CN113619355B - 基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 - Google Patents
基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113619355B CN113619355B CN202110951424.6A CN202110951424A CN113619355B CN 113619355 B CN113619355 B CN 113619355B CN 202110951424 A CN202110951424 A CN 202110951424A CN 113619355 B CN113619355 B CN 113619355B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- valve
- temperature
- throttle valve
- mode
- closed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 77
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 122
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 86
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 20
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 19
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 18
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 claims description 7
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 abstract description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 125000002730 succinyl group Chemical group C(CCC(=O)*)(=O)* 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
- B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
- B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H2001/3286—Constructional features
- B60H2001/3289—Additional cooling source
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/88—Optimized components or subsystems, e.g. lighting, actively controlled glasses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明属于电动客车热管理***领域，公开了一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法，该***包括CO2热泵***模块、驾驶室HVAC模块、冷却液处理模块和余热散热模块。本发明采用合理的综合控制方案，共有电池快充模式、乘客舱单冷模式、乘客舱单热模式、驾驶室单冷模式、驾驶室单热模式、整车制热模式、整车制冷模式、余热回收模式、电池热管理模式和除雾模式十种控制模式。与传统的电动客车空调相比，采用自然工质CO2作为制冷剂，将整车能源综合整合利用，极大减少电池负担，提升电动客车热舒适性与续航里程。
Description
技术领域
本发明属于电动客车热管理***领域，特别涉及一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法。
背景技术
现如今，随着人民物质生活水平不断富足，节能与环保问题成为了国际及社会关注的焦点。大中城市的交通也向着更加清洁、高效和可持续发展转变；公共服务领域的新能源交通技术逐渐融入到各个城市及乡镇的交通规划中。相比于传统燃油客车，新能源骑车中的纯电动汽车利用电动机提供的相对清洁而且高效的能量，既不会对环境造成污染，又不会对资源造成不可逆的影响。纯电动客车为公共交通提供了一种清洁、高效、环保的交通方案，城市的交通正向着智能化和清洁化转变。然而目前制约电动客车发展的主要问题是电池续航能力不足及电池寿命较短，除动力耗电外，最大的电能需求来自于车厢内的供冷及供热装置，开发一套环保、节能、高效的空调***对于电动客车产业推广具有重要的意义。
此外，与传统客车不同，纯电动客车工作过程中的主要发热源不是电动机，而是驱动电机、电机控制器和动力电池等电子电器部件。这些电子电器部件尤其是动力电池对温度的敏感度很高，过高或过低的温度对其工作性能、安全性能、使用寿命等方面均有重要影响，所以相比于传统客车，纯电动客车对热管理***提出了更加严苛和精确的要求，同时还要满足高效率、低能耗、轻量化、低成本等方面的需求。
寻找一种节能环保的绿色制冷方式成为一项重要任务。CO2作为一种自然工质，其全球变暖潜能值(Global Warming Potential，简称GWP)GWP＝1,消耗臭氧潜能值(OzoneDepression Potential，简称ODP)ODP＝0，被认为是最具有潜力的环保制冷剂。CO2作为制冷剂拥有高密度、低黏度，流动损失小，传热效果良好等优点。
除此之外，CO2用作客车空调制冷工质时，其最大的优势在于其制热能力。传统卤代烃制冷剂电动客车空调***主要侧重于制冷模式，即使采用热泵型空调其在冬季采暖工况下，制热效率低，制热量小，仅依靠空调***不足以满足乘客的舒适性需求，其往往使用低效的电加热装置补足制热能力。而CO2跨临界循环在制热时制热量大，能效高，在低温工况下仍然可以满足乘客的舒适性需求，极大节省电池耗电。
相比于小型乘用车，电动客车的电池和电动机具有充足的废热能量，如何将电机、电池等电子设备废热量进行整合并回收利用，同时为电子设备提供合理的温度环境是摆在面前的现实问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法，将整车能源整合利用，保证电池、电机安全性的同时提高热泵空调***的能效并保证驾驶室及乘员舱内热舒适性，此外对此整车热管理***提出最优控制方案，以实现整车智能化及在所有模式下的能效最大化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，包括跨临界CO2热泵***模块，驾驶室HVAC模块，冷却液处理模块和余热散热模块；
所述驾驶室HVAC模块包括除雾换热器、驾驶室换热器、驾驶室风机、第一双向节流阀、全通节流阀、除雾风门和驾驶室风门；所述余热散热模块包括水冷换热器、散热器风机和散热器；所述冷却液处理模块包括第三截止阀、电池冷却器、电池包散热器、第一水泵、第一水箱、第三双向节流阀、水路四通换向阀、电机散热器、第二水箱、电控部件散热器、第二水泵和水路三通换向阀；所述跨临界CO2热泵***模块，包括乘客舱风机、乘客舱换热器、第一截止阀、第二截止阀、第五截止阀、CO2热泵***模块回热器、室外风机、室外换热器、第四截止阀、三通换向阀、压缩机、四通换向阀、储液器和第二双向节流阀；
其中，所述压缩机与四通换向阀a口相连，所述四通换向阀b口与三通换向阀的a口相连，所述四通换向阀c口通过储液器与CO2热泵***模块回热器b口相连，所述四通换向阀d口分别与除雾换热器、乘客舱换热器和第一截止阀的一端相连；所述除雾换热器通过全通节流阀与驾驶室换热器相连；所述驾驶室换热器的另一端口与第一双向节流阀相连，所述第一双向节流阀的另一端口分别与第二双向节流阀、第二截止阀和第三双向节流阀的一端相连，所述第二双向节流阀的另一端与乘客舱换热器相连，所述第一截止阀的另一端分别与电池冷却器b口和第三截止阀相连；所述电池冷却器a口与第三双向节流阀另一端相连，电池冷却器c口与水路四通换向阀c口相连，电池冷却器d口通过电池包散热器上与第一水泵入口相连，所述第一水泵出口与水路四通换向阀d口相连，且中间设有第一水箱，所述水路四通换向阀a口与第二水泵入口相连，且中间设有第二水箱，所述第二水泵出口与电控器件散热器相连，所述电控器件散热器与两个并联的电机散热器相连，所述并联的电机散热器另一端与水路三通换向阀c口相连，所述水冷换热器一端的第一通道与水路三通换向阀的b口相连；所述水冷换热器一端的第二通道和水路四通换向阀(14)的b口相连，水路四通换向阀(14)的b口和散热器(22)的一端相连；所述水路三通换向阀a口与散热器另一端相连，所述散热器风机出风口面对散热器；所述水冷换热器的另一端的第二通道与三通换向阀的b口相连，水冷换热器的另一端的第一通道第五截止阀一端和第四截止阀一端相连，所述第四截止阀另一端与三通换向阀的c口和室外换热器的一端相连，所述室外换热器旁设有室外风机，所述室外换热器的另一端分别连接第五截止阀的另一端和CO2热泵***模块回热器的c口相连；所述CO2热泵***模块回热器的d口分别连接第二截止阀另一端和第三截止阀另一端。
第二方面，本发明提供一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理方法，包括：
步骤一：管理***上电后，监测管理***中各设备状态，确认管理***无故障；进一步判断管理***是否处于电池快充模式，当判定为是，则进入模式1-电池快充模式，当判定为否，则进入步骤二；
步骤二：采集驾驶舱和乘客舱的温度，当仅有乘客舱有制冷需求则进入模式2-乘客舱单冷模式，当仅有乘客舱有制热需求则进入模式3-乘客舱单热模式，当仅有驾驶室有制冷需求则进入模式4-驾驶室单冷模式，当仅有驾驶室有制热需求则进入模式5-驶室单热模式，当驾驶室和乘客舱均有制冷或制热需求，则按需求进入模式6-整车制热模式或模式7-整车制冷模式；
步骤三：监测电池温度和电机温度，当电池或电机有制冷需求且驾驶室或乘员舱有制热需求，则进入模式8-余热回收模式，当驾驶室和乘员舱无制热需求而电机或电池有温度控制需求，则进入模式9-电池热管理模式，在行车过程中，一旦接收到除雾需求信号，则进入模式10-除雾模式。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、采用CO2作为制冷剂，其制热能力远强于目前主流的HFCs类制冷剂，不需要配备PTC电加热装置，极大节省冬季电池能耗，减少电池负担。
2、在电动客车跨临界CO2客车热泵空调***的基础上增加驾驶室HVAC模块，冷却液处理模块和余热散热模块，集成化实现整车各个区域的温度控制和能量利用，不仅保证乘客热舒适性，驾驶区也可实现灵活温度控制与除雾控制，通过灵活的阀件控制对电池和电机等部件温度进行控制，保证电池和电机等部件的使用安全性和使用寿命。
3、将电池和电机等部件的废热进行回收利用，大幅提升冬季空调蒸发压力，冬季结霜工况下可减少室外换热器结霜概率，极低温时可降低压缩机排气压力和排气温度，大幅减少压缩机功耗。
4、提出十种运行模式的完整精准控制逻辑，保证***时刻的高效运行，使客车热管理***处于制冷、制热量达标且功耗最低的状态，达到节能最大化，节省电能，提高电车续航。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***的结构框图；
图2为基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***的控制方法总图；
图3为电池快充模式控制方法流程图；
图4为乘客舱单冷模式控制方法流程图；
图5为驾驶室单冷模式控制方法流程图；
图6为驾驶室单热模式控制方法流程图；
图7为乘客舱单热模式控制方法流程图；
图8为整车制冷模式控制方法流程图；
图9为整车制热模式控制方法流程图；
图10为余热回收模式控制方法流程图；
图11为电池热管理模式控制方法流程图；
图12为除雾模式控制方法流程图。
图中：1、除雾换热器；2、驾驶室换热器；3、驾驶室风机；4、乘客舱风机；5、乘客舱换热器；6、第一截止阀；7、第二截止阀；8、第三截止阀；9、电池冷却器；10、电池包散热器；11、第一水泵；12、第一水箱；13、第三双向节流阀；14、水路四通换向阀；15、电机散热器；16、第二水箱；17、电控器件散热器；18、第二水泵；19、水路三通换向阀；20、水冷换热器；21、散热器风机；22、散热器；23、第五截止阀；24、CO2热泵***模块回热器；25、室外风机；26、室外换热器；27、第四截止阀；28、三通换向阀；29、压缩机；30、四通换向阀；31、储液器；32、第二双向节流阀；33、第一双向节流阀；34、全通节流阀；35、除雾风门；36、驾驶室风门。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，包括跨临界CO2热泵***模块、驾驶室HVAC模块、冷却液处理模块和余热散热模块。
驾驶室HVAC模块包括除雾换热器1、驾驶室换热器2、驾驶室风机3、第一双向节流阀33、全通节流阀34、除雾风门35和驾驶室风门36。
余热散热模块包括水冷换热器20、散热器风机21和散热器22；
冷却液处理模块包括第三截止阀8、电池冷却器9、电池包散热器10、第一水泵11、第一水箱12、第三双向节流阀13、水路四通换向阀14、电机散热器15、第二水箱16、电控器件散热器17、第二水泵18和水路三通换向阀1；
跨临界CO2热泵***模块，包括乘客舱风机4、乘客舱换热器5、第一截止阀6、第二截止阀7、第五截止阀23、CO2热泵***模块回热器24、室外风机25、室外换热器26、第四截止阀27、三通换向阀28、压缩机29、四通换向阀30、储液器31和第二双向节流阀32。
压缩机29的出口与四通换向阀30的a口相连，四通换向阀30的b口与三通换向阀28的a口相连，四通换向阀30的c口通过储液器31与CO2热泵***模块回热器24的b口相连，四通换向阀30的d口分别与除雾换热器1、乘客舱换热器5的入口和第一截止阀6的一端相连。除雾换热器1的出口通过全通节流阀34与驾驶室换热器2相连，驾驶室换热器2、除雾换热器1和驾驶室风机3集成为驾驶室HVAC模块。此模块分别在除雾换热器1和驾驶室换热器2旁设有除雾风门35和驾驶室风门36，驾驶室换热器2与第一双向节流阀33相连，第一双向节流阀33另一端口分别与第二双向节流阀32、第二截止阀7和第三双向节流阀13的一端相连，第二双向节流阀32的另一端与乘客舱换热器5相连。第一截止阀6的另一端分别与电池冷却器9的b口和第三截止阀8一端相连。电池冷却器9的a口与第三双向节流阀13另一端相连，电池冷却器9的c口与水路四通换向阀14的c口相连，电池冷却器9的d口通过电池散热器10连接第一水泵11入口。第一水泵11出口与水路四通换向阀14的d口相连，且中间设有第一水箱12，所述水路四通换向阀14的a口与第二水泵18入口相连，且中间设有第二水箱16，所述第二水泵18出口与电控器件散热器17相连，所述电控器件散热器17与两个并联的电机散热器15相连，所述并联的电机散热器15与水路三通换向阀19的c口相连。所述水冷换热器20一端的第一通道与水路三通换向阀19的b口相连；所述水冷换热器20一端的第二通道和水路四通换向阀14的b口相连，水路四通换向阀14的b口和散热器22的一端相连。所述水路三通换向阀19a口与散热器22另一端相连，所述散热器风机21出风口面对散热器22。所述水冷换热器20的另一端的第二通道与三通换向阀28的b口相连，水冷换热器20的另一端的第一通道第五截止阀23一端和第四截止阀27一端相连，所述第四截止阀27另一端与三通换向阀28的c口和室外换热器26的一端相连，所述室外换热器26旁设有室外风机25，所述室外换热器26的另一端分别连接第五截止阀23的另一端和CO2热泵***模块回热器24的c口相连。所述CO2热泵***模块回热器24的d口分别连接第二截止阀7另一端和第三截止阀8另一端。
实施例2
本实施例提供一种基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：管理***上电后，监测管理***中各设备状态，确认管理***无故障；进一步判断管理***是否处于电池快充模式，当判定为是，则进入模式1-电池快充模式，当判定为否，则进入步骤二；
步骤二：采集乘客舱与驾驶室的温度，当仅有乘客舱有制冷需求则进入模式2-乘客舱单冷模式，当仅有乘客舱有制热需求则进入模式3-乘客舱单热模式，当仅有驾驶室有制冷需求则进入模式4-驾驶室单冷模式，当仅有驾驶室有制热需求则进入模式5-驶室单热模式，当驾驶室和乘客舱均有制冷或制热需求，则按需求进入模式6-整车制热模式或模式7-整车制冷模式；
步骤三：监测电池温度和电机及电控器件温度，当电池或电机及电控器件有制冷需求且驾驶室或乘员舱有制热需求，则进入模式8-余热回收模式，当驾驶室和乘员舱无制热需求而电机及电控器件或电池温度控制需求，则进入模式9-电池热管理模式，在行车过程中，一旦接收到除雾需求信号，则进入模式10-除雾模式；
步骤四：驾驶室、乘员舱、电池和电机及电控器件三个模块温度均处于合理范围或接收到断电指令时，压缩机29断电，设备初始化。
对于CO2跨临界制冷***，由于CO2在超临界区物性的特殊性，高压侧放热过程中由于单位温度变化造成的焓差变化是随气体冷却器出口温度的降低为非均等变化过程，导致跨临界CO2客车空调***在不同的排气压力下存在最优能效比。为保证效率最大化，使用不同的控制逻辑，使得***在各个模式下均处于最优情况下运行。
如图3所示，模式1-电池快充模式开启时，仅有电池有用冷或用热需求。此时第一双向节流阀33、第二双向节流阀32关闭，第三双向节流阀13开启，第一截止阀6、第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭，第四截止阀27关闭，第五截止阀23关闭，第一水泵11开启，第二水泵18关闭。制冷时CO2通过四通换向阀30第一通道进入储液器31进行气液分离，通过***模块回热器24吸热后进入压缩机29中进行压缩；压缩后的高温高压CO2流体通过四通换向阀30第二通道和三通换向阀28的第一通道进入室外换热器26与室外空气进行强制对流换热，冷却后的CO2流体通过***模块回热器24的第二通道进行过冷后通过第二截止阀7进入第三双向节流阀13进行节流膨胀，此后低温低压的CO2流体进入电池冷却器9中蒸发，给冷却液降温，此后通过第二截止阀7进入四通换向阀30的第一通道回到储液器31，完成制冷循环。制热时冷却液通过水路四通换向阀14的第一通道进入电池冷却器9中与CO2流体换热，流过电池部件进行换热后由第一水泵11泵送至水箱，随后回到水路四通换向阀14的第一通道入口，完成对电池的温度管理。收到模式1开启指令后，第一水泵11启动，采集此时电池温度，当电池温度5℃≤TC≤40℃时，无需开启压缩机29，进入冷却液自循环模式。当电池温度TC>40℃或TC<5℃时，第一双向节流阀33关闭，第二双向节流阀32关闭，第三双向节流阀13开启，第一截止阀6开启，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭。当电池温度TC>40℃时，四通换向阀30切换至制冷模式；当TC<5℃时，四通换向阀30切换至制热模式，确认阀件状态正确后，压缩机29启动。此时根据制冷与制热模式的不同自动设定目标冷却液进口温度Tw,set，监测环境温度T0且***运行稳定后监测实时冷却液进口温度Tw,in与冷却液出口温度Tw,out，调节压缩机频率，直至Tw,in＝Tw,set；频率调节公式为：
f1＝f1(T0,Tw,set,Tw,in,Tw,out)
其中：f1——压缩机频率；
T0——运行过程中环境温度；
Tw,set——***设定冷却液进口温度；
Tw,in——运行过程中冷却液进口温度；
Tw,out——运行过程中冷却液出口温度。
第三双向节流阀13根据此时的压缩机频率f1、冷却液进口温度Tw,in、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力；
Pdis,opt＝f(Tw,in,T0,f1)
通过压缩机频率与第三双向节流阀13的自动调节，***在能效最高的情况下运行。当电池温度处于合理范围内时，压缩机29停机。
在客车空调运行过程中，回风温度可以反映车厢内的实时温度，是制热量或制冷量是否达到所需状态的重要标志，模式2-乘客舱单冷模式或模式4-驾驶室单冷模式收到开启指令后，四通换向阀30切换至制冷模式。其控制方法流程图如图4和图5所示。第一截止阀6关闭，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭，全通节流阀34处于全通状态，若模式2开启，则第一双向节流阀33开启，第二双向节流阀32和第三双向节流阀13关闭，若模式4开启，则开启第二双向节流阀32，第一双向节流阀33和第三双向节流阀13关闭。确定阀件状态正确后，压缩机29开启。Tset为用户设定的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，此时压缩机频率调节公式为，
f1＝f2(T0,Tset,TR)
第一双向节流阀33或第二双向节流阀32根据此时的压缩机频率f1、实际回风温度TR、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力，保证***在最节能的条件下运行；
Pdis,opt＝f(TR,T0,f1)
调节完毕后，采集电池温度，询问电池是否需要热管理，若需要，则与电池热管理模式协同工作，若电池不需要热管理，则在Tset-TR≥3℃时关闭压缩机29，TR-Tset≥3℃时再次开启压缩机29。
如图8所示，模式7-整车制冷模式收到开启指令后，四通换向阀30切换至制冷模式。第一截止阀6关闭，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭，全通节流阀34处于全通状态，第一双向节流阀33和第二双向节流阀32开启，第三双向节流阀13关闭。确认阀件状态正确后，压缩机29开启。由于乘客舱制冷量需求远大于驾驶室，因此压缩机频率由用户设定的乘客舱回风温度Tset，实时监测的乘客舱回风温度TR，室外环境温度T0根据上述公式f2进行调节。同时第二双向节流阀32根据此时的压缩机频率f1、实际回风温度TR、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力，保证***在最节能的条件下运行。通过调节第一双向节流阀33的开度，控制驾驶室的制冷量，使得驾驶室回风温度达到设定需求。调节完毕后，采集电池温度，询问电池是否需要热管理，若需要，则与电池热管理模式协同工作，若电池不需要热管理，则在驾驶室与乘员舱均满足Tset-TR≥3℃时关闭压缩机29，仅有其一满足条件时关闭相应双向节流阀，当TR-Tset≥3℃时再次开启相应双向节流阀，并开启压缩机29。
模式3-乘客舱单热模式或模式5-驾驶室单热模式收到开启指令后，四通换向阀30切换至制热模式。其控制流程图如图6和图7所示，第一截止阀6关闭，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭，全通节流阀34处于全通状态，若模式3开启，则第一双向节流阀33开启，第二双向节流阀32和第三双向节流阀13关闭，若模式5开启，则开启第二双向节流阀32，第一双向节流阀33和第三双向节流阀13关闭。确定阀件状态正确后，压缩机29开启。Tset为设定好的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，f1为压缩机频率，Psuc与Pdis为压缩机29进口与出口的压力值。
设定好理想回风温度Tset后，压缩机29开始工作，第一双向节流阀33或第二双向节流阀32根据此时的频率f1、设定回风温度Tset、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力；
Pdis＝f(Tset,T0,f1)
其中：Pdis——压缩机排气压力；
T0——室外环境温度；
f1——压缩机频率。
***运行稳定后监测实时回风温度TR是否与设定回风温度Tset相同，若相同则在当前的转速与膨胀阀开度下持续运行；若TR<Tset，则提高压缩机频率f1，再次重新调节膨胀阀开度，使得排气压力达到最优值。
调节完毕后，通过环境温度与室外换热器26蒸发温度的温差判断是否需要除霜。若T0-Toutdoor>12℃，则需要除霜，此时关闭压缩机29，四通换向阀30切换至制冷模式，关闭驾驶室与乘客舱风门。为保证压缩机29的安全运行，当Pdis-Psuc<1MPa时，压缩机29开启，3分钟后关闭压缩机29，再次切换四通换向阀30至制热模式，执行制热模式。若不需要除霜，则采集电池与电机及电控器件温度，询问是否有热管理需求，若仅有电池需要热管理，则与电池热管理模式协同运行，并执行相应开关机逻辑，若均有热管理需求则与余热回收模式协同运行。无热管理需求时，当TR-Tset>3℃时，关闭压缩机29，当Tset-TR>3℃时，再次开启制热模式。
如图9所示，模式6-整车制热模式收到开启指令后，四通换向阀30切换至制热模式。第一截止阀6关闭，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭，全通节流阀34处于全通状态，第一双向节流阀33和第二双向节流阀32开启，第三双向节流阀13关闭。确认阀件状态正确后，压缩机29开启。由于乘客舱制热量需求远大于驾驶室，因此用户设定驾驶室和乘员舱理想回风温度Tset后，压缩机29开始工作，第二双向节流阀32根据上述公式自动调节至最优排气压力，***运行稳定后监测实时乘客舱回风温度TR是否与设定回风温度Tset相同，若相同则在当前的频率与第二双向节流阀32开度下持续运行；若TR<Tset，则提高压缩机频率再次重新调节第二双向节流阀32开度，使得排气压力达到最优值。同时，通过调节第一双向节流阀33的开度，控制驾驶室的制热量，使得驾驶室回风温度达到设定需求。调节完毕后，按照上述控制逻辑判断是否需要除霜并询问电池与电机及电控器件是否有热管理需求。若无需除霜且不需要热管理，则在驾驶室和乘员舱均达到TR-Tset>3℃时，关闭压缩机29，当仅有其一满足条件时，关闭相应双向节流阀。当驾驶室或乘员舱Tset-TR>3℃时，开启相应双向节流阀，再次开启制热模式。
如图10所示，进入模式8-余热回收模式后，三通换向阀28第二通路联通，若电池温度TC>40℃，则此时电机及电控器件与电池均有降温需求，废热量大，仅需水冷换热器20即可达到蒸发换热需求。此时第四截止阀27关闭，第五截止阀23开启，水路三通换向阀19第二通路联通，水路四通换向阀14第3和第4通路联通，第三双向节流阀13处于关闭状态，第一截止阀6关闭，第二截止阀7开启，第三截止阀8关闭。若电池无用冷需求，废热量减小，将水冷换热器20与室外换热器26串联以防止蒸发不充分带来的安全隐患。此时开启第四截止阀27，关闭第五截止阀23，水路三通换向阀19第2通路联通，水路四通换向阀14第1和第2通路联通。阀件调整结束后，当驾驶室处于单热模式时，第一双向节流阀33控制排气压力使能效达到最优值，而当空调处于乘员舱单热模式或整车制热模式时，第二双向节流阀32控制排气压力使能效达到最优值。用户设定理想回风温度Tset后，第一双向节流阀33或第二双向节流阀32根据此时的压缩机频率f1、设定回风温度Tset、水冷换热器20进水温度Tg,in自动调节至此条件下最优排气压力；
Pdis,opt＝f(Tset,Tg,in,f1)
***运行稳定后监测实时回风温度TR是否与设定回风温度Tset相同，若相同则在当前的转速与膨胀阀开度下持续运行；若TR<Tset，则提高压缩机频率f1，再次重新调节第一双向节流阀33或第二节流阀开度，使得排气压力达到最优值。运行至电机及电控器件温度处于合理温度范围后，结束余热回收模式。
如图11所示，进入模式9-电池热管理模式后，若电池温度TC>40℃且空调处于关闭状态，则开启第三双向节流阀13，第一双向节流阀33和2关闭，四通换向阀30切换至制冷模式，开启压缩机29。压缩机频率控制及最优排气压力控制与电池快充模式相同。若电池温度TC>40℃且空调处于制冷模式，则直接开启第三双向节流阀13使得冷却液换热器与其他室内换热器并联，通过调节第三双向节流阀13调节Tw,in＝15℃。若电池温度TC>40℃且空调处于制热模式，则关闭第一截止阀6和第二截止阀7，开启第三截止阀8，开启第三双向节流阀13，使得冷却液换热器与室外换热器26串联，通过调节第三双向节流阀13调节Tw,in＝15℃。若电池温度TC<0℃且空调处于关闭状态，则切换四通换向阀30至制热模式，开启第三双向节流阀13，第一双向节流阀33和2关闭，开启压缩机29。压缩机频率控制及最优排气压力控制与电池快充模式相同。若电池温度TC<0℃且空调开启，此时空调处于制热模式，直接开启第三双向节流阀13使得冷却液换热器与其他室内换热器并联，通过调节第三双向节流阀13调节Tw,in＝30℃。当0℃≤TC≤40℃，关闭第三双向节流阀13，退出电池热管理模式。
如图12所示，接收到模式10-除雾信号时，进入除雾模式。若监测到环境温度T0>18℃，则进入冷风除湿模式，即湿空气先后通过驾驶室换热器2与除雾换热器1进行冷却除湿，达到除雾的目的。此时四通换向阀30切换至制冷模式，第一双向节流阀33处于开启状态，全通节流阀34为全通状态。开启压缩机29，调节第一双向节流阀33至蒸发压力3.8MPa≤Pe≤4.2MPa。若监测到环境温度0℃≤T0≤18℃，则进入干风加热除湿模式，即湿空气先通过驾驶室换热器2冷却除湿，再通过除雾换热器1将空气进行加热再吹向玻璃，在保证舒适性的前提下达到除雾目的。此时四通换向阀30为制热模式，第一双向节流阀33开启，全通节流阀34处于节流状态。开启压缩机29，全通节流阀34控制除雾换热器1出风温度为TD＝TR+5℃。若监测到环境温度T0<0℃,则进入热风除湿模式，直接将热风吹向玻璃，达到加热除雾的目的。此时车内空调处于热泵开启状态，确保第一双向节流阀33处于开启状态后直接开启除雾风门35。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，包括跨临界CO2热泵***模块，驾驶室HVAC模块，冷却液处理模块和余热散热模块；
所述驾驶室HVAC模块包括除雾换热器(1)、驾驶室换热器(2)、驾驶室风机(3)、第一双向节流阀(33)、全通节流阀(34)、除雾风门(35)和驾驶室风门(36)；所述余热散热模块包括水冷换热器(20)、散热器风机(21)和散热器(22)；所述冷却液处理模块包括第三截止阀(8)、电池冷却器(9)、电池包散热器(10)、第一水泵(11)、第一水箱(12)、第三双向节流阀(13)、水路四通换向阀(14)、电机散热器(15)、第二水箱(16)、电控器件散热器(17)、第二水泵(18)和水路三通换向阀(19)；所述跨临界CO2热泵***模块，包括乘客舱风机(4)、乘客舱换热器(5)、第一截止阀(6)、第二截止阀(7)、第五截止阀(23)、CO2热泵***模块回热器(24)、室外换热器风机(25)、室外换热器(26)、第四截止阀(27)、三通换向阀(28)、压缩机(29)、四通换向阀(30)、储液器(31)和第二双向节流阀(32)；
其中，所述压缩机(29)与四通换向阀(30)a口相连，所述四通换向阀(30)b口与三通换向阀(28)的a口相连，所述四通换向阀(30)c口通过储液器(31)与CO2热泵***模块回热器(24)b口相连，所述四通换向阀(30)d口分别与除雾换热器(1)、乘客舱换热器(5)和第一截止阀(6)的一端相连；所述除雾换热器(1)通过全通节流阀(34)与驾驶室换热器(2)相连；所述驾驶室换热器(2)的另一端口与第一双向节流阀(33)相连，所述第一双向节流阀(33)的另一端口分别与第二双向节流阀(32)、第二截止阀(7)和第三双向节流阀(13)的一端相连，所述第二双向节流阀(32)的另一端与乘客舱换热器(5)相连，所述第一截止阀(6)的另一端分别与电池冷却器(9)b口和第三截止阀(8)相连；所述电池冷却器(9)a口与第三双向节流阀(13)另一端相连，电池冷却器(9)c口与水路四通换向阀(14)c口相连，电池冷却器(9)d口通过电池包散热器(10)与第一水泵(11)入口相连，所述第一水泵(11)出口与水路四通换向阀(14)d口相连，且中间设有第一水箱(12)，所述水路四通换向阀(14)a口与第二水泵(18)入口相连，且中间设有第二水箱(16)，所述第二水泵(18)出口与电控器件散热器(17)相连，所述电控器件散热器(17)与两个并联的电机散热器(15)管路相连，所述并联的电机散热器(15)与水路三通换向阀(19)c口相连，所述水冷换热器(20)一端的第一通道与水路三通换向阀(19)的b口相连；所述水冷换热器(20)一端的第二通道和水路四通换向阀(14)的b口相连，水路四通换向阀(14)的b口和散热器(22)的一端相连；所述水路三通换向阀(19)a口与散热器(22)另一端相连，所述散热器风机(21)出风口面对散热器(22)；所述水冷换热器(20)的另一端的第二通道与三通换向阀(28)的b口相连，水冷换热器(20)的另一端的第一通道与第五截止阀(23)一端和第四截止阀(27)一端相连，所述第四截止阀(27)另一端与三通换向阀(28)的c口和室外换热器(26)的一端相连，所述室外换热器(26)旁设有室外风机(25)，所述室外换热器(26)的另一端分别连接第五截止阀(23)的另一端和CO2热泵***模块回热器(24)的c口；所述CO2热泵***模块回热器(24)的d口分别连接第二截止阀(7)另一端和第三截止阀(8)另一端。
2.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式1时，第一双向节流阀(33)、第二双向节流阀(32)关闭，第三双向节流阀(13)开启，第一截止阀(6)、第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)关闭，第四截止阀(27)关闭，第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)开启，第二水泵(18)关闭。
3.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式2或模式4时，四通换向阀(30)切换至制冷模式；第一截止阀(6)关闭，第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态；
若处于模式2，第一双向节流阀(33)开启，第二双向节流阀(32)和第三双向节流阀(13)关闭；若处于模式4，第二双向节流阀(32)开启，第一双向节流阀(33)和第三双向节流阀(13)关闭。
4.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式7时，四通换向阀(30)切换至制冷模式；第一截止阀(6)关闭，第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)开启，第三双向节流阀(13)关闭。
5.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式3或模式5时，四通换向阀(30)切换至制热模式；第一截止阀(6)关闭，第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态；
若处于模式3，则第一双向节流阀(33)开启，第二双向节流阀(32)和第三双向节流阀(13)关闭；若处于模式5，则第二双向节流阀(32)开启，第一双向节流阀(33)和第三双向节流阀(13)关闭。
6.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式6时，四通换向阀(30)切换至制热模式；第一截止阀(6)关闭，第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)开启，第三双向节流阀(13)关闭。
7.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式8时，三通换向阀(28)第二通路联通；
若电池温度TC＞40℃，第四截止阀(27)关闭，第五截止阀(23)开启，水路三通换向阀(19)ac通路联通，水路四通换向阀(14)bc通道连通和ad通路联通，第三双向节流阀(13)处于关闭状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)关闭；若TC≤40℃，开启第四截止阀(27)，关闭第五截止阀(23)，水路三通换向阀(19)ac通路联通，水路四通换向阀(14)ab通道连通和cd通路联通。
8.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式9时；
若电池温度TC＞40℃且空调处于关闭状态，则第三双向节流阀(13)开启，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)关闭，四通换向阀(30)切换至制冷模式；
若电池温度TC＞40℃且空调处于制冷模式，则第三双向节流阀(13)开启使得冷却液换热器与其他室内换热器并联；
若电池温度TC＞40℃且空调处于制热模式，则关闭第一截止阀(6)和第二截止阀(7)，开启第三截止阀(8)，开启第三双向节流阀(13)，使得冷却液换热器与室外换热器(26)串联；
若电池温度TC＜0℃且空调处于关闭状态，则切换四通换向阀(30)至制热模式，开启第三双向节流阀(13)，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)关闭；
若电池温度TC＜0℃且空调开启，开启第三双向节流阀(13)使得冷却液换热器与其他室内换热器并联；
当0℃≤TC≤40℃，关闭第三双向节流阀(13)。
9.根据权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，其特征在于，所述电动车热管理***处于模式10时；
若环境温度T0>18℃，四通换向阀(30)切换至制冷模式，第一双向节流阀(33)处于开启状态，全通节流阀(34)为全通状态，开启除雾风门(35)；
若监测到环境温度0℃≤T0≤18℃，四通换向阀(30)为制热模式，第一双向节流阀(33)开启，全通节流阀(34)处于节流状态，开启除雾风门(35)；
若监测到环境温度T0<0℃，四通换向阀(30)为制热模式，第一双向节流阀(33)开启，全通节流阀(34)为全通状态，开启除雾风门(35)。
10.基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理方法，其特征在于，基于权利要求1所述的基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***，包括以下步骤：
步骤一：热管理***上电后，监测热管理***中各设备状态，确认热管理***无故障；进一步判断热管理***是否处于电池快充模式，当判定为是，则进入模式1-电池快充模式，当判定为否，则进入步骤二；
步骤二：采集驾驶舱和乘客舱的温度，当仅有乘客舱有制冷需求则进入模式2-乘客舱单冷模式，当仅有乘客舱有制热需求则进入模式3-乘客舱单热模式，当仅有驾驶室有制冷需求则进入模式4-驾驶室单冷模式，当仅有驾驶室有制热需求则进入模式5-驾驶室单热模式，当驾驶室和乘客舱均有制冷或制热需求，则按需求进入模式6-整车制热模式或模式7-整车制冷模式；
步骤三：监测电池包温度和电机及电控器件温度，当电池或电机及电控器件有制冷需求且驾驶室或乘员舱有制热需求，则进入模式8-余热回收模式，当驾驶室和乘员舱无制热需求而电池或电机及电控器件有温度控制需求，则进入模式9-电池热管理模式，在行车过程中，一旦接收到除雾需求信号，则进入模式10-除雾模式；
(1)电池快充模式包括以下步骤：
步骤一：启动第一水泵(11)，判断此时电池温度TC，是否大于40℃或小于5℃；
步骤二：当电池温度TC＞40℃时，四通换向阀(30)ab通道联通、cd通道联通；当TC＜5℃时，四通换向阀(30)切换bc通道联通和ad通道联通，此时第一双向节流阀(33)、第二双向节流阀(32)关闭，第三双向节流阀(13)开启，第一截止阀(6)、第二截止阀(7)开启，第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭；
步骤三：检查阀件状态正常后，启动压缩机(29)；
步骤四：根据制冷与制热模式的不同设定冷却液进口温度Tw，set，监测环境温度T0且***运行稳定后监测实时冷却液进口温度Tw，in与冷却液出口温度Tw，out，调节压缩机频率，直至Tw，in＝Tw，set；频率调节公式为：
f1＝f1(T0，Tw，set，Tw，in，Tw，out)
其中：f1为压缩机频率；
根据此时f1、Tw，in和T0，调节第三双向节流阀(13)的开度大小，以达到此条件下最优排气压力Pdis，opt；
Pdis，opt＝f(Tw，in，T0，f1)
通过压缩机频率与第三双向节流阀(13)的调节，***在能效最高的情况下运行，当电池温度满足5℃≤TC≤40℃时，压缩机(29)停止工作；
(2)乘客舱单冷模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ab通道联通和cd通道联通；
步骤二：打开全通节流阀(34)，将第一双向节流阀(33)、第三双向节流阀(13)关闭，第二双向节流阀(32)开启，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)关闭，第二水泵(18)关闭；
步骤三：确定阀件状态正常后，开启压缩机(29)；
步骤四：Tset为设定的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，此时压缩机频率调节公式为：
f1＝f2(T0，Tset，TR)
根据此时的压缩机频率f1、TR、T0控制第二双向节流阀(32)的开度，从而获得此条件下最优排气压力Pdis，opt；
Pdis，opt＝f(TR，T0，f1)
步骤五：采集电池温度，询问电池是否需要热管理，若需要，则与电池热管理模式协同工作，若电池不需要热管理，则在Tset-TR≥3℃时关闭压缩机(29)，TR-Tset≥3℃时再次开启压缩机(29)；
(3)所述驾驶室单冷模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)切ab通道联通和cd通道联通；
步骤二：第一双向节流阀(33)开启，第二双向节流阀(32)、第三双向节流阀(13)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)、第二水泵(18)关闭；
步骤三：确定阀件状态正常后，开启压缩机(29)；
步骤四：Tset为设定的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，此时压缩机频率调节公式为，
f1＝f2(T0，Tset，TR)
根据此时的f1、TR和T0控制调节第一双向节流阀(33)的开度，从而达到此条件下最优排气压力，保证***在最节能的条件下运行；
Pdis，opt＝f(TR，T0，f1)
步骤五：采集电池温度，询问电池是否需要热管理，若需要，则与电池热管理模式协同工作，若电池不需要热管理，则在Tset-TR≥3℃时关闭压缩机(29)，TR-Tset≥3℃时再次开启压缩机(29)；
(4)所述整车制冷模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ab通道联通和cd通道连通；
步骤二：第一双向节流阀(33)、第二双向节流阀(32)开启，第三双向节流阀(13)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)、第二水泵(18)关闭；
步骤三：确认阀件状态正确，开启压缩机(29)；
步骤四：压缩机频率f1由设定好的乘客舱回风温度Tset，实时监测的乘客舱回风温度TR，室外环境温度T0，根据公式对f2进行调节
f1＝f2(T0，Tset，TR)
根据此时的f1、TR、T0，调节第二双向节流阀(32)开度大小，从而获得此条件下最优排气压力，保证***在最节能的条件下运行，
Pdis，opt＝f(TR，T0，f1)
通过调节第一双向节流阀(33)的开度，控制驾驶室的制冷量，使得驾驶室回风温度达到设定需求；
步骤五：采集电池温度，结合电池是否需要热管理，若需要，则与电池热管理模式协同工作，若电池不需要热管理，则在驾驶室与乘员舱均满足Tset-TR≥3℃时关闭压缩机(29)，仅驾驶室满足条件关闭第一双向节流阀(33)；仅乘客舱满足条件关闭第二双向节流阀(32)，当TR-Tset≥3℃时再次开启相应双向节流阀，并开启压缩机(29)；
(5)所述乘客舱单热模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ad通道联通和cb通道联通；
步骤二：第二双向节流阀(32)开启，第一双向节流阀(33)、第三双向节流阀(13)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)、第二水泵(18)关闭；
步骤三：确认阀件状态正确，开启压缩机(29)；
步骤四：Tset为设定的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，f1为压缩机频率，Psuc与Pdis为压缩机(29)进口与出口的压力值；
设定好理想回风温度Tset后，压缩机(29)开始工作，第二双向节流阀(32)根据此时的频率f1、设定回风温度Tset、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力；
Pdis＝f(Tset，T0，f1)
步骤五：判断TR＝Tset是否成立，若相同则在当前的转速与第二双向节流阀(32)开度下持续运行；若TR＜Tset，则提高压缩机频率f1，重新调节第二双向节流阀(32)开度，使得排气压力达到最优值；
步骤六：将环境温度与室外换热器(26)蒸发温度的温差判断是否需要除霜，若T0-Toutdoor＞12℃，Toutdoor为室外换热器(26)蒸发温度，则需要除霜，此时关闭压缩机(29)，四通换向阀(30)四通换向阀(30)ab和cd通道联通，关闭驾驶室与乘客舱风门；当Pdis-Psuc＜1MPa时，压缩机(29)开启，3分钟后关闭压缩机(29)，再次切换四通换向阀(30)至ad通道联通和cb通道联通；若不需要除霜，则采集电池与电机温度，询问是否有热管理需求，若仅有电池需要热管理，则与电池热管理模式协同运行，并执行相应开关机逻辑，若均有热管理需求则与余热回收模式协同运行；无热管理需求时，当TR-Tset＞3℃时，关闭压缩机(29)，当Tset-TR＞3℃时，再次开启制热模式；
(6)所述驾驶室单热模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ad通道联通和cb通道联通；
步骤二：第一双向节流阀(33)开启、第二双向节流阀(32)、第三双向节流阀(13)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)、第二水泵(18)关闭；
步骤三：确认阀件状态正确，开启压缩机(29)；
步骤四：Tset为设定好的回风温度，TR为实时监测的回风温度，T0为室外环境温度，f1为压缩机频率，Psuc与Pdis为压缩机(29)进口与出口的压力值；
设定好理想回风温度Tset后，压缩机(29)开始工作，第一双向节流阀(33)根据此时的频率f1、设定回风温度Tset、室外环境温度T0自动调节至此条件下最优排气压力；
Pdis＝f(Tset，T0，f1)
步骤五：判断TR＝Tset是否成立，若相同则在当前的转速与第一双向节流阀(33)开度下持续运行；若TR＜Tset，则提高压缩机频率f1，重新调节第一双向节流阀(33)开度，使得排气压力达到最优值；
步骤六：将环境温度与室外换热器(26)蒸发温度的温差判断是否需要除霜，若，T0-Toutdoor＞12℃，Toutdoor为室外换热器(26)蒸发温度，则除霜，此时关闭压缩机(29)，四通换向阀(30)ab通道联通和cd通道联通，关闭驾驶室与乘客舱风门；当Pdis-Psuc＜1MPa时，压缩机(29)开启，3分钟后关闭压缩机(29)，再次切换四通换向阀(30)至ad通道联通和cb通道联通；若不需要除霜，则采集电池与电机温度，询问是否有热管理需求，若仅有电池需要热管理，则与电池热管理模式协同运行，并执行相应开关机逻辑，若均有热管理需求则与余热回收模式协同运行；无热管理需求时，当TR-Tset＞3℃时，关闭压缩机(29)，当Tset-TR＞3℃时，再次开启制热模式；
(7)所述整车制热模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ad通道联通和cb通道联通；
步骤二：第一双向节流阀(33)、第二双向节流阀(32)开启，第三双向节流阀(13)关闭，全通节流阀(34)处于全通状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)、第四截止阀(27)、第五截止阀(23)关闭，第一水泵(11)、第二水泵(18)关闭；
步骤三：确认阀件状态正确后，压缩机(29)开启；
步骤四：设定乘员舱理想回风温度Tset后，压缩机(29)开始工作，第二双向节流阀(32)根据公式自动调节至最优排气压力，
Pdis＝f(Tset，T0，f1)
***运行稳定后监测实时乘客舱回风温度TR是否与设定回风温度Tset相同，若相同则在当前的频率与第二双向节流阀(32)开度下持续运行；若TR＜Tset，则提高压缩机频率再次重新调节第二双向节流阀(32)开度，使得排气压力达到最优值，通过调节第一双向节流阀(33)的开度，控制驾驶室的制热量，使得驾驶室回风温度达到设定需求；
步骤五：判断是否需要除霜并询问电池与电机是否有热管理需求，当无需除霜且不需要热管理时，则在驾驶室和乘员舱均达到TR-Tset＞3℃后，关闭压缩机(29)；当仅有乘客舱满足TR-Tset＞3℃时，关闭第二双向节流阀(32)；当仅有其驾驶室满足TR-Tset＞3℃时，关闭第一双向节流阀(33)；当驾驶室Tset-TR＞3℃时，开启第一双向节流阀(33)；当乘客舱Tset-TR＞3℃时，开启第二双向节流阀(32)；
(8)所述余热回收模式包括以下步骤：
步骤一：四通换向阀(30)ad通道连通和cb通道连通，三通换向阀(28)ab通道联通；
步骤二：判断电池温度Tc的大小，若TC＞40℃，第四截止阀(27)关闭，第五截止阀(23)开启，水路三通换向阀(19)ac通路联通，水路四通换向阀(14)bc通道连通和ad通路联通，第三双向节流阀(13)处于关闭状态，第二截止阀(7)开启，第一截止阀(6)、第三截止阀(8)关闭；若TC≤40℃，开启第四截止阀(27)，关闭第五截止阀(23)，水路三通换向阀(19)ac通路联通，水路四通换向阀(14)ab通道连通和cd通路联通；
步骤三：判断当前是否为驾驶室单热模式，
当驾驶室处于单热模式时，先设定理想回风温度Tset，根据此时的压缩机频率f1、设定回风温度Tset、水冷换热器(20)进水温度，Tg，in通过调节第一双向节流阀(33)，以达到此条件下最优排气压力；
Pdis，opt＝f(Tset，Tg，in，f1)；
当空调处于乘员舱单热模式或整车制热模式时，先设定理想回风温度Tset，根据此时的压缩机频率f1、设定回风温度Tset、水冷换热器(20)进水温度，Tg，in通过调节第二双向节流阀(32)，以达到此条件下最优排气压力；
Pdis，opt＝f(Tset，Tg，in，f1)
步骤四：***运行稳定后监测实时回风温度TR是否与设定回风温度Tset相同，若相同则在当前的转速与膨胀阀开度下持续运行；若TR＜Tset，则提高压缩机频率f1，再次重新调节第一双向节流阀(33)或第二双向节流阀(32)开度，使得排气压力达到最优值，运行至电机温度满足TR-Tset＞3℃后，结束余热回收模式；
(9)所述电池热管理模式包括以下步骤：
若电池温度TC＞40℃且空调处于关闭状态，则开启第三双向节流阀(13)，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)关闭，四通换向阀(30)ab和cd通道联通，开启压缩机(29)，压缩机频率控制及最优排气压力控制与电池快充模式相同；
若电池温度TC＞40℃且空调处于制冷模式，则直接开启第三双向节流阀(13)使得冷却液换热器与其他室内换热器并联，通过调节第三双向节流阀(13)调节Tw，in＝15℃；
若电池温度TC＞40℃且空调处于制热模式，则关闭第一截止阀(6)和第二截止阀(7)，开启第三截止阀(8)，开启第三双向节流阀(13)，使得冷却液换热器与室外换热器(26)串联，通过调节第三双向节流阀(13)调节Tw，in＝15℃；
若电池温度TC＜0℃且空调处于关闭状态，则切换四通换向阀(30)ad和cb通道联通，开启第三双向节流阀(13)，第一双向节流阀(33)和第二双向节流阀(32)关闭，开启压缩机(29)，压缩机频率控制及最优排气压力控制与电池快充模式相同；
若电池温度TC＜0℃且空调开启，此时空调处于制热模式，直接开启第三双向节流阀(13)使得冷却液换热器与其他室内换热器并联，通过调节第三双向节流阀(13)调节Tw，in＝30℃；
当0℃≤TC≤40℃，关闭第三双向节流阀(13)，退出电池热管理模式；
(10)所述除雾模式包括以下步骤：
步骤一：监测环境温度T0，判断T0是否大于18℃；
步骤二：当T0＞18℃时，进入冷风除湿模式，四通换向阀(30)ab通道联通和cd通道联通，第一双向节流阀(33)开启，全通节流阀(34)为全通状态，启动压缩机(29)，通过调节第一双向节流阀(33)使蒸发压力Pe满足3.8MPa≤Pe≤4.2MPa；
当0℃≤T0≤18℃时，进入干风加热除湿模式，四通换向阀(30)ad通道联通和cb通道联通，第一双向节流阀(33)开启，全通节流阀(34)为节流状态，启动压缩机(29)，全通节流阀(34)控制除雾换热器的出风温度Td＝TR+5℃；
当T0＜0℃时，进入热风除湿模式，先打开第一双向节流阀(33)，然后打开除雾风门(35)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110951424.6A CN113619355B (zh) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110951424.6A CN113619355B (zh) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113619355A CN113619355A (zh) | 2021-11-09 |
| CN113619355B true CN113619355B (zh) | 2022-12-30 |
Family
ID=78386544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110951424.6A Active CN113619355B (zh) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | 基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113619355B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315840A (en) * | 1992-11-27 | 1994-05-31 | Thermo King Corporation | Air conditioning and refrigeration methods and apparatus utilizing a cryogen |
| CN107639993A (zh) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种热管理*** |
| CN108819656A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-16 | 北京工业大学 | 一种电动汽车综合热管理***与方法 |
| CN110530048A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2空调热泵***及其优化控制方法 |
| CN110530045A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2***多功能除雾除湿***及控制方法 |
| CN111619311A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-04 | 吉林大学 | 一种co2热泵空调整车热管理*** |
| CN112412780A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-26 | 杭州三花研究院有限公司 | 压缩机及热管理*** |
| CN112428768A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-03-02 | 杭州三花研究院有限公司 | 热管理*** |
| CN112706581A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-27 | 西安交通大学 | 跨临界二氧化碳电动客车空调***及控制方法 |
| CN113147311A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-07-23 | 西安交通大学 | 一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理***及其控制方法 |
-
2021
- 2021-08-18 CN CN202110951424.6A patent/CN113619355B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315840A (en) * | 1992-11-27 | 1994-05-31 | Thermo King Corporation | Air conditioning and refrigeration methods and apparatus utilizing a cryogen |
| CN107639993A (zh) * | 2016-07-21 | 2018-01-30 | 杭州三花研究院有限公司 | 一种热管理*** |
| CN108819656A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-11-16 | 北京工业大学 | 一种电动汽车综合热管理***与方法 |
| CN110530045A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2***多功能除雾除湿***及控制方法 |
| CN110530048A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-12-03 | 西安交通大学 | 一种跨临界co2空调热泵***及其优化控制方法 |
| CN112428768A (zh) * | 2020-05-29 | 2021-03-02 | 杭州三花研究院有限公司 | 热管理*** |
| CN111619311A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-04 | 吉林大学 | 一种co2热泵空调整车热管理*** |
| CN112412780A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-26 | 杭州三花研究院有限公司 | 压缩机及热管理*** |
| CN112706581A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-27 | 西安交通大学 | 跨临界二氧化碳电动客车空调***及控制方法 |
| CN113147311A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-07-23 | 西安交通大学 | 一种跨临界二氧化碳新能源汽车热管理***及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113619355A (zh) | 2021-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110525169B (zh) | 纯电动汽车用集成乘员舱热泵空调及三电热管理*** | |
| JP5892774B2 (ja) | 車両用ヒートポンプシステムの制御方法 | |
| JP6041423B2 (ja) | 車両用ヒートポンプシステム及びその制御方法 | |
| CN109080406B (zh) | 一种结合热管理的热泵车用空调***及其控制方法 | |
| KR20210026705A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| KR20210021728A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| CN107020915A (zh) | 一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵*** | |
| CN206664199U (zh) | 一种多联式多功能的热泵型电动空调*** | |
| CN110588280A (zh) | 集三热管理及余热回收功能的新能源汽车热管理*** | |
| KR20220040792A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| KR20220040791A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| CN107499088A (zh) | 一种汽车空调热泵、汽车和控制方法 | |
| CN111845264A (zh) | 基于变参数pi控制器控制的跨临界co2热管理***及方法 | |
| CN108317766A (zh) | 一种电动大巴的空调***及电动大巴 | |
| CN109353183A (zh) | 一种新能源汽车的集成式热管理*** | |
| KR20220040794A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| CN114683804A (zh) | 一种电动车的多源热泵*** | |
| CN110171266B (zh) | 一种电动汽车热管理*** | |
| CN208615672U (zh) | 电动汽车热管理*** | |
| KR20220040793A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 | |
| EP3798536A1 (en) | Heat pump system | |
| CN113619355B (zh) | 基于跨临界二氧化碳热泵空调的电动车热管理***及方法 | |
| CN110626146A (zh) | 电动汽车热泵空调***及控制逻辑 | |
| CN114212002B (zh) | 一种电动汽车热管理*** | |
| KR20130136782A (ko) | 차량용 히트펌프 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220908 Address after: 710049 No. 28 West Xianning Road, Shaanxi, Xi'an Applicant after: XI'AN JIAOTONG University Applicant after: Dongfeng Motor GROUP Co.,Ltd. Address before: 710049 No. 28 West Xianning Road, Shaanxi, Xi'an Applicant before: XI'AN JIAOTONG University |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |