CN114274731A - 一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车，其中控制***包括：室内冷凝器、室外换热器、压缩机、管路、蒸发器、气液分离器、冷却器以及电子膨胀阀；在压缩机的排气口处装有高压传感器，在气液分离器的进气口装有低压传感器；从压缩机排气口处分成两路，一路设置有常开型的第一电磁阀并与室内冷凝器连通，另一路设置有常开型的第二电磁阀并与室外换热器连通；在室外换热器与管路连接之间装有常闭型的第三电磁阀；蒸发器的入口处装有常开型的第四电磁阀；冷却器的一个端口连接电子膨胀阀后分为两路，一路与室外换热器连接，另一路与蒸发器连接。本发明解决了超级快充***散热问题，从而提升制冷能力。

Description

一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及热泵空调领域，更具体地，涉及一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车。

背景技术

随着电动车热管理技术的发展，热泵空调是冬季加热节能的重要的热管理措施。普通空调冬季采暖，主要通过PTC加热，无论是风暖PTC还是水暖PTC，本质上都是直接将电能通过PTC片转换为热能，理论效率为100％，但算上损耗，实际可能只有90％。而热泵空调的效率为200％。根据行业内大数据显示，冬季PTC平均能耗约2kw，热泵空调平均能耗约1kw，节能约50％。目前采用R134a制冷剂的热泵空调仅能用于-10℃以上的环境温度，更低的温度下，均需增加辅助PTC。电动汽车目前大部分使用区域在北京以南地区，但就算以北京为例，冬季最低气温也能达到-20℃，解决环境温度-20℃～-10℃的采暖节能是一个重要命题。

现有技术中电动热泵空调***，采用3个换热器节流短管式，通过两个SOV实现制冷剂流向的切换。

现有技术存在如下缺点：

1、热泵***仅能工作在环境温度-10℃以上；

2、电池、电机、空调相互独立，没有形成一体化热管理，节能效果有限；

3、大电流的超级快充，发热量巨大，现有架构，散热能力明显不足。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种超低温热泵空调控制***，包括，室内冷凝器、室外换热器、压缩机、管路、蒸发器、气液分离器、冷却器以及电子膨胀阀；在所述压缩机的排气口处装有高压传感器，在所述气液分离器的进气口装有低压传感器；从所述压缩机排气口处分成两路，一路设置有常开型的第一电磁阀并与室内冷凝器连通，另一路设置有常开型的第二电磁阀并与所述室外换热器连通；在所述室外换热器与所述管路连接之间装有常闭型的第三电磁阀；所述蒸发器的入口处装有常开型的第四电磁阀；

所述冷却器的一个端口连接所述电子膨胀阀后分为两路，一路与所述室外换热器连接，另一路与所述蒸发器连接；通过电子膨胀阀的设置实现室内制冷和电池制冷的通断。

可选地，在所述电子膨胀阀和室外换热器连接中间设置有第一单向阀。

可选地，在所述室内冷凝器和室外换热器连接中间设置有第二单向阀。

可选地，在所述室外换热器和第所述二单向阀之间设置有第一节流管；在所述蒸发器和第四电磁阀之间设置有第二节流管。

可选地，所述控制***的循环介质为冷却液。

可选地，所述***还包括水侧回路，作为热泵余热回收热管理的回路，媒介为水；所述水侧回路包括：集成式水壶、五通阀、余热回收器、水加热器、电池、电机和散热器；

所述集成式水壶的水口包括：电池进水口、电池出水口、电机进水口、散热器出水口、散热器进水口和电机出水口；

所述五通阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口、第四阀口和第五阀口；

所述第一阀口与电池进水口对应连通，所述第二阀口与电池出水口对应连通，所述第三阀口与电机进水口对应连通，所述第四阀口与散热器出水口对应连通，所述第五阀口可选择的与散热器进水口或电机出水口对应连通；

所述电池进水口与所述冷却器、所述水加热器、电池出水口依次连接；

所述电机进水口与所述电机、余热回收器、所述电机出水口依次连接；

所述散热器进水口与所述散热器、散热器出水口依次连接。

可选地，所述余热回收器与室外换热器串联。

可选地，所述电机与所述余热回收器之间设置有电子三通水阀，所述电子三通水阀的第三端口直接与电机出水口连接。

根据本发明的第二方面，提供了一种超低温热泵空调控制方法，应用本发明第一方面所述的超低温热泵空调控制***，具体所述方法包括：

室内制冷模式：关闭所述第一电磁阀和第三电磁阀，打开所述第二电磁阀和第四电磁阀，此时余热回收器的水路不参与循环；

超级快充模式：关闭所述第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，打开所述第二电磁阀，打开电子膨胀阀；同时，使所述第一阀口与第二阀口连通，使所述第三阀口与第四阀口连通，并关闭第五阀口；

常温制热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀；

低温制热同时回收电机余热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀，同时，使所述第三阀口与第五阀口连通，所述第五阀口与所述电机出水口连通，使所述第一阀口与第二阀口连通，关闭第四阀口；

低温制热同时回收电机和电池余热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀，同时，使所述第二阀口与第三阀口连通，使所述第一阀口与第五阀口连通，所述第五阀口与所述散热器进水口连通，关闭所述第四阀口；所述余热回收器与所述电机的水回路串联。

根据本发明的第三方面，提供了一种电动汽车，包括本发明第一方面任一项所述的超低温热泵空调控制***。

根据本发明公开的一个实施例，具有如下有益效果：本发明通过增宽热泵空调工作的环境温度，以热泵空调为基础，通过五通阀、电磁阀、电子三通水阀等部件，综合利用环境、乘员舱、驱动、电池的能量，进行高效智能管理，解决超级快充***散热问题，从而提升制冷能力。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为根据实施例提供的一种超低温热泵空调控制***示意图。

图中：

11-第一电磁阀；12-第二电磁阀；13-第三电磁阀；14-第四电磁阀；

21-第一单向阀；22-第二单向阀；

31-第一节流管；32-第二节流管；

41-高压传感器；42-低压传感器；

5-五通阀

51-第一阀口；52-第二阀口；53-第三阀口；54-第四阀口；55-第五阀口；

61-电池进水口；62-电池出水口；63-电机进水口；64-散热器出水口；65-散热器进水口；66-电机出水口；

7-室外换热器；

8-室内冷凝器；

9-蒸发器；

10-气液分离器；

110-电子膨胀阀；

120-冷却器；

130-水加热器；

140-电机；

150-余热回收器；

160-散热器；

170-压缩机；

180-鼓风机；

191-第一水泵；192-第二水泵；

200-电子三通水阀；201-第三端口；

300-高压PTC；

400-电池。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

实施例一：

本实施例提供一种超低温热泵空调控制***，如图1所示，包括：室内冷凝器8、室外换热器7、压缩机170、管路、蒸发器9、气液分离器10、冷却器120以及电子膨胀阀(EXV)110；在所述压缩机170的排气口处装有高压传感器41(高压P&T传感器)，在所述气液分离器10的进气口装有低压传感器42(低压P&T传感器)；从所述压缩机170排气口处分成两路，一路设置有常开型的第一电磁阀11并与室内冷凝器8连通，另一路设置有常开型的第二电磁阀12并与所述室外换热器7连通；在所述室外换热器7与所述管路连接之间装有常闭型的第三电磁阀13；所述蒸发器9的入口处装有常开型的第四电磁阀14；

所述冷却器120的一个端口连接所述电子膨胀阀110后分为两路，一路与所述室外换热器7连接，另一路与所述蒸发器9连接；通过电子膨胀阀110的设置实现室内制冷和电池制冷的通断。

在所述电子膨胀阀110和室外换热器7连接中间设置有第一单向阀21；

在所述室内冷凝器8和室外换热器7连接中间设置有第二单向阀22；

所述控制***的循环介质为冷媒具体为冷却液，通过上述两个单向阀保证冷媒不反向流动。

在所述室外换热器7和第所述二单向阀22之间设置有第一节流管31；在所述蒸发器9和第四电磁阀14之间设置有第二节流管32。

还包括：300-高压PTC、180-鼓风机等现有技术中所需的零部件，构成整个大循环。

在一些实施例中，具体地，所述***还包括水侧回路，作为热泵余热回收热管理的回路，媒介为水；所述水侧回路包括：集成式水壶、五通阀5、余热回收器(LCC)150、水加热器130、电池400、电机140和散热器160；

尤其是，在应用于汽车上时，整车采用集成式水壶+热泵余热回收热管理架构，通过电子三通水阀200可实现冷却液是否经过余热回收器(150)LCC。

所述集成式水壶的水口包括：电池进水口61、电池出水口62、电机进水口63、散热器出水口64、散热器进水口65和电机出水口66；

所述五通阀包括第一阀口51、第二阀口52、第三阀口53、第四阀口54和第五阀口55；

所述第一阀口51与电池进水口61对应连通，所述第二阀口52与电池出水口62对应连通，所述第三阀口53与电机进水口63对应连通，所述第四阀口54与散热器出水口64对应连通，所述第五阀口55可选择的与散热器进水口65或电机出水口66对应连通；

所述电池进水口61与所述冷却器120、所述水加热器130、电池出水口62依次连接；

所述电机进水口63与所述电机140、余热回收器150、所述电机出水口66依次连接；

所述散热器进水口65与所述散热器160、散热器出水口64依次连接。

所述余热回收器150与室外换热器7串联，余热回收器150(LCC)冷媒侧与室外换热器7串联，实现电机140的余热回收。

所述电机140与所述余热回收器150之间设置有电子三通水阀200，所述电子三通水阀200的第三端口201直接与电机出水口66连接。

实施例二：

根据上述实施例，进步提供一种应用汽车上的一种超低温热泵空调控制***，包括，冷媒侧回路***和水侧回路***；

如图1所示，左边为冷媒侧回路***，右边为水侧回路***，

具体地，冷媒侧回路***：

超低温热泵空调控制***在压缩机的排气装有高压传感器、气液分离器的进气口装有低压传感器。

第一电磁阀11和第二电磁阀12为常开电磁阀，通过这两个电磁阀选择是制冷还是制热，在室外换热器7与管路连接点之间装有常闭的第三电磁阀13。蒸发器的入口装有常开型第四电磁阀14，结合冷却器120(Chiller)的电子膨胀阀110(EXV)，实现室内制冷和电池的冷却器120(Chiller)制冷的通断。通过两个单向阀(第一单向阀21和第二单相阀22)保证冷媒不反向流动。

LCC余热回收器150冷媒侧与室外换热器串联，实现电机的余热回收。

具体工作原理：

当运行于制冷工况时，关闭所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，打开所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，此时余热回收器150的水路不参与循环；这时，室内冷凝器8成为蒸发器，而室外换热器7成为冷凝器。从室内冷凝器来的低温低压过热气经电磁阀进入气液分离器.分离出液体后，干过热气被压缩机吸入压缩成为高温高压的气体徘出，气体经电磁阀进入室外换热器放热冷凝，成为过冷液。过冷液经管路阻力降压后成为低温低压两相流体，进入室内冷凝器蒸发吸热(此时室内空气被降温)，再一次经电磁阀和气液分离器进入下一循环。

当运行于制热工况时，打开所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，关闭所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，这时室内冷凝器成为冷凝器，室外换热器成为蒸发器。从室外换热器来的低温低压过热气电磁阀进入气液分离器，分离出液体后，干过热气被压缩机吸入压缩成为高温高压的气体徘出，气体经电磁阀进入室内冷凝器放热冷凝(此时，室内空气被加热).成为过冷液，过冷液经管路阻力降压后成为低温低压两相流体.进入室外换热器蒸发吸热，随后过热气经电磁阀和气液分离器进入下一循环。

具体地，水侧回路***：

在一些实施例中，更具体的，水侧回路***有如下四种模式：

首先，整车可采用集成式水壶+热泵余热回收热管理架构，电子三通水阀200可实现冷却液是否经过LCC；

集成式水壶的水口包括：电池进水口61；电池出水口62；电机进水口63；散热器出水口64；散热器进水口65；电机出水口66；

五通阀5包括五个阀口：第一阀口51、第二阀口52、第三阀口53、第四阀口54和第五阀口55；

其中，第三阀口53的端口接有第一水泵191；第一阀口51的端口接有第二水泵192；

所述第一阀口51与电池进水口61对应连通，所述第二阀口52与电池出水口62对应连通，所述第三阀口53与电机进水口63对应连通，所述第四阀口54与散热器出水口64对应连通，所述第五阀口55可选择的与散热器进水口65或电机出水口66对应连通；

具体的四种模式包括：

模式一：第一阀口与第二阀口连通，第三-阀口与第四阀口连通，第五阀口关闭。电池400的冷却***和电机140的冷却***相互独立。LCC余热回收器150可参与电机140冷却，或者不参与。

模式二：第二阀口与第三阀口连通，第一阀口与第五阀口连通，第四阀口关闭。冷却液循环回路为大循环，电机140和电池400串联，不经过散热器160，电池可利用电机余热。LCC余热回收器150可参与，或者不参与。

模式三：第一阀口与第四阀口连通，第二阀口与第三阀口连通，第五阀口关闭。即冷却液循环回路为大循环经过散热器160，电池400和电机140利用整车散热器160冷却。

模式四：第三阀口与第五阀口连通，第一阀口与第二阀口2连通(电池水泵不工作)，第四阀口关闭。LCC余热回收器150回收电机140余热。

实施例三：

本实施例提供一种超低温热泵空调控制方法，应用实施例一中任一项所述的超低温热泵空调控制***，具体超低温热泵空调控制方法，如下所述：

针对热泵***典型的室内制冷、超级快充、常温制热、低温制热这4类工况的控制逻辑详细描述，具体如下表。

序号

冷媒循环模式

LCC

chiller

蒸发器

室内冷凝器

室外换热器

1

室内制冷

/

/

吸热

/

散热

2

超级快充

散热

吸热

/

/

散热

3

常温制热

/

/

/

散热

吸热

4

低温制热

吸热

/

/

散热

/

室内制冷模式：

关闭所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，打开所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，此时余热回收器150的水路不参与循环；

超级快充模式：

关闭所述第一电磁阀11、第三电磁阀13和第四电磁阀14，打开所述第二电磁阀12，打开电子膨胀阀110；同时，五通阀进入工作模式一，具体地，使所述第一阀口51与第二阀口52连通，使所述第三阀口53与第四阀口54连通，并关闭第五阀口55；

具体地，在4C快充模式下，电池需求制冷量约10kw，***需求的散热量约15kw以上，如仅用室外换热器散热，散热能力明显不足。超级快充工况，需要禁止压缩机

LCC与电机的散热***串联，室外换热器和散热器，在风扇工作时，同时将热量散入空气中。

常温制热模式：

打开所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，关闭所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，此时余热回收器150的水路不参与循环；

具体地，环境温度≥-5℃，室外换热器7蒸发能力充足，可直接从空气中吸收热量，无需LCC吸收电机余热。此工况，打开所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，关闭所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，散热风扇打开，LCC不参与水循环。

低温制热模式：

-20℃≤环境温度≤-5℃，LCC参与水循环，进入余热回收。

第一种，回收电机余热模式：

打开所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，关闭所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，同时，五通阀进入工作模式四，具体地，使所述第三阀口53与第五阀口55连通，所述第五阀口55与所述电机出水口66连通，使所述第一阀口51与第二阀口52连通，关闭第四阀口54；LCC进水温度≥-15℃且电池温度≤10℃，此时利用LCC对电机的余热回收。

第二种，同时回收电机和电池余热模式：

打开所述第一电磁阀11和第三电磁阀13，关闭所述第二电磁阀12和第四电磁阀14，同时，五通阀进入工作模式二，具体地，使所述第二阀口52与第三阀口53连通，使所述第一阀口51与第五阀口55连通，所述第五阀口55与所述散热器进水口65连通，关闭所述第四阀口54；所述余热回收器150与所述电机的水回路串联。LCC进水温度≥-15℃且电池温度＞10℃，此时利用LCC对电机+电池的余热回收。

实施例四：

本实施例提供一种电动汽车，包括实施例1中任一项所述的超低温热泵空调控制***。

综上，本发明提供的一种超低温热泵空调控制***、方法及电动汽车，其中热泵的使用环境温度可以最低下探至-20℃，达成宽温度域的热泵空调；同时，通过对电池、电机的余热回收，节能效果较普通热泵提升20％，还可支持4C超级快充的散热。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种超低温热泵空调控制***，其特征在于，包括：室内冷凝器、室外换热器、压缩机、管路、蒸发器、气液分离器、冷却器以及电子膨胀阀；在所述压缩机的排气口处装有高压传感器，在所述气液分离器的进气口装有低压传感器；所述压缩机从排气口处分成两路，一路设置有常开型的第一电磁阀并与室内冷凝器连通，另一路设置有常开型的第二电磁阀并与所述室外换热器连通；在所述室外换热器与所述管路连接之间装有常闭型的第三电磁阀；所述蒸发器的入口处装有常开型的第四电磁阀；

所述冷却器的一个端口连接所述电子膨胀阀后在所述电子膨胀阀的另一端分为两路，一路与所述室外换热器连接，另一路与所述蒸发器连接；通过电子膨胀阀的设置实现室内制冷和电池制冷的通断。

2.根据权利要求1所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，在所述电子膨胀阀和室外换热器连接中间设置有第一单向阀。

3.根据权利要求2所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，在所述室内冷凝器和室外换热器连接中间设置有第二单向阀。

4.根据权利要求3任一项所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，在所述室外换热器和第所述二单向阀之间设置有第一节流管；在所述蒸发器和所述第四电磁阀之间设置有第二节流管。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，所述控制***的循环介质为冷却液。

6.根据权利要求1-4任一项所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，所述***还包括水侧回路，作为热泵余热回收热管理的回路，媒介为水；所述水侧回路包括：集成式水壶、五通阀、余热回收器、水加热器、电池、电机和散热器；

所述集成式水壶的水口包括：电池进水口、电池出水口、电机进水口、散热器出水口、散热器进水口和电机出水口；

所述五通阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口、第四阀口和第五阀口；

所述第一阀口与电池进水口对应连通，所述第二阀口与电池出水口对应连通，所述第三阀口与电机进水口对应连通，所述第四阀口与散热器出水口对应连通，所述第五阀口可选择的与散热器进水口或电机出水口对应连通；

所述电池进水口与所述冷却器、所述水加热器、电池出水口依次连接；

所述电机进水口与所述电机、余热回收器、所述电机出水口依次连接；

所述散热器进水口与所述散热器、散热器出水口依次连接。

7.根据权利要求6所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，所述余热回收器与室外换热器串联。

8.根据权利要求7所述的超低温热泵空调控制***，其特征在于，所述电机与所述余热回收器之间设置有电子三通水阀，所述电子三通水阀的第三端口直接与所述电机出水口连接。

9.一种超低温热泵空调控制方法，其特征在于，应用权利要求8所述的超低温热泵空调控制***，所述方法具体如下：

室内制冷模式：关闭所述第一电磁阀和第三电磁阀，打开所述第二电磁阀和第四电磁阀，此时余热回收器的水路不参与循环；

超级快充模式：关闭所述第一电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，打开所述第二电磁阀，打开电子膨胀阀；同时，使所述第一阀口与第二阀口连通，使所述第三阀口与第四阀口连通，并关闭第五阀口；

常温制热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀；

低温制热同时回收电机余热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀，同时，使所述第三阀口与第五阀口连通，所述第五阀口与所述电机出水口连通，使所述第一阀口与第二阀口连通，关闭第四阀口；

低温制热同时回收电机和电池余热模式：打开所述第一电磁阀和第三电磁阀，关闭所述第二电磁阀和第四电磁阀，同时，使所述第二阀口与第三阀口连通，使所述第一阀口与第五阀口连通，所述第五阀口与所述散热器进水口连通，关闭所述第四阀口；所述余热回收器与所述电机的水回路串联。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的超低温热泵空调控制***。

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