CN107020920A - 一种车载空调制热装置、方法及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载空调制热装置、方法及汽车，其中的车载空调制热装置包括：半导体制冷片、外部换热装置和内部加热装置；半导体制冷片的冷端与外部换热装置相连，外部换热装置设置在汽车外部；半导体制冷片的热端与内部加热装置相连，内部加热装置设置在汽车内部，用于加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。本发明的车载空调制热装置、方法及汽车，通过半导体制冷片实现汽车内外部的热量交换，能够减少汽车的电量消耗，提高续航能力，并且没有污染、工作噪声小、环保节能，可以提高车内乘客的舒适性，也可以实现车内环境温度分区域精准控制。

Description

一种车载空调制热装置、方法及汽车

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种车载空调制热装置、方法及汽车。

背景技术

汽车空调系统可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。目前，针对纯电动汽车的研发正在逐步的增加，国内外很多汽车厂商都涉及纯电动汽车领域。限制纯电动汽车发展的主要因素是电池的续航能力，由于纯电动汽车电池的续航能力有限，所以必须节省电池的电量。纯电动汽车除了汽车行驶本身外，耗电最大的系统为汽车的空调系统。现有的纯电动汽车所用的空调，制冷一般使用压缩机，但由于纯电动汽车没有发动机，无法使用发动机的余热，制热一般使用PTC(PositiveTemperatureCoefficient)热敏电阻加热，采用电加热方式。但是PTC加热能效的系数最高为1，在实际运用中会有不同程度的衰减，实际运用的能效大概在0.9左右。目前，一些欧洲纯电动汽车厂商也在逐渐推广使用热泵型汽车空调，能效虽然能够提高，但存在制冷剂的泄漏、爆炸、产生有害物质、以及对环境有影响等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种车载空调制热装置、方法及汽车。

一种车载空调制热装置，包括：半导体制冷片、外部换热装置和内部加热装置；所述半导体制冷片的冷端与所述外部换热装置相连，所述外部换热装置设置在汽车外部；所述半导体制冷片的热端与所述内部加热装置相连，所述内部加热装置设置在汽车内部，用于加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述外部换热装置设置在位于汽车外部的汽车空调风道中。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述汽车空调风道位于汽车的底盘上。

根据本发明的一个实施例，进一步的，在所述汽车空调风道中设置有风机。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述外部换热装置为翅片换热器或肋片散热器。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述内部加热装置包括：水冷头；所述水冷头的吸热面与所述半导体制冷片的热端连接；所述水冷头通过管道与车载空调的换热器连接，形成载冷剂循环回路；所述水冷头与所述载冷剂循环回路中的载冷剂交换热量。

根据本发明的一个实施例，进一步的，所述内部加热装置包括：散热器；所述散热器的底部与所述半导体制冷片的热端连接。

根据本发明的一个实施例，进一步的，多个所述半导体制冷片与车内的多个座位对应设置；其中，多个所述半导体制冷片安装在底盘上，并且多个所述半导体制冷片的热端分别设置在所述多个座位下方。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：压力传感器、温度传感器和控制器；所述压力传感器设置在所述座位内，用于检测座位上是否有乘员乘坐；所述温度传感器设置在车内；所述控制器分别与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，基于所述压力传感器和所述温度传感器发送的检测信号控制所述半导体制冷片的工作状态。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：电流转换装置；所述半导体制冷片通过所述电流转换装置与车载电源连接，所述电流转换装置用于控制所述半导体制冷片内电流的流向。

一种汽车，包括如上所述的车载空调制热装置。

一种车载空调制热方法，包括：控制电源向半导体制冷片加载直流电流；所述半导体制冷片的冷端从汽车外部吸收热量，其中，所述半导体制冷片的冷端与外部换热装置相连；在所述半导体制冷片的热端设置的内部加热装置加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。

根据本发明的一个实施例，进一步的，在所述半导体制冷片的热端设置有水冷头，所述水冷头通过管道与车载空调的换热器连接，形成载冷剂循环回路；所述水冷头与所述载冷剂循环回路中的载冷剂交换热量，加热后的载冷剂杯被送至所述车载空调的换热器。

根据本发明的一个实施例，进一步的，多个所述半导体制冷片安装在底盘上，并且多个所述半导体制冷片的热端分别设置在车内的多个座位下方；其中，多个所述半导体制冷片与车内的多个座位对应设置；在所述半导体制冷片的热端设置有散热器，通过所述散热器加热所述座位。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：接收设置在所述座位内的压力传感器发送的压力信号；接收设置在车内的温度传感器发送的温度信号；基于所述压力信号和/或所述温度信号控制所述半导体制冷片的工作状态。

根据本发明的一个实施例，进一步的，包括：接收到除霜控制指令；控制所述半导体制冷片内电流的流向改变，加热所述半导体制冷片的冷端。

本发明的车载空调制热装置、方法及汽车，通过半导体制冷片实现汽车内外部的热量交换，能够减少汽车的电量消耗，提高续航能力，并且没有污染、工作噪声小、环保节能，可以提高车内乘客的舒适性，也可以实现车内环境温度分区域精准控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和图2为根据本发明的车载空调制热装置的一个实施例的示意图；其中，图1为侧视图，图2为仰视图；

图3和图4为根据本发明的车载空调制热装置的另一个实施例的示意图；其中，图3为侧视图，图4为仰视图；

图5为根据本发明的车载空调制热装置的一个实施例中的控制元件的连接示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

如图1、2所示，本发明提供一种车载空调制热装置，包括：半导体制冷片1、外部换热装置3和内部加热装置2。半导体制冷片1的冷端与外部换热装置3相连，外部换热装置3设置在汽车外部。半导体制冷片1的热端与内部加热装置2相连，内部加热装置2设置在汽车内部，用于加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。载冷剂可以是水，盐水，乙二醇等。

控制电源向半导体制冷片1加载直流电流，所述半导体制冷片1的冷端从汽车外部吸收热量，半导体制冷片1的冷端与外部换热装置3相连；在半导体制冷片1的热端设置的内部加热装置2加热车载空调使用的载冷剂，也可以直接向车厢内进行散热。

半导体制冷片，也叫热电制冷片，利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量。半导体制冷片工作时，制冷和加热是同时存在的。半导体制冷片的制冷控制方式是电流控制。

半导体制冷目前较为成熟的一种非蒸汽压缩制冷方式。随着半导体材料的迅猛发展，半导体制冷方式已经应用到各个领域，半导体制冷的能效也提高到0.7左右甚至更高，再加上半导体制冷方式小巧，无噪音，低电压等优点。相反，半导体制冷片冷端产生冷量的同时，热端会产生较多的热量，热端热量的总和等于半导体制冷片冷端产生的冷量以及消耗的电量的总和。也就是说，消耗单位数量为1的电能，冷端能够产生0.7的冷量，热端能够产生1.7的热量，利用半导体制冷产生的此1.7的热量，用于纯电动汽车的空调制热。相对于PTC加热最高能效为1的情况下，能够带来额外的0.7的热量，从而节省纯电动汽车的电量，为纯电动汽车带来更长的续航能力。

本发明的车载空调制热装置可以使用在纯电动汽车中，也可以使用在混合动力或普通的汽车中。半导体制冷片1的尺寸、规格可以根据具体的需求进行设定，也可以将多个半导体制冷片1组合使用，形成组件。可以利用纯电动汽车的电池组8对半导体制冷片1提供工作的直流电源。

外部换热装置3的安装位置可以根据具体的需求进行设置。例如，设置在位于汽车外部的汽车空调风道4中。汽车空调风道4通常位于汽车的底盘上。外部换热装置3的类型有多种，例如，为翅片换热器或肋片散热器等。

翅片换热器处于汽车空调风道4中，在汽车行驶过程中，通过风道进风口5进入汽车空调风道4的气流能够和翅片换热器进行换热，换热后的气流从风道出风口6排出。半导体制冷片1的冷端可以从通过汽车空调风道4的风中吸取热量，转移到半导体制冷片1的热端。

在汽车开动时，由于汽车与空气的相对流动，空气会从底盘上的汽车空调风道4中快速流动，加快翅片换热器的对流换热。在空调风道4中可以设有多组风机，用于汽车在停止的时候强制对流进行换热，以实现在汽车静止的时候空调的制热。

内部加热装置2的类型可以有多种，例如，内部加热装置2为水冷头。半导体制冷片1的热端通过水冷头加热载冷剂，之后通过专用的管道输送到汽车原有的空调系统的换热器9进行制热，热风能够从出风口10吹出。

水冷头的吸热面与半导体制冷片的热端连接，水冷头通过管道与车载空调的换热器连接，形成载冷剂循环回路，水冷头采用热传导的方式与载冷剂循环回路中的载冷剂交换热量。在载冷剂循环回路中设置水泵，将加热后的载冷剂送往汽车的空调系统的换热器9，并将经过换热器9而被冷却的载冷剂送到水冷头，如此循环。

在一个实施例中，如图3、4所示，内部加热装置包括：散热器21、22。散热器21、22的底部与半导体制冷片11、12的热端连接。设置在半导体制冷片11、12冷端的外部换热装置31、32位于汽车外部的汽车空调风道4中。散热器21、22将半导体制冷片热端的热量通过热辐射的方式向车内进行散热，可以提高车内的温度。

散热器的数量、以及安装位置可以根据具体的制热需求进行设置。例如，设置有4个半导体制冷片11、12、13、14，与车内的多个座位对应设置。4个半导体制冷片11、12、13、14安装在底盘上，并且4个半导体制冷片11、12、13、14的热端分别设置在多个座位下方。4个半导体制冷片11、12、13、14的冷端可以从通过汽车空调风道4的风中吸取热量，转移到4个半导体制冷片11、12、13、14的热端。

在利用原车空调风道的同时，可以单独对汽车结构进行设计，将4个半导体制冷片11、12、13、14放入汽车底盘四个座位地下，通过辐射换热，由下而上针对四个区域坐人的位置进行加热。也可以同时使用原车空调系统的换热器和风道，例如，可以在水冷头上加装散热器，同时实现加热载冷剂以及加热座椅等。

半导体制冷片11、12、13、14的热端放于汽车的每个座椅下面，也可以单独控制开、关及温度控制，利用辐射传热，热量从下而上向座椅辐射，不仅可以提高车内乘客的舒适性，还可以在该位置没有乘客的时候关闭对应的半导体制冷片，节省电源，实现车内环境温度分区域精准控制。

如图5所示，压力传感器54设置在座位内，用于检测座位上是否有乘员乘坐。温度传感器53设置在车内或座位上。控制器51分别与压力传感器54和温度传感器53电连接。控制器51接收到压力传感器54发送的压力信号，接收到温度传感器53发送的温度信号，控制器51基于压力信号和/或温度信号控制半导体制冷片的工作状态，例如，切断对半导体制冷片的供电等。

控制器51可以为独立设置或为整车的控制系统中的功能模块，控制器51基于压力信号和/或温度信号控制半导体制冷片的工作状态有多种方式。例如，当驾驶员选择经济模式运行时，将车内的目标温度设定为T1，例如为28度。控制器51读取压力传感器54的数值，判断出哪个座椅上有乘员乘坐，控制器51控制有乘员乘坐的座椅对应的半导体制冷片进行工作。

控制器51读取温度传感器53检测的温度T2，当T2高于T1时，则控制电池组8停止对半导体制冷片11、12、13、14供电，例如，可以控制为半导体制冷片11、12、13、14供电的线路上的开关闭合。

半导体制冷片通过电流转换装置52与车载电源连接，电流转换装置52用于控制半导体制冷片内电流的流向。电池组8为直流电，具有正、负极，类似于常见的干电池。汽车在潮湿环境中运行，半导体制冷片1的冷端与外部换热装置3可能会结霜，此时，通过电流转换装置52控制半导体制冷片内电流的流向改变，加热半导体制冷片的冷端，即通过电流转换装置52将电池组8对半导体制冷片供电的正、负极反向，即可实现化霜功能。

例如，电流转换装置52包括继电器，通过继电器的接线端子将电池组8的正极接半导体制冷片的正极接线端，电池组8的负极接半导体制冷片的负极接线端，则半导体制冷片的冷端吸收热量。

控制继电器的接线端子进行切换，使电池组8的正极接半导体制冷片的负极接线端，电池组8的负极接半导体制冷片的正极接线端，则半导体制冷片的冷端产生热量，即可由原来的制冷变成制热，成为热端，即可进行化霜，也可以对车内进行制冷等。电流转换装置52可以具有独立的控制器，接收控制除霜控制指令并控制继电器的接头进行切换。

在一个实施例中，本发明提供一种汽车，包括如上的车载空调制热装置。汽车可以为纯电动汽车，也可以为混合动力汽车、普通的汽车等。

上述实施例提供的车载空调制热装置、方法及汽车，通过半导体制冷片实现汽车内外部的热量交换，能够减少汽车的电量消耗，提高续航能力，并且没有污染、工作噪声小、环保节能，可以提高车内乘客的舒适性，也可以实现车内环境温度分区域精准控制，并且可以避免热泵型纯电动汽车空调可能产生的冷媒泄漏、产生有害物质、不环保等问题。

可能以许多方式来实现本发明的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种车载空调制热装置，特征在于，包括：

半导体制冷片、外部换热装置和内部加热装置；所述半导体制冷片的冷端与所述外部换热装置相连，所述外部换热装置设置在汽车外部；所述半导体制冷片的热端与所述内部加热装置相连，所述内部加热装置设置在汽车内部，用于加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。

2.如权利要求1所述的制热装置，其特征在于：

所述外部换热装置设置在位于汽车外部的汽车空调风道中。

3.如权利要求2所述的制热装置，其特征在于：

所述汽车空调风道位于汽车的底盘上。

4.如权利要求2所述的制热装置，其特征在于：

在所述汽车空调风道中设置有风机。

5.如权利要求2所述的制热装置，其特征在于：

所述外部换热装置为翅片换热器或肋片散热器。

6.如权利要求1所述的制热装置，其特征在于：

所述内部加热装置包括：水冷头；

所述水冷头的吸热面与所述半导体制冷片的热端连接；所述水冷头通过管道与车载空调的换热器连接，形成载冷剂循环回路；所述水冷头与所述载冷剂循环回路中的载冷剂交换热量。

7.如权利要求1或6所述的制热装置，其特征在于：

所述内部加热装置包括：散热器；

所述散热器的底部与所述半导体制冷片的热端连接。

8.如权利要求7所述的制热装置，其特征在于：

多个所述半导体制冷片与车内的多个座位对应设置；其中，多个所述半导体制冷片安装在底盘上，并且多个所述半导体制冷片的热端分别设置在所述多个座位下方。

9.如权利要求8所述的制热装置，其特征在于，包括：

压力传感器、温度传感器和控制器；

所述压力传感器设置在所述座位内，用于检测座位上是否有乘员乘坐；所述温度传感器设置在车内；所述控制器分别与所述压力传感器和所述温度传感器电连接，基于所述压力传感器和所述温度传感器发送的检测信号控制所述半导体制冷片的工作状态。

10.如权利要求1所述的制热装置，其特征在于，包括：

电流转换装置；所述半导体制冷片通过所述电流转换装置与车载电源连接，所述电流转换装置用于控制所述半导体制冷片内电流的流向。

11.一种汽车，其特征在于：

包括如权利要求1至10任意一项所述的车载空调制热装置。

12.一种车载空调制热方法，特征在于，包括：

控制电源向半导体制冷片加载直流电流；

所述半导体制冷片的冷端从汽车外部吸收热量，其中，所述半导体制冷片的冷端与外部换热装置相连；

在所述半导体制冷片的热端设置的内部加热装置加热车载空调使用的载冷剂和/或进行散热。

13.如权利要求12所述的制热方法，其特征在于：

在所述半导体制冷片的热端设置有水冷头，所述水冷头通过管道与车载空调的换热器连接，形成载冷剂循环回路；所述水冷头与所述载冷剂循环回路中的载冷剂交换热量，加热后的载冷剂杯被送至所述车载空调的换热器。

14.如权利要求12或13所述的制热方法，其特征在于：

多个所述半导体制冷片安装在底盘上，并且多个所述半导体制冷片的热端分别设置在车内的多个座位下方；其中，多个所述半导体制冷片与车内的多个座位对应设置；

在所述半导体制冷片的热端设置有散热器，通过所述散热器加热所述座位。

15.如权利要求14所述的制热方法，其特征在于，包括：

接收设置在所述座位内的压力传感器发送的压力信号；

接收设置在车内的温度传感器发送的温度信号；

基于所述压力信号和/或所述温度信号控制所述半导体制冷片的工作状态。

16.如权利要求12所述的制热方法，其特征在于，包括：

接收到除霜控制指令；

控制所述半导体制冷片内电流的流向改变，加热所述半导体制冷片的冷端。