CN111780465A - 无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法，包括压缩机、车内冷凝器、第一阀门、车外换热器、第二阀门、板式换热器、气液分离器以及电磁阀，压缩机通过第一管路连接车内冷凝器，车内冷凝器通过第二管路连接车外换热器，车外换热器通过第三管路连接板式换热器，板式换热器通过第四管路连接气液分离器，气液分离器通过第五管路与压缩机连接；第六管路的一端与第二管路连接，第六管路的另一端与第三管路连接，所述第一阀门、第二阀门、电磁阀分别安装在第二管路、第三管路、第六管路上，本发明在压缩机不停机且不影响乘员舱舒适性的情况下实现车外换热器除霜，提高压缩机的耐久，降低了噪音。

Description

无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，具体地，涉及一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法。

背景技术

随着汽车技术的发展，电动汽车在车辆中的占有率越来越高，电动汽车热泵空调技术也越来越多的得到研究和应用，国内外已有多型号电动汽车配置了热泵空调系统。热泵车外换热器作为蒸发器时存在结霜的问题，结霜后换热效果大幅度下降，直接影响热泵系统的制热效果，因此需要对车外换热器进行除霜。目前普遍使用的除霜方法为逆向除霜，即切换制冷剂的流向将压缩机排气通入车外换热器对车外换热器外表面除霜，大多需要压缩机停机无法通过热泵进行供暖，且除霜时车内蒸发器工作吹出冷风会影响乘员舱的舒适性。

比如专利文献CN107512150A公开了一种电动汽车热泵系统，车外换热器除霜运行时，虽然通过吸收电池的热量来除霜，但旁通了车内冷凝器，无法通过热泵系统加热空气供暖；又比如专利文献CN110422028A公开了一种具备除霜功能的电动汽车热泵系统，车外换热器除霜运行时，虽然通过车外换热器过冷段作为蒸发器吸收空气热量来除霜，仍然旁通了车内冷凝器，无法通过热泵系统加热空气供暖。

因此，有必要提出一种车外换热器结霜进行除霜的系统，切换模式时压缩机可连续运行，不吹出冷风且仍能高效提供热风的热泵系统和运行方法，解决车外换热器除霜影响乘员舱舒适性、压缩机频繁启停的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法。

根据本发明提供的一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统，包括压缩机、车内冷凝器、第一阀门、车外换热器、第二阀门、板式换热器、气液分离器以及电磁阀；

所述压缩机通过第一管路连接车内冷凝器的进口，所述车内冷凝器的出口通过第二管路连接车外换热器的进口，所述第一阀门安装在第二管路上；

所述车外换热器的出口通过第三管路连接板式换热器的进口，所述第二阀门安装在第三管路上；

所述板式换热器的出口通过第四管路连接气液分离器的进口，所述气液分离器的出口通过第五管路与压缩机连接；

所述电磁阀安装在第六管路上，所述第六管路的一端与车内冷凝器和第一阀门之间的第二管路连接，所述第六管路的另一端与车外换热器和第二阀门之间的第三管路连接。

优选地，还包括空调箱，空调箱内设置有鼓风机。

优选地，还包括温度风门，所述车内冷凝器、温度风门都安装在空调箱的内部，所述温度风门能够调节车内冷凝器内部的换热量。

优选地，所述空调箱的内部还设置有PTC电加热器。

优选地，第一阀门、第二阀门都采用电子膨胀阀。

优选地，电动汽车热泵系统包括热泵模式、中间模式以及除霜模式；

当为热泵模式时，压缩机中排出的制冷剂进入车内冷凝器冷凝放热，经第一阀门节流后进入车外换热器蒸发吸热，车外换热器出口排出的制冷剂经第二阀门后进入板式换热器再次蒸发吸热后经气液分离器后返回到压缩机；

当为中间模式时，压缩机中排出的制冷剂进入车内冷凝器冷凝放热，经电磁阀后进入第二阀门节流后进入板式换热器蒸发吸热后经气液分离器后返回到压缩机；

当为除霜模式时，压缩机中排出的制冷剂经全开的第一阀门后进入车外换热器冷凝放热去除车外换热器表面霜层，车外换热器出口制冷剂经第二阀门节流后进入板式换热器蒸发吸收后经气液分离器后返回到压缩机。

优选地，所述板式换热器蒸发吸热的热量来自于包括电机以及电池包释放的热量。

优选地，还包括第七管路、第八管路、第三阀门以及车内蒸发器；

所述第七管路的一端与第四管路连接；

所述第八管路的一端与第六管路连接；

所述第七管路、第八管路的另一端分别通过第三阀门与车内蒸发器连接。

优选地，所述第三阀门采用带截止功能的热力膨胀阀。

根据本发明提供的一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统运行方法，包括如下步骤：

S1：热泵模式运行，第一阀门部分打开，第二阀门全开，电磁阀关闭，第三阀门关闭，温度风门处于全热位置，启动压缩机并提升到第一预设转速；

S2：判断车外换热器是否需要除霜，如果是则进入S3，如果否则继续执行S1中的热泵模式运行；

S3：中间模式运行，首先将压缩机转速降到最低转速，然后打开电磁阀，接着将第二阀门调整为部分打开，最后关闭第一阀门；

S4：判断系统压力是否平衡，如果是则进入步骤S5，如果否则继续执行S3中的中间模式运行；

S5：除霜模式运行，首先调整第一阀门全开，其次关闭电磁阀，最后调节压缩机至第二预设转速；

S6：判断车外换热器除霜是否完成，如果是则进入步骤S7，如果否则继续执行S5中的除霜模式运行；

S7：中间模式运行，首先将压缩机转速降到最低转速，然后打开电磁阀，接着关闭第一阀门；

S8：判断系统压力是否平衡，如果是则进入步骤S9，如果否则继续执行S7中的中间模式运行；

S9：热泵模式运行，首先调节第二阀门全开，然后部分打开第一阀门，接着关闭电磁阀，最后调节压缩机转速至第一预设转速。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过对压缩机转速以及阀门开度的调节，实现了在压缩机不停机的情况下在热泵模式、中间模式以及除霜模式之间无缝切换，车外换热器需要除霜时，由热泵模式通过中间模式切换到除霜模式；车外换热器除霜完毕时，仍然通过中间模式切回热泵模式，解决了现有技术中车外换热器除霜影响乘员舱舒适性、压缩机频繁启停的缺陷，本发明减少了热泵系统运行时压缩机启停的次数，提高压缩机的耐久，降低了压缩机启停带来的噪音的影响。

2、本发明在热泵模式下采用车外换热器与板式换热器串联，能够回收电机与电池的余热供暖；在中间模式下仅通过板式换热器吸收电机或电池余热供暖；车外换热器除霜时，不旁通车内冷凝器，不使用车内蒸发器，通过板式换热器吸收电机或电池热量来除霜，实现了系统运行的连续性。

3、本发明无论从热泵模式到除霜模式还是从除霜模式切换回热泵模式，车内冷凝器持续工作，制热效率高且维持乘客舒适性，通过板式换热器吸收电机等电器或电池包的热量来实现逆循环化霜，车内蒸发器不工作不会吹冷风，结构简单，不影响乘员舱舒适性且高效节能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1本发明的热泵系统原理图；

图2本发明的热泵系统热泵模式运行原理图；

图3本发明的热泵系统中间模式运行原理图；

图4本发明的热泵系统除霜模式运行原理图；

图5本发明中无需停机的电动汽车热泵运行方法控制逻辑流程图。

图中示出：

压缩机1 车内蒸发器9 第三管路23

车内冷凝器2 电磁阀10 第四管路24

第一阀门3 空调箱11 第五管路25

车外换热器4 鼓风机12 第六管路26

第二阀门5 温度风门13 第七管路27

板式换热器6 PTC电加热器14 第八管路28

气液分离器7 第一管路21

第三阀门8 第二管路22

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统，如图1所示，包括压缩机1、车内冷凝器2、第一阀门3、车外换热器4、第二阀门5、板式换热器6、气液分离器7、电磁阀10以及第六管路26；所述压缩机1通过第一管路21连接车内冷凝器2的进口，所述车内冷凝器2的出口通过第二管路22连接车外换热器4的进口，所述第一阀门3安装在第二管路22上；所述车外换热器4的出口通过第三管路23连接板式换热器6的进口，所述第二阀门5安装在第三管路23上；所述板式换热器6的出口通过第四管路24连接气液分离器7的进口，所述气液分离器7的出口通过第五管路25与压缩机1连接；所述第六管路26的一端与车内冷凝器2和第一阀门3之间的第二管路22连接，所述第六管路26的另一端与车外换热器4和第二阀门5之间的第三管路23连接，所述电磁阀10安装在第六管路26上。

具体地，如图1所示，还包括空调箱11、温度风门13以及PTC电加热器14，空调箱11内设置有鼓风机12，所述车内冷凝器2、温度风门13都安装在空调箱11的内部，所述温度风门13能够调节车内冷凝器2内部的换热量，鼓风机12用于提供气流，使热风能够迅速扩散到空调箱11内部的各个区域，温度风门13用于调节经过车内冷凝器2的风量，PTC电加热器14是当车内冷凝器2内的放热量不足时用于辅助供暖。

具体地，如图1所示，第一阀门3、第二阀门5都采用电子膨胀阀，电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的，本发明所述系统制冷供液量调节的范围宽，要求调节反应快，传统的节流装置如热力膨胀阀等，难以良好胜任，而电子膨胀阀可以很好地满足要求。

具体地，如图1-4所示，本发明中的电动汽车热泵系统包括热泵模式、中间模式以及除霜模式并且能够实现之间的相互切换。

当为热泵模式时，压缩机1中排出的制冷剂进入车内冷凝器2冷凝放热，经第一阀门3节流后进入车外换热器4蒸发吸热，车外换热器4出口排出的制冷剂经第二阀门5后进入板式换热器6再次蒸发吸热后经气液分离器7后返回到压缩机1；当为中间模式时，压缩机1中排出的制冷剂进入车内冷凝器2冷凝放热，经电磁阀10后进入第二阀门5节流后进入板式换热器6蒸发吸热后经气液分离器7后返回到压缩机1；当为除霜模式时，压缩机1中排出的制冷剂经全开的第一阀门3后进入车外换热器4冷凝放热去除车外换热器4表面霜层，车外换热器4出口制冷剂经第二阀门5节流后进入板式换热器6蒸发吸收后经气液分离器7后返回到压缩机1。其中，所述板式换热器6蒸发吸热的热量来自于包括电机以及电池包释放的热量。

具体地，如图1所示，本发明中还设置有第七管路27、第八管路28、第三阀门8以及车内蒸发器9，所述第七管路27的一端与第四管路24连接，所述第八管路28的一端与第六管路26连接，所述第七管路27、第八管路28的另一端分别通过第三阀门8与车内蒸发器9连接。在一个优选例中，所述第三阀门8采用带截止功能的热力膨胀阀。本发明中通过车内蒸发器9与车外换热器4结构布置能够实现夏季时空调箱11内部制冷，从而满足乘员舱纳凉的需求。

本发明提供了一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统运行方法，如图5所示，操作步骤及原理如下：

本发明正常在热泵模式下运行，第一阀门3部分打开，第二阀门5全开，电磁阀10关闭，第三阀门8关闭，将空调箱11内的温度风门13调节至全热位置，鼓风机12启动，启动压缩机1并调节到第一预设转速给乘员舱供暖，该模式下车外换热器4与板式换热器6串联在一起，板式换热器6吸收电机等电器和/或电池包热量进一步提升了系统的制热量。

系统运行过程中不断判断车外换热器4是否需要除霜，当系统判定车外换热器4结霜需要除霜时，则执行中间模式运行，如果否则继续执行热泵模式运行。

当系统在中间模式下运行时，首先将压缩机1转速降到最低转速避免系统压力过高造成压力波动，然后打开电磁阀10，这样车内冷凝器2出口制冷剂经过电磁阀10与车外换热器4出口制冷剂混合；接着将第二阀门5调整为部分打开，最后关闭第一阀门3，这样系统制冷剂回路就形成了中间模式，温度风门13还是保持全热位置，压缩机1排出的制冷剂经车内冷凝器2冷凝放热后，通过电磁阀10后经第二阀门5节流后进入板式换热器6蒸发吸热后由气液分离器7返回压缩机1；该过程车内冷凝器2始终有热风吹出，如果热风温度满足不了要求，可开启PTC电加热器14辅热，以满足给乘员舱核实的供暖温度。

判断系统压力是否平衡，如果检测到系统高低压稳定后则执行除霜模式，如果否则继续执行中间模式运行。

当系统在除霜模式下运行时，首先调整第一阀门3全开，其次关闭电磁阀10，这样制冷剂回路就形成了除霜模式，最后调节压缩机1至第二预设转速；通过提升压缩机1转速能够车外换热器4放热并实现快速除去车外换热器4表面的霜层，温度风门13可调节车内冷凝器2的换热量来实现不同的出风温度需求。

判断车外换热器4除霜是否完成，如果检测到车外换热器4除霜完成后则再次执行中间模式运行，如果否则继续执行除霜模式运行。

当系统在中间模式下运行时，首先将压缩机1转速降到最低转速，然后打开电磁阀10，接着关闭第一阀门3，这样制冷剂回路又形成了中间模式，该过程车内冷凝器2始终有热风吹出，如果热风温度满足不了要求，可开启PTC电加热器14辅热。

判断系统压力是否平衡，如果检测到系统高低压稳定后则执行热泵模式运行，如果否则继续执行中间模式运行。

当在热泵模式下运行时，首先调节第二阀门5全开，然后部分打开第一阀门3，接着关闭电磁阀10，最后调节压缩机1转速至第一预设转速。这样制冷剂回路又形成了热泵模式，通过调节压缩机1到合适转速给乘员舱供暖。

具体地，在一个优选例中，本发明中还设置有控制装置，各管路上还设置有压力传感器，具体地，第一管路21、第二管路22、第三管路23、第四管路24上分别安装有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器，空调箱11的内部设置有温度传感器，控制装置分别与第一阀门3、第二阀门5、第三阀门8、电磁阀10、温度传感器以及各个压力传感器信号连接，控制装置能够通过接收各个压力传感器的压力值判断车外换热器4是否结霜、是否除霜完毕以及判断系统压力是否平衡，并能够发送控制信号实现第一阀门3、第二阀门5、第三阀门8的开度调节以及电磁阀10的开关调节，控制装置能够通过接收温度传感器的温度信息进而控制调节第一预设转速、第二预设转速的大小以及温度风门13开度的大小，实现整个系统的自动化调节。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，包括压缩机(1)、车内冷凝器(2)、第一阀门(3)、车外换热器(4)、第二阀门(5)、板式换热器(6)、气液分离器(7)以及电磁阀(10)；

所述压缩机(1)通过第一管路(21)连接车内冷凝器(2)的进口，所述车内冷凝器(2)的出口通过第二管路(22)连接车外换热器(4)的进口，所述第一阀门(3)安装在第二管路(22)上；

所述车外换热器(4)的出口通过第三管路(23)连接板式换热器(6)的进口，所述第二阀门(5)安装在第三管路(23)上；

所述板式换热器(6)的出口通过第四管路(24)连接气液分离器(7)的进口，所述气液分离器(7)的出口通过第五管路(25)与压缩机(1)连接；

所述电磁阀(10)安装在第六管路(26)上，所述第六管路(26)的一端与车内冷凝器(2)和第一阀门(3)之间的第二管路(22)连接，所述第六管路(26)的另一端与车外换热器(4)和第二阀门(5)之间的第三管路(23)连接。

2.根据权利要求1所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，还包括空调箱(11)，空调箱(11)内设置有鼓风机(12)。

3.根据权利要求2所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，还包括温度风门(13)，所述车内冷凝器(2)、温度风门(13)都安装在空调箱(11)的内部，所述温度风门(13)能够调节车内冷凝器(2)内部的换热量。

4.根据权利要求3所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，所述空调箱(11)的内部还设置有PTC电加热器(14)。

5.根据权利要求1所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，第一阀门(3)、第二阀门(5)都采用电子膨胀阀。

6.根据权利要求4所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，电动汽车热泵系统包括热泵模式、中间模式以及除霜模式；

当为热泵模式时，压缩机(1)中排出的制冷剂进入车内冷凝器(2)冷凝放热，经第一阀门(3)节流后进入车外换热器(4)蒸发吸热，车外换热器(4)出口排出的制冷剂经第二阀门(5)后进入板式换热器(6)再次蒸发吸热后经气液分离器(7)后返回到压缩机(1)；

当为中间模式时，压缩机(1)中排出的制冷剂进入车内冷凝器(2)冷凝放热，经电磁阀(10)后进入第二阀门(5)节流后进入板式换热器(6)蒸发吸热后经气液分离器(7)后返回到压缩机(1)；

当为除霜模式时，压缩机(1)中排出的制冷剂经全开的第一阀门(3)后进入车外换热器(4)冷凝放热去除车外换热器(4)表面霜层，车外换热器(4)出口制冷剂经第二阀门(5)节流后进入板式换热器(6)蒸发吸收后经气液分离器(7)后返回到压缩机(1)。

7.根据权利要求6所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，所述板式换热器(6)蒸发吸热的热量来自于包括电机以及电池包释放的热量。

8.根据权利要求1所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，还包括第七管路(27)、第八管路(28)、第三阀门(8)以及车内蒸发器(9)；

所述第七管路(27)的一端与第四管路(24)连接；

所述第八管路(28)的一端与第六管路(26)连接；

所述第七管路(27)、第八管路(28)的另一端分别通过第三阀门(8)与车内蒸发器(9)连接。

9.根据权利要求8所述的无需停机的电动汽车热泵除霜系统，其特征在于，所述第三阀门(8)采用带截止功能的热力膨胀阀。

10.一种无需停机的电动汽车热泵除霜系统运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：热泵模式运行，第一阀门(3)部分打开，第二阀门(5)全开，电磁阀(10)关闭，第三阀门(8)关闭，温度风门(13)处于全热位置，启动压缩机(1)并提升到第一预设转速；

S2：判断车外换热器(4)是否需要除霜，如果是则进入S3，如果否则继续执行S1中的热泵模式运行；

S3：中间模式运行，首先将压缩机(1)转速降到最低转速，然后打开电磁阀(10)，接着将第二阀门(5)调整为部分打开，最后关闭第一阀门(3)；

S4：判断系统压力是否平衡，如果是则进入步骤S5，如果否则继续执行S3中的中间模式运行；

S5：除霜模式运行，首先调整第一阀门(3)全开，其次关闭电磁阀(10)，最后调节压缩机(1)至第二预设转速；

S6：判断车外换热器(4)除霜是否完成，如果是则进入步骤S7，如果否则继续执行S5中的除霜模式运行；

S7：中间模式运行，首先将压缩机(1)转速降到最低转速，然后打开电磁阀(10)，接着关闭第一阀门(3)；

S8：判断系统压力是否平衡，如果是则进入步骤S9，如果否则继续执行S7中的中间模式运行；

S9：热泵模式运行，首先调节第二阀门(5)全开，然后部分打开第一阀门(3)，接着关闭电磁阀(10)，最后调节压缩机(1)转速至第一预设转速。

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