TWI428246B - Application of multi-function air conditioning system for electric car thermal management - Google Patents

Description

應用於電動車熱管理之多功能空調系統

本發明是有關於一種空調系統，特別是指一種應用於電動車熱管理之多功能空調系統。

電動車與燃料車最大的差異為獲取動力的方式不同，造成於行駛中產生的冷熱狀態就不盡相同。以往回收利用引擎廢熱於空調的暖氣是普遍的做法，然而電動車使用電池的電能供應電動機轉換成行駛需求的動能，因此，已經沒有引擎的運作可供暖氣使用。換句話說，燃料車以引擎廢熱結合壓縮機的冷氣系統，利用冷熱之間的調諧產生空調過程的需求溫度，但目前電動車無引擎廢熱，其他裝置也無法產生足夠的熱源可供應暖氣。

電動車上配備的性能展現會受到天候因素或是自然條件影響，如可維持於一定的工作溫度，才能達到最佳的使用效能。以電池組為例，效能是決定電動車續航力的重要指標，為了維持電池處在最佳效能的狀態下，必須使電池組維持在一定的工作溫度下運作；然而包含電池週遭的環境溫度會影響電池的運作，動力輸出的條件不同，或是充電的過程等，均會使電池於工作中產生不同的溫度反應。因此，電池組或周邊車用配件的溫控管理，在電動車發展上是一個關鍵技術，且，透過冷凍空調方式配合進行電池組或車用周邊配件的熱管理已為現今發展的主要方向。

目前電池組熱管理方式，通常是以電熱方式對電池組的環境進行加熱，或是以複雜水冷機械架構對電池組進行溫控，但這兩種方式均會消耗大量能源；此外，也有單純通風的方式，但卻無法充分對電池組溫度進行冷熱管理。在電動車的暖氣系統方面，一般均使用電熱方式為車廂加熱，電熱方式包含熱交換器轉換的效率，以及本身電熱器效率等問題，造成電動車多餘的電池耗能。因此，在電動車上必須有高效率低耗能的暖氣產生方式。

根據GM公司申請的美國專利公開號第US2009/0249807 A1號的車用冷凍空調與電池熱管理案，此發明利用致冷劑於幫浦循環管路系統內，以對電動車的電池進行降溫，進而避免電池過熱而發生效能過低的問題；至於當外界環境溫度過低，而需要對電池進行升溫時，則另外透過加熱器的方式來達成。雖然，此案揭示關於電池升、降溫的熱管理技術，以得到較佳的工作效能，但實際上電池的熱管理需要追加另外的加熱器來達成，仍有待改進的空間。

另一案例，Denso公司申請核准的美國專利號第US5878589號電動車空氣調節系統案，是採用車輛其他裝置的散熱冷卻之廢熱，將此熱能單向帶入空調系統，而達到熱交換的目的；然而，這種方式所達成熱交換的管路佈局相當複雜且配裝不易。

因此，本發明之目的，即在提供一種兼具冷暖空調，並可對車輛的其他熱源進行熱管理溫控的應用於電動車熱管理之多功能空調系統。

於是，本發明應用於電動車熱管理之多功能空調系統，包含一溫度感測單元、一車內空調單元、一車外溫控單元、一切換單元，及一控制器。該車內空調單元具有一壓縮機、一與該壓縮機連接的冷凝器、一與該壓縮機連接的蒸發器、一連接於該冷凝器與該蒸發器之間的第一膨脹閥，及一連接於該壓縮機、該冷凝器與該蒸發器之間的四通換向閥。該車外溫控單元具有一通風流道、一設置於該通風流道的流道切換裝置、一設置於該通風流道的送風裝置、一位於該通風流道的工作元件、一位於該通風流道並與該車內空調單元連接的熱交換器，及一連接於該熱交換器與該車內空調單元之間的第二膨脹閥，該通風流道具有一第一車內通風端、一第二車內通風端，及一車外通風端。該切換單元具有一連接於該冷凝器與該第一膨脹閥之間並與該第二膨脹閥連接的第一切換閥、一連接於該冷凝器與該四通換向閥之間並與該熱交換器連接的第二切換閥、一連接於該蒸發器與該四通換向閥之間並與該熱交換器連接的第三切換閥、一連接於該第一切換閥與該第二膨脹閥之間的第四切換閥，及一連接於該第二膨脹閥與該熱交換器之間的第五切換閥。該控制器電連接於該溫度感測單元、該車內空調單元、該車外溫控單元及該切換單元，並根據該溫度感測單元感測到的溫度，控制該車內空調單元、該流道切換裝置、該送風裝置與該切換單元。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。

參閱圖1，為本發明應用於電動車熱管理之多功能空調系統的較佳實施例，該應用於電動車熱管理之多功能空調系統包含：一溫度感測單元10、一車內空調單元20、一車外溫控單元30、一切換單元40，及一控制器50。

該溫度感測單元10可感測車外環境溫度、電池組的工作溫度、冷凝器的表面溫度、進入壓縮機的冷媒過熱度、車廂內溫度，及通風流道空氣溫度，以供該控制器50作控制操作的參考。

該車內空調單元20具有一壓縮機21、一與該壓縮機21連接的冷凝器22、一與該壓縮機21連接的蒸發器23、一連接於該冷凝器22與該蒸發器23之間的第一膨脹閥24，及一連接於該壓縮機21、該冷凝器22與該蒸發器23之間的四通換向閥25。

在本實施例中，該壓縮機21是一種電動壓縮機，該第一膨脹閥24可為一種電子式膨脹閥(EEV)或熱力式膨脹閥(TEV)或毛細管或其他型式的冷媒用限流降壓裝置，較佳地，該第一膨脹閥24是一種電子式膨脹閥(EEV)，該四通換向閥25是一種電磁式換向閥。

該車內空調單元20可在一冷氣模式(見圖5)、一暖氣模式(見圖8)與一無空調模式(見圖12或圖14)之間切換。該冷氣模式的冷媒循環方向由該壓縮機21朝該冷凝器22、該第一膨脹閥24、該蒸發器23循環，該暖氣模式的冷媒循環方向相反於該冷氣模式，該冷、暖氣模式的冷媒循環方向由該四通換向閥25的切換來達成，此為習知技術在此不詳細地說明。

該車外溫控單元30具有一通風流道31、一設置於該通風流道31的流道切換裝置32、一設置於該通風流道31的送風裝置33、一位於該通風流道31的工作元件34、一位於該通風流道31並與該車內空調單元20連接的熱交換器35，及一連接於該熱交換器35與該車內空調單元20之間的第二膨脹閥36。

該通風流道31設置於電動車底盤，該通風流道31具有一朝向車頭並與車廂連通的第一車內通風端311、一朝向車尾並與車廂連通的第二車內通風端312，及一朝向車尾並與外界連通的車外通風端313。

該流道切換裝置32設置於該第二車內通風端312與該車外通風端313的交接處。該流道切換裝置32可在一連通該第一、二車內通風端311、312的內循環位置(見圖6)與一連通該第一車內通風端311與該車外通風端313的外循環位置(見圖5)之間切換。在本實施例中，該流道切換裝置32是一種可切換位置的電動閥門。

該送風裝置33朝向該第一車內通風端311，在本實施例中，該送風裝置33是一種電動風扇。

該工作元件34的一工作溫度具有一高溫限與一低溫限，在本實施例中，該工作元件34是提供電動車電力的電池組。

在本實施例中，該熱交換器35介於該送風裝置33與該工作元件34之間。

在本實施例中，該第二膨脹閥36可為一種電子式膨脹閥(EEV)或熱力式膨脹閥(TEV)或毛細管或其他型式的冷媒用限流降壓裝置，較佳地，該第二膨脹閥36是一種電子式膨脹閥(EEV)。

該切換單元40具有一連接於該冷凝器22與該第一膨脹閥24之間並與該第二膨脹閥36連接的第一切換閥41、一連接於該冷凝器22與該四通換向閥25之間並與該熱交換器35連接的第二切換閥42、一連接於該蒸發器23與該四通換向閥25之間並與該熱交換器35連接的第三切換閥43、一連接於該第一切換閥41與該第二膨脹閥36之間的第四切換閥44、一連接於該第二膨脹閥36與該熱交換器35之間的第五切換閥45，及一連接該第四、五切換閥44、45的旁通管路46。在本實施例中，該第一、二、三、四、五切換閥41、42、43、44、45均是一種電磁式三通換向閥。

該控制器50電連接於該溫度感測單元10、該車內空調單元20、該車外溫控單元30及該切換單元40，在本實施例中，該控制器50是一種空調控制器，並根據該溫度感測單元感測到的溫度，控制該車內空調單元20的壓縮機21、第一膨脹閥24與四通換向閥25、該車外溫控單元30的流道切換裝置32、送風裝置33與第二膨脹閥36及該切換單元40的第一、二、三、四、五切換閥41、42、43、44、45。

藉此，如圖1、2所示，當使用者按壓車內的空調啟動鈕(A/C Button)去啟動該壓縮機21之後，該溫度感測單元10即會進行相關溫度的量測作業；接著，使用者即可按壓按鈕來決定是否只針對該工作元件34(電池組)進行熱管理，若不是(按鈕Ⅰ)，該控制器50即會在該冷氣模式(Cooling Mode)與該暖氣模式(Heating Mode)的判斷流程(見圖3)之間自動切換，以控制該車內空調單元20；若是(按鈕Ⅱ)，該控制器50即會切換至該無空調模式的判斷流程(見圖4)，以控制該車內空調單元20。

如圖3、5所示，當該溫度感測單元10感測到一車外環境溫度高於一預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該冷氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度低於該高溫限，該控制器控制該流道切換裝置32切換至該外循環位置、該第一切換閥41連通該冷凝器22與該第一膨脹閥24但不與該第四切換閥44連通、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通，及該第三切換閥43連通該蒸發器23與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通。

此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度高於該低溫限，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使一車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該車外通風端313流動，以抽取車廂空氣，維持通風，並將廢熱排出車外，進行熱電儲存廢熱能量；相反地，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度低於該低溫限，該控制器50控制該送風裝置33停止運作，以停止該車內氣流100繼續朝該工作元件34吹送。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒完全不會流動至該車外溫控單元30，因此，本實施例即可進行冷氣模式車廂溫控功能(Cabin Cooling Operation)。

如圖3、6、7所示，當該溫度感測單元10感測到該車外環境溫度高於該預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該冷氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度高於該高溫限，該控制器50控制該第一切換閥41連通該冷凝器22、該第一膨脹閥24與該第四切換閥44、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第三切換閥43連通該蒸發器23、該四通換向閥25與該熱交換器35、該第四、五切換閥44、45經該第二膨脹閥36互相連通、該第五切換閥45連通該熱交換器35，及該第四、五切換閥44、45阻斷該旁通管路46。

此時，如圖6所示，若該溫度感測單元10感測到進入該壓縮機21的一冷媒過熱度低於一預定值時，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第二車內通風端312依序朝該工作元件34、該熱交換器35與該第一車內通風端311流動，以冷卻該工作元件34，並抽取車廂空氣，維持通風，同時，該車內氣流100可將該工作元件34的廢熱帶給流經該熱交換器35的冷媒，以提高進入該壓縮機21的冷媒過熱度，要說明的是，舉例來說當該車內空調單元20在該冷氣模式下，該冷媒過熱度是否過低，一般是由該蒸發器23的入、出口溫度的差值來作判斷，若出口溫度減去入口溫度小於5℃，即表示該冷媒過熱度低於該預定值。

相反地，如圖7所示，若該溫度感測單元10感測到進入該壓縮機21的冷媒過熱度高於該預定值時，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該外循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該車外通風端313流動，以冷卻該工作元件34，並抽取車廂空氣，維持通風，同時並將廢熱排出車外，進行熱電儲存廢熱能量。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生蒸發器的功能，讓流經該熱交換器35的冷媒，可藉由該車內氣流100吸取該工作元件34的熱能，或替該車內氣流100降溫，而帶走該工作元件34的熱能，以對該工作元件34進行冷卻，因此，本實施例即可進行冷氣模式工作元件冷卻功能(Battery Cooling Operation Ⅰ)。

如圖3、8所示，當該溫度感測單元10感測到該車外環境溫度低於該預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度介於該高、低溫限之間且該冷凝器22的一表面溫度高於一預定表面溫度，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置、該第一切換閥41連通該冷凝器22與該第一膨脹閥24但不與該第四切換閥44連通、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通，及該第三切換閥43連通該蒸發器23與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通，且，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，或反向使該車內氣流100從該第二車內通風端312依序朝該工作元件34、該熱交換器35與該第一車內通風端311流動，以抽取車廂空氣，維持通風。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒完全不會流動至該車外溫控單元30，因此，本實施例即可進行暖氣模式車廂溫控功能(Cabin Heating Operation)。

如圖3、9所示，當該溫度感測單元10感測到該車外環境溫度低於該預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度介於該高、低溫限之間且該冷凝器22的表面溫度低於該預定表面溫度，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置、該第一切換閥41連通該冷凝器22、該第一膨脹閥24與該第四切換閥44、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第三切換閥43連通該蒸發器23、該四通換向閥25與該熱交換器35、該第四、五切換閥44、45選擇性地經該第二膨脹閥36互相連通、該第五切換閥45連通該熱交換器35，及該第四、五切換閥44、45經該旁通管路46互相連通，且，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使該車內氣流從該第二車內通風端312依序朝該工作元件34、該熱交換器35與該第一車內通風端311流動，在此情形下，該車內氣流100可將該工作元件34的廢熱帶給流經該熱交換器35的冷媒，使該熱交換器35輸出常溫冷媒進入該冷凝器22，替該冷凝器22除霜，同時，該車內氣流100也可將該工作元件34的廢熱送回車廂內，提供暖房使用。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生冷凝器的功能，並在吸收該工作元件34的廢熱後，輸出常溫高壓液態的冷媒進入該冷凝器22，以替該冷凝器22進行除霜，因此，本實施例即可進行除霜模式(Defrost Mode)的功能。

如圖3、10所示，當該溫度感測單元10感測到該車外環境溫度低於該預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度低於該低溫限，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置、該第一切換閥41連通該冷凝器22、該第一膨脹閥24與該第四切換閥44、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第三切換閥43連通該蒸發器23、該四通換向閥25與該熱交換器35、該第四、五切換閥44、45選擇性地經該第二膨脹閥36互相連通、該第五切換閥45連通該熱交換器35，及該第四、五切換閥44、45經該旁通管路46互相連通，且，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，在此情形下，該車內氣流100可吸取流經該熱交換器35的冷媒的熱能，而對該工作元件34加熱，同時，該車內氣流100也可將該工作元件34的廢熱送回車廂內，提供暖房使用。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生冷凝器的功能，讓該車內氣流100可吸取流經該熱交換器35的冷媒的熱能，而對該工作元件34進行加熱，因此，本實施例即可進行暖氣模式工作元件加熱功能(Battery Heating Operation)。

如圖3、11所示，當該溫度感測單元10感測到該車外環境溫度低於該預定環境溫度時，該控制器50控制該車內空調單元20切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度高於該高溫限，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置、該第一切換閥41連通該第一膨脹閥24與該第四切換閥44但選擇性地與該冷凝器22連通、該第二切換閥42連通該冷凝器22、該四通換向閥25與該熱交換器35、該第三切換閥43連通該蒸發器23與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第四切換閥44經該第二膨脹閥36與該旁通管路46的至少其中一者與該第五切換閥45互相連通，及該第五切換閥45連通該熱交換器35。在本實施例中，較佳地，該第一切換閥41與該冷凝器22不連通，該第四切換閥44經該旁通管路46與該第五切換閥45互相連通。

此時，若該溫度感測單元10感測到進入該壓縮機21的冷媒過熱度低於該預定值時，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第二車內通風端312依序朝該工作元件34、該熱交換器35與該第一車內通風端311流動，相反地，若該溫度感測單元10感測到進入該壓縮機21的冷媒過熱度高於該預定值時，該控制器50控制該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，在這兩種情形下，該熱交換器35均可冷卻該工作元件34，同時，該車內氣流100也可將該工作元件34的廢熱送回車廂內，提供暖房使用。要說明的是，舉例來說當該車內空調單元20在該暖氣模式下，該冷媒過熱度是否過低，可由該熱交換器35(產生蒸發器功能)的入、出口溫度的差值來作判斷，若出口溫度減去入口溫度小於5℃，即表示該冷媒過熱度低於該預定值。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生蒸發器的功能，讓流經該熱交換器35的冷媒，可藉由該車內氣流100吸取該工作元件34的熱能，或替該車內氣流100降溫，而帶走該工作元件34的熱能，以對該工作元件34進行冷卻，因此，本實施例即可進行暖氣模式工作元件冷卻功能(Battery Cooling Operation Ⅱ)。

如圖4、12、13所示，當該車內空調單元20切換至該無空調模式，且，該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度低於該低溫限時，該控制器50控制該第一切換閥41連通該冷凝器22與該第四切換閥44但不與該第一膨脹閥24連通、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第三切換閥43連通該四通換向閥25與該熱交換器35但不與該蒸發器23連通、該第四、五切換閥44、45經該第二膨脹閥36互相連通、該第五切換閥45連通該熱交換器35，及該第四、五切換閥44、45選擇性地經該旁通管路46互相連通。

此時，如圖12所示，若該溫度感測單元感測到一車廂內溫度低於一預定車廂內溫度及該通風流道31內在該工作元件34與該流道切換裝置32之間的一流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，在此情形下，該車內氣流100可吸取流經該熱交換器35的冷媒的熱能，而對該工作元件34加熱，同時，該車內氣流100也可將該工作元件34的廢熱送回車廂內，提供暖房使用。

相反地，如圖13所示，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道31內的流道空氣溫度低於該車廂內溫度，或是，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度高於該預定車廂內溫度，該控制器50均會控制該流道切換裝置32切換至該外循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該車外通風端313流動，在此情形下，該車內氣流100可吸取流經該熱交換器35的冷媒的熱能，而對該工作元件34加熱，同時，將廢熱排出車外，進行熱電儲存廢熱能量。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生冷凝器的功能，讓該車內氣流100可吸取流經該熱交換器35的冷媒的熱能，而對該工作元件34進行加熱，因此，本實施例即可進行無空調模式的工作元件加熱功能(Only Battery Heating Operation)。

如圖4、14、15所示，當該車內空調單元20切換至該無空調模式，且，該溫度感測單元10感測到該工作元件34的工作溫度高於該高溫限時，該控制器50控制該第一切換閥41連通該冷凝器22與該第四切換閥44但不與該第一膨脹閥24連通、該第二切換閥42連通該冷凝器22與該四通換向閥25但不與該熱交換器35連通、該第三切換閥43連通該四通換向閥25與該熱交換器35但不與該蒸發器23連通、該第四、五切換閥44、45經該第二膨脹閥36互相連通、該第五切換閥45連通該熱交換器35，及該第四、五切換閥44、45阻斷該第二膨脹閥36。

此時，如圖14所示，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度高於該預定車廂內溫度及該通風流道31內的流道空氣溫度低於該車廂內溫度，該控制器控50制該流道切換裝置32切換至該內循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，以冷卻該工作元件34，同時，較該車廂內溫度低溫的車內氣流100也可流回車廂內，提供冷房使用；相反地，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道31內的流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器50也會控制該流道切換裝置32切換至該內循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風311端依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該第二車內通風端312流動，以冷卻該工作元件34，同時，較該車廂內溫度高溫的車內氣流100也可流回車廂內，提供暖房使用。

如圖15所示，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度高於該預定車廂內溫度及該通風流道內31的流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器50控制該流道切換裝置32切換至該外循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該車外通風端流動313，以冷卻該工作元件34，同時，將廢熱排出車外，進行熱電儲存廢熱能量；相反地，若該溫度感測單元10感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道31內的流道空氣溫度低於該車廂內溫度，該控制器50也會控制該流道切換裝置32切換至該外循環位置及該送風裝置33啟動，使該車內氣流100從該第一車內通風端311依序朝該熱交換器35、該工作元件34與該車外通風端313流動，以冷卻該工作元件34，同時，將廢熱排出車外，進行熱電儲存廢熱能量。

在此模式下，在該車內空調單元20內循環的冷媒會流動至該車外溫控單元30，使該熱交換器35產生蒸發器的功能，讓流經該熱交換器35的冷媒，可替該車內氣流100降溫，而帶走該工作元件34的熱能，以對該工作元件34進行冷卻，因此，本實施例即可進行無空調模式的工作元件冷卻功能(Only Battery Cooling Operation)。

經由以上的說明，可再將本發明的優點歸納如下：

一、本發明在該冷氣模式下，可進行冷氣模式車廂溫控功能；或使該熱交換器35產生蒸發器的功能，對該工作元件34進行冷卻，而進行冷氣模式工作元件冷卻功能，因此，本發明在該冷氣模式下可達到車廂溫控與對該工作元件34進行熱管理的功能。

二、本發明在該暖氣模式下，可進行暖氣模式車廂溫控功能；或使該熱交換器35產生冷凝器的功能，以替該冷凝器22進行除霜，而進行除霜模式的功能；或使該熱交換器35產生冷凝器的功能，而對該工作元件34進行加熱，以進行暖氣模式工作元件加熱功能；或使該熱交換器35產生蒸發器的功能，而對該工作元件34進行冷卻，以進行暖氣模式工作元件冷卻功能，此外，並可利用該工作元件34的廢熱來降低暖房負荷，因此，本發明在該暖氣模式下可達到車廂溫控與對該工作元件34進行熱管理的功能。

三、本發明在該無空調模式下，可使該熱交換器35產生冷凝器的功能，而對該工作元件34進行加熱，進行無空調模式的工作元件加熱功能；或使該熱交換器35產生蒸發器的功能，而對該工作元件34進行冷卻，進行無空調模式的工作元件冷卻功能，此外，並可利用該工作元件34的廢熱來輔助暖房或利用迴流的氣流來輔助冷房，因此，本發明在該無空調模式下可達到輔助車廂冷、暖房與對該工作元件34進行熱管理的功能。

值得一提的是，雖然，在本實施例中，該工作元件34是以電池組作說明，可以理解的是，該工作元件34也可能是電動車的其他熱源，例如動力馬達、驅動器或變頻器…等其他機械或電子裝置熱源。

綜上所述，本發明之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，不僅可對車廂進行溫控，並可對工作元件進行有效地熱管理，且，可在暖氣模式下對冷凝器除霜，此外，並能回收廢熱來降低暖房負荷，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10．．．溫度感測單元

20．．．車內空調單元

21．．．壓縮機

22．．．冷凝器

23．．．蒸發器

24．．．第一膨脹閥

25．．．四通換向閥

30．．．車外溫控單元

31．．．通風流道

311．．．第一車內通風端

312．．．第二車內通風端

313．．．車外通風端

32．．．流道切換裝置

33．．．送風裝置

34．．．工作元件

35．．．熱交換器

36．．．第二膨脹閥

40．．．切換單元

41．．．第一切換閥

42．．．第二切換閥

43．．．第三切換閥

44．．．第四切換閥

45．．．第五切換閥

46．．．旁通管路

50．．．控制器

100．．．車內氣流

圖1是本發明的應用於電動車熱管理之多功能空調系統一較佳實施例的系統架構示意圖；

圖2是該較佳實施例的系統操作流程示意圖；

圖3是該較佳實施例的冷、暖氣模式的控制流程示意圖；

圖4是該較佳實施例的無空調模式的控制流程示意圖；

圖5是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行冷氣模式車廂溫控功能；

圖6是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行冷氣模式工作元件冷卻功能；

圖7是一類似於圖6的視圖，說明該較佳實施例在進行冷氣模式工作元件冷卻功能；

圖8是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行暖氣模式車廂溫控功能；

圖9是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行除霜模式的功能；

圖10是一類似於圖9的視圖，說明該較佳實施例在進行暖氣模式工作元件加熱功能；

圖11是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行暖氣模式工作元件冷卻功能；

圖12是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行無空調模式的工作元件加熱功能；

圖13是一類似於圖12的視圖，說明該較佳實施例在進行無空調模式的工作元件加熱功能；

圖14是一類似於圖1的視圖，說明該較佳實施例在進行無空調模式的工作元件冷卻功能；及

圖15是一類似於圖14的視圖，說明該較佳實施例在進行無空調模式的工作元件冷卻功能。

10．．．溫度感測單元

20．．．車內空調單元

21．．．壓縮機

22．．．冷凝器

23．．．蒸發器

24．．．第一膨脹閥

25．．．四通換向閥

30．．．車外溫控單元

31．．．通風流道

311．．．第一車內通風端

312．．．第二車內通風端

313．．．車外通風端

32．．．流道切換裝置

33．．．送風裝置

34．．．工作元件

35．．．熱交換器

36．．．第二膨脹閥

40．．．切換單元

41．．．第一切換閥

42．．．第二切換閥

43．．．第三切換閥

44．．．第四切換閥

45．．．第五切換閥

46．．．旁通管路

50．．．控制器

Claims (10)

1. 一種應用於電動車熱管理之多功能空調系統，包含：一溫度感測單元；一車內空調單元，具有一壓縮機、一與該壓縮機連接的冷凝器、一與該壓縮機連接的蒸發器、一連接於該冷凝器與該蒸發器之間的第一膨脹閥，及一連接於該壓縮機、該冷凝器與該蒸發器之間的四通換向閥，該車內空調單元可在一冷氣模式、一暖氣模式與一無空調模式之間切換；一車外溫控單元，具有一通風流道、一設置於該通風流道的流道切換裝置、一設置於該通風流道的送風裝置、一位於該通風流道的工作元件、一位於該通風流道並與該車內空調單元連接的熱交換器，及一連接於該熱交換器與該車內空調單元之間的第二膨脹閥，該通風流道具有一第一車內通風端、一第二車內通風端，及一車外通風端，該工作元件的一工作溫度具有一高溫限與一低溫限，該流道切換裝置可在一連通該第一、二車內通風端的內循環位置與一連通該第一車內通風端與該車外通風端的外循環位置之間切換；一切換單元，具有一連接於該冷凝器與該第一膨脹閥之間並與該第二膨脹閥連接的第一切換閥、一連接於該冷凝器與該四通換向閥之間並與該熱交換器連接的第二切換閥、一連接於該蒸發器與該四通換向閥之間並與該熱交換器連接的第三切換閥、一連接於該第一切換閥與該第二 膨脹閥之間的第四切換閥，及一連接於該第二膨脹閥與該熱交換器之間的第五切換閥；及一控制器，電連接於該溫度感測單元、該車內空調單元、該車外溫控單元及該切換單元，並根據該溫度感測單元感測到的溫度，控制該車內空調單元、該流道切換裝置、該送風裝置與該切換單元。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，當該溫度感測單元感測到一車外環境溫度高於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該冷氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度低於該高溫限，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置、該第一切換閥連通該冷凝器與該第一膨脹閥但不與該第四切換閥連通、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通，及該第三切換閥連通該蒸發器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度高於該低溫限，該控制器控制該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動，相反地，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度低於該低溫限，該控制器控制該送風裝置停止運作。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，當該溫度感測單元感測到一車 外環境溫度高於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該冷氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度高於該高溫限，該控制器控制該第一切換閥連通該冷凝器、該第一膨脹閥與該第四切換閥、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第三切換閥連通該蒸發器、該四通換向閥與該熱交換器、該第四、五切換閥經該第二膨脹閥互相連通，及該第五切換閥連通該熱交換器，此時，若該溫度感測單元感測到進入該壓縮機的一冷媒過熱度低於一預定值時，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置及該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第二車內通風端依序朝該工作元件、該熱交換器與該第一車內通風端流動，相反地，若該溫度感測單元感測到進入該壓縮機的冷媒過熱度高於該預定值時，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，當該溫度感測單元感測到一車外環境溫度低於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度介於該高、低溫限之間且該冷凝器的一表面溫度高於一預定表面溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置、該第一切 換閥連通該冷凝器與該第一膨脹閥但不與該第四切換閥連通、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通，及該第三切換閥連通該蒸發器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通，且，該控制器控制該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動，或使該車內氣流從該第二車內通風端依序朝該工作元件、該熱交換器與該第一車內通風端流動。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，該切換單元更具有一連接該第四、五切換閥的旁通管路，當該溫度感測單元感測到一車外環境溫度低於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度介於該高、低溫限之間且該冷凝器的一表面溫度低於一預定表面溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置、該第一切換閥連通該冷凝器、該第一膨脹閥與該第四切換閥、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第三切換閥連通該蒸發器、該四通換向閥與該熱交換器、該第四、五切換閥選擇性地經該第二膨脹閥互相連通、該第五切換閥連通該熱交換器，及該第四、五切換閥經該旁通管路互相連通，且，該控制器控制該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第二車內通風端依序朝該工作元件、該熱交換器與該第一車內通風端 流動。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，該切換單元更具有一連接該第四、五切換閥的旁通管路，當該溫度感測單元感測到一車外環境溫度低於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度低於該低溫限，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置、該第一切換閥連通該冷凝器、該第一膨脹閥與該第四切換閥、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第三切換閥連通該蒸發器、該四通換向閥與該熱交換器、該第四、五切換閥選擇性地經該第二膨脹閥互相連通、該第五切換閥連通該熱交換器，及該第四、五切換閥經該旁通管路互相連通，且，該控制器控制該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，該切換單元更具有一連接該第四、五切換閥的旁通管路，當該溫度感測單元感測到一車外環境溫度低於一預定環境溫度時，該控制器控制該車內空調單元切換至該暖氣模式，此時，若該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度高於該高溫限，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置、該第一 切換閥連通該第一膨脹閥與該第四切換閥但選擇性地與該冷凝器連通、該第二切換閥連通該冷凝器、該四通換向閥與該熱交換器、該第三切換閥連通該蒸發器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第四切換閥經該第二膨脹閥與該旁通管路的至少其中一者與該第五切換閥互相連通，及該第五切換閥連通該熱交換器，此時，若該溫度感測單元感測到進入該壓縮機的一冷媒過熱度低於一預定值時，該控制器控制該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第二車內通風端依序朝該工作元件、該熱交換器與該第一車內通風端流動，相反地，若該溫度感測單元感測到進入該壓縮機的冷媒過熱度高於該預定值時，該控制器控制該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，該切換單元更具有一連接該第四、五切換閥的旁通管路，當該車內空調單元切換至該無空調模式，且，該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度低於該低溫限時，該控制器控制該第一切換閥連通該冷凝器與該第四切換閥但不與該第一膨脹閥連通、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第三切換閥連通該四通換向閥與該熱交換器但不與該蒸發器連通、該第四、五切換閥經該第二膨脹閥互相連通、該第五切換閥連通該熱交換器，及 該第四、五切換閥選擇性地經該旁通管路互相連通，此時，若該溫度感測單元感測到一車廂內溫度低於一預定車廂內溫度及該通風流道內的一流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置及該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動，若該溫度感測單元感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道內的流道空氣溫度低於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動，若該溫度感測單元感測到該車廂內溫度高於該預定車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，當該車內空調單元切換至該無空調模式，且，該溫度感測單元感測到該工作元件的工作溫度高於該高溫限時，該控制器控制該第一切換閥連通該冷凝器與該第四切換閥但不與該第一膨脹閥連通、該第二切換閥連通該冷凝器與該四通換向閥但不與該熱交換器連通、該第三切換閥連通該四通換向閥與該熱交換器但不與該蒸發器連通、該第四、五切換閥經該第二 膨脹閥互相連通，及該第五切換閥連通該熱交換器，此時，若該溫度感測單元感測到一車廂內溫度高於一預定車廂內溫度及該通風流道內的一流道空氣溫度低於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置及該送風裝置啟動，使一車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動，若該溫度感測單元感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道內的流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該內循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該第二車內通風端流動，若該溫度感測單元感測到該車廂內溫度高於該預定車廂內溫度及該通風流道內的流道空氣溫度高於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動，若該溫度感測單元感測到該車廂內溫度低於該預定車廂內溫度及該通風流道內的流道空氣溫度低於該車廂內溫度，該控制器控制該流道切換裝置切換至該外循環位置及該送風裝置啟動，使該車內氣流從該第一車內通風端依序朝該熱交換器、該工作元件與該車外通風端流動。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之應用於電動車熱管理之多功能空調系統，其中，該切換單元更具有一連接該第 四、五切換閥的旁通管路。