WO2022087935A1

WO2022087935A1 - 一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统及汽车

Info

Publication number: WO2022087935A1
Application number: PCT/CN2020/124605
Authority: WO
Inventors: 张园园; 卢树强; 柳达云
Original assignee: 浙江吉利控股集团有限公司; 宁波吉利汽车研究开发有限公司
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN116194312A; EP4239254A4; EP4239254A1

Abstract

一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统及汽车，其中，系统包括冷却液系统、热泵系统和电控系统；冷却液系统包括冷却液回路；热泵系统包括冷媒回路，冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、冷媒管路以及设于冷媒管路中的液压阀；冷却液加热器用于在环境温度低于预设温度且热泵系统处于非工作状态时加热冷却液；压缩机用于在热泵系统启动后做功以加热冷媒管路中的冷媒；电控系统包括通信单元、处理器和切换模块；冷却液回路与冷媒回路热连接。在不增加额外冷媒状态改变装置的前提下，解决了低温下热泵系统难以启动的问题。

Description

一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统及汽车

技术领域

本发明涉及车辆热管理技术领域，具体涉及一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统及汽车。

背景技术

随着新能源车销量的日益增长，整车热管理也成为汽车行业中快速增长的子行业和需重点突破的领域之一。目前，许多电动汽车中使用热泵空调系统，以满足冬季车内供暖的需求。但热泵系统是在空调系统的基础上增加热泵的零部件，导致系统的复杂度和耦合度大大增加，同时热泵系统的车外换热器易结霜，冬季制热效果差，因此配合辅助加热方式，此方式对车辆的续航影响较大，而且电池的寿命也会有所降低。

现有技术中具有低温启动功能的汽车热泵空调系统通过设计冷媒状态改变装置改变冷媒状态使电动压缩机在低温下正常运转，实现热泵系统的低温启动，但冷媒状态改变装置的增加使得系统的复杂度及系统的成本也随之增加，系统可靠性和可维护性变差。同时现有的汽车热泵空调系统加热模式不够丰富，对于车内外的热源利用不够灵活与充分，整个系统的能量利用率较低。极端条件下，例如－30℃左右，冷媒为液态使得压缩机在低温下的加热效果较差。因此，有必要对现有技术加以改进以解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统，包括冷却液系统、热泵系统和电控系统；

所述冷却液系统包括冷却液回路，所述冷却液回路包括DC/DC、电机、电池包、冷却液管路以及设于所述冷却液管路中的液压阀和至少一个水泵；

所述热泵系统包括冷媒回路，所述冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、冷媒管路以及设于所述冷媒管路中的液压阀；所述冷却液加热器用于在环境温度低于预设温度且热泵系统处于非工作状态时加热冷却液；所述压缩机用于在热泵系统启动后做功以加热所述冷媒管路中的冷媒；

所述电控系统包括通信单元、处理器和切换模块；所述通信单元被配置为接收车外环境温度、乘员舱和电池包的温度调控需求和电池包储热状态；所述处理器被配置为根据所述车外环境温度、所述乘员舱和电池包的温度调控需求以及所述电池包储热状态，生成工作模式切换指令；所述切换模块用于响应于所述工作模式切换指令切换所述冷却液回路和/或所述冷媒回路的连接状态；

所述通信单元与所述处理器电连接，所述处理器与所述切换模块电连接，所述冷却液回路与所述冷媒回路热连接。

进一步地，所述热泵系统还包括HVAC总成和电池电子膨胀阀，所述HVAC总成包括内部冷凝器、鼓风机、风门及风道，所述电控系统还包括空调控制器；

所述HVAC总成与所述空调控制器电连接，所述空调控制器与所述处理器电连接；

所述液冷冷凝器的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接，所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述电池包的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述内部冷凝器的一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述内部冷凝器的另一端连接。

进一步地，所述HVAC总成还包括内部散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述内部散热器的一端连接，所述内部散热器的另一端与所述电机的另一端连接。

进一步地，所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述内部散热器的一端连接，所述内部散热器的另一端与所述电机的另一端连接。

进一步地，所述HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；

所述内部冷凝器的一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。

所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述电池包的一端连接；

所述内部冷凝器的另一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。

进一步地，所述气液分离器的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。

进一步地，所述热泵系统还包括散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接

所述液冷冷凝器的一端与所述气液分离器的另一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。

进一步地，所述热泵系统还包括HVAC总成，所述HVAC总成包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀，所述电控系统还包括空调控制器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接。

进一步地，所述热泵系统还包括散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接。

进一步地，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接。

进一步地，所述热泵系统还包括电池电子膨胀阀；

所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接。

进一步地，所述热泵系统还包括散热器，所述热泵系统还包括HVAC总成和电池电子膨胀阀，所述HVAC总成包括内部冷凝器；

所述电池包的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述液冷冷凝器的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接；

本发明第二方面提出一种汽车，所述汽车包括本发明第一方面所述的支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统。

实施本发明具有以下有益效果：

(1)本发明实施例在不增加额外冷媒状态改变装置的前提下，通过冷却液加热器加热冷却液并将热量输送至电池换热器，冷媒通过电池换热器吸收冷却液的热量后温度增加，并从液态转变为气态，从而使压缩机能够在低温下正常运转，实现热泵系统的低温启动，而后利用压缩机做功加热乘员舱，解决了低温下热泵系统难以启动的问题，减少额外部件的使用，可降低系统的成本及避免对相应装置的维护，还有利于节约能源。

(2)本发明实施例不仅实现了冷却液系统和热泵系统的热连接，还支持低温下使用压缩机做功(而非水加热器)加热乘员舱和电池包，从而满足电池的最佳工作温度，减少其低温下的衰减，有利于提高电池的寿命及增加续航，并减少能耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。

图1是本发明实施例提供的一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统的架构图；

图2是本发明实施例提供的加热模式1的工作原理图；

图3是本发明实施例提供的加热模式2的工作原理图；

图4是本发明实施例提供的加热模式3的工作原理图；

图5是本发明实施例提供的加热模式4的工作原理图；

图6是本发明实施例提供的加热模式5的工作原理图；

图7是本发明实施例提供的加热模式6的工作原理图；

图8是本发明实施例提供的加热模式7的工作原理图；

图9是本发明实施例提供的制冷模式1的工作原理图；

图10是本发明实施例提供的加热模式8和加热模式9的工作原理图；

图11是本发明实施例提供的制冷模式2的工作原理图；

图12是本发明实施例提供的制冷模式3的工作原理图；

图13是本发明实施例提供的加热模式10和加热模式11的工作原理图；

图14是本发明实施例提供的加热模式12和加热模式13的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

实施例

图1是本发明实施例提供的一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统的架构图，具体的如图1所示，本发明实施例提出的一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统，包括冷却液系统、热泵系统和电控系统。

所述冷却液系统包括冷却液回路，所述冷却液回路包括DC/DC、电机、电池包、冷却液管路以及设于所述冷却液管路中的液压阀和至少一个水泵，至少一个水泵构造成泵送冷却液沿特定的流动方向通过冷却液回路。

详细地，电机包括前电机和后电机，前电机与DC/DC串联连接，前电机和DC/DC与后电机并联连接。

详细地，液压阀包括但不限于三通阀、比例三通阀、四通阀、八通阀、常开阀，其中，八通阀还可以用两个四通阀替代。根据四通阀和/或八通阀的连通状态不同，电池系统与电驱系统之间可以形成串联与并联状态。

所述热泵系统包括冷媒回路，所述冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、冷媒管路以及设于所述冷媒管路中的液压阀。其中，气液分离器一般安装在蒸发器和压缩机之间；主要作用是：①防止返回压缩机的低温蒸汽携带过多的液滴，防止液体制冷剂进入压缩机气缸，防止对压缩机造成液击。②防止过多冷剂对压缩机油的稀释。③分离器同时具有过滤、回油、贮液等功能。过滤冷媒可以保证进入压缩机的气体洁净；回油可以保证压缩机油充分的润滑；贮液是指容纳系统中不用的部分冷媒，除了防止液击外还可以保证系统中有充分的冷剂循环。冷却液加热器用于在环境温度低于预设温度且热泵系统处于非工作状态时加热冷却液；压缩机用于在热泵系统启动后做功以加热所述冷媒管路中的冷媒；冷媒回路有高压侧和低压侧，压缩机做功使得冷媒回路形成高压侧和低压侧，从而推动冷媒流动。

所述通信单元与所述处理器电连接，所述处理器与所述切换模块电连接，所述冷却液回路与所述冷媒回路热连接。这里的热连接是指冷却液回路与冷媒回路之间有热量交换，通过电池换热器或者液冷冷凝器实现两个回路中的冷却液与冷媒之间的热交换，换热器内的热交换不是单一的换热，而是包含热对流与热传导的复杂换热过程。

具体地，车外温度传感器设置在车体外部，例如，发动机盖、行李舱盖、车窗等位置，用于检测车外环境温度并将车外环境温度发送给通信单元。

具体地，电池换热器还可以作为蒸发器使用。

图2是本发明实施例提供的加热模式1的工作原理图，请参照图2，在一个实施例中，多回路热泵空调系统工作在加热模式1下，该多回路热泵空调系统包括冷却液系统、热泵系统和电控系统。

冷却液系统包括电驱模块、电池包、冷却液管路以及设于所述冷却液管路中的液压阀和至少一个水泵。电驱模块的一端通过液压阀与液冷冷凝器的一端连接，液冷冷凝器的另一端与膨胀水壶的一端连接，膨胀水壶的另一端通过液压阀与电池换热器的一端连接，电池换热器的另一端通过液压阀与电池包的一端连接，电池包的另一端通过液压阀与电驱模块的另一端连接。

电池包与电驱模块之间设置有构造成泵送冷却液沿自电池包向电驱模块的方向流动的水泵，膨胀水壶与电池换热器之间设置有构造成泵送冷却液沿自液冷冷凝器向电池换热器的方向流动的水泵，冷却液的流向具体地如图2所示为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块。

热泵系统包括冷媒回路、HVAC总成(即图2示出的HVAC)和电池电子膨胀阀。所述冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、冷媒管路以及设于所述冷媒管路中的液压阀。所述HVAC总成包括内部冷凝器、鼓风机、风门及风道，所述电控系统还包括空调控制器。所述HVAC总成与所述空调控制器电连接，所述空调控制器与所述处理器电连接。电池电子膨胀阀的开度相应于负载的大小而增减。

所述内部冷凝器的一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述内部冷凝器的另一端连接。冷媒回路有高压侧和低压侧，压缩机做功使得冷媒回路形成高压侧和低压侧，从而推动冷媒在冷媒回路内沿特定的流动方向流动。冷媒的流向具体地如图2所示为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

在车外环境温度在第一预设温度范围内，仅乘员舱需要加热时，热泵系统通过电池换热器从电池系统吸收热量，对乘员舱进行加热，此时能效比(Coefficient Of Performance，COP)大于1。当电机循环系统中部件的温度高于电池系统的温度时，电控系统确定多回路热泵空调系统的热传导连接模式为加热模式1。

其中，第一预设温度范围的取值可以根据实际需要进行设置，例如第一预设温度范围的取值可以是[－10℃，10℃]，还可以是[－11℃，9℃]、[－12℃，12℃]等。需要指出的是，上述示例仅用于对第一预设温度范围的取值进行举例说明，不应视为对本发明保护范围的限制，实际应用中第一预设温度范围的取值包括但不限于以上温度范围。

在其他方案中多回路热泵空调系统可以如图2所示不包括散热器，也可以如图1所示包括散热器并将散热器设置为短路状态。

具体地，该模式下空调切换至部分内循环，此时新风和乘员舱内循环的风量混合。

在一个实施例中，多回路热泵空调系统可以在加热模式1下工作(参见上述关于加热模式1的记载，此处不再赘述)，也可以在加热模式2下工作。

图3是本发明实施例提供的加热模式2的工作原理图，请参照图2和图3，与图2相比，图3示出的多回路热泵空调系统的HVAC总成还包括内部散热器；该内部散热器与多回路热泵空调系统内的其他部件连接关系具体为：所述液冷冷凝器的另一端与所述内部散热器的一端连接，所述内部散热器的另一端与所述电机的另一端连接。

在车外环境温度在第一预设温度范围内，乘员舱需要加热时，通过电机的余热加热乘员舱，当此方式不能满足乘员舱的加热需求时，结合加热模式1，通过热泵系统进行加热，热泵系统通过电池换热器从电池系统吸收热量，对乘员舱进行加热，此时COP>1。当电机循环系统中部件的温度高于电池系统的温度时，电控系统确定多回路热泵空调系统的热传导连接模式为加热模式2。加热模式2为混合加热模式，其COP>1。

加热模式2中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器 →电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→内部散热器→电驱模块。

加热模式2中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

在一个实施例中，多回路热泵空调系统可以在加热模式3下工作(参见上述关于加热模式2的记载，此处不再赘述)，也可以在加热模式3下工作。

图4是本发明实施例提供的加热模式3的工作原理图，请参照图3和图4，与图3相比，图4示出的多回路热泵空调系统内的各部件连接关系还包括以下内容：液冷冷凝器的另一端与冷却液加热器的一端连接，冷却液加热器的另一端与内部散热器的一端连接，内部散热器的另一端与电驱模块的另一端连接。

在车外环境温度在第二预设温度范围内，电池有多余储热，乘员舱需加热时，通过热泵与冷却液加热器同时对乘员舱加热。热泵加热时COP>1，冷却液加热器加热时COP＝1，因此，加热模式3为混合加热模式，其COP>1。

乘员舱的热源来自于热泵系统和冷却液加热器。因此，加热模式3相比于加热模式1，能为乘员舱提供更多的热量，当电池系统的温度较低，无法满足乘员舱的热舒适需求，或者乘员舱有分区需求(例如主副驾要求不同的出风温度)时，采用此模式进行加热。具体的，第二预设温度范围包括但不限于车外环境温度＜－10℃。

加热模式3中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→冷却液加热器→内部散热器→电驱模块。

加热模式3中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

具体地，采用加热模式3时空调切换至外循环，该模式可支持除霜操作，以消除乘员舱蒸发器上的结霜。具体地，冷却液加热器为非全功率运行，例如，空调系统的冷却液加热器功率是8KW，这里非全功率运行只是弥补热泵不足的热源部分，不以8KW的功率运行，从而达到节能的目的。

可选地，冷却液加热器包括但不限于高压冷却液加热器(High Voltage Coolant Heater，HVCH)，其中，高压电加热器又称水暖PTC。

图5是本发明实施例提供的加热模式4的工作原理图，请参照图2和图5，与图2相比，图5示出的多回路热泵空调系统的HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；该多回路热泵空调系统内的各部件连接关系还包括以下内容：所述内部冷凝器的一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。

具体地，在仅有制热/制冷功能运行时，蒸发器电子膨胀阀的开度相应于负载的大小而增减，在除湿除雾和消除蒸发器结霜功能运行时，电子膨胀阀为全开。

在车外环境温度在第二预设温度范围内，电池无储热或储热不多，乘员舱需加热时，通过热泵系统从电池系统吸热同时通过乘员舱蒸发器吸收乘员舱内环境空气的热量加热乘员舱，从电池吸热的热泵系统COP>1，从乘员舱内空气吸收热量的COP＝1，此模式为混合模式，COP>1。

加热模式4中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块。

加热模式4中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器，内部冷凝器→内部蒸发器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

图6是本发明实施例提供的加热模式5的工作原理图，请参照图4和图6，与图4相比，图6示出的多回路热泵空调系统的HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；该多回路热泵空调系统内的各部件连接关系还包括以下内容：所述内部冷凝器的一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。

在车外环境温度在第二预设温度范围内，电池有储热，乘员舱需较大功率加热时，通过热泵系统从电池系统吸热，辅助冷却液加热器加热(非全功率运行)，通过乘员舱蒸发器吸收环境热量对乘员舱进行加热。为混合模式，此时COP＞1。具体地，该模式下空调系统内混风，HVAC总成的内部蒸发器与内部冷凝器串联。

加热模式5中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→冷却液加热器→内部散热器→电驱模块。

加热模式5中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器，内部冷凝器→内部蒸发器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

图7是本发明实施例提供的加热模式6的工作原理图，请继续参照图2和图7，与图2示出的多回路热泵空调系统相比，图7示出的HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述电池包的一端连接；所述内部冷凝器的另一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。

在车外环境温度在第二预设温度范围内，电池无储热，乘员舱需加热时，在极端的条件下，例如，车外环境温度－30℃左右，电池系统的冷却液温度较低，无法从中取热，通过压缩机做功来快速对乘员舱加热。具体是先使用冷却液加热器加热冷却液，此时开启的是电池换热器作为蒸发器，内部蒸发器关闭；经过预设时长，例如4－5分钟后，冷却液加热器和电池换热器关闭，使用内部蒸发器和内部冷凝器串联的方式，利用压缩机做功来为乘员舱加热。从而实现低温启动并利用压缩机做功。

该模式下COP＝1，空调系统内混风，需要保持最佳的内外循环比例和最低的舒适性需求，若全内循环易引起乘客的憋闷及起雾风险增加。

加热模式6中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→冷却液加热器→电池包→电驱模块。

加热模式6中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器，内部冷凝器→内部蒸发器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

图8是本发明实施例提供的加热模式7的工作原理图，请继续参照图7和图8，与图7示出的多回路热泵空调系统相比，图8中所述气液分离器的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。

在车外环境温度在第二预设温度范围内，电池和乘员舱需加热时，在极端条件下，车外环境温度－30℃左右，在不从电池取热的情况下，快速加热乘员舱，当有多余的加热功率时，通过液冷冷凝器来对电池加热，主要为提高充电效率和电池的放电电流。压缩机下游的三通阀来控制冷媒流量分配，优先保证乘员舱的舒适性。

该模式下具体是先使用冷却液加热器加热冷却液，此时开启的是电池换热器作为蒸发器，内部蒸发器关闭；经过预设时长，例如4－5分钟后，冷却液加热器和电池换热器关闭，使用内部蒸发器和内部冷凝器串联的方式，利用压缩机做功来为乘员舱加热。从而实现低温启动并利用压缩机做功。

加热模式7中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→冷却液加热器→电池包→电驱模块。

加热模式7中冷媒的流向为：液冷冷凝器/内部冷凝器→电池换热器/内部蒸发器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器/内部冷凝器。

图9是本发明实施例提供的制冷模式1的工作原理图，请继续参照图2和图9，与图2示出的多回路热泵空调系统相比，图9中示出的所述热泵系统还包括散热器；所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接；所述液冷冷凝器的一端与所述气液分离器的另一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。

在夏季电池达到40℃以上，电池有强制冷需求，且乘员舱有少许加热需求时，冷媒流经压缩机后，通过三通阀控制流量分配，满足乘员舱加热需求外的多余热量通过冷却液冷凝器及散热器传至环境中散热。此模式下电池与电机通过八通阀大循环串联，散热器工作。

制冷模式1中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→散热器→电池换热器→电池包→电驱模块。

制冷模式1中冷媒的流向为：液冷冷凝器/内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器/内部冷凝器。

图10是本发明实施例提供的加热模式8和加热模式9的工作原理图，请参照图10，热泵系统还包括HVAC总成，所述HVAC总成包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀，所述电控系统还包括空调控制器；所述HVAC总成与所述空调控制器电连接，所述空调控制器与所述处理器电连接。

所述液冷冷凝器的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接，所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述电池包的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接。

在车外环境温度在第三预设温度范围内时，乘员舱有余热，为电池预加热/储热时，通过乘员舱的蒸发器吸收环境中的热量实现加热电池，一般应用行驶前或行驶后的远程空调系统。其中，加热模式8为部分内循环，模式9为全内循环。其中，冷却液系统不包括散热器或散热器短路。

具体的，第三预设温度范围包括但不限于车外环境温度＞－10℃。

加热模式8和加热模式9中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块。

加热模式8和加热模式9中冷媒的流向为：内部冷凝器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器→内部冷凝器。

图11是本发明实施例提供的制冷模式2的工作原理图，图11示出了夏季乘员舱有制冷需求的模式，此模式下内部冷凝器处于激活状态，以再热的方式为新风除湿，实现温暖客舱环境的除湿需求。与图10相比，图11的多回路热泵空调系统还包括散热器；所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接。散热器工作，空调系统内混风。

制冷模式2中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→散热器→电池换热器→电池包→电驱模块。

制冷模式2中冷媒的流向为：内部蒸发器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器→内部蒸发器。

图12是本发明实施例提供的制冷模式3的工作原理图，图12示出了夏季乘员舱和电池系统同时制冷的模式，与图11相比，图12中液冷冷凝器的另一端与电池换热器的另一端连接，电池换热器的一端与气液分离器的一端连接。

制冷模式3中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→散热器→电池换热器→电池包→电驱模块。

制冷模式3中冷媒的流向为：液冷冷凝器→内部蒸发器/电池换热器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器。

图13是本发明实施例提供的加热模式10和加热模式11的工作原理图，图13示出的支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统包括冷却液系统、热泵系统和电控系统。

所述冷却液系统包括冷却液回路，所述冷却液回路包括DC/DC、电机、电池包、冷却液管路以及设于所述冷却液管路中的液压阀和至少一个水泵，至少一个水泵构造成泵送冷却液沿特定的流动方向通过冷却液回路。冷却液系统可以不包括散热器或将散热器的电连接状态设置为短路，冷媒通过冷却液冷凝器为电池传递热量。

所述热泵系统包括冷媒回路，所述冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、电池电子膨胀阀、冷媒管路以及设于所述冷媒管路中的液压阀。

其中，冷媒回路中各部件的连接关系如下所述：

在车外环境温度在第二预设温度范围内，且仅电池需加热时，以压缩机作为热源快速加热电池，当车速优先级较高或者较冷的环境中充电时，此模式较为有效，COP＝1。

加热模式10与加热模式11中冷却液的流向为：电驱模块→液冷冷凝器→电池换热器→电池包→电驱模块，电驱模块→液冷冷凝器→冷却液加热器→电池包→电驱模块。

加热模式9与加热模式10中冷媒的流向为：液冷冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→液冷冷凝器。

具体地，加热模式9与加热模式10的区别在于，加热模式9是采用冷却液加热器辅助启动热泵系统后关闭，模式10是电池需热量较大时，冷却液加热器不再关闭(非全功率运行)与热泵系统共同为电池加热。

图14是本发明实施例提供的加热模式12和加热模式13的工作原理图，请参照图14，冷却液系统还包括散热器，所述热泵系统还包括散热器，所述热泵系统还包括HVAC总成和电池电子膨胀阀，所述HVAC总成包括内部冷凝器；

在车外环境温度在第一预设温度范围内，乘员舱和电池均需要加热，电机为电池预热时，热泵系统通过电池换热器吸收循环中冷却液的热量，冷却液的温度不断降低，冷却液流经散热器时吸收环境中的热量。同时不对电池系统造成影响，对乘员舱加热，COP>1；该状态下电控系统确定多回路热泵空调系统的热传导连接模式为加热模式12，加热模式12下八通阀/四通阀实现电池换热器与散热器串联，电池系统与电机系统串联，当电机系统的温度高于电池时，用于电池的预热，有利于提高效率。散热器工作，HVAC外循环。

在车外环境温度在第三预设温度范围内，电池有一定储热，乘员舱的预加热时，通过散热器收集环境中的热量用于预热乘员舱，在中等车外环境温度(－10℃或更高，电池温度稍低于车外环境温度)为乘员舱加热较有效。散热器工作，HVAC内循环。该状态下电控系统确定多回路热泵空调系统的热传导连接模式为加热模式13，加热模式13下内部蒸发器与冷凝器串联，可支持低温环境下乘员舱除湿。

加热模式12和加热模式13中冷却液的流向为：电驱模块→电池包→电驱模块，液冷冷凝器→散热器→电池换热器→液冷冷凝器。

加热模式12和加热模式13中冷媒的流向为：内部冷凝器→电池换热器→气液分离器→压缩机→内部冷凝器。

请继续参照图1，本发明实施例提供的多回路热泵空调系统可以具有图1示出的全部或部分部件，各部件之间的连接关系可以采用上述一个或多个实施例记载的连接方式，从而具有多种加热模式和/或制冷模式，例如，多回路热泵空调系统具有图1示出的全部部件及连接关系，该多回路热泵空调系统运行时电控系统默认采用加热模式1，并逐步在加热模式3、4、5进行更多的混合，热源不足时采用加热模式6，电池若迫切需要加热采用加热模式7、10、11；此外，该多回路热泵空调系统还提供了适用于驻车空调的加热模式8、9和11等。

本发明实施例根据车外环境温度、乘员舱和电池包的温度调控需求以及电池包储热状态，确定多回路热泵空调系统的热传导连接模式，可在极低温度下启动热泵系统并向其他加热模式过渡，从而解决冬季电池续航和乘员舱的热舒适性问题，有利于灵活利用车内外的热源。

本发明实施例还提出一种汽车，该汽车包括上述任一实施例提出的支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统。

由上述本发明提供的一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统及汽车的实施例可见，本发明实施例在不增加额外冷媒状态改变装置的前提下，支持热泵系统的低温启动，减少额外部件的使用，可降低系统的成本及避免对相应装置的维护。同时还支持乘员舱热量存储于电池，并在下次行车时(间隔时间约1－2小时)，利用此部分热量加热乘员舱，从而提高能源的利用率。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

一种支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统，其特征在于，包括冷却液系统、热泵系统和电控系统；

所述冷却液系统包括冷却液回路，所述冷却液回路包括DC/DC、电机、电池包、冷却液管路以及设于所述冷却液管路中的液压阀和至少一个水泵；

所述热泵系统包括冷媒回路，所述冷媒回路包括气液分离器、压缩机、电池换热器、液冷冷凝器、冷却液加热器、冷媒管路以及设于所述冷媒管路中的液压阀；所述冷却液加热器用于在环境温度低于预设温度且热泵系统处于非工作状态时加热冷却液；所述压缩机用于在热泵系统启动后做功以加热所述冷媒管路中的冷媒；

所述电控系统包括通信单元、处理器和切换模块；所述通信单元被配置为接收车外环境温度、乘员舱和电池包的温度调控需求和电池包储热状态；所述处理器被配置为根据所述车外环境温度、所述乘员舱和电池包的温度调控需求以及所述电池包储热状态，生成工作模式切换指令；所述切换模块用于响应于所述工作模式切换指令切换所述冷却液回路和/或所述冷媒回路的连接状态；

所述通信单元与所述处理器电连接，所述处理器与所述切换模块电连接，所述冷却液回路与所述冷媒回路热连接。
根据权利要求1所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括HVAC总成和电池电子膨胀阀，所述HVAC总成包括内部冷凝器、鼓风机、风门及风道，所述电控系统还包括空调控制器；

所述HVAC总成与所述空调控制器电连接，所述空调控制器与所述处理器电连接；

所述液冷冷凝器的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接，所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述电池包的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述内部冷凝器的一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述内部冷凝器的另一端连接。
根据权利要求2所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述HVAC总成还包括内部散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述内部散热器的一端连接，所述内部散热器的另一端与所述电机的另一端连接。
根据权利要求3所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，

所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述内部散热器的一端连接，所述内部散热器的另一端与所述电机的另一端连接。
根据权利要求2或3或4所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；

所述内部冷凝器的一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。
根据权利要求2所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述HVAC总成还包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀；

所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述电池包的一端连接；

所述内部冷凝器的另一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接。
根据权利要求6所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述气液分离器的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。
根据权利要求2所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接

所述液冷冷凝器的一端与所述气液分离器的另一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器连接。
根据权利要求1所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括HVAC总成，所述HVAC总成包括内部蒸发器和蒸发器电子膨胀阀，所述电控系统还包括空调控制器；

所述HVAC总成与所述空调控制器电连接，所述空调控制器与所述处理器电连接；

所述液冷冷凝器的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接，所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述电池包的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述液冷冷凝器的另一端与所述蒸发器电子膨胀阀的一端连接，所述蒸发器电子膨胀阀的另一端与所述内部蒸发器的一端连接，所述内部蒸发器的另一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接。
根据权利要求9所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括散热器；

所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接。
根据权利要求10所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述液冷冷凝器的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接。
根据权利要求1所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括电池电子膨胀阀；

所述液冷冷凝器的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接，所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述电池包的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述液冷冷凝器的另一端与所述冷却液加热器的一端连接，所述冷却液加热器的另一端与所述电池包的一端连接；

所述液冷冷凝器的另一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述液冷冷凝器的一端连接。
根据权利要求1所述的多回路热泵空调系统，其特征在于，所述热泵系统还包括散热器，所述热泵系统还包括HVAC总成和电池电子膨胀阀，所述HVAC总成包括内部冷凝器；

所述电池包的一端通过所述液压阀与所述电机的一端连接，所述电池包的另一端通过所述液压阀与所述电机的另一端连接；

所述电池换热器的另一端通过所述液压阀与所述液冷冷凝器的一端连接，所述液冷冷凝器的另一端与所述散热器的一端连接，所述散热器的另一端通过所述液压阀与所述电池换热器的一端连接；

所述内部冷凝器的一端与所述电池电子膨胀阀的一端连接，所述电池电子膨胀阀的另一端与所述电池换热器的另一端连接，所述电池换热器的一端与所述气液分离器的一端连接，所述气液分离器的另一端与所述压缩机的一端连接，所述压缩机的另一端与所述内部冷凝器的另一端连接。
一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求1－13任一项所述的支持汽车低温启动的多回路热泵空调系统。