CN111674234A - 一种co2热泵空调整车热管理*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2热泵空调整车热管理***,包括:依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、室内换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第一连通回路;依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池冷却换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第二连通回路;依次相连的第一水泵、电池冷却换热器、电池包和第三三通阀形成第三连通回路;其中,所述气液分离器带有回热器;当所述热管理***处于车内制冷和电池冷却模式时,所述第一连通回路、所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启。
Description
技术领域
本发明属于汽车空调技术领域,特别涉及CO2热泵空调整车热管理***。
背景技术
电动汽车技术发展迅速,针对电动汽车空调***目前应用较多的为PTC电加热***与热泵空调***,但PTC电加热***效率较低,严重影响电动汽车的续航里程,而现有热泵空调***在低温环境(<-10℃)下制热效果差,不能满足采暖需求,故亟待解决目前电动汽车空调***所面临的问题,天然工质CO2不破坏臭氧层(ODP=0),温室气体效应极低(GWP=1),无毒,不可燃,且具有良好的传热性能、较低的流动阻力及单位制冷量大等优点。目前CO2被视为在车用热泵领域最具应用潜力的制冷剂。
发明内容
本发明设计开发了一种CO2热泵空调整车热管理***,本发明的目的之一是克服当前CO2热泵空调***模式单一的缺陷,提供了多种工作模式,能够实现联动的电池热管理功能。
本发明的目的之二是克服电动汽车空调***低温环境下制热效果差的问题,在低温状态下能够获得较好的制热效果。
一种CO2热泵空调整车热管理***,包括:
依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、室内换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第一连通回路;
依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池冷却换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第二连通回路;
依次相连的第一水泵、电池冷却换热器、电池包和第三三通阀形成第三连通回路;
其中,所述气液分离器带有回热器;
当所述热管理***处于车内制冷和电池冷却模式时,所述第一连通回路、所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启。
优选的是,当所述热管理***处于车内制冷模式时,所述第一连通回路开启,所述第二连通回路关闭。
优选的是,当电池包处于空调冷却模式时,所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启,所述第一连通回路关闭。
优选的是,所述的CO2热泵空调整车热管理***,还包括:
依次相连的第一水泵、所述电池冷却换热器、所述电池包、所述第三三通阀和低温散热器形成第四连通回路;
当电池包处于环境风冷却模式时,所述第四连通回路开启。
优选的是,当环境温度低于环境温度阈值T时,采用环境风冷却模式对电池包进行冷却;
其中,T=18℃~22℃。
优选的是,所述的CO2热泵空调整车热管理***,还包括:
依次相连的第二水泵、电机、DC-DC变换器和冷却水箱形成第五连通回路;
当所述热管理***处于电机冷却模式时,所述第五连通回路开启。
优选的是,在所述第二水泵和所述冷却水箱之间连接有第一膨胀水箱。
优选的是,所述的CO2热泵空调整车热管理***,还包括:
依次相连的所述压缩机、所述第二三通阀、所述室内换热器、第二电磁阀、所述气液分离器、第三电子膨胀阀、所述室外换热器、所述第一三通阀和所述气液分离器形成第六连通回路;
当所述热管理***处于热泵车内制热模式时,所述第六连通回路开启。
优选的是,所述的CO2热泵空调整车热管理***,还包括:
依次相连的所述第一水泵、所述电池冷却换热器、所述电池包、所述第三三通阀和PTC加热器形成第七连通回路;
当所述热管理***处于PTC电池制热模式时,所述PTC加热器开启。
优选的是,在所述第三三通阀和所述PTC加热器之间连接有第二膨胀水箱。
本发明的有益效果是:
本发明提供的CO2热泵空调整车热管理***,能够提供多种工作模式,实现联动的电池热管理功能,克服了当前CO2热泵空调***模式单一的缺陷。
本发明提供的CO2热泵空调整车热管理***,在低温状态下能够获得较好的制热效果,能够克服电动汽车空调***低温环境下制热效果差的问题。
附图说明
图1为本发明所述的CO2热泵空调整车热管理***的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示,本发明提供了CO2热泵空调整车热管理***,包括:CO2热泵***,电池冷却***,电机冷却***;具体包括:压缩机100;第一三通阀210,第二三通阀220,第三三通阀230;室外换热器310,室内换热器320,电池冷却换热器chiller330,带回热器的液气分离器340,低温散热器350,PTC加热器360;第一电子膨胀阀410,第二电子膨胀阀420,第三电子膨胀阀430;第一电磁阀510,第二电磁阀520;电池包600;第一水泵710,第二水泵720;电机810,DC-DC变换器820;冷却水箱910,第一膨胀水箱920,第二膨胀水箱930。
本发明通过切换阀门,能够使汽车空调实现多种工作模式。其工作模式如下:
1.车内制冷模式:如图1所示,经压缩机100压缩过的CO2经过第一三通阀210进入室外换热器310向环境中释放热量,然后通过第一电磁阀510进入带回热器的液气分离器340继续释放热量,然后通过第一电子膨胀阀410节流降压后进入室内换热器320吸收乘员舱内的热量,然后通过第二三通阀220进入带回热器的液气分离器340继续吸收热量最后流回压缩机100,完成循环过程。在此模式下第三电子膨胀阀430、第二电子膨胀阀420和第二电磁阀520处于关闭状态。
2.1电池单独冷却模式1(空调冷却):如图1所示,经压缩机100压缩过的CO2经过第一三通阀210进入室外换热器310向环境中释放热量,然后通过第一电磁阀510进入带回热器的液气分离器340继续释放热量,然后通过第二电子膨胀阀420节流降压后进入电池冷却换热器chiller330吸收电池冷却液的热量,然后通过第二三通阀220进入带回热器的液气分离器340继续吸收热量最后流回压缩机完成循环过程。在此模式下第三电子膨胀阀430、第一电子膨胀阀410和第二电磁阀520处于关闭状态。同时,电池冷却液循环回路中的电池冷却液从第一水泵710流出到电池冷却换热器chiller330中将热量传递给CO2,之后流入到电池包600中吸收电池表面的热量,然后通过第三三通阀230进入PTC加热器360,此时PTC水加热器处于关闭状态,最后流回第一水泵710完成循环过程。
2.2电池单独冷却模式2(环境风冷却):如图1所示,在环境温度低于环境温度阈值T情况下,电池冷却液在第一水泵710的作用下,流经电池冷却换热器chiller330,然后经过电池包600吸收电池表面的热量,然后通过第三三通阀230进入低温散热器350,将热量散失到环境中,最后流回第一水泵710完成循环过程。作为优选,环境温度阈值T设置为18℃~22℃。
3.车内制冷+电池冷却模式:如图1所示,经压缩机100压缩过的CO2经过第一三通阀210进入室外换热器310向环境中释放热量,然后通过第一电磁阀510进入带回热器的液气分离器340继续释放热量,然后CO2分为两部分,一部分流过第一电子膨胀阀410,节流降压后进入室内换热器320吸收乘员舱内的热量,另一部分流过第二电子膨胀阀420,节流降压后进入电池冷却换热器chiller330吸收电池冷却液的热量,然后两部分CO2混合后通过第二三通阀220进入带回热器的液气分离器340继续吸收热量最后流回压缩机完成循环过程。同时,电池冷却液循环回路中的电池冷却液从第一水泵710流出到电池冷却换热器chiller330中将热量传递给CO2,之后流入到电池包600中吸收电池表面的热量,然后通过第三三通阀230进入PTC加热器360,此时PTC水加热器处于关闭状态,最后流回第一水泵710完成循环过程。在此模式下第三电子膨胀阀430和第二电磁阀520处于关闭状态。
4.电机冷却模式:如图1所示,电机冷却液在第二水泵720的作用下,流过电机810,吸收其表面的热量,继续流过DC-DC变换器820,吸收其表面的热量,然后流入冷却水箱910将热量散失到空气中,最后流回第二水泵720完成循环过程。
作为优选,电机冷却***还包括第一膨胀水箱920,第一膨胀水箱920连接在第二水泵720和冷却水箱910之间;设置第一膨胀水箱920,能够保证温度变化过程中,不会因为冷却液的热胀冷缩导致***压力异常,保证***液位正常。
5.热泵车内制热模式:如图1所示,经压缩机100压缩过的CO2经过第二三通阀220进入室内换热器320向乘员舱中释放热量,然后通过第二电磁阀520,进入带回热器的液气分离器340继续释放热量,然后通过第三电子膨胀阀430节流降压后进入室外换热器310吸收室外环境的热量,然后通过第一三通阀210进入带回热器的液气分离器340继续吸收热量最后流回压缩机100完成循环过程。在此模式下,第二电子膨胀阀420、第一电子膨胀阀410和第一电磁阀510处于关闭状态。
6.PTC电池制热模式:如图1所示,电池冷却液循环回路中的电池冷却液从第一水泵710流出到电池冷却换热器chiller330中,之后流入到电池包600中加热电池,然后通过第三三通阀230进入PTC加热器360,加热电池冷却液,最后流回第一水泵710完成循环过程。
作为进一步的优选,电池冷却循环回路中还包括:第二膨胀水箱930,第二膨胀水箱930连接在第三三通阀230和PTC加热器360之间;设置第二膨胀水箱930,能够保证温度变化过程中,不会因为冷却液的热胀冷缩导致***压力异常,保证***液位正常。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,包括:
依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、室内换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第一连通回路;
依次相连的压缩机、第一三通阀、室外换热器、第一电磁阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池冷却换热器、第二三通阀和所述气液分离器形成第二连通回路;
依次相连的第一水泵、电池冷却换热器、电池包和第三三通阀形成第三连通回路;
其中,所述气液分离器带有回热器;
当所述热管理***处于车内制冷和电池冷却模式时,所述第一连通回路、所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启。
2.根据权利要求1所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,当所述热管理***处于车内制冷模式时,所述第一连通回路开启,所述第二连通回路关闭。
3.根据权利要求2所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,当电池包处于空调冷却模式时,所述第二连通回路和所述第三连通回路同时开启,所述第一连通回路关闭。
4.根据权利要求3所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,还包括:
依次相连的第一水泵、所述电池冷却换热器、所述电池包、所述第三三通阀和低温散热器形成第四连通回路;
当电池包处于环境风冷却模式时,所述第四连通回路开启。
5.根据权利要求4所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,当环境温度低于环境温度阈值T时,采用环境风冷却模式对电池包进行冷却;
其中,T=18℃~22℃。
6.根据权利要求3、4或5所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,还包括:
依次相连的第二水泵、电机、DC-DC变换器和冷却水箱形成第五连通回路;
当所述热管理***处于电机冷却模式时,所述第五连通回路开启。
7.根据权利要求6所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,在所述第二水泵和所述冷却水箱之间连接有第一膨胀水箱。
8.根据权利要求7所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,还包括:
依次相连的所述压缩机、所述第二三通阀、所述室内换热器、第二电磁阀、所述气液分离器、第三电子膨胀阀、所述室外换热器、所述第一三通阀和所述气液分离器形成第六连通回路;
当所述热管理***处于热泵车内制热模式时,所述第六连通回路开启。
9.根据权利要求8所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,还包括:
依次相连的所述第一水泵、所述电池冷却换热器、所述电池包、所述第三三通阀和PTC加热器形成第七连通回路;
当所述热管理***处于PTC电池制热模式时,所述PTC加热器开启。
10.根据权利要求9所述的CO2热泵空调整车热管理***,其特征在于,在所述第三三通阀和所述PTC加热器之间连接有第二膨胀水箱。
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