CN109291761B - 一种电动汽车热泵空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车热泵空调***。该空调***包括：热泵空调单元，其包括由电动压缩机、车内冷凝器、车外换热器、水冷换热器、以及气液分离器依次连接而成的增强制热回路；电机电控冷却单元，其包括由第一电子水泵、水冷换热器、电机和电机控制器以及第一膨胀水壶依次连接而成的电机电控余热回收回路。水冷换热器同时设置在增强制热回路和电机电控余热回收回路中，第一冷却液吸收电机和电机控制器中的热量后，在水冷换热器中与制冷剂进行热交换，吸收热量后的制冷剂再在增强制热回路中流动。水冷换热器的设置充分吸收了电机电控的余热，进一步提高了空调***的制热性能。

Description

一种电动汽车热泵空调***
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车热泵空调***。
背景技术
如今电动汽车的应用越来越广泛，为了追求更加舒适的车内环境，电动汽车内的空调***至关重要。热泵空调***节能高效，冷暖一体，可以很好地满足电动汽车的安全和舒适性要求。特别是节能减排的趋势下，电动汽车热泵空调***已成为各研究机构的重点开发对象。
现有技术中，电动汽车的热泵空调***基本都可以实现制冷、制热以及除湿等各个模式。电动汽车的整个空调***运行过程中，汽车的电机和电机控制器在工作过程中也会产生热量，车外换热器作为蒸发器只能从外界环境吸收热量，且吸收的热量会随着外界环境温度降低而减少，因此电机和电机控制器产生的余热并没有得到很好的利用，导致***制热性能下降。
因此，需要提出一种电动汽车热泵空调***能够解决现有技术中无法充分利用电动汽车的电机和电机控制器产生的余热的问题。
发明内容
基于以上所述，本发明的目的在于提供一种电动汽车热泵空调***，可以充分利用电动汽车的电机和电机控制器产生的余热，提高能源利用率，从而进一步改善***制热性能。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种电动汽车热泵空调***，包括：
热泵空调单元，其包括依次连接形成增强制热回路的电动压缩机、车内冷凝器、第一节流阀、车外换热器、水冷换热器、第一两通阀以及气液分离器；
电机电控冷却单元，其包括依次连接形成电机电控余热回收回路的第一电子水泵、所述水冷换热器、电机和电机控制器以及第一膨胀水壶，第一冷却液沿所述电机电控余热回收回路流动。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述水冷换热器与所述电机和电机控制器之间还设置有第一三通电子水阀，用于控制所述第一冷却液是否流经所述水冷换热器，所述第一三通电子水阀的两个进口端分别与所述水冷换热器和所述第一电子水泵连接，所述第一三通电子水阀的出口端与所述电机和电机控制器连接。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述车外换热器和所述水冷换热器之间设置有三通阀，用于控制制冷剂是否流经所述水冷换热器。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述热泵空调单元还包括第二两通阀、第二节流阀以及车内蒸发器，所述电动压缩机、所述车内冷凝器、所述第二两通阀、所述车外换热器、所述三通阀、所述水冷换热器、所述第二节流阀、所述车内蒸发器以及所述气液分离器依次连接形成所述热泵空调单元的增强制冷回路。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述第二两通阀和所述第一节流阀并联设置，当***处于增强制热模式时，所述第二两通阀关闭，所述第一节流阀开启，所述第一两通阀和所述第二节流阀并联设置，所述第二节流阀和所述车内蒸发器串联，当***处于增强制热模式时，所述第二节流阀关闭，所述第一两通阀开启。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述水冷换热器的结构形式为双流体流道结构。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述电机电控余热回收回路上还设置有低温散热器和用于调节所述第一冷却液是否流经所述低温散热器的第二三通电子水阀，所述第二三通电子水阀的进口端与所述电机和电机控制器连接，所述第二三通电机水阀的两个出口端分别与所述第一膨胀水壶和所述低温散热器连接，所述第一膨胀水壶与所述低温散热器连接。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述车外换热器、所述车内蒸发器以及所述车内冷凝器的进风处均设置有传感器，控制器获得所述传感器检测的数据并控制调节车内空调***的模式和效果。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述车外换热器的一侧设置有第一风机，所述车内蒸发器的一侧设置有第二风机。
作为一种电动汽车热泵空调***的优选方案，所述热泵空调单元还包括气体加热器和温度风门，所述温度风门设置在所述车内蒸发器和所述车内冷凝器之间，所述气体加热器设置在所述车内冷凝器的另一侧。
本发明的有益效果为：
本发明提供的电动汽车的热泵空调***，水冷换热器同时设置在增强制热回路和电机电控余热回收回路中，制冷剂和第一冷却液在水冷换热器的不同流道中流动，第一冷却液吸收电机和电机控制器中的热量后，在水冷换热器中与制冷剂进行热交换，吸收热量后的制冷剂再在增强制热回路中流动。水冷换热器的设置充分将电动汽车的电机和电机控制器在工作过程中产生的余热转换到车内空调的增强制热回路中，进一步提高了电动汽车空调***的制热性能。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的电动汽车热泵空调***的结构示意图；
图2是图1中热泵空调单元的结构示意图；
图3是图2中增强制热模式的原理示意图；
图4是图2中普通制冷模式的原理示意图；
图5是图2中增强制冷模式的原理示意图；
图6是图2中制冷除湿模式的原理示意图；
图7是图2中制热除湿模式的原理示意图；
图8是图2中除冰模式的原理示意图。
图中：
1、电动压缩机；2、车内冷凝器；3、第二两通阀；4、第一节流阀；5、车外换热器；6、三通阀；7、第一两通阀；8、第二节流阀；9、第三节流阀；10、气液分离器；11、车内蒸发器；12、气体加热器；13、第二风机；14、温度风门；15、第一风机；16、空调箱；17、第一电子水泵；18、水冷换热器；19、第一三通电子水阀；20、第二三通电子水阀；21、低温散热器；22、第一膨胀水壶；23、第二电子水泵；24、电池冷却器；25、液体加热器；26、电池包；27、第二膨胀水壶。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供一种电动汽车热泵空调***，如图1所示，其包括热泵空调单元和电机电控冷却单元。热泵空调单元中包括增强制热回路，电机电控单元中包括电机电控余热回收回路，水冷换热器18同时设置在两个回路中，便于将电机电控冷却单元中的热量传递到热泵空调单元中。
具体地，如图2所示，上述热泵空调单元包括电动压缩机1、车内冷凝器2、第一两通阀7、第一节流阀4、车外换热器5、三通阀6、水冷换热器18、第二两通阀3、第二节流阀8、车内蒸发器11、第三节流阀9、电池冷却器24、气液分离器10、第一风机15、以及气体加热器12、第二风机13和温度风门14。其中，从上游到下游，第二风机13、车内蒸发器11、温度风门14、车内冷凝器2以及气体加热器12依次布置在空调箱16内部。
具体地，车内冷凝器2的出口处连接有由第二两通阀3和第一节流阀4并联形成的阀组；水冷换热器18的出口处连接有由第一两通阀7以及第二节流阀8和车内蒸发器11组成的两条支路，流经两条支路的制冷剂最后均通过气液分离器10回流入电动压缩机1。需要说明的是，当***处于增强制热模式时，第二两通阀3和第二节流阀8关闭，第一节流阀4和第一两通阀7开启。
图3为热泵空调单元处于增强制热模式时的工作原理图，其中制冷剂沿箭头指示的增强制热回路流动。空调箱16内的温度风门14动作，空调箱16内的风经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3关闭，第一两通阀7开启，三通阀6开启调节，气体加热器12开启调节。制冷剂由电动压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行放热，再经由第一节流阀4节流后进入到车外换热器5，制冷剂在车外换热器5处吸收环境中热量后流经三通阀6，然后再在水冷换热器18处进一步吸热，最后通过第一两通阀7和气液分离器10回流入电动压缩机1。需要说明的是，在水冷换热器18进口处布置的三通阀6，用于调节制冷剂是否流经水冷换热器18，当制冷剂到达三通阀6时，如果不经过水冷换热器18而是直接通过第一两通阀7和气液分离器10回流入电动压缩机1，这种模式为普通制热模式。
如图1所示，第一冷却液沿上述电机电控余热回收回路流动。第一冷却液由第一电子水泵17排出后，分为两路，一路直接流至至第一三通电子水阀19，另一路流经水冷换热器18后流至第一三通电子水阀19，第一三通电子水阀19开启调节流路，由第一三通电子水阀19流出的第一冷却液再依次流经电机和电机控制器以及第二三通电子水阀20，第二三通电子水阀20出口到第一膨胀水壶22分为两路，一路流经低温散热器21，另一路直接通过冷却液管路连接至第一膨胀水壶22，两路第一冷却液在第一膨胀水壶22进口处汇集后经过第一膨胀水壶22回流至第一电子水泵17。其中，第一三通电子水阀19用于调节第一冷却液是否流经水冷换热器18，第二三通电子水阀20用于调节第一冷却液是否流经低温散热器21。
具体地，水冷换热器18为双流体流道结构，有着制冷剂流道和冷却液流道，方便制冷剂与冷却液在水冷换热器18处进行换热。
需要说明的是，制冷剂沿图3中的增强制热回路流动的同时，第一冷却液沿图1中的电机电控余热回收回路流动且第一冷却液能够吸收电机和电机控制器中的热量，两者流经水冷换热器18时，制冷剂将会吸收第一冷却液中的热量并将该热量带到热泵空调单元中。
本实施例提供的电动汽车热泵空调***，其热泵空调单元依据车内外环境温度和湿度值以及***运行时温度压力情况进行模式调节，除了上述的增强制热模式之外，还包括普通制冷模式、增强制冷模式、制冷除湿模式、制热除湿模式以及除冰模式五种工作模式。
具体地，图4为热泵空调单元处于普通制冷模式时的工作原理图，其中制冷剂的沿箭头指示方向流动。空调箱16内的温度风门14动作，风不经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3开启，第一两通阀7关闭，三通阀6开启调节，气体加热器12不工作。制冷剂由电动压缩机1排出后，先流经车内冷凝器2和第二两通阀3，然后通过第二节流阀8和车内蒸发器11，在车内蒸发器11处吸收乘员舱内的热量，最后通过气液分离器10回流入电动压缩机1。
图5为热泵空调单元处于增强制冷模式时的工作原理图，其中制冷剂的沿箭头指示方向流动。空调箱16内的温度风门14动作，风不经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3开启，第一两通阀7关闭，三通阀6开启调节，气体加热器12不工作。制冷剂由电动压缩机1排出后，先流经车内冷凝器2和第二两通阀3，再在车外换热器5处放热后进入到水冷换热器18处进一步放热，然后通过第二节流阀8和车内蒸发器11，在车内蒸发器11处吸收乘员舱内的热量，最后通过气液分离器10回流入电动压缩机1。
图6为热泵空调单元处于制冷除湿模式时的工作原理图，其中制冷剂的沿箭头指示方向流动。空调箱16内的温度风门14动作，空调箱16内的风部分经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3开启，第一两通阀7关闭，三通阀6开启调节，气体加热器12开启调节。制冷剂由电动压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行放热，然后流经第二两通阀3在车外换热器处5放热，再流经三通阀6和水冷换热器18后在第二节流阀8处节流，节流后的制冷剂在车内蒸发器11处蒸发吸热，最后通过气液分离器10回流入电动压缩机1。
图7为热泵空调单元处于制热除湿模式时的工作原理图，其中制冷剂的沿箭头指示方向流动。空调箱16内的温度风门14动作，空调箱16内的风部分经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3关闭，第一两通阀7关闭，三通阀6开启调节，气体加热器12工作调节，第二节流阀8全开状态，没有节流效果。制冷剂由电动压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行放热，然后流经第一节流阀4节流后在车外换热器5处放热，再流经三通阀6并在水冷换热器18处换热后通过第二节流阀8，流过第二节流阀8的制冷剂在车内蒸发器11处蒸发吸热，最后通过气液分离器10回流入电动压缩机1。通过温度风门14角度的调节，调节除湿效果。
图8为热泵空调单元处于除冰模式时的工作原理图，其中制冷剂的沿箭头指示方向流动。空调箱16内的温度风门14动作，空调箱16内的风不经过车内冷凝器2和气体加热器12，第二两通阀3开启，第一两通阀7关闭，三通阀6开启调节，气体加热器12不工作。制冷剂由电动压缩机1排出后，在车外换热器5处进行放热达到除冰效果，然后再依次经过水冷换热器18和第一两通阀7进入到气液分离器10，最后制冷剂气体回流入电动压缩机1。
需要说明的是，第一风机15和第二风机13均用以加强车外换热器5、车内蒸发器11及车内冷凝器2的散热，以防止过高温度影响热泵空调单元的正常工作。温度风门14的动作可以调节风是否经过车内冷凝器2和流经其风量的大小，再结合第二两通阀3、第一两通阀7的开启或关闭以及三通阀6的开启调节进行***运行模式的切换。
此外，车外换热器5、车内蒸发器11以及车内冷凝器2的进风处均布置有传感器。其中，车外换热器5处的表面温度传感器和湿度传感器用于采集车外环境的温度和湿度，车内蒸发器11处布置的表面温度传感器主要用于监控车内蒸发器11的工作状态，车内冷凝器2处布置的表面温度传感器主要用于监控车内冷凝器2的工作状态，另外，车外换热器5和车内冷凝器2的出口处均布置有温度压力传感器。主要用于采集制热模式运行时车外换热器5和车内冷凝器2出口处的制冷剂状态。通过温度传感器和温压传感器采集***空气侧和制冷剂侧的状态，反馈到控制器，由控制器对电动压缩机1的转速、各个节流阀的开度和气体加热器12的加热功率进行控制，再配合两个风机的调节以满足乘员舱升温、降温以及除冰等需求。
本实施例提供的电动汽车热泵空调***还包括电池单元(详见图1)，其包括电池冷却加热回路，第二冷却液沿图中空心箭头指示方向流动。具体地，在电池单元中，第二冷却液由第二电子水泵23排出后先经过电池冷却器24的冷却液流道以及液体加热器25，然后再流经电池包26的冷却液流道，最后通过第二膨胀水壶27后回流至第二电子水泵23。其中，电池冷却器24的结构型式为微通道板式，且为双流道结构，上述热泵空调单元中，制冷剂从水冷换热器18流出后，除了流入由第一两通阀7以及第二节流阀8和车内蒸发器11所组成的两个支路外，还会流入由第三节流阀9和电池冷却器24连接组成的第三条支路，且制冷剂与第二冷却液在电池冷却器24处进行换热。此外，电池包26的第二冷却液通道进出口处均设置有温度传感器，用于采集电池包26进出口处第二冷却液的温度，进而调节第二电子水泵23的流量或液体加热器25的加热功率。
需要说明的是，当外界气温高于20℃时，热泵空调单元可运行制冷模式，通过温度传感器检测的水冷换热器18冷却液出口温度决定运行普通制冷模式或者增强制冷模式，具体地，当制冷剂温度高于第一冷却液温度时，热泵空调单元运行增强制冷模式，反之，则运行普通制冷模式；当外界气温介于5℃-15℃时，热泵空调单元切换至制热除湿模式，当外界气温介于15℃-25℃时，热泵空调单元可切换至制冷除湿模式，除湿效果可以通过温度风门14的开启角度进行调节；当外界气温介于-10℃-10℃时，热泵空调单元可运行增强制热模式；当外气环境温度低于-10℃时，热泵空调单元运行增强制热模式。
本实施例中提供的电动汽车热泵空调***通过热泵空调单元、电机电控冷却单元的耦合运行充分保证了电动汽车驾乘的热舒适性和安全性。水冷换热器18同时设置在增强制热回路和电机电控余热回收回路中，制冷剂和第一冷却液在水冷换热器18的不同流道中流动，第一冷却液吸收电机和电机控制器中的热量后，在水冷换热器18中与制冷剂进行热交换，吸收热量后的制冷剂再在增强制热回路中流动。水冷换热器18的设置充分将电动汽车的电机和电机控制器在工作过程中产生的余热转换到车内热泵空调单元的增强制热回路中，进一步提高了电动汽车空调***的制热性能，与此同时，水冷换热器18的设置也可以进一步提高电动汽车空调***的制冷性能。
注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种电动汽车热泵空调***，其特征在于，包括： 热泵空调单元，其包括依次连接形成增强制热回路的电动压缩机(1)、车内冷凝器(2)、第一节流阀(4)、车外换热器(5)、水冷换热器(18)、第一两通阀(7)以及气液分离器(10)； 电机电控冷却单元，其包括依次连接形成电机电控余热回收回路的第一电子水泵(17)、所述水冷换热器(18)、电机和电机控制器以及第一膨胀水壶(22)，第一冷却液沿所述电机电控余热回收回路流动；
所述水冷换热器(18)与所述电机和电机控制器之间还设置有第一三通电子水阀(19)，用于控制所述第一冷却液是否流经所述水冷换热器(18)，所述第一三通电子水阀(19)的两个进口端分别与所述水冷换热器(18)和所述第一电子水泵(17)连接，所述第一三通电子水阀(19)的出口端与所述电机和电机控制器连接；
所述车外换热器(5)和所述水冷换热器(18)之间设置有三通阀(6)，用于控制制冷剂是否流经所述水冷换热器(18)；
所述热泵空调单元还包括第二两通阀(3)、第二节流阀(8)以及车内蒸发器(11)，所述电动压缩机(1)、所述车内冷凝器(2)、所述第二两通阀(3)、所述车外换热器(5)、所述三通阀(6)、所述水冷换热器(18)、所述第二节流阀(8)、所述车内蒸发器(11)以及所述气液分离器(10)依次连接形成所述热泵空调单元的增强制冷回路；
所述电动汽车热泵空调***还包括电池冷却加热回路，在所述电池冷却加热回路中，第二冷却液由第二电子水泵（23）排出后先经过电池冷却器（24）的冷却液流道以及液体加热器（25），然后再流经电池包（26）的冷却液流道，最后通过第二膨胀水壶（27）后回流至所述第二电子水泵（23）；
所述第一两通阀(7)和所述第二节流阀(8)并联设置，第三节流阀（9）和所述第一两通阀(7)并联设置，所述第三节流阀（9）和所述电池冷却器（24）连接组成管路。
2.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述第二两通阀(3)和所述第一节流阀(4)并联设置，当***处于增强制热模式时，所述第二两通阀(3)关闭，所述第一节流阀(4)开启，所述第二节流阀(8)和所述车内蒸发器(11)串联，当***处于增强制热模式时，所述第二节流阀(8)关闭，所述第一两通阀(7)开启。
3.根据权利要求1-2任一项所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述水冷换热器(18)的结构形式为双流体流道结构。
4.根据权利要求1所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述电机电控余热回收回路上还设置有低温散热器(21)和用于调节所述第一冷却液是否流经所述低温散热器(21)的第二三通电子水阀(20)，所述第二三通电子水阀(20)的进口端与所述电机和电机控制器连接，所述第二三通电子水阀(20)的两个出口端分别与所述第一膨胀水壶(22)和所述低温散热器(21)连接，所述第一膨胀水壶(22)与所述低温散热器(21)连接。
5.根据权利要求2所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述车外换热器(5)、所述车内蒸发器(11)以及所述车内冷凝器(2)的进风处均设置有传感器，控制器获得所述传感器检测的数据并控制调节车内空调***的模式和效果。
6.根据权利要求5所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述车外换热器(5)的一侧设置有第一风机(15)，所述车内蒸发器(11)的一侧设置有第二风机(13)。
7.根据权利要求6所述的电动汽车热泵空调***，其特征在于，所述热泵空调单元还包括气体加热器(12)和温度风门(14)，所述温度风门(14)设置在所述车内蒸发器(11)和所述车内冷凝器(2)之间，所述气体加热器(12)设置在所述车内冷凝器(2)的另一侧。
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基于热泵空调控制的电动汽车热管理***开发与实验;邓盈;;闽江学院学报(第05期);全文 *

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