程。太阳能的利用相对比较独立，不会对车辆充电系统造成干扰，不影响空调系统独立工作，太阳光照不足的情况下，车辆依然可以保持正常的工作。并且太阳能无污染，无排放，可持续。

本申请另一实施例提供了一种车辆，包括上述所述的基于太阳能的热管理装置。如图5所示，车辆的车身包括车顶、前舱盖和后备箱盖，车顶、前舱盖和后备箱盖上铺设有太阳能电池板11，太阳能电池板11用于将接收到的光能转换成电能，为半导体换热器提供电能。增加车辆能源的来源，提升车辆的能耗效率和空调舒适性，降低车辆电池包应对空调舒适性时的消耗从而提高车辆的续航里程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于太阳能的热管理装置，应用于车辆，其特征在于，包括：

第一换热器，用于连接在所述车辆的空调系统中，且位于所述车辆的驾驶舱外；在所述空调系统工作于制冷模式时，所述第一换热器作为冷凝器；在所述空调系统工作于制热模式时，所述第一换热器作为散热器；

第二换热器，设置在所述第一换热器的一侧，用于制热或制冷，以通过热交换介质对所述第一换热器进行加热/冷却处理；

太阳能电池板，设置于所述车辆上，与所述第二换热器电连接，用于为所述第二换热器提供电能，以驱动所述第二换热器制热或制冷。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，所述第二换热器为半导体换热器。

3.根据权利要求1或2所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，

所述第一换热器竖立设置；

沿竖直方向，所述第一换热器具有上部和下部；

所述第二换热器位于所述第一换热器下部的一侧。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，

所述第一换热器具有相对的第一侧和第二侧；

所述第二换热器位于所述第一侧；

所述第二侧设置有驱动装置，所述驱动装置用于提高所述第一换热器周围的空气流通效率。

5.根据权利要求3所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，还包括：

低温散热器，用于连接在所述车辆上的电机冷却回路中；

所述低温散热器设置在所述第二换热器的一侧。

6.根据权利要求5所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，

所述低温散热器位于所述第二换热器和所述第一换热器之间。

7.根据权利要求3所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，还包括储能装置；

所述储能装置与所述太阳能电池板电连接，所述太阳能电池板用于将接收到的光能转换成电能并将其传给储能装置进行充电储能；

所述储能装置与所述第二换热器电连接，用于为所述第二换热器提供电能，以驱动所述第二换热器制热/制冷。

8.根据权利要求3所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，

车辆包括进气格栅；

所述第二换热器设置于所述进气格栅的内侧。

9.根据权利要求3所述的基于太阳能的热管理装置，其特征在于，

所述第二换热器包括第一换热端和第二换热端，所述第一换热端靠近所述第一换热器设置，所述第二换热端设置在车辆的外侧。

10.一种车辆，其特征在于，包括上述权利要求1至9中任一项所述的基于太阳能的热管理装置。

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