CN106885392B - 一种混合动力车用中冷热泵联合系统及其制冷制热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车用中冷热泵联合系统及其制冷制热方法，该联合系统包括中冷系统和热泵系统，中冷系统包括电子水泵、中冷器、低温散热器、储液壶、第二三通电磁阀和温度传感器，热泵系统包括储液器、压缩机、冷凝器、风门、蒸发器、风机、第一可控膨胀阀、第二可控膨胀阀、热泵外部换热器和第一三通电磁阀，热泵外部换热器为水冷式换热器；在热泵系统制冷或者制热时，利用中冷系统中的冷却液进行冷却或加热，并根据发动机转速控制冷却液回路。本发明能避免热泵外部换热器在低温环境下制热时表面出现结霜，同时满足发动机进气温度及乘员舱舒适性的双重要求。

Description

一种混合动力车用中冷热泵联合系统及其制冷制热方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车的发动机冷却系统及空调系统，具体涉及一种混合动力车用中冷热泵联合系统及其制冷制热方法。

背景技术

传统汽车制热通常利用发动机的冷却液温度，通过暖风芯体进行制热，在极端寒冷地区亦有采用PTC电加热进行制热，制冷利用冷凝剂，通过制冷循环进行制冷。目前，有部分汽车开始采用热泵进行制热和制冷，以降低制热能耗，比如CN205403231U公开的一种热泵式汽车空调装置。这种热泵式汽车空调的室外换热器为风冷式换热器，在低温环境下制热时，其表面容易结霜，从而导致其与外界空气的换热效率降低，进而从外界吸收的热量降低，影响热泵的制热性能，导致热泵供暖系数COP降低。

另外，增压发动机已普遍运用于各主机厂中，因此，混合动力汽车也常常采用增压发动机作为动力源之一。为了提高动力性、降低爆震趋势，并降低油耗，水冷式中冷系统作为一个重要措施被众多企业采用，但水冷式中冷系统需要一个低温散热器（为风冷式散热器）布置在机舱前方，而热泵式空调（即热泵系统）的室外换热器（即热泵外部换热器）也布置在机舱内，如果低温散热器布置在热泵外部换热器之后，则在夏天制冷时，低温散热器的进风温度会高10℃以上，严重影响水冷式中冷系统的换热性能，影响发动机进气温度，而如果低温散热器布置在热泵外部换热器之前，则会导致夏天热泵制冷效果不佳，压缩机功耗增加，热泵外部换热器进风温度高5℃以上，乘员舱舒适性差；因此，对于采用增压发动机以及热泵式空调的混合动力汽车而言，存在低温散热器与热泵外部换热器竞争最前位置的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力车用中冷热泵联合系统，以避免热泵外部换热器在低温环境下制热时表面出现结霜，同时满足发动机进气温度及乘员舱舒适性的双重要求。

本发明所述的混合动力车用中冷热泵联合系统，包括中冷系统和热泵系统，所述中冷系统包括电子水泵、中冷器、低温散热器和储液壶，所述热泵系统包括储液器、压缩机、冷凝器、风门、蒸发器、风机、第一可控膨胀阀、第二可控膨胀阀、热泵外部换热器和第一三通电磁阀，所述冷凝器、风门、蒸发器、风机设置在与乘员舱相通的进气风道内，所述储液器的出口与压缩机的入口连接，压缩机的出口与第一可控膨胀阀的入口连接，压缩机的出口通过风门与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口与第一可控膨胀阀的入口连接，第一三通电磁阀的第一出口与储液器的入口连接、第二出口与第二可控膨胀阀的入口连接，第二可控膨胀阀的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的出口与储液器的入口连接；所述热泵外部换热器为水冷式换热器，热泵外部换热器的制冷剂入口与第一可控膨胀阀的出口连接，热泵外部换热器的制冷剂出口与第一三通电磁阀的入口连接；所述中冷系统还包括第二三通电磁阀和设置在低温散热器上的温度传感器， 所述低温散热器的出口与电子水泵的入口连接，电子水泵的出口与第二三通电磁阀的第一入口以及中冷器的冷却液入口连接，中冷器的冷却液出口与第二三通电磁阀的第二入口连接，第二三通电磁阀的出口与热泵外部换热器的冷却液入口连接，热泵外部换热器的冷却液出口与低温散热器的入口连接，所述储液壶的入口与低温散热器的水室顶端连接、出口与低温散热器的出口连接，所述温度传感器与ECU电连接，将检测的冷却液温度发送给ECU，ECU与第二三通电磁阀的控制端电连接，根据发动机转速控制第二三通电磁阀的连通管路，ECU与电子水泵的控制端电连接，控制电子水泵的转速。

采用上述混合动力车用中冷热泵联合系统进行制冷制热的方法为：

在制冷模式时，第一三通电磁阀将热泵外部换热器与第二可控膨胀阀连通；如果发动机转速未达到设定的转速（比如混合驱动的怠速状态、发动机刚启动时或者纯电驱动时），则ECU控制第二三通电磁阀将电子水泵与热泵外部换热器连通，电子水泵从低温散热器中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器中；如果发动机转速达到设定的转速（比如混合驱动的正常行驶状态），则ECU控制第二三通电磁阀将中冷器与热泵外部换热器连通，电子水泵从低温散热器中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器后再进入热泵外部换热器中；制冷剂从储液器中抽出，由压缩机压缩，变为高温高压介质，风门关闭，冷凝器不换热，制冷剂通过第一可控膨胀阀进入热泵外部换热器中，与热泵外部换热器中的冷却液进行热交换（即向冷却液放热），变为低温高压介质，再通过第二可控膨胀阀节流降压，变为低温低压介质，然后进入蒸发器内，与风机吸入的风进行热交换，并最终回到储液器内，因与制冷剂进行热交换而升温的冷却液则进入低温散热器中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制冷模式综合确定电子水泵的转速。

在制热模式时，第一三通电磁阀将热泵外部换热器与储液器连通；如果发动机转速未达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀将电子水泵与热泵外部换热器连通，电子水泵从低温散热器中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器中；如果发动机转速达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀将中冷器与热泵外部换热器连通，电子水泵从低温散热器中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器后再进入热泵外部换热器中；制冷剂从储液器中抽出，由压缩机压缩，变为高温高压介质，风门开启，制冷剂进入冷凝器内，与风机吸入的风进行热交换，再通过第一可控膨胀阀控制节流开度，制冷剂变为低温低压的介质并进入热泵外部换热器中，与热泵外部换热器中的冷却液进行热交换（即吸收冷却液的热量），最终通过第一三通电磁阀回到储液器内；因与制冷剂进行热交换而降温的冷却液则进入低温散热器中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制热模式综合确定电子水泵的转速。

本发明具有如下效果：

（1）热泵系统中的热泵外部换热器采用水冷式结构，并利用中冷系统中的冷却液进行冷却或制热，其避免了热泵系统低温制热时热泵外部换热器表面出现结霜，解决了低温散热器与热泵外部换热器竞争最前位置的问题，满足了发动机进气温度及乘员舱舒适性的双重要求，并且与水进行热交换比与风进行热交换效率更高。

（2）采用第二三通电磁阀对中冷系统中的冷却液回路进行控制，在发动机转速未达到设定的转速时，中冷器未连接在冷却液回路中，降低了电子水泵的功耗，并保证了发动机的正常工作，在发动机转速达到设定的转速时，将中冷器连接在冷却液回路中，由于混合驱动模式发动机介入的时候通常为中高负荷状态，增压器启动，需要中冷器冷却的时间占大多数运行时间，因此热泵系统制热时，热泵外部换热器中的制冷剂可吸收中冷器中的热量（即流经中冷器的冷却液带走的中冷器中的热量），从而提高了热泵系统的制热效率。

（3）通过温度传感器感应冷却液的温度，并根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制冷或制热模式调整电子水泵的转速，以修正冷却液的温度，从而有效的改善了热泵系统的制热及制冷效率。

附图说明

图1为本发明所述的中冷热泵联合系统的结构示意图。

图中，1-电子水泵、2-中冷器、3-储液壶、4-低温散热器、5-热泵外部换热器、6-第一可控膨胀阀、7-压缩机、8-储液器、9-第一三通电磁阀、10-第二可控膨胀阀、11-风机、12-蒸发器、13-风门、14-进气风道、15-冷凝器、16-第二三通电磁阀、17-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示的混合动力车用中冷热泵联合系统，包括中冷系统和热泵系统。

热泵系统包括储液器8、压缩机7、冷凝器15、风门13、蒸发器12、风机11、第一可控膨胀阀6、第二可控膨胀阀10、热泵外部换热器5和第一三通电磁阀9，热泵外部换热器5为水冷式换热器，冷凝器15、风门13、蒸发器12、风机11设置在与乘员舱相通的进气风道14内，储液器8的出口与压缩机7的入口连接，压缩机7的出口与第一可控膨胀阀6的入口连接，压缩机7的出口通过风门13与冷凝器15的入口连接，冷凝器15的出口与第一可控膨胀阀6的入口连接，第一可控膨胀阀6的出口与热泵外部换热器5的制冷剂入口连接，热泵外部换热器5的制冷剂出口与第一三通电磁阀9的入口连接，第一三通电磁阀9的第一出口与储液器8的入口连接，第一三通电磁阀9的第二出口与第二可控膨胀阀10的入口连接，第二可控膨胀阀10的出口与蒸发器12的入口连接，蒸发器12的出口与储液器8的入口连接。

中冷系统包括电子水泵1、中冷器2、低温散热器4、储液壶3、第二三通电磁阀16和设置在低温散热器4上的温度传感器17，低温散热器4的出口与电子水泵1的入口连接，电子水泵1的出口与第二三通电磁阀16的第一入口以及中冷器2的冷却液入口连接，中冷器2的冷却液出口与第二三通电磁阀16的第二入口连接，第二三通电磁阀16的出口与热泵外部换热器5的冷却液入口连接，热泵外部换热器5的冷却液出口与低温散热器4的入口连接，储液壶3的入口与低温散热器4的水室顶端连接，储液壶3的出口与低温散热器4的出口连接，温度传感器17与ECU电连接，将检测的冷却液温度发送给ECU，ECU与第二三通电磁阀16的控制端电连接，根据发动机转速控制第二三通电磁阀的连通管路，ECU与电子水泵1的控制端电连接，控制电子水泵的转速。

采用上述混合动力车用中冷热泵联合系统进行制冷制热的方法为：

在制冷模式时，第一三通电磁阀9将热泵外部换热器5与第二可控膨胀阀10连通；如果发动机转速未达到设定的转速（比如混合驱动的怠速状态、发动机刚启动时或者纯电驱动时），则ECU控制第二三通电磁阀16将电子水泵1与热泵外部换热器5连通，电子水泵1从低温散热器4中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器5中；制冷剂从储液器8中抽出，由压缩机7压缩，变为高温高压介质，风门13关闭，冷凝器15不换热，第一可控膨胀阀6全开，制冷剂通过第一可控膨胀阀6进入热泵外部换热器5中，与热泵外部换热器5中的冷却液进行热交换，变为低温高压介质，再通过第二可控膨胀阀10节流降压，变为低温低压介质，然后进入蒸发器12内，与风机11吸入的风进行热交换，并最终回到储液器8内，因在热泵外部换热器5中与制冷剂进行热交换而升温的冷却液则进入低温散热器4中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制冷模式综合确定电子水泵的转速（比如在制冷时，提高电子水泵的转速，以在一定程度上降低中冷系统的冷却液温度）；如果发动机转速达到设定的转速（比如混合驱动的正常行驶状态），则ECU控制第二三通电磁阀16将中冷器2与热泵外部换热器5连通，电子水泵1从低温散热器4中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器2后再进入热泵外部换热器5中；制冷剂从储液器8中抽出，由压缩机7压缩，变为高温高压介质，风门13关闭，冷凝器15不换热，第一可控膨胀阀6全开，制冷剂通过第一可控膨胀阀6进入热泵外部换热器5中，与热泵外部换热器5中的冷却液进行热交换，变为低温高压介质，再通过第二可控膨胀阀10节流降压，变为低温低压介质，然后进入蒸发器12内，与风机11吸入的风进行热交换，并最终回到储液器8内，因在热泵外部换热器5中与制冷剂进行热交换而升温的冷却液则进入低温散热器4中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制冷模式综合确定电子水泵的转速（比如在制冷时，提高电子水泵的转速，以在一定程度上降低冷却液温度）。

在制热模式时，第一三通电磁阀9将热泵外部换热器5与储液器8连通；如果发动机转速未达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀16将电子水泵1与热泵外部换热器5连通，电子水泵1从低温散热器4中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器5中；制冷剂从储液器8中抽出，由压缩机7压缩，变为高温高压介质，风门13开启，制冷剂进入冷凝器15内，与风机11吸入的风进行热交换，再通过第一可控膨胀阀6控制节流开度，制冷剂变为低温低压的介质并进入热泵外部换热器5中，与热泵外部换热器5中的冷却液进行热交换，最终通过第一三通电磁阀9回到储液器8内；因在热泵外部换热器5中与制冷剂进行热交换而降温的冷却液则进入低温散热器4中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制热模式综合确定电子水泵的转速（比如在制热时，降低电子水泵的转速，以在一定程度上提高冷却液温度），若热泵外部换热器5局部产生气泡，可以通过储液壶3排出气泡；如果发动机转速达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀16将中冷器2与热泵外部换热器5连通，电子水泵1从低温散热器4中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器2后再进入热泵外部换热器5中；制冷剂从储液器8中抽出，由压缩机7压缩，变为高温高压介质，风门13开启，制冷剂进入冷凝器15内，与风机11吸入的风进行热交换，再通过第一可控膨胀阀6控制节流开度，制冷剂变为低温低压的介质并进入热泵外部换热器5中，与热泵外部换热器5中的冷却液进行热交换，最终通过第一三通电磁阀9回到储液器8内；因在热泵外部换热器5中与制冷剂进行热交换而降温的冷却液则进入低温散热器4中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制热模式综合确定电子水泵的转速（比如在制热时，降低电子水泵的转速，以在一定程度上提高冷却液温度），若热泵外部换热器5或者中冷器2局部产生气泡，可以通过储液壶3排出气泡。

Claims (2)

1.一种混合动力车用中冷热泵联合系统，包括中冷系统和热泵系统，

所述中冷系统包括电子水泵（1）、中冷器（2）、低温散热器（4）和储液壶（3），所述热泵系统包括储液器（8）、压缩机（7）、冷凝器（15）、风门（13）、蒸发器（12）、风机（11）、第一可控膨胀阀（6）、第二可控膨胀阀（10）、热泵外部换热器（5）和第一三通电磁阀（9），所述冷凝器（15）、风门（13）、蒸发器（12）、风机（11）设置在与乘员舱相通的进气风道（14）内，所述储液器（8）的出口与压缩机（7）的入口连接，压缩机（7）的出口与第一可控膨胀阀（6）的入口连接，压缩机（7）的出口通过风门（13）与冷凝器（15）的入口连接，冷凝器（15）的出口与第一可控膨胀阀（6）的入口连接，第一三通电磁阀（9）的第一出口与储液器（8）的入口连接、第二出口与第二可控膨胀阀（10）的入口连接，第二可控膨胀阀（10）的出口与蒸发器（12）的入口连接，蒸发器（12）的出口与储液器（8）的入口连接；其特征在于：

所述热泵外部换热器（5）为水冷式换热器，热泵外部换热器（5）的制冷剂入口与第一可控膨胀阀（6）的出口连接，热泵外部换热器（5）的制冷剂出口与第一三通电磁阀（9）的入口连接；

所述中冷系统还包括第二三通电磁阀（16）和设置在低温散热器（4）上的温度传感器（17）， 所述低温散热器（4）的出口与电子水泵（1）的入口连接，电子水泵（1）的出口与第二三通电磁阀（16）的第一入口以及中冷器（2）的冷却液入口连接，中冷器（2）的冷却液出口与第二三通电磁阀（16）的第二入口连接，第二三通电磁阀（16）的出口与热泵外部换热器（5）的冷却液入口连接，热泵外部换热器（5）的冷却液出口与低温散热器（4）的入口连接，所述储液壶（3）的入口与低温散热器（4）的水室顶端连接、出口与低温散热器（4）的出口连接，所述温度传感器（17）与ECU电连接，将检测的冷却液温度发送给ECU，ECU与第二三通电磁阀（16）的控制端电连接，根据发动机转速控制第二三通电磁阀的连通管路，ECU与电子水泵（1）的控制端电连接，控制电子水泵的转速。

2.采用如权利要求1所述的混合动力车用中冷热泵联合系统进行制冷制热的方法，该方法为：

在制冷模式时，第一三通电磁阀（9）将热泵外部换热器（5）与第二可控膨胀阀（10）连通；如果发动机转速未达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀（16）将电子水泵（1）与热泵外部换热器（5）连通，电子水泵（1）从低温散热器（4）中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器（5）中；如果发动机转速达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀（16）将中冷器（2）与热泵外部换热器（5）连通，电子水泵（1）从低温散热器（4）中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器（2）后再进入热泵外部换热器（5）中；制冷剂从储液器（8）中抽出，由压缩机（7）压缩，变为高温高压介质，风门（13）关闭，冷凝器（15）不换热，制冷剂通过第一可控膨胀阀（6）进入热泵外部换热器（5）中，与热泵外部换热器（5）中的冷却液进行热交换，变为低温高压介质，再通过第二可控膨胀阀（10）节流降压，变为低温低压介质，然后进入蒸发器（12）内，与风机（11）吸入的风进行热交换，并最终回到储液器（8）内，因热交换而升温的冷却液则进入低温散热器（4）中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制冷模式综合确定电子水泵的转速；

在制热模式时，第一三通电磁阀（9）将热泵外部换热器（5）与储液器（8）连通；如果发动机转速未达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀（16）将电子水泵（1）与热泵外部换热器（5）连通，电子水泵（1）从低温散热器（4）中抽取冷却液，并驱动冷却液直接通过管路进入热泵外部换热器（5）中；如果发动机转速达到设定的转速，则ECU控制第二三通电磁阀（16）将中冷器（2）与热泵外部换热器（5）连通，电子水泵（1）从低温散热器（4）中抽取冷却液，并驱动冷却液经过中冷器（2）后再进入热泵外部换热器（5）中；制冷剂从储液器（8）中抽出，由压缩机（7）压缩，变为高温高压介质，风门（13）开启，制冷剂进入冷凝器（15）内，与风机（11）吸入的风进行热交换，再通过第一可控膨胀阀（6）控制节流开度，制冷剂变为低温低压的介质并进入热泵外部换热器（5）中，与热泵外部换热器（5）中的冷却液进行热交换，最终通过第一三通电磁阀（9）回到储液器（8）内；因热交换而降温的冷却液则进入低温散热器（4）中，与机舱内的风进行热交换；在此过程中，ECU根据冷却液温度、发动机转速、环境温度、热泵系统的制热模式综合确定电子水泵的转速。