CN110345657A - 一种用于新能源车辆的热泵***及车辆 - Google Patents

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曹兰宝
刘忠刚
徐秀娟
雷霖
胡时通
刘艳林
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Abstract

本发明公开了一种用于新能源车辆的热泵***及车辆，涉及车辆技术领域。新能源车辆包括用于提供车辆的行驶动力的电机，热泵***包括制冷剂循环回路；电机散热循环回路，包括水泵，水泵设置成驱动电机散热循环回路中的冷却液循环流动；和集成式散热器，包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，制冷剂通道位于制冷剂循环回路中，冷却液通道位于电机散热循环回路中；其中，集成式散热器配置成在制热除湿工况下，制冷剂通道中的制冷剂吸收冷却液通道中的冷却液的热量供热泵***使用。本发明还提供了一种车辆，包括上述热泵***。本发明能够提高整车能源利用率，同时降低热泵***的许用环境温度，简化热泵***的架构。

Description

一种用于新能源车辆的热泵***及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别是涉及一种用于新能源车辆的热泵***及车辆。
背景技术
随着自然资源的日益枯竭，新能源车辆作为新一代代步工具，逐渐受到人们的欢迎。
其中，节能在新能源车辆上表现的尤为重要，目前新能源车辆在冬天采暖时均采用高压水暖加热器，其共有如下三种类型：1.电阻膜式；2.PTC式；3. 电阻丝式，以上三种模式为了满足冬天整车的需求，能耗高，效率低，导致冬天整车的续航里程急剧下降，和节能目标背道而驰。
因此，为解决这一问题，目前各大主机厂都将目标瞄准在热泵***，在冬天时，利用热泵***给整车提供热量，如此，就无需车辆动力电池额外提供电量用于加热车辆乘员舱，在一定程度上降低了整车能耗，提高了车辆的续航里程。
发明内容
但是，本申请的发明人发现，在冬天时，传统的热泵***工作表现欠佳，其无法满足车辆的热量需求，同时，整个热泵***的成本也很高，将热泵***安装至车辆上，极大增加了车辆的制造成本。此外，本申请的发明人还发现，新能源车辆的电机在工作时，会发出大量的余热，这部分热量通常以热能的形式散发到其周围的空气中而未被充分利用。
因此，本发明第一方面的一个目的在于提供一种能够在冬天提供充分热量至车辆的热泵***。
本发明第一方面的另一个目的在于降低热泵***的制造成本。
本发明第二方面的一个目的在于提供一种车辆，所述车辆包括上述热泵***，所述热泵***能够在冬天提供充分热量至车辆。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于新能源车辆的热泵***，所述新能源车辆包括用于提供所述车辆的行驶动力的电机，所述热泵***包括：
制冷剂循环回路，用于制冷或/和制热以调节所述车辆的乘员舱内的温度；
电机散热循环回路，包括水泵，所述水泵设置成驱动所述电机散热循环回路中的冷却液循环流动；和
集成式散热器，包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中；
其中，所述集成式散热器配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用。
进一步地，所述电机散热循环回路与电机控制器相接触，所述集成式散热器配置成其冷却液通道中的冷却液吸收所述电机控制器工作时散出的余热，并将所述电机控制器工作时散出的余热散发出去。
进一步地，所述集成式散热器包括：
多组制冷剂扁管，每组所述制冷剂扁管内均设有多个制冷剂流道；
制冷剂集液管，设置于所述多组制冷剂扁管的两端且与每个所述制冷剂流道连通；
多组冷却液扁管，每一所述冷却液扁管套设于每一所述制冷剂扁管的外侧，所述冷却液扁管与所述制冷剂扁管的外表面之间形成有多个冷却液流道；和
冷却液集液管，设置于所述多组冷却液扁管的两端且与每个冷却液流道连通，所述冷却液集液管与所述制冷剂集液管相隔离，使得制冷剂在所述制冷剂扁管和所述制冷剂集液管内流通，冷却液在所述冷却液扁管和所述冷却液集液管内流动；
其中，所述制冷剂通道包括所述多组制冷剂扁管和所述制冷剂集液管，所述冷却液通道包括所述多组冷却液扁管和所述冷却液集液管。
进一步地，所述制冷剂循环回路包括依次连接的压缩机、车内冷凝器、车内蒸发器和集成式散热器，当所述热泵***处于制热除湿工况时，所述制冷剂由所述压缩机出发，依次经过所述车内冷凝器、所述车内蒸发器和所述集成式散热器，最后回到所述压缩机。
进一步地，所述制冷剂循环回路还包括第一电磁三通阀、第二电磁三通阀和电磁阀；
所述第一电磁三通阀的第一端口与所述车内冷凝器连通，其第二端口与所述第二电磁三通阀的一端连通，其第三端口在所述热泵***处于制冷工况时与所述集成式散热器连通；
所述第二电磁三通阀的第一端口与所述车内蒸发器连通，其第二端口与所述第一电磁三通阀连通，其第三端口与所述压缩机连通；
所述电磁阀的一端与所述集成式散热器连通，其另一端与所述压缩机连通。
进一步地，所述制冷剂循环回路还包括用于改变所述制冷剂循环回路内的制冷剂的压力与温度的第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述第一膨胀阀位于所述车内冷凝器与所述车内蒸发器之间，所述第二膨胀阀位于所述车内蒸发器与所述集成式散热器之间。
进一步地，当所述制冷剂经过所述车内冷凝器时，所述制冷剂放出热量至车内乘员舱，以提高所述车内的温度；
当所述制冷剂经过所述车内蒸发器时，所述制冷剂蒸发吸热，以降低所述车内的湿度；
当所述制冷剂经过所述集成式散热器时，所述制冷剂蒸发以吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量及空气中的热量。
进一步地，所述制冷剂循环回路还包括气液分离器，所述气液分离器的出液口与所述压缩机连通，其入液口在所述热泵***处于制热除湿工况时与所述电磁阀连通、且在所述热泵***处于制冷工况时与所述第二电磁三通阀的第三端口连通，用于将进入所述压缩机的制冷剂进行气液分离并将分离出的气态制冷剂导出至所述压缩机，以保护所述压缩机。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种车辆，包括上述所述的热泵***。
本发明的用于新能源车辆的热泵***及车辆，通过设置集成式散热器，所述集成式散热器包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中。其中，所述集成式散热器配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用，弥补了冬天时热泵***从周围环境中热量吸收不足的缺陷，使热泵***能够正常工作并提供足够的热量至整车，极大提高了热泵***的工作效率，同时扩大了热泵***的许用环境温度。由于提供至整车的热量不需要消耗过多的蓄电池的电量，因此间接提升了新能源车辆的续航里程，同时，电机工作过程中散发的热量被重新利用，也提高了整车的能量利用率，符合当前节能的趋势。
进一步的，在热泵***处于制热除湿工况下，通过热泵***中车内冷凝器、车内蒸发器和集成式散热器以串联的方式连接，相比于传统热泵***在制热除湿工况下，制冷剂从压缩机出发流经车内冷凝器后分成两路回到压缩机，其中一路经过膨胀阀的节流作用进入集成式散热器换热后流出，经电磁阀的导流作用回到压缩机，另一路经过电磁阀的导流作用后又经过膨胀阀的节流作用进入车内蒸发器吸热除湿，再从所述车内蒸发器流出经过制冷剂压力平衡阀进行压力调节后回到压缩机，本发明的热泵***通过合理的管道布局可减少热泵***制冷剂回路中的电磁阀数量和制冷剂压力平衡阀，不仅简化了热泵***架构，使其在车辆中布置更为简单，还有效降低了热泵***的制造成本。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的热泵***的原理框图；
图2是根据本发明一个实施例的集成式散热器的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的集成式散热器的制冷剂扁管和冷却液扁管的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的制热除湿工况下制冷剂的流向示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的热泵***的原理框图。如图1所示，所述新能源车辆包括用于提供所述车辆的行驶动力的电机1，所述热泵***包括制冷剂循环回路、电机散热循环回路和集成式散热器5。所述制冷剂循环回路用于制冷或/和制热以调节所述车辆的乘员舱内的温度。所述电机散热循环回路包括水泵2，所述水泵2设置成驱动所述电机散热循环回路中的冷却液循环流动。所述集成式散热器5包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中。其中，所述集成式散热器5配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用。在这里，所述新能源车辆可以是电动车辆，电动车辆主要靠电动机提供行驶动力使车辆运行。如图1所示，所述制冷剂循环回路可以包括由a、 b、c、d、e和f管路形成的回路，所述电机散热循环回路可以包括由g、h、j 和k管路形成的回路。
在低温状态下，如在冬天，所述电机1在满足整车驱动的前提下，可以适当调低电机的效率，提高其发热量，所述热量供热泵***使用以使热泵***能够正常运行。如此，虽然牺牲了一部分电量，但是能够使热泵***在该较低的温度环境中正常工作，因此，可以使用普通的热泵***即能够完成较低温度下的制热工作，扩大了热泵***的许用环境温度，提升了其使用范围，间接降低了热泵***的制造成本。
本发明的用于新能源车辆的热泵***，通过设置集成式散热器5，所述集成式散热器5包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中。其中，所述集成式散热器配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用，弥补了冬天时热泵***从周围环境中热量吸收不足的缺陷，使热泵***能够正常工作并提供足够的热量至整车，极大提高了热泵***的工作效率，同时扩大了热泵***的许用环境温度。由于提供至整车的热量不需要消耗过多的蓄电池的电量，因此间接提升了新能源车辆的续航里程，同时，电机工作过程中散发的热量被重新利用，也提高了整车的能量利用率，符合当前节能的趋势。
具体的，如图1所示，所述电机散热循环回路与电机控制器4相接触，所述集成式散热器5配置成其冷却液通道中的冷却液吸收所述电机控制器4工作时散出的余热，并将所述电机控制器4工作时散出的余热散发出去。如此，所述热泵***还利用了所述电机控制器4工作时产生的余热，进一步提高了整车的能量利用率，同时，将电机控制器4工作时产生的余热及时通过电机散热循环回路散发出去，也有利于延长电机控制器4的工作寿命。
在本发明一个实施例中，图2是根据本发明一个实施例的集成式散热器的结构示意图，图3是根据本发明一个实施例的集成式散热器的制冷剂扁管和冷却液扁管的结构示意图。参见图2，还可以参见图3，本实施例以图2为主加以说明。所述集成式散热器5可以包括多组制冷剂扁管15、制冷剂集液管16、多组冷却液扁管17和冷却液集液管18。如图3所示，每组制冷剂扁管15内均设有多个制冷剂流道19。制冷剂集液管16设置于多组制冷剂扁管15的两端且与每个制冷剂流道19连通。如图3所示，每一冷却液扁管17套设于每一制冷剂扁管15的外侧，冷却液扁管17与制冷剂扁管15的外表面之间形成有多个冷却液流道20。冷却液集液管18设置于多组冷却液扁管17的两端且与每个冷却液流道20连通，冷却液集液管18与制冷剂集液管16相隔离，使得制冷剂在制冷剂扁管15和制冷剂集液管16内流通，冷却液在冷却液扁管17和冷却液集液管18内流动。其中，所述制冷剂通道包括上述所述多组制冷剂扁管15 和所述制冷剂集液管16，所述冷却液通道包括所述多组冷却液扁管17和所述冷却液集液管18。其中，所述冷却液可以是水。
进一步的，在本发明一个实施例中，如图1所示，所述制冷剂循环回路包括依次连接的压缩机6、车内冷凝器7、车内蒸发器8和集成式散热器5，当所述热泵***处于制热除湿工况时，图4是根据本发明一个实施例的制热除湿工况下制冷剂的流向示意图，其中，图中箭头方向代表制冷剂流向，如图4所示，所述制冷剂由所述压缩机6出发，依次经过所述车内冷凝器7、所述车内蒸发器8和所述集成式散热器5，最后回到所述压缩机2，以提供热量至车辆乘员舱，保证乘员乘坐的舒适性。具体地，在本发明一个实施例中，如图1所示，所述制冷剂循环回路还包括第一电磁三通阀12、第二电磁三通阀13和电磁阀14。所述第一电磁三通阀12的第一端口与所述车内冷凝器7连通，其第二端口与所述第二电磁三通阀13的一端连通，其第三端口在所述热泵***处于制冷工况时与所述集成式散热器5连通。所述第二电磁三通阀13的第一端口与所述车内蒸发器8连通，其第二端口与所述第一电磁三通阀12连通，其第三端口与所述压缩机6连通。所述电磁阀14的一端与所述集成式散热器5 连通，其另一端与所述压缩机6连通。通过电磁阀的导通作用，当所述热泵***处于制热除湿工况时，所述制冷剂就可以由所述压缩机6出发，依次经过所述车内冷凝器7、所述车内蒸发器8和所述集成式散热器5，最后回到所述压缩机6。且所述热泵***处于制冷工况时，所述制冷剂可以由所述压缩机6出发，依次经过所述车内冷凝器7、所述集成式散热器5和所述车内蒸发器8，最后回到所述压缩机6。
同时，所述制冷剂循环回路还包括第一膨胀阀9和第二膨胀阀10，所述第一膨胀阀9位于所述车内冷凝器7与所述车内蒸发器8之间，所述第二膨胀阀 10位于所述车内蒸发器8与所述集成式散热器5之间，所述第一膨胀阀9和第二膨胀阀10用于改变所述制冷剂循环回路内的制冷剂的压力与温度。
本发明的制冷剂循环回路，在制热除湿工况下，通过压缩机6、车内冷凝器7、车内蒸发器8和集成式散热器5串联，并通过第一膨胀阀9和第二膨胀阀10的节流作用，使得制冷剂能够正常工作保证热泵***的工作效率和工作安全，相比于传统热泵***在制热除湿工况下，制冷剂从压缩机出发流经车内冷凝器后分成两路回到压缩机，其中一路经过膨胀阀的节流作用进入集成式散热器换热后流出，经电磁阀的导流作用回到压缩机，另一路经过电磁阀的导流作用后又经过膨胀阀的节流作用进入车内蒸发器吸热除湿，再从所述车内蒸发器流出经过制冷剂压力平衡阀进行压力调节后回到压缩机，本发明的热泵***通过合理的管道布局可减少热泵***制冷剂回路中的电磁阀数量和制冷剂压力平衡阀，因此不仅极大简化了热泵***的架构，使得***的控制变得简单，使得***在车辆中的布置难度降低，提高生产节拍，还有效降低了***的制造成本，减轻了车辆的载重，有效提高了生产效率。
进一步的，在热泵***处于制热除湿工作，当所述制冷剂经过所述车内冷凝器7时，所述制冷剂放出热量至车内乘员舱，以提高所述车内的温度，当所述制冷剂经过所述车内蒸发器8时，所述制冷剂中的一部分蒸发吸热，引起车内乘员舱内的水蒸汽放热而液化成小液滴，以降低所述车内的湿度，当所述制冷剂经过所述集成式散热器5时，所述制冷剂中的另一部分蒸发以吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量及空气中的热量。在这里，制冷剂在进入集成式散热器5中蒸发时，首先经过车内蒸发器8中蒸发，可以起到对车内的除湿作用，同时通过第二膨胀阀10的节流作用使制冷剂顺利从车内蒸发器8中进入集成式散热器5中，可以节省普通热泵***中设置的压力平衡阀，有效降低了成本，也符合车辆的轻量化设计。
同时，所述制冷剂循环回路还可以包括气液分离器21，所述气液分离器 21的出液口与所述压缩机6连通，其入液口在所述热泵***处于制热除湿工况时与所述电磁阀14连通、且在所述热泵***处于制冷工况时与所述第二电磁三通阀13的第三端口连通，用于将进入所述压缩机6的制冷剂进行气液分离并将分离出的气态制冷剂导出至所述压缩机6，以保护所述压缩机6。
特别的，本发明还提供了一种车辆，包括上述所述的热泵***。
由于所述车辆包括所述热泵***，因此通过设置集成式散热器5，所述集成式散热器5包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中。其中，所述集成式散热器配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用，弥补了冬天时热泵***从周围环境中热量吸收不足的缺陷，使热泵***能够正常工作并提供足够的热量至整车，极大提高了热泵***的工作效率，同时扩大了热泵***的许用环境温度。由于提供至整车的热量不需要消耗过多的蓄电池的电量，因此间接提升了新能源车辆的续航里程，同时，电机工作过程中散发的热量被重新利用，也提高了整车的能量利用率，符合当前节能的趋势。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种用于新能源车辆的热泵***，所述新能源车辆包括用于提供所述车辆的行驶动力的电机，其特征在于，所述热泵***包括：
制冷剂循环回路，用于制冷或/和制热以调节所述车辆的乘员舱内的温度；
电机散热循环回路，包括水泵，所述水泵设置成驱动所述电机散热循环回路中的冷却液循环流动；和
集成式散热器，包括供制冷剂流通的制冷剂通道和供冷却液流通的冷却液通道，所述制冷剂通道位于所述制冷剂循环回路中，所述冷却液通道位于所述电机散热循环回路中；
其中，所述集成式散热器配置成在制热除湿工况下，所述制冷剂通道中的制冷剂吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量供所述热泵***使用。
2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述电机散热循环回路与电机控制器相接触，所述集成式散热器配置成其冷却液通道中的冷却液吸收所述电机控制器工作时散出的余热，并将所述电机控制器工作时散出的余热散发出去。
3.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述集成式散热器包括：
多组制冷剂扁管，每组所述制冷剂扁管内均设有多个制冷剂流道；
制冷剂集液管，设置于所述多组制冷剂扁管的两端且与每个所述制冷剂流道连通；
多组冷却液扁管，每一所述冷却液扁管套设于每一所述制冷剂扁管的外侧，所述冷却液扁管与所述制冷剂扁管的外表面之间形成有多个冷却液流道；和
冷却液集液管，设置于所述多组冷却液扁管的两端且与每个冷却液流道连通，所述冷却液集液管与所述制冷剂集液管相隔离，使得制冷剂在所述制冷剂扁管和所述制冷剂集液管内流通，冷却液在所述冷却液扁管和所述冷却液集液管内流动；
其中，所述制冷剂通道包括所述多组制冷剂扁管和所述制冷剂集液管，所述冷却液通道包括所述多组冷却液扁管和所述冷却液集液管。
4.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述制冷剂循环回路包括依次连接的压缩机、车内冷凝器、车内蒸发器和集成式散热器，当所述热泵***处于制热除湿工况时，所述制冷剂由所述压缩机出发，依次经过所述车内冷凝器、所述车内蒸发器和所述集成式散热器，最后回到所述压缩机。
5.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述制冷剂循环回路还包括第一电磁三通阀、第二电磁三通阀和电磁阀；
所述第一电磁三通阀的第一端口与所述车内冷凝器连通，其第二端口与所述第二电磁三通阀的一端连通，其第三端口在所述热泵***处于制冷工况时与所述集成式散热器连通；
所述第二电磁三通阀的第一端口与所述车内蒸发器连通，其第二端口与所述第一电磁三通阀连通，其第三端口与所述压缩机连通；
所述电磁阀的一端与所述集成式散热器连通，其另一端与所述压缩机连通。
6.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述制冷剂循环回路还包括用于改变所述制冷剂循环回路内的制冷剂的压力与温度的第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述第一膨胀阀位于所述车内冷凝器与所述车内蒸发器之间，所述第二膨胀阀位于所述车内蒸发器与所述集成式散热器之间。
7.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，
当所述制冷剂经过所述车内冷凝器时，所述制冷剂放出热量至车内乘员舱，以提高所述车内的温度；
当所述制冷剂经过所述车内蒸发器时，所述制冷剂蒸发吸热，以降低所述车内的湿度；
当所述制冷剂经过所述集成式散热器时，所述制冷剂蒸发以吸收所述冷却液通道中的冷却液的热量及空气中的热量。
8.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，所述制冷剂循环回路还包括气液分离器，所述气液分离器的出液口与所述压缩机连通，其入液口在所述热泵***处于制热除湿工况时与所述电磁阀连通、且在所述热泵***处于制冷工况时与所述第二电磁三通阀的第三端口连通，用于将进入所述压缩机的制冷剂进行气液分离并将分离出的气态制冷剂导出至所述压缩机，以保护所述压缩机。
9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的热泵***。
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