CN114407603B - 一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***和方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***和方法，***包括设置在壳体内部的集成式电动汽车热泵***，壳体上连接有惰性气体气瓶，并且壳体的内部设置有压力检测报警***、气体浓度检测报警***以及温度检测及喷淋***，壳体外部设置有散热风扇；压力检测报警***包括压力传感器以及与压力传感器相连的压力报警器；气体浓度检测报警***包括用于检测可燃工质泄漏的气体浓度传感器以及与气体浓度传感器相连的气体浓度报警器；温度检测及喷淋***包括温度传感器和喷淋装置。当可燃工质出现泄漏时，本发明采用给壳体内注入惰性气体稀释可燃工质，并采取降温措施降低混合气体温度，避免可燃工质直接泄漏到乘员舱与空气混合后可能产生的燃爆。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车热泵安全技术领域，具体涉及一种提高可燃工质电动汽车热泵*** 安全性的***和方法。
背景技术
发展电动汽车已逐步成为解决汽车领域高碳排放的重要举措，同时鉴于需要采用低GWP 值的环保制冷剂代替传统高GWP制冷剂的技术发展要求，R290制冷剂由于其低GWP值且 具有优异的热物理性质，能够满足夏季高温制冷、冬季低温制热需求，能够有效提高冬季电 动汽车的续航里程，成为有着较强应用前景的新一代环保制冷剂。R290制冷剂虽有诸多优点， 但是其燃爆性成为限制其继续发展的重要因素。目前，R290在家用空调和商用制冷领域已经 有所应用，但是由于电动汽车发展起步较晚，针对解决R290应用在在电动汽车热泵***时的安全性问题并未有较多方法。常规采用R290电动汽车热泵***仅采用二次循环***防止 R290泄漏到乘员舱中。当R290泄漏时，在汽车前舱内仍有一定概率发生***，对车辆造成 破坏。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种提高可燃工质电动汽车热泵系 统安全性的***和方法，充分利用R290等可燃制冷剂能够与惰性气体进行混合的特性，规避 R290等可燃制冷剂与空气混合可能存在的燃爆现象，保证人员和车辆安全。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，包括设置在壳体内部的集成式电动 汽车热泵***，所述的壳体上连接有惰性气体气瓶，并且壳体的内部设置有压力检测报警系 统、气体浓度检测报警***以及温度检测及喷淋***，壳体的外部还设置有散热风扇；所述压力检测报警***包括压力传感器以及与压力传感器相连的压力报警器；气体浓度检测报警 ***包括用于检测可燃工质泄漏的气体浓度传感器以及与气体浓度传感器相连的气体浓度报 警器；温度检测及喷淋***包括温度传感器和喷淋装置，喷淋装置与液罐相连。
作为本发明***的一种优选方案，所述集成式电动汽车热泵***上设有二次循环入口通 道和二次循环出口通道，所述壳体上留有二次循环入口通道和二次循环出口通道穿过的通孔。
作为本发明***的一种优选方案，所述惰性气体气瓶与壳体相连的管路上设置有气阀， 所述的气阀与气体浓度传感器连接第一控制器，所述的第一控制器用于采集气体浓度传感器 的检测信息并控制调节气阀的状态；所述的气阀为电动调节阀。
作为本发明***的一种优选方案，所述喷淋装置与液罐相连的管路上设置有液体泵，所 述的液体泵与温度传感器连接第二控制器，所述的第二控制器用于采集温度传感器的检测信 息并控制调节液体泵的状态；所述的液体泵为电动调节泵。
作为本发明***的一种优选方案，所述的惰性气体气瓶内充注有2.0MPa-2.5MPa的CO2气体。
作为本发明***的一种优选方案，所述的散热风扇设置在壳体的正对侧面且气流方向与 乘员舱所在方向垂直。
本发明还提出一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的方法，基于所述提高可燃工 质电动汽车热泵***安全性的***，包括以下步骤：
步骤一、通过气体浓度传感器实时检测可燃工质的浓度，当检测到壳体内部出现可燃工 质时表明集成式电动汽车热泵***内出现了可燃工质泄漏，此时通过气体浓度报警器发出I 级警报；
步骤二、通过温度传感器和压力传感器检测壳体内部的温度与压力，到达设定条件时通 过压力报警器发出II级警报；
步骤三、控制调节惰性气体气瓶的注气量，以及喷淋装置与散热风扇的工作状态，使可 燃工质的浓度以及壳体内部的温度与压力回到安全状态。
作为本发明方法的一种优选方案，步骤二中的设定条件为压力传感器检测到压力出现下 降，表明气体从壳体内泄漏到乘员舱，此时与压力传感器相连的压力报警器发出II级警报。
作为本发明方法的一种优选方案，步骤三当出现II级警报时，通过第一控制器控制气阀 达到最大开度，通过第二控制器控制液体泵达到最大流量，且散热风扇以最大转速开始工作。
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
针对采用R290等易燃工质作为电动汽车集成式电动汽车热泵***可能存在的安全性问 题，目前普遍采用二次回路规避可燃工质泄漏到乘员舱燃烧对驾乘人员的伤害。但是R290等 可燃工况泄漏到汽车乘员舱燃烧***也会对车辆本身产生损害，例如造成压缩机损毁等。因而针对这一存在的问题，需要针对R290等易燃易爆工质相关特点，抑制其燃爆性。本发明提 出了一种可有效提高采用类似R290等易燃易爆工质作为制冷剂的电动汽车热泵***运行安 全性的方法和***，通过将集成式电动汽车热泵***设置在壳体内部密闭，并利用气体浓度 传感器实时检测可燃工质的浓度，通过温度传感器和压力传感器检测壳体内部的温度与压力， 当发现R290等易燃易爆工质出现泄漏时，采用注入惰性气体稀释R290等易燃易爆工质，并 采取降温措施降低混合气体温度，能够避免R290等易燃易爆工质直接泄漏到乘员舱与空气混合后可能产生的燃爆，极大的提高了可燃工质电动汽车热泵***的安全性。
附图说明
图1本发明提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***结构示意图；
图2本发明提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的方法流程图；
图3 R290工质和CO2混合比例、混合气体温度与***上下限的关系图；
图4 R290工质和N2混合比例、混合气体温度与***上下限的关系图；
附图中：1-散热风扇；2-惰性气体气瓶；3-气阀；4-壳体；5-第一控制器；6-集成式电动 汽车热泵***；7-气体浓度传感器；8-气体浓度报警器；9-二次循环入口通道；10-压力报警 器；11-压力传感器；12-喷淋装置；13-液体泵；14-液罐；15-第二控制器；16-二次循环出口通 道；17-温度传感器。
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。
为了更好地解决R290等可燃制冷剂应用在电动汽车热泵***上的安全性问题，本发明 提供了一种有效防止R290等可燃制冷剂在电动汽车热泵***中出现泄漏燃爆的***和方法， 充分利用R290等可燃制冷剂与惰性气体混合特性，规避了R290等可燃制冷剂与空气混合可 能存在的燃爆现象。如图1所示，本发明提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，包 括设置在壳体4内部的集成式电动汽车热泵***6，壳体4上连接有惰性气体气瓶2，并且壳 体4的内部设置有压力检测报警***、气体浓度检测报警***以及温度检测及喷淋***，壳体4的外部还设置有散热风扇1。集成式电动汽车热泵***6上设有二次循环入口通道9和 二次循环出口通道16，二次循环入口通道9和二次循环出口通道16与电动汽车蒸发器/冷凝 器相连接，壳体4上留有二次循环入口通道9和二次循环出口通道16穿过的通孔。压力检测 报警***包括压力传感器11以及与压力传感器11相连的压力报警器10；气体浓度检测报警 ***包括用于检测可燃工质泄漏的气体浓度传感器7以及与气体浓度传感器7相连的气体浓 度报警器8；温度检测及喷淋***包括温度传感器17和喷淋装置12，喷淋装置12与液罐14 相连。惰性气体气瓶2与壳体4相连的管路上设置有气阀3，气阀3与气体浓度传感器7连 接第一控制器5，第一控制器5用于采集气体浓度传感器7的检测信息并控制调节气阀3的 状态，气阀3为电动调节阀，电动调节阀内部通过步进电机控制开度，第一控制器5为PID 控制器。喷淋装置12与液罐14相连的管路上设置有液体泵13，液体泵13与温度传感器17 连接第二控制器15，第二控制器15用于采集温度传感器17的检测信息并控制调节液体泵13 的状态，液体泵13为电动调节泵，电动调节泵内部通过步进电机控制开度，第二控制器15 也为PID控制器，采用两个PID控制器能够实现对执行对象的自动调节。
在一种实施方式中，散热风扇1设置在壳体4的正对侧面且气流方向与乘员舱所在方向 垂直，这里，散热风扇1布置须满足气流出口方向为向左或者向右方向，同时须保证气流正 对壳体4的大部面积，避免气流方向面向乘员舱或者面向车头正前方，从而防止由于车辆运 动时，混合气体无法迅速排出。进一步的，惰性气体气瓶2内充注有2.0MPa-2.5MPa的CO2气体，充注量在1kg左右。通过管路和气阀3将惰性气体气瓶2与壳体4相连。
参见图2，一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过气体浓度传感器7实时检测可燃工质的浓度，当检测到壳体4内部出现可 燃工质时表明集成式电动汽车热泵***6内出现了可燃工质泄漏，此时通过气体浓度报警器 8发出I级警报，立刻关闭集成式电动汽车热泵***6，开启液体泵13，将液罐14中的液体 泵送到喷淋装置12，喷淋装置12将液体雾化喷淋到壳体4内，从而快速降低壳体4内的气 体温度，并进一步判断壳体4内部温度、压力的变化；
步骤二、通过温度传感器17和压力传感器11检测壳体4内部的温度与压力，到达设定 条件时通过压力报警器发出II级警报；若压力传感器11检测到压力出现下降，表明气体从壳 体4内泄漏到乘员舱，此时与压力传感器11相连的压力报警器10发出II级警报。
步骤三、控制调节惰性气体气瓶2的注气量，以及喷淋装置12与散热风扇1的工作状 态，使可燃工质的浓度以及壳体4内部的温度与压力回到安全状态。通过第一控制器5控制 气阀3达到最大开度，通过第二控制器15控制液体泵13达到最大流量，且散热风扇1以最大转速开始工作，实现对壳体4内混合气体的降温，可燃工质浓度的稀释，保证可燃工质泄漏的时候及时排出乘员舱到环境侧，防止可燃工质***的产生。
对比图3与图4可见，相同的混合气体温度下以及惰性气体体积分数，相对于N2，CO2能够更有效的降低混合气体的***上限，提高混合气体的***下限，即表明使用CO2作为惰性气体与R290混合后，更有利于降低R290燃爆的可能性。当CO2的体积分数达到混合气体体积的50％，则混合气体不会产生***。同时，温度对于混合气体的燃爆上下限有重要的影响。降低温度能够明显降低***体积上限，提高***体积上限，从而降低***可能性。
本发明提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***采用密闭的壳体4包裹电动汽车的 集成式电动汽车热泵***6，壳体4内部充注有高压惰性气体，并通过气体浓度传感器7实 时检测壳体4内可燃工质的浓度，同时，监测壳体4内的压力变化。当气体浓度传感器7监 测到可燃工质泄漏时，集成式电动汽车热泵***6停机并发出报警，若同时检测到壳体4内 的压力迅速下降时，立刻启动喷淋装置12降温，同时开启气阀3使用惰性气体稀释可燃工 质，同时开启大功率的散热风扇1，将泄漏出来的混合气体立刻稀释，保证人员和车辆安全。
本发明一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***和方法，充分利用R290等可 燃制冷剂与惰性气体混合特性，规避了R290等可燃制冷剂与空气混合可能存在的燃爆现象。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制， 本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进 行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，其特征在于：包括设置在壳体（4）内部的集成式电动汽车热泵***（6），所述的壳体（4）上连接有惰性气体气瓶（2），并且壳体（4）的内部设置有压力检测报警***、气体浓度检测报警***以及温度检测及喷淋***，壳体（4）的外部还设置有散热风扇（1）；所述压力检测报警***包括压力传感器（11）以及与压力传感器（11）相连的压力报警器（10）；气体浓度检测报警***包括用于检测可燃工质泄漏的气体浓度传感器（7）以及与气体浓度传感器（7）相连的气体浓度报警器（8）；温度检测及喷淋***包括温度传感器（17）和喷淋装置（12），喷淋装置（12）与液罐（14）相连；
所述集成式电动汽车热泵***（6）上设有二次循环入口通道（9）和二次循环出口通道（16），所述壳体（4）上留有二次循环入口通道（9）和二次循环出口通道（16）穿过的通孔；
所述惰性气体气瓶（2）与壳体（4）相连的管路上设置有气阀（3），所述的气阀（3）与气体浓度传感器（7）连接第一控制器（5），所述的第一控制器（5）用于采集气体浓度传感器（7）的检测信息并控制调节气阀（3）的状态；所述的气阀（3）为电动调节阀；
基于所述提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***实现的一种提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过气体浓度传感器（7）实时检测可燃工质的浓度，当检测到壳体（4）内部出现可燃工质时表明集成式电动汽车热泵***（6）内出现了可燃工质泄漏，此时通过气体浓度报警器（8）发出I级警报；立刻关闭集成式电动汽车热泵***（6），开启液体泵（13），将液罐（14）中的液体泵送到喷淋装置（12），喷淋装置（12）将液体雾化喷淋到壳体（4）内，从而快速降低壳体（4）内的气体温度，并进一步判断壳体（4）内部温度、压力的变化；
步骤二、通过温度传感器（17）和压力传感器（11）检测壳体（4）内部的温度与压力，到达设定条件时通过压力报警器（10）发出II级警报；所述的设定条件为压力传感器（11）检测到压力出现下降，表明气体从壳体（4）内泄漏到乘员舱，此时与压力传感器（11）相连的压力报警器（10）发出II级警报；
步骤三、控制调节惰性气体气瓶（2）的注气量，以及喷淋装置（12）与散热风扇（1）的工作状态，使可燃工质的浓度以及壳体（4）内部的温度与压力回到安全状态；通过第一控制器（5）控制气阀（3）达到最大开度，通过第二控制器（15）控制液体泵（13）达到最大流量，且散热风扇（1）以最大转速开始工作，实现对壳体（4）内混合气体的降温，可燃工质浓度的稀释。
2.根据权利要求1所述提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，其特征在于：所述喷淋装置（12）与液罐（14）相连的管路上设置有液体泵（13），所述的液体泵（13）与温度传感器（17）连接第二控制器（15），所述的第二控制器（15）用于采集温度传感器（17）的检测信息并控制调节液体泵（13）的状态；所述的液体泵（13）为电动调节泵。
3.根据权利要求1所述提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，其特征在于：所述的惰性气体气瓶（2）内充注有2.0MPa-2.5MPa的CO2气体。
4.根据权利要求1所述提高可燃工质电动汽车热泵***安全性的***，其特征在于：所述的散热风扇（1）设置在壳体（4）的正对侧面且气流方向与乘员舱所在方向垂直。
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