CN107719067A - 一种电动汽车节能座椅空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车空调技术领域，公开了一种电动汽车节能座椅空调***，该***包括汽车空调压缩机、座椅小型水泵、汽车电池组、三通阀、换热器(蒸发器，冷凝器)、蓄热器、电磁阀、电子膨胀阀和控制器。本发明可同时实现汽车座椅温度和电池组温度的调控，还可利用电池组余热供暖；当电池组余热超过供暖需求时，开启蓄热器蓄集多余热量，在供暖不足时利用其为座椅持续供热。基于以上功能，该***具有提高能源利用率、提高行车舒适度和汽车续航能力等特点。

Description

一种电动汽车节能座椅空调***
技术领域
本发明涉及汽车空调技术领域，更具体的说，是涉及电动汽车的座椅空调***和电池仓控温***。
背景技术
随着社会经济的快速发展和人们消费理念的不断更新，汽车已成为这个时代必不可少的交通工具。同时，随着汽车配置不断升级，人们对行车舒适度的要求也越来越高，而汽车座椅作为汽车内饰的必需设备，过冷或过热都会降低人们的行车舒适度。
目前，国际上一部分顶配车型已配置座椅通风***以提高座椅舒适度，但其本身并无即刻制热、制冷功能，而仅限于通风，且均需等原车空调***运行一段时间，车内环境温度达到设置的舒适温度后方能取得效果，因此并非真正意义上的汽车座椅空调***。
国内某些车型的座椅供暖大多采用的是电加热***，效率最高为1：1，且耗电量较高，应用于电动汽车上将会大大降低其续航能力。除此之外，电动汽车电池的热量未加以利用，同时还需采取另一套控温装置以保障电池处于正常工作温度范围。基于以上不难看出，电动汽车座椅空调***仍有待优化改进，推出一种电动汽车节能座椅空调***也实属必要。
发明内容
本发明旨在优化目前的汽车座椅空调***，改善行车舒适度，并充分利用电池组余热，节约电动汽车的电能，在同等制冷(制热)条件下提高其续航能力。除此之外，还可实现汽车电池组温度的调控，以保障汽车的正常运行。
为调节汽车座椅温度，本发明在汽车座椅内部增设传热盘管，通过主动制冷(制热)的方式快速调节汽车座椅温度，将其控制在人体舒适温度范围之内。同时，本***通过电池仓与汽车总空调***进行串联，减少了传热介质的运行路程，提高了***的运行效率。
为了解决上述技术问题，本发明具体通过以下的技术方案予以实现：
一种电动汽车节能座椅空调***，包括第一三通阀(1)、压缩机(2)、第二三通阀(3)、第一换热器(4)、第二换热器(5)、第一电磁阀(6)、第三三通阀(7)、电子膨胀阀(8)、第三换热器(9)、四通换向阀(10)、传热盘管(11)、第一水泵(12)、第二电磁阀(13)、第四换热器(14)、第五换热器(15)、电池组(16)、第二水泵(17)、第三电磁阀(18)、第四三通阀(19)和蓄热器(20)；其中，所述电池组(16)包括相间放置进行换热的电池与换热器；
其中所述四通换向阀(10)左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通，其中所述第一三通阀(1)右端口和左端口或下端口连通，其中所述第二三通阀(3)左端口和右端口或下端口连通，其中所述第三三通阀(7)上端口和左端口或下端口连通，其中所述第四三通阀(19)左端口和右端口或下端口连通；
在主空调***(Ⅰ)中，所述压缩机(2)的出口与所述第一三通阀(1)的右端口连接，所述第一三通阀(1)的左端口与所述第一换热器(4)的一端连接，同时所述第一换热器(4)的该端与所述第二三通阀(3)的下端口连接，所述第一换热器(4)的另一端分别与所述四通换向阀(10)的左端口和所述第一电磁阀(6)的出口连接，所述四通换向阀(10)的上端口与所述电子膨胀阀(8)的进口连接，所述电子膨胀阀(8)的出口与所述四通换向阀(10)的下端口连接，所述四通换向阀(10)的右端口分别与所述第三换热器(9)的主空调***(Ⅰ)侧一端和所述第三三通阀(7)的左端口连接，所述第三换热器(9)的主空调***(Ⅰ)侧另一端与所述第三三通阀(7)的下端口连接，所述第三三通阀(7)的上端口与所述第二换热器(5)的一端连接，所述第二换热器(5)的另一端分别与所述第二三通阀(3)的右端口和第一三通阀(1)的下端口连接，所述第二三通阀(3)的左端口与所述第一压缩机(2)的进口连接，所述第一三通阀(1)的下端口与所述第一电磁阀(6)的进口连接；
在座椅空调***(Ⅱ)中，所述第一水泵(12)的出口与所述第四换热器(14)的座椅空调***(Ⅱ)侧进口连接，所述第四换热器(14)的座椅空调***(Ⅱ)侧出口与所述第二电磁阀(13)的进口连接，所述第二电磁阀(13)的出口与所述传热盘管(11) 的进口连接，所述传热盘管(11)的出口与所述第一水泵(12)的进口连接；
在电池仓空调***(Ⅲ)中，所述第二水泵(17)的出口与所述第五换热器(15)的进口连接，所述第五换热器(15)的出口与所述第四三通阀(19)的左端口连接，所述第四三通阀(19)的右端口与所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接，所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧出口与所述第三换热器(9)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接，所述第三换热器(9)的电池仓空调***(Ⅲ)侧出口与所述电池组(16)中的换热器进口连接，所述电池组(16)中的换热器出口与所述第三电磁阀(18)的进口连接，所述第三电磁阀(18)的出口与所述第二水泵(17)的进口连接；同时，所述第四三通阀(19)的下端口与所述蓄热器(20)的一端连接，所述蓄热器(20) 的另一端与所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接。
在车内空调排风装置(Ⅳ)中，所述第二换热器(5)与所述第五换热器(15)并排放置。
所述传热盘管(11)设置在在汽车座椅内部与座椅进行换热。
所述蓄热器(20)中的蓄热材料为十四醇。
所述电池组(16)的电池表面设置温度传感器，该温度传感器用于将其测定的温度信号传递给所述控制器(21)，所述控制器(21)判断该温度传感器反馈的温度是否在其工作温度范围内，并根据判断结果调节所述第三三通阀(7)和所述第四三通阀(19)的转向；
所述第一换热器(4)的两端分别设置温度传感器，两个温度传感器用于将其测定的温度信号传递给所述控制器(21)，所述控制器(21)计算两个温度传感器的温度差值，并根据该温度差值调节所述第一电磁阀(6)的开关。
本发明的有益效果是：
(一)本发明联合汽车空调***和电池仓为座椅调节温度，与现有技术相比更加节约能源，有效提高电动汽车的续航能力，更加适合在电动汽车上进行推广应用；
(二)本发明为座椅配备了小型空调***，可实现对座椅椅面温度的调控，避免夏季座椅过热，冬季过冷的情况出现，提高行车舒适度；
(三)本发明将汽车空调***、电池仓和座椅相互串联，在满足车内供热(供冷)条件下，同时实现对汽车电池组温度的调控，防止电池过冷或过热而影响其工作效率和寿命；
(四)本发明在车内空调排风装置(Ⅳ)中，将第二换热器与第五换热器并排放置，可将电池组余热利用第五换热器传导至空调出风口处，提高空调出风口温度；
(五)本发明在调控电池组温度的同时，提高能源利用率；当电池组温度高于电池工作温度时，可利用电池余热为车内和座椅供热；当电池组余热超过供暖需求时，可开启蓄热器蓄集多余热量，在供暖不足时将其作为储备能源使用。
附图说明
图1是本发明的电动汽车节能座椅空调***的结构示意图；
图2是本发明的电动汽车节能座椅空调***在供热工况下的原理图；
图3是本发明的电动汽车节能座椅空调***在制冷工况下的原理图；
其中：实线表示开启管路，虚线表示关闭管路，箭头表示工质流动方向。
上述图中：1，第一三通阀；2，压缩机；3，第二三通阀；4，第一换热器；5，第二换热器；6，第一电磁阀；7，第三三通阀；8，电子膨胀阀；9，第三换热器；10，四通换向阀；11，传热盘管；12，第一水泵；13，第二电磁阀；14，第四换热器；15，第五换热器；16，电池组；17，第二水泵；18，第三电磁阀；19，第四三通阀；20，蓄热器；21，控制器。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
如图1所示，本实施例公开了一种电动汽车节能座椅空调***，包括第一三通阀1、压缩机2、第二三通阀3、第一换热器4、第二换热器5、第一电磁阀6、第三三通阀7、电子膨胀阀8、第三换热器9、四通换向阀10、传热盘管11、第一水泵12、第二电磁阀13、第四换热器14、第五换热器15、电池组16、第二水泵17、第三电磁阀18、第四三通阀 19、蓄热器20和控制器21。
其中，电池组16包括电池(图中电池组16的黑色部分)与换热器(图中电池组16 的白色部分)，电池与换热器相间放置进行换热，这既有利于调整电池温度的均匀性，又可防止漏液而影响电池组工作。
其中，传热盘管11设置在在汽车座椅内部，与座椅进行换热。
其中，蓄热器20中的蓄热材料优选十四醇。
其中，四通换向阀10的左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通，其中第一三通阀1的右端口和左端口或下端口连通，第二三通阀3的左端口和右端口或下端口连通，第三三通阀7的上端口和左端口或下端口连通，第四三通阀19的左端口和右端口或下端口连通。
在主空调***(Ⅰ)中，压缩机2的出口与第一三通阀1的右端口连接，第一三通阀 1的左端口与第一换热器4的一端连接，同时第一换热器4的这一端与第二三通阀3的下端口连接，第一换热器4的另一端分别与四通换向阀10的左端口和第一电磁阀6的出口连接，四通换向阀10的上端口与电子膨胀阀8的进口连接，电子膨胀阀8的出口与四通换向阀10的下端口连接，四通换向阀10的右端口分别与第三换热器9的主空调***(Ⅰ) 侧一端(a端口)和第三三通阀7的左端口连接，第三换热器9的主空调***(Ⅰ)侧另一端(b端口)与第三三通阀7的下端口连接，第三三通阀7的上端口与第二换热器5的一端连接，第二换热器5的另一端分别与第二三通阀3的右端口和第一三通阀1的下端口连接，第二三通阀3的左端口与第一压缩机2的进口连接，第一三通阀1的下端口与第一电磁阀6的进口连接。
在座椅空调***(Ⅱ)中，第一水泵12的出口与第四换热器14的座椅空调***(Ⅱ)侧进口(a端口)连接，第四换热器14的座椅空调***(Ⅱ)侧出口(b端口)与第二电磁阀13的进口连接，第二电磁阀13的出口与传热盘管11的进口连接，传热盘管11的出口与第一水泵12的进口连接。
在电池仓空调***(Ⅲ)中，第二水泵17的出口与第五换热器15的进口连接，第五换热器15的出口与第四三通阀19的左端口连接，第四三通阀19的右端口与第四换热器 14的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口(d端口)连接，第四换热器14的电池仓空调***(Ⅲ) 侧出口(c端口)与第三换热器9的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口(c端口)连接，第三换热器9的电池仓空调***(Ⅲ)侧出口(d端口)与电池组16中的换热器进口连接，电池组(16)中的换热器出口与第三电磁阀18的进口连接，第三电磁阀18的出口与第二水泵 17的进口连接；同时，第四三通阀19的下端口与蓄热器20的一端连接，蓄热器20的另一端与第四换热器14的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口(d端口)连接。
在车内空调排风装置(Ⅳ)中，第二换热器5与第五换热器15并排放置，可将电池组余热利用第五换热器传导至空调出风口处，提高空调出风口温度。
本***在电池组16电池表面设置温度传感器，该温度传感器将其测定的温度信号传递给控制器21，控制器21判断该温度传感器反馈的温度是否在其工作温度范围(0—45℃) 内，并根据判断结果调节第三三通阀7和第四三通阀19的转向，以实现对电池温度和蓄热器20工作模式的调控。
本***在第一换热器4的两端分别设置温度传感器，两个温度传感器将其测定的温度信号传递给控制器21，控制器21计算两个温度传感器的温度差值，并根据该温度差值调节第一电磁阀6的开关，达到除霜的目的。
本发明所提供的电动汽车节能座椅空调***的工作原理如下：
一、供热工况
如图2所示，在供热工况下，四通换向阀10的左端口与下端口连接，右端口与上端口连接，第一三通阀1的左端口关闭，第二三通阀3的右端口关闭，第三三通阀7的左端口关闭，第四三通阀19的下端口关闭。
汽车空调***(Ⅰ)中，经第一压缩机2压缩形成的高温高压制冷剂蒸气经由第一三通阀1进入第二换热器5冷凝放热。冷凝过的制冷剂经由第三三通阀7进入第三换热器9 的主空调***(Ⅰ)侧，加热汽车电池仓(Ⅲ)侧的载冷剂。从第三换热器9中流出的制冷剂经四通换向阀10进入电子膨胀阀8膨胀，压力和温度进一步降低，由此形成的低温低压制冷剂进入第一换热器4中蒸发吸热，最后制冷剂蒸气经由第二三通阀3流回第一压缩机2中，如此完成制冷剂在空调***(Ⅰ)中的一个制热循环。
电池仓(Ⅲ)中的载冷剂在第三换热器9中吸热后，进入电池组16加热电池，以保证在外界低温条件下汽车电池正常工作。从电池组16流出的载冷剂经第三电磁阀18流入第二水泵17，经第二水泵17加压后进入第五换热器15吸收第二换热器5中制冷剂冷凝放出的热量。吸热后的载冷剂经由第四三通阀19进入第四换热器14的电池仓空调***(Ⅲ) 侧，加热座椅空调***(Ⅱ)侧的载冷剂，最后流入第三换热器9，如此完成载冷剂在电池仓(Ⅲ)中的循环。
座椅空调***(Ⅱ)中的载冷剂在第四换热器14中吸热后，经第二电磁阀13进入汽车座椅靠背内的传热盘管11，对座椅进行加热。从传热盘管11流出的载冷剂放热后温度降低，经由第一水泵12加压，流回第四换热器14中，如此完成载冷剂在座椅空调***(Ⅱ) 中的制热循环。
在以上工况下：
设置于电池组16电池表面的温度传感器将电池温度实时传递给控制器21，当控制器 21判断电池温度高于其工作温度范围(0—45℃)时，控制器21控制第三三通阀7的下端口关闭，左端口开启。制冷剂从第二换热器5中出来后，将直接通过第三三通阀7和四通换向阀10流入电子膨胀阀8，不再与电池仓(Ⅲ)进行换热。
此时，可实现利用电池组余热向汽车空调***(Ⅰ)和座椅空调***(Ⅱ)供暖的功能，同时还可达到给电池降温的效果。当电池组余热超过供暖需求时开启蓄热器20蓄集多余热量，并在供暖不足时利用蓄热器20为座椅持续供热。具体实施方式如下：电池仓 (Ⅲ)中的载冷剂在电池组16中吸收电池多余的热量后温度升高，经第三电磁阀18流入第二水泵17，加压后流入第五换热器15放热，给车内供热，再经由第四三通阀19流入第四换热器14加热座椅空调***(Ⅱ)侧的载冷剂。冷却降温后的载冷剂最后流回至电池组16吸收电池热量，如此完成一个电池组供热循环。当电池组余热超过座椅供热需求时，通过控制器21手动控制第四三通阀19的右端口关闭，下端口开启，蓄热器20开启蓄热模式。在蓄热模式下，从第五换热器15流出的载冷剂先进入蓄热器20加热蓄热材料，再流入第四换热器14加热座椅空调***(Ⅱ)侧的载冷剂，当座椅供热不足时，通过控制器21手动控制第四三通阀19的右端口开启，下端口关闭，蓄热模式结束。在蓄热器20 蓄有热量的条件下，当座椅供热不足时，再度通过控制器21手动控制第四三通阀19的右端口关闭，下端口开启，蓄热器20开启供热模式，为座椅持续供热。
二、制冷工况
如图3所示，在制冷工况下，四通换向阀10的左端口与上端口连接，右端口与下端口连接，第一三通阀1的下端口关闭，第二三通阀3的下端口关闭，第三三通阀7的左端口关闭，第四三通阀19的下端口关闭。
汽车空调***Ⅰ中，经第一压缩机2压缩形成的高温高压制冷剂蒸气经由第一三通阀 1进入第一换热器4中冷凝放热，冷凝过的制冷剂经四通换向阀10进入电子膨胀阀(8)后温度进一步降低，再流入第三换热器9冷却电池仓(Ⅲ)侧的载冷剂。从第三换热器9 流出的制冷剂经由第三三通阀7进入第二换热器5蒸发吸热，最后经由第二三通阀3流回第一压缩机2，如此完成制冷剂在空调***(Ⅰ)中的制冷循环。
电池仓(Ⅲ)中的载冷剂在第三换热器9中冷却降温后进入电池组16冷却电池，防止电池过热，以保证在外界高温条件下汽车电池正常工作。从电池组16流出的载冷剂经第三电磁阀18流入第二水泵17，经水泵加压后进入第五换热器15被车内侧吹出的冷风冷却。冷却降温后的载冷剂经第四三通阀19进入第四换热器14冷却座椅空调***(Ⅱ)侧的载冷剂，最后流入第三换热器9，如此完成载冷剂在电池仓(Ⅲ)中的循环。
座椅空调***(Ⅱ)中的载冷剂在第四换热器14中冷却后，经第二电磁阀13流入汽车座椅靠背内的传热盘管11吸收热量，以达到使座椅凉爽舒适的目的。从传热盘管11中流出的载冷剂温度升高，在第一水泵12的作用下流回至第四换热器14中冷却，如此完成载冷剂在座椅空调***(Ⅱ)中的制冷循环。
在以上工况下：
设置于电池组16电池表面的温度传感器将电池温度实时传递给控制器21，当控制器 21判断电池仓(Ⅲ)中电池温度被冷却至其工作温度范围(0—45℃)内时，控制器21 控制第三三通阀(7)的下端口关闭，左端口开启。制冷剂经电子膨胀阀8从四通换向阀 10中出来后，将直接通过第三三通阀7流入第二换热器5，不再与电池仓(Ⅲ)进行换热。
三、防止第一换热器4(蒸发器)结霜
供热工况时，第一换热器4为蒸发器。设置于第一换热器4两端的温度传感器将温度信号实时传递给控制器21，当控制器21判断第一换热器4两端温差的绝对值小于2℃时，认为第一换热器4表面已出现结霜现象，此时控制器21控制第一电磁阀6打开，利用热气旁通除霜。
制冷工况时，无需防止第一换热器4的结霜。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车节能座椅空调***，其特征在于，包括第一三通阀(1)、压缩机(2)、第二三通阀(3)、第一换热器(4)、第二换热器(5)、第一电磁阀(6)、第三三通阀(7)、电子膨胀阀(8)、第三换热器(9)、四通换向阀(10)、传热盘管(11)、第一水泵(12)、第二电磁阀(13)、第四换热器(14)、第五换热器(15)、电池组(16)、第二水泵(17)、第三电磁阀(18)、第四三通阀(19)和蓄热器(20)；其中，所述电池组(16)包括相间放置进行换热的电池与换热器；
其中所述四通换向阀(10)左端口和上端口或下端口连通、右端口和上端口或下端口连通，其中所述第一三通阀(1)右端口和左端口或下端口连通，其中所述第二三通阀(3)左端口和右端口或下端口连通，其中所述第三三通阀(7)上端口和左端口或下端口连通，其中所述第四三通阀(19)左端口和右端口或下端口连通；
在主空调***(Ⅰ)中，所述压缩机(2)的出口与所述第一三通阀(1)的右端口连接，所述第一三通阀(1)的左端口与所述第一换热器(4)的一端连接，同时所述第一换热器(4)的该端与所述第二三通阀(3)的下端口连接，所述第一换热器(4)的另一端分别与所述四通换向阀(10)的左端口和所述第一电磁阀(6)的出口连接，所述四通换向阀(10)的上端口与所述电子膨胀阀(8)的进口连接，所述电子膨胀阀(8)的出口与所述四通换向阀(10)的下端口连接，所述四通换向阀(10)的右端口分别与所述第三换热器(9)的主空调***(Ⅰ)侧一端和所述第三三通阀(7)的左端口连接，所述第三换热器(9)的主空调***(Ⅰ)侧另一端与所述第三三通阀(7)的下端口连接，所述第三三通阀(7)的上端口与所述第二换热器(5)的一端连接，所述第二换热器(5)的另一端分别与所述第二三通阀(3)的右端口和第一三通阀(1)的下端口连接，所述第二三通阀(3)的左端口与所述第一压缩机(2)的进口连接，所述第一三通阀(1)的下端口与所述第一电磁阀(6)的进口连接；
在座椅空调***(Ⅱ)中，所述第一水泵(12)的出口与所述第四换热器(14)的座椅空调***(Ⅱ)侧进口连接，所述第四换热器(14)的座椅空调***(Ⅱ)侧出口与所述第二电磁阀(13)的进口连接，所述第二电磁阀(13)的出口与所述传热盘管(11)的进口连接，所述传热盘管(11)的出口与所述第一水泵(12)的进口连接；
在电池仓空调***(Ⅲ)中，所述第二水泵(17)的出口与所述第五换热器(15)的进口连接，所述第五换热器(15)的出口与所述第四三通阀(19)的左端口连接，所述第四三通阀(19)的右端口与所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接，所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧出口与所述第三换热器(9)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接，所述第三换热器(9)的电池仓空调***(Ⅲ)侧出口与所述电池组(16)中的换热器进口连接，所述电池组(16)中的换热器出口与所述第三电磁阀(18)的进口连接，所述第三电磁阀(18)的出口与所述第二水泵(17)的进口连接；同时，所述第四三通阀(19)的下端口与所述蓄热器(20)的一端连接，所述蓄热器(20)的另一端与所述第四换热器(14)的电池仓空调***(Ⅲ)侧进口连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车节能座椅空调***，其特征在于，在车内空调排风装置(Ⅳ)中，所述第二换热器(5)与所述第五换热器(15)并排放置。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车节能座椅空调***，其特征在于，所述传热盘管(11)设置在在汽车座椅内部与座椅进行换热。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车节能座椅空调***，其特征在于，所述蓄热器(20)中的蓄热材料为十四醇。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种电动汽车节能座椅空调***，其特征在于，所述电池组(16)的电池表面设置温度传感器，该温度传感器用于将其测定的温度信号传递给所述控制器(21)，所述控制器(21)判断该温度传感器反馈的温度是否在其工作温度范围内，并根据判断结果调节所述第三三通阀(7)和所述第四三通阀(19)的转向；
所述第一换热器(4)的两端分别设置温度传感器，两个温度传感器用于将其测定的温度信号传递给所述控制器(21)，所述控制器(21)计算两个温度传感器的温度差值，并根据该温度差值调节所述第一电磁阀(6)的开关。
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