CN112277565A - 一种高效热泵空调*** - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高效热泵空调***，包括空调回路、乘员舱采暖回路、电驱冷却回路和电池冷却回路及阀门***。乘员舱采暖回路与空调回路通过水冷冷凝器热连通；电驱冷却回路与空调回路通过余热回收器热连通；电池冷却回路与空调回路通过换热器热连通；通过阀门***控制空调回路被热耦合到其它回路中的一个或多个，使得***在热泵余热回收模式、复用余热回收器作冷凝器模式、电机冷却模式三种模式之间选择切换，在冬季可以通过余热回收器，在低温环境下回收电机产生的余热给乘员舱供暖，提高热泵***效率，扩大使用温度范围。在夏季高负荷或电池快充工况下，可利用余热回收器作为冷凝器，辅助给空调散热，提升空调性能，降低压缩机功耗，实现快速降温。

Description

一种高效热泵空调***
技术领域
本发明涉及车辆热管理***，具体涉及电动汽车热泵空调***。
背景技术
面对传统能源日益供需失衡、全球气候日益变暖的严峻趋势下，世界各国纷纷加大对新能源汽车技术的开发。
对电动汽车来说，开空调造成的耗电增加和续航里程减少成为主要问题，特别是目前市场上采用的普通电加热器采暖***，效能低，极大的降低了冬季续航里程。
由于热泵***高效节能的优点，各大汽车厂都开始了热泵***的开发，但传统R134a冷媒由于其物理特性限制，在低于-10℃环境下***效率低，无法满足乘员舱采暖需求。
针对目前新能源汽车市场高续航，快充电的需求，要求电池包能量密度高，充电电流大。使得电池发热量提高，对于通过空调对电池进行冷却的热管理***，空调能耗相应升高。
在热泵***设计中，为提升热泵性能，有的在外部换热器设计上降低冷凝性能10%以上，导致夏季空调性能降低，空调能耗增加。
发明内容
本发明提供一种在纯电动车辆中使用的高效热泵空调***，克服现有技术存在的以上问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种高效热泵空调***，所述***包括空调回路、乘员舱采暖回路、电驱冷却回路和电池冷却回路及阀门***。
本发明中，所述乘员舱采暖回路与所述空调回路通过水冷冷凝器热连通；所述电驱冷却回路与空调回路通过余热回收器热连通；所述电池冷却回路与空调回路通过换热器热连通。通过阀门***控制空调回路被热耦合到其它回路中的一个或多个，使得***在热泵余热回收模式、复用余热回收器作冷凝器模式、电机冷却模式三种模式之间进行选择切换。
具体地，所述阀门***包括连接在水冷冷凝器输出端与第一冷却回路的冷凝器之间的第一电子节流阀、与第一电子节流阀并联并与余热回收器连接的第二电子节流阀、连接在余热回收器与第一冷却回路的低温散热器之间的三通阀。
所述电子节流阀、三通阀被配置为使得当在所述热泵余热回收模式下时，所述电子节流阀将所述空调回路流入余热回收器的冷媒节流膨胀，所述三通阀将所述电驱冷却回路的低温散热器部分解除耦合。
所述电子节流阀、三通阀被配置为使得当在所述复用余热回收器作冷凝器模式下时，所述电子节流阀开度全开，使所述空调回路冷媒直接流入余热回收器而不再节流膨胀，所述三通阀将所述电驱冷却回路的低温散热器全部耦合到电驱冷却回路。
所述电子节流阀、三通阀还被配置为使得当在所述电机冷却模式下时，所述电子节流阀关闭，使所述空调回路冷媒不再经过余热回收器，所述三通阀将所述电驱冷却回路的低温散热器全部耦合到电驱冷却回路。
本发明所述的***，允许根据环境状况和组件操作特性来切换相应的***回路，在冬季可以通过余热回收器，在低温环境下回收电机产生的余热给乘员舱供暖，提高热泵***效率，扩大使用温度范围。同时，在夏季高负荷或电池快充工况下，可利用余热回收器作为冷凝器，辅助给空调散热，提升空调性能，降低压缩机功耗，实现快速降温。
附图说明
图1 ：提供了本发明的高效热泵空调***中涉及的各子回路，示例了空调回路、乘员舱采暖回路、电驱冷却回路、电池冷却回路等；
图2 ：提供了所述***在热泵余热回收模式下的状态；
图3 ：提供了所述***在复用余热回收器作冷凝器模式下的状态；
图4 ：提供了所述***在电机冷却模式下的状态；
图1所示各标号表示：101、电驱冷却回路，102、空调回路，103、电池冷却回路，104、乘员舱采暖回路，105、阀门***。
图2、3、4所示各标号表示： 201、电动压缩机，202、水冷冷凝器，203、第一电子膨胀阀、204、第二电子膨胀阀，205、外置换热器，206、余热回收器，207、电磁膨胀阀I，208、电磁膨胀阀II，209、电磁阀，210、蒸发器，211、电池冷却器，212、储液罐，213、水泵I，214、电加热器，215、暖风芯体，216、水泵II，217、电机控制器，218、驱动电机I，219、驱动电机II，220、三通阀，221、低温散热器，222、水泵III，223、电池包，224、智能管理模块。
所述附图仅仅意在示例，而不是限制本发明的范围，并且不应该被认为是按照比例绘制的。
具体实施方式
以下通过参照说明书的剩余部分以及附图，可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解。
参见图1，高效热泵空调***由电驱冷却回路101、空调回路102、电池冷却回路103、乘员舱采暖回路104及阀门***105组成。通过阀门***105，控制相关回路的模式切换。本发明中，空调回路102被设计为可热耦合到其它热回路中的一个或多个。
参见图2、图3和图4，本发明中，本高效热泵空调***包括与至少一个余热回收器206连通的空调回路102、乘员舱采暖回路104、与至少一个传动器（电机、逆变器、电机控制器等）热连通的电驱冷却回路101以及与电池连通的电池冷却回路103及阀门***105。具体地：
空调回路102中设置有电动压缩机201、水冷冷凝器202、蒸发芯体210、余热回收器206、第一和第二电子膨胀阀203、204、带截止功能的热力膨胀阀I、II 207、208等。
乘员舱采暖回路104中设置有水冷冷凝器202、电加热器214、水泵I 213和暖风芯体215。
电驱冷却回路101中设置有低温散热器221、水泵II 216、余热回收器206和三通阀220。
电池冷却回路103中设置有水泵III 222、电池冷却器211、电池包223。
阀门***105包括第一和第二电子膨胀阀203、204和三通阀220。
所述乘员舱采暖回路104与所述空调回路102通过水冷冷凝器202热连通。所述电驱冷却回路101与空调回路102通过余热回收器206热连通。所述电池冷却回路103与空调回路102通过换热器211热连通。通过阀门***105控制空调回路102被热耦合到其它回路中的一个或多个，使得***在热泵余热回收模式、复用余热回收器作冷凝器模式、电机冷却模式三种模式之间进行选择切换。
图2所示为余热回收模式，空调回路102包括电动压缩机201，用于将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，通过水冷冷凝器202向所述乘员舱采暖回路104进行放热，从而导致冷媒从气态到液态的相变，然后液态冷媒通过第一和第二电子膨胀阀203、204节流膨胀为低温低压的气态，经过外置冷凝器205从环境吸收热量，经过余热回收器206从所述电驱冷却回路101吸收热量，所述余热回收模式下电磁膨胀阀I 207、电磁膨胀阀II 208关闭，冷媒经过电磁阀209后回到压缩机。为实现余热利用，所述电驱冷却回路101中三通阀220在所述余热回收模式下A向导通，将所述低温散热器221从所述电驱冷却回路101中隔离。
图3所示复用余热回收器作冷凝器模式，空调回路102包括电动压缩机201，用于将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，所述余热回收器作冷凝器模式下乘员舱采暖回路104的水泵I 213不工作，冷媒通过水冷冷凝器202不进行热交换，第一和第二电子膨胀阀203、204不节流，高温高压冷媒直接经过外置冷凝器205将热量散到环境中、经过余热回收器206将热量散到所述电驱冷却回路101，所述模式下电磁阀209关闭，冷媒经电磁膨胀阀I 207节流后变为低温低压的冷媒，经蒸发器210从乘员舱吸收热量、冷媒经电磁膨胀阀II 208节流后变为低温低压的冷媒，经电池冷却器211吸收电池冷却回路103中的热量，最后回到压缩机。为将电驱冷却回路101中热量散出到环境中，所述电驱冷却回路101中三通阀220在所述余热回收模式下B向导通，将所述低温散热器221耦合到所述电驱冷却回路101中。
图4所示电机冷却模式，空调回路102包括电动压缩机201，用于将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，乘员舱采暖回路104的水泵I 213不工作，冷媒通过水冷冷凝器202不进行热交换，第一电子膨胀阀203不节流，高温高压冷媒直接经过外置冷凝器205将热量散到环境中，第二电子膨胀阀204关闭，冷媒不经过余热回收器206，所述模式下电磁阀209关闭，冷媒经电磁膨胀阀I 207节流后变为低温低压的冷媒，经蒸发器210从乘员舱吸收热量、冷媒经电磁膨胀阀II 208节流后变为低温低压的冷媒，经电池冷却器211吸收电池冷却回路103中的热量，最后回到压缩机。为将电驱冷却回路101中热量散出到环境中，所述电驱冷却回路101中三通阀220在所述电机冷却模式下B向导通，将所述低温散热器221耦合到所述电驱冷却回路101中。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本领域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，上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (5)

1.一种高效热泵空调***，所述***包括空调回路（102）、乘员舱采暖回路（104）、电驱冷却回路（101）和电池冷却回路（103）及阀门***（105）；其特征在于，所述乘员舱采暖回路（104）与所述空调回路（102）通过水冷冷凝器（202）热连通；所述电驱冷却回路（101）与空调回路（102）通过余热回收器（206）热连通；所述电池冷却回路（103）与空调回路（102）通过换热器（211）热连通；通过阀门***（105）控制空调回路（102）被热耦合到其它回路中的一个或多个，使得***在热泵余热回收模式、复用余热回收器作冷凝器模式、电机冷却模式三种模式之间进行选择切换。
2.根据权利要求1所述的高效热泵空调***，其特征在于，所述阀门***包括连接在水冷冷凝器（202）输出端与空调回路（102）的冷凝器（205）之间的第一电子节流阀（203）、与第一电子节流阀（203）并联并与余热回收器206连接的第二电子节流阀（204）、连接在余热回收器（206）与电驱冷却回路（101）的低温散热器（221）之间的三通阀（220）；
所述电子节流阀（204）、三通阀（220）被配置为使得当在所述热泵余热回收模式下时，所述电子节流阀（204）将所述空调回路（102）流入余热回收器（206）的冷媒节流膨胀，所述三通阀（220）将所述电驱冷却回路（101）的低温散热器（221）部分解除耦合；
所述电子节流阀（204）、三通阀（220）被配置为使得当在所述复用余热回收器作冷凝器模式下时，所述电子节流阀（204）开度全开，使所述空调回路（102）冷媒直接流入余热回收器（206）而不再节流膨胀，所述三通阀（220）将所述电驱冷却回路（101）的低温散热器（221）耦合到电驱冷却回路（101）；
所述电子节流阀（204）、三通阀（220）还被配置为使得当在所述电机冷却模式下时，所述电子节流阀（204）关闭，使所述空调回路冷媒不再经过余热回收器（206），所述三通阀（220）将所述电驱冷却回路（101）的低温散热器（221）耦合到电驱冷却回路（101）。
3.根据权利要求1或2所述的高效热泵空调***，其特征在于，在所述余热回收模式下，空调回路（102）的电动压缩机（201）将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，通过水冷冷凝器（202）向所述乘员舱采暖回路（104）进行放热，导致冷媒从气态到液态的相变，液态冷媒通过第一和第二电子膨胀阀（203、204）节流膨胀为低温低压的气态，经过外置冷凝器（205）从环境吸收热量，并经过余热回收器（206）从所述电驱冷却回路（101）吸收热量；所述余热回收模式下电磁膨胀阀（207、208）关闭，冷媒经过电磁阀（209）后回到电动压缩机（201），所述电驱冷却回路（101）中三通阀（220） A向导通，将所述低温散热器（221）从所述电驱冷却回路（101）中隔离。
4.根据权利要求1或2所述的高效热泵空调***，其特征在于，在冷凝器模式下，所述空调回路（102）的电动压缩机（201）将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，乘员舱采暖回路（104）的水泵I（213）不工作，冷媒通过水冷冷凝器（202）不进行热交换，第一和第二电子膨胀阀不节流（203、204），高温高压冷媒直接经过外置冷凝器（205）将热量散到环境中，并同时经过余热回收器（206）将热量散到所述电驱冷却回路（101）；所述复用余热回收器作冷凝器模式下电磁阀209关闭，冷媒经电磁膨胀阀I（207）节流后变为低温低压的冷媒，经蒸发器（210）从乘员舱吸收热量，同时冷媒经电磁膨胀阀II（208）节流后变为低温低压的冷媒，经电池冷却器（211）吸收电池冷却回路（103）中的热量，最后回到电动压缩机（201）；所述电驱冷却回路（101）中三通阀（220） B向导通，将所述低温散热器（221）耦合到所述电驱冷却回路（101）中，使热量散出到环境中。
5.根据权利要求1或2所述的高效热泵空调***，其特征在于，在所述电机冷却模式下，空调回路（102）的电动压缩机（201）将低温低压冷媒压缩为高温高压冷媒，乘员舱采暖回路（104）的水泵I（213）不工作，冷媒通过水冷冷凝器（202）不进行热交换，第一电子膨胀阀（203）不节流，高温高压冷媒直接经过外置冷凝器（205）将热量散到环境中，第二电子膨胀阀（204）关闭，冷媒不经过余热回收器（206）；电磁阀（209）关闭，冷媒经电磁膨胀阀207节流后变为低温低压的冷媒，经蒸发器（210）从乘员舱吸收热量，同时冷媒经电磁膨胀阀II（208）节流后变为低温低压的冷媒，经电池冷却器（211）吸收电池冷却回路（103）中的热量，最后回到压缩机；所述电驱冷却回路（101）中三通阀（220） B向导通，将所述低温散热器（221）耦合到所述电驱冷却回路（101）中，使热量散出到环境中。
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