CN103994598A - 纯电动车用热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种车用空调技术领域的纯电动车用热泵系统，包括：压缩循环机构和分别与之相连的气液分离机构、车外换热机构以及供热通风与空气调节机构(HVAC)，供热通风与空气调节机构、气液分离机构输入端以及车外换热机构通过四通换向阀与压缩循环机构相连，气液分离机构的输出端与压缩循环机构的输入端相连，车外换热机构的输出端与供热通风与空气调节机构的输入端相连。本发明具有结构简单、易于控制、节能高效、使用维护方便的特点。

Description

纯电动车用热泵系统

技术领域

本发明涉及的是一种车用空调技术领域的装置，具体是一种纯电动纯电动车用热泵系统。

背景技术

环境问题日益受到大家的关注，近年来，气候变暖、温室效应、雾霾、空气污染等一系列问题的发生都促使人们更加注重环境保护，而对于上述问题的产生，汽车尾气排放作出的很大的贡献，另外，原油价格近几年不断上涨，相比10年前，原油价格已提升了4倍，这两方面的因素都使得发展纯电动汽车成为必然的趋势。

相比传统燃油车单冷空调制冷和发动机余热制热的模式，纯电动车多采用单冷空调制冷以及PTC电加热器制热的模式，但由于PTC电加热的效率低耗电量大，在室外温度较低时，会大幅度降低电动车的行驶里程，这非常不利于纯电动车的正常运行，因此效率高、耗能少的热泵系统受到各大厂家的关注。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103307709A，公开日2013.09.18，公开了一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，包括：压缩机、压力传感器、车外湿度传感器、车外温度传感器、车内温度传感器、电控单元、四通换向电磁阀、车内换热器、车内换热器风扇、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、车外换热器风扇、车外换热器、气液分离器、第一单向阀，第一节流管，第二节流管，第六单向阀，二位三通电磁阀，蓄能器构成热泵系统。但是，系统有两个节流机构，在系统切换冷热模式时通过单向阀调节分别使用两个不同的节流机构实现节流，这使得系统结构复杂，不利于维修，另外，该系统的室外换热器在低温工况下作为热泵使用时，易产生分液不均、易结霜等问题。

中国专利文献号CN103697625A公开(公告)日2014.04.02，公开了一种纯电动汽车热泵空调系统及其控制方法，系统的第一管路的一端连接四通换向阀的第一管口，另一端通过压缩机连接第二管口，第三管口通过第二管路顺次地经冷凝器总成中的冷凝器、第一双向膨胀阀和空调主机内的主蒸发器连接第四管口；控制单元分别与压缩机、四通换向阀、冷凝器总成中的风机和空调主机内的鼓风机电连接；系统还包括用于对冷凝器的外表面进行加热的、与控制单元电连接的第一PTC加热器，从而在环境温度较低时，第一PTC加热器能够对对冷凝器外表面加热，使得在冷凝器内的热交换更彻底，提高了热泵空调系统的制热能力；同时由于第一PTC加热器工作时所需的功率不高，因此具有显著的节能功效。但该技术中PTC加热器的效率较低，虽然提高了热泵的性能，但会增加整体系统的能耗，从而降低整个系统的能效，另外该技术双蒸发器的系统在实车的安装中将受到空间的限制难以实现，同时，由于电磁阀并不能起到完全截止的作用，从而在切换主蒸发器和辅助蒸发器时，能力会受影响而下降。

中国专利文献号CN103342094A公开(公告)日2013.10.09，公开了一种电动车用空调技术领域的纯电动汽车热泵空调系统，包括：压缩机、四通换向阀、车外换热器、车内换热器、车内加热器、油液分离器、第一单向通道、第二单向通道和车内风道机构，其中：车内加热器的第一端口与车内换热器的第一端口共同连接四通换向阀的一个端口，四通换向阀的其他三个端口分别连接压缩机的输出端、车外换热器的第一端口和油液分离器，压缩机的输入端与油液分离器相连，第一单向通道和第二单向通道为并联设置，该并联线路的一端与车内换热器的第二端口和车内加热器的第二端口相连，另一端与车外换热器的第二端口相连，车内换热器和车内加热器设置于车内风道机构的中部。但该技术采用两组单向阀配合节流阀的结构，使得系统显得复杂，阀件的增加也使得整体成本上升，另外，该技术并不能解决热泵系统在低温工况下运行时，车外换热器分液不均、易结霜等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种纯电动车用热泵系统，具有结构简单、易于控制、节能高效、使用维护方便的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：压缩循环机构和分别与之相连的气液分离机构、车外换热机构以及供热通风与空气调节机构(HVAC,Heating,Ventilationand AirConditioning)，其中：供热通风与空气调节机构、气液分离机构输入端以及车外换热机构通过四通换向阀与压缩循环机构相连，气液分离机构的输出端与压缩循环机构的输入端相连，车外换热机构的输出端与供热通风与空气调节机构的输入端相连。

所述的四通换向阀的第二输出端与气液分离机构的输入端相连，气液分离机构输出端与压缩循环机构入口相连；四通换向阀的第一输出端与供热通风与空气调节机构相连，供热通风与空气调节机构的输出端与车外换热机构相连，车外换热机构的输出端与四通换向阀的第三输出端相连，构成热泵系统，该四通换向阀通过电动车低压电池供电，通过开关信号控制其运行方向。

所述的压缩循环机构通过变频电动压缩机实现，该变频电动压缩机通过电动车高压电池供电。

所述的供热通风与空气调节机构与车外换热机构之间设有串联的双向干燥过滤器以及双向热力膨胀阀，该双向热力膨胀阀的感温包设置于压缩循环机构的压缩机吸气口。

所述的车外换热机构由分配器、通过毛细管与分配器相连的车外换热器以及电子风扇组成，其中：车外换热器使用小管径换热器作为纯电动车用热泵系统的外侧换热器，所述的电子风扇由电动车低压电池供电，通过变频方式进行风速和启停的控制。

所述的供热通风与空气调节机构由车内换热器和电加热器组成，其中：车内换热器与电加热器同在供热通风与空气调节机构内，但处于不同的风道下。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过四通换向阀实现冷、热模式的切换，夏天可单独是用该系统进行制冷，在冬天温度不是很低的情况下，可使用热泵系统进行制热，而当环境温度较低时，可使用PTC辅助加热，另外也可以使用PTC进行前档玻璃的除霜除雾模式。

附图说明

图1为本发明热泵系统结构示意图；

图2为本发明热泵系统制热运行模式示意图；

图3为本发明热泵系统制冷运行模式示意图；

图中：1压缩机、2四通阀、3气液分离器、4内部换热器、5PTC电加热器、6HVAC、7双向干燥过滤器、8双向热力膨胀阀、9分配器、10毛细管、11外部换热器、12电子风扇。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：变频电动压缩机1、四通换向阀2、气液分离器3、HVAC6内的车内换热器4和PTC电加热器5、双向干燥过滤器7、双向热力膨胀阀8、分配器9、毛细管10、车外换热器11以及电子风扇12。其中，变频电动压缩机输出端与四通换热器入口相连，四通换向阀第二输出端与气液分离器输入端相连，气液分离器输出端与变频电动压缩机入口相连。四通换向阀第一输出端与HVAC内部换热器相连，内部换热器输出端与双向干燥过滤器相连，双向干燥过滤器输出端与双向热力膨胀阀输入端相连，双向热力膨胀阀输出端与分配器输入端相连，分配器输出端连接毛细管后与车外换热器相连，车外换热器输出端与四通换向阀第三输出端相连，构成热泵系统。

所述的车内换热器与PTC电加热器同在HVAC内，但处于不同的风道下；使用双向热力膨胀阀，其感温包安置在压缩机吸气口；分配器与车外换热器通过毛细管相连；使用小管径换热器作为纯电动车用热泵系统的外侧换热器；风扇由电动车低压电池供电，通过变频方式进行风速和启停的控制；通过电动车高压电池对电动压缩机供电；使用电动车低压电池对其供电，通过开关信号控制四通换向阀的运行方向。

如图2所示，在系统处于制热工作模式下，制冷剂的流动方向如图中箭头所示，从压缩机出来的高温气体经过四通换向阀后流入HVAC内的车内换热器，此时车内换热器作为冷凝器使用，在风扇的作用下进行热交换，对车内进行放热达到制热的目的，冷凝后的过冷液体经过双向热力膨胀阀节流后变成两相流体，通过分配器的分配，均匀分成与车外换热器匹配的路数并进入车外换热器，此时车外换热器作为蒸发器使用，从蒸发器出来的过热气体经过四通换向阀再回到压缩机。

由于使用分配器，可以改善换热器的分液情况，以增加蒸发器的有效使用面积从而提高蒸发能力，经过实验验证，通过安装分配器，可以使系统的制热能力提升175W，能效可提升0.2，同时，由于使用小管径换热器，配合分配器的使用可以使系统在低温工况下运行时，换热器易结霜的问题有所改善。

如图3所示，在系统处于制冷工作模式下，制冷剂的流动方向如图中箭头所示，从压缩机出来的高温气体经过四通换向阀后流入车外换热器，此时车内换热器作为冷凝器使用，在风扇的作用下进行热交换，冷凝后的过冷液体经过双向热力膨胀阀节流后变成两相流体，并进入车内换热器，此时车内换热器作为蒸发器使用，在电子风扇的作用下，对车内进行制冷，从蒸发器出来的过热气体经过四通换向阀再回到压缩机。

经过实验验证，由于使用双向热力膨胀阀，可以降低制冷模式下的系统过热度从而提高系统的制冷能力20％。

Claims (6)

1.一种纯电动车用热泵系统，其特征在于，包括：压缩循环机构和分别与之相连的气液分离机构、车外换热机构以及供热通风与空气调节机构，其中：供热通风与空气调节机构、气液分离机构输入端以及车外换热机构通过四通换向阀与压缩循环机构相连，气液分离机构的输出端与压缩循环机构的输入端相连，车外换热机构的输出端与供热通风与空气调节机构的输入端相连；

所述的四通换向阀的第二输出端与气液分离机构的输入端相连，气液分离机构输出端与压缩循环机构入口相连；四通换向阀的第一输出端与供热通风与空气调节机构相连，供热通风与空气调节机构的输出端与车外换热机构相连，车外换热机构的输出端与四通换向阀的第三输出端相连，构成热泵系统，该四通换向阀通过电动车低压电池供电，通过开关信号控制其运行方向。

2.根据权利要求1所述的纯电动车用热泵系统，其特征是，所述的压缩循环机构通过变频电动压缩机实现，该变频电动压缩机通过电动车高压电池供电。

3.根据权利要求1所述的纯电动车用热泵系统，其特征是，所述的供热通风与空气调节机构与车外换热机构之间设有串联的双向干燥过滤器以及双向热力膨胀阀，该双向热力膨胀阀的感温包设置于压缩循环机构的压缩机吸气口。

4.根据权利要求1所述的纯电动车用热泵系统，其特征是，所述的车外换热机构由分配器、通过毛细管与分配器相连的车外换热器以及电子风扇组成，其中：车外换热器使用小管径换热器作为纯电动车用热泵系统的外侧换热器，所述的电子风扇由电动车低压电池供电，通过变频方式进行风速和启停的控制。

5.根据权利要求1所述的纯电动车用热泵系统，其特征是，所述的供热通风与空气调节机构由车内换热器和电加热器组成，其中：车内换热器与电加热器同在供热通风与空气调节机构内，但处于不同的风道下。

6.根据上述任一权利要求所述的纯电动车用热泵系统，其特征是，在制热工作模式下，从压缩机出来的高温气体经过四通换向阀后流入HVAC内的车内换热器，此时车内换热器作为冷凝器使用，在风扇的作用下进行热交换，对车内进行放热达到制热的目的，冷凝后的过冷液体经过双向热力膨胀阀节流后变成两相流体，通过分配器的分配，均匀分成与车外换热器匹配的路数并进入车外换热器，此时车外换热器作为蒸发器使用，从蒸发器出来的过热气体经过四通换向阀再回到压缩机；在制冷工作模式下，从压缩机出来的高温气体经过四通换向阀后流入车外换热器，此时车内换热器作为冷凝器使用，在风扇的作用下进行热交换，冷凝后的过冷液体经过双向热力膨胀阀节流后变成两相流体，并进入车内换热器，此时车内换热器作为蒸发器使用，在电子风扇的作用下，对车内进行制冷，从蒸发器出来的过热气体经过四通换向阀再回到压缩机。