[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN113071289B - 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113071289B
CN113071289B CN202110488856.8A CN202110488856A CN113071289B CN 113071289 B CN113071289 B CN 113071289B CN 202110488856 A CN202110488856 A CN 202110488856A CN 113071289 B CN113071289 B CN 113071289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
refrigerant
expansion unit
unit
compressor
refrigerant circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110488856.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113071289A (zh
Inventor
陈金峰
周国元
姜利民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd
Original Assignee
Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd filed Critical Weilai Automobile Technology Anhui Co Ltd
Priority to CN202110488856.8A priority Critical patent/CN113071289B/zh
Publication of CN113071289A publication Critical patent/CN113071289A/zh
Priority to US17/731,215 priority patent/US20220348054A1/en
Priority to EP22170531.2A priority patent/EP4083540A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN113071289B publication Critical patent/CN113071289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00914—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is a bypass of the condenser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3229—Cooling devices using compression characterised by constructional features, e.g. housings, mountings, conversion systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/327—Cooling devices output of a control signal related to a compressing unit
    • B60H2001/3272—Cooling devices output of a control signal related to a compressing unit to control the revolving speed of a compressor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0401—Refrigeration circuit bypassing means for the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/02—Compressor control
    • F25B2600/025—Compressor control by controlling speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2513—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1931—Discharge pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933—Suction pressures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明涉及电动汽车座舱加热系统及控制方法,包括并联的第一制冷剂回路和第二制冷剂回路；回路均包括串联的气液分离器和压缩机；第一制冷剂回路还包括第一膨胀单元；第二制冷剂回路还包括第二膨胀单元和冷凝器；第一膨胀单元与第二膨胀单元和冷凝器并联；实现座舱快速加热及制热量稳定，去除对加热器的依赖，简化空调系统。方法包括第二制冷剂回路中的制冷剂经第二膨胀单元调节压力进入冷凝器放热，用于对座舱加热；第一制冷剂回路中的制冷剂经第一膨胀单元节流降压与第二制冷剂回路中的制冷剂于气液分离器汇合，进入压缩机循环；实现制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间解耦，解决了热泵系统低温下的制热量不足和频繁化霜的问题。

Description

一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法。
背景技术
目前，电动汽车具有节能、环保的优点，在世界范围得到了广泛关注。然而，受制于电池技术的瓶颈，目前电动汽车的续航里程仍不能使人满意。电动汽车空调启动后，续航里程的缩短情况更为严重。根据已有研究，冬季采暖耗能可使电动汽车的续航里程下降最高可达50％左右，成为电动汽车辅助器件中耗能最大的部分，严重影响电动汽车的使用。
与传统燃油车不同，电动汽车没有发动机提供的常热源，所以市场上大部分电动汽车都采用正温度系数电阻加热器进行座舱的加热，这种形式制热效率低于1，制热能耗高，严重影响了纯电动汽车的冬季续航里程，并且目前正温度系数电阻成本较高。
除正温度系数的电阻之外，目前一些纯电动汽车也开始采用热泵系统进行座舱加热的方案。根据逆卡诺原理，热泵系统制热效率始终高于1，与正温度系数电阻相比将大幅降低座舱加热所消耗的电能，有利于纯电动汽车冬季续航里程的提升。但是由于热泵系统自身循环特性的限制，随着环境温度的降低，热泵系统的供热量也将逐渐下降，因此即使应用了热泵系统的纯电动汽车，在低温工况下仍需采用正温度系数电阻加热器进行制热量的补充。因此，整个空调系统要同时包含热泵空调系统和正温度系数电阻加热器，系统构成复杂，成本高。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法。
本发明提供的技术方案是：
一种电动汽车座舱加热系统，包括：并联的第一制冷剂回路和第二制冷剂回路；
所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路均包括：串联的气液分离器和压缩机；
所述第一制冷剂回路还包括：第一膨胀单元；
所述第二制冷剂回路还包括：第二膨胀单元和冷凝器；
所述第一膨胀单元与所述第二膨胀单元和所述冷凝器并联。
优选的，所述第二制冷剂回路中的制冷剂经过所述第二膨胀单元调节压力后进入所述冷凝器内放热，用于对所述座舱进行加热；
所述第一制冷剂回路中的制冷剂经过所述第一膨胀单元节流降压与所述第二制冷剂回路中的制冷剂于所述气液分离器内汇合后，进入所述压缩机进行循环。
优选的，所述座舱加热系统还包括：控制单元和传感单元；
所述控制单元分别与所述压缩机、所述第一膨胀单元、所述第二膨胀单元和所述传感单元连接，通过所述传感单元发出的信号控制所述压缩机的转速以及所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
优选的，所述座舱加热系统包括多个所述传感单元，分别设置于所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路上。
优选的，所述传感单元包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器；
所述第一传感器设置于所述气液分离器和压缩机之间，所述第二传感器设置于所述压缩机和所述第一膨胀单元之间，所述第三传感器设置于所述冷凝器和所述第二膨胀单元之间。
优选的，所述第一膨胀单元包括：第一电子膨胀阀；
所述第一电子膨胀阀设置于所述第一制冷剂回路上，与所述第一制冷剂回路串联；
所述第二膨胀单元包括：第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀；
所述第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀设置于所述第二制冷剂回路上，与所述第二制冷剂回路串联。
优选的，所述座舱加热系统还包括：空气循环单元；
所述空气循环单元设置于所述冷凝器的一侧，用于循环所述座舱内空气进入所述冷凝器内进行加热。
优选的，所述空气循环单元具体为鼓风机。
另一方面，本发明还提供一种电动汽车座舱加热的控制方法，其中，所述座舱加热系统包括：并联的第一制冷剂回路和第二制冷剂回路，在所述第一制冷剂回路和第二制冷剂回路上分别设置有第一膨胀单元、第二膨胀单元和传感单元，所述控制方法包括：
所述第一膨胀单元和第二膨胀单元接收所述传感单元反馈的数据；
根据所述数据进行判断；
根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
优选的，所述根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小，包括：
当第一传感器反馈的压缩机进口低压低于低压目标值时，增大第一电子膨胀阀的开度，反之减小；
当第二传感器反馈的压缩机出口高压低于高压目标值时，减小第三电子膨胀阀的开度，反之增大；
当第三传感器反馈的冷凝器出口制冷剂过冷度低于过冷度目标值时，减小第二电子膨胀阀的开度，反之增大。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供一种电动汽车座舱加热系统，包括：并联的第一制冷剂回路和第二制冷剂回路；所述第一制冷剂回路和所述第二制冷剂回路均包括：串联的气液分离器和压缩机；所述第一制冷剂回路还包括：第一膨胀单元；所述第二制冷剂回路还包括：第二膨胀单元和冷凝器；所述第一膨胀单元与所述第二膨胀单元和冷凝器(9)并联；通过制冷剂回路循环在低温工况下实现座舱快速加热及制热量大范围内稳定控制，去除电动汽车空调系统对正温度系数电阻加热器的依赖，简化了空调系统构成，降低了成本。
2、本发明提供一种电动汽车座舱加热的控制方法，包括：所述第二制冷剂回路中的制冷剂经过所述第二膨胀单元调节压力后进入所述冷凝器内放热，用于对座舱进行加热；所述第一制冷剂回路中的制冷剂经过所述第一膨胀单元节流降压与所述第二制冷剂回路中的制冷剂于所述气液分离器内汇合后，进入所述压缩机进行循环；通过第一第二膨胀单元及压缩机转速的调节控制系统目标高低压以实现系统制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间的解耦，达到与正温度系数电阻相当的调节灵活性和热量调节范围，解决或者在一定程度上改善了热泵系统低温下的制热量不足和频繁化霜的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的空调加热系统原理示意图；
图2为本发明的空调加热系统循环过程示意图；
其中：1-第一电子膨胀阀；2-第一传感器；3-气液分离器；4-控制单元；5-第二电子膨胀阀；6-压缩机；7-第二传感器；8-第三电子膨胀阀；9-冷凝器；10-鼓风机；11-第三传感器；S1-第一制冷剂回路；S2-第二制冷剂回路。
具体实施方式
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。
本实施例中在所用术语“蒸汽”和“气体”或“液体”和“液态”则总体上指在某一位置中制冷剂处于气态或液态，但不排除制冷剂接近但不完全是气态或液态的气液混合态，本领域技术人员可以根据实际情况判断该术语的唯一可能，另外本发明中设计的“高温”、“高压”、“低温”、“低压”均为常见的术语，具体的“高温”、“高压”的制冷剂大体上指在制冷或制热循环中从压缩机出来并且直至主节流装置的制冷剂，“低温”、“低压”的制冷剂大体上指经过主节流装置节流之后回到压缩机并从压缩机主入口送入之前的制冷剂，“冷凝压力”、“蒸发压力”大体上指的是制冷剂在冷凝器中发生冷凝、在蒸发器中蒸发处于两相态所对应的压力。
目前，电动汽车具有节能、环保的优点，在世界范围得到了广泛关注。然而，受制于电池技术的瓶颈，目前电动汽车的续航里程仍不能使人满意。电动汽车空调启动后，续航里程的缩短情况更为严重。根据已有研究，冬季采暖耗能可使电动汽车的续航里程下降最高可达50％左右，成为电动汽车辅助器件中耗能最大的部分，严重影响电动汽车的使用。
与传统燃油车不同，电动汽车没有发动机提供的常热源，所以市场上大部分电动汽车都采用正温度系数电阻加热器进行座舱的加热，这种形式制热效率低于1，制热能耗高，严重影响了纯电动汽车的冬季续航里程，并且目前正温度系数电阻成本较高。
除正温度系数的电阻之外，目前一些纯电动汽车也开始采用热泵系统进行座舱加热的方案。根据逆卡诺原理，热泵系统制热效率始终高于1，与正温度系数电阻相比将大幅降低座舱加热所消耗的电能，有利于纯电动汽车冬季续航里程的提升。但是由于热泵系统自身循环特性的限制，随着环境温度的降低，热泵系统的供热量也将逐渐下降，因此即使应用了热泵系统的纯电动汽车，在低温工况下仍需采用正温度系数电阻加热器进行制热量的补充。因此，整个空调系统要同时包含热泵空调系统和正温度系数电阻加热器，系统构成复杂，成本高。
采用正温度系数电阻进行加热的电动汽车空调系统能耗高，而采用热泵空调系统的纯电动汽车空调可以大幅降低空调系统能耗。但由于热泵循环本身的限制，即使配备了废热利用的热泵系统在低温下的供热量也无法满足座舱的快速升温和稳态制热的需求。且热泵系统在低温条件下存在无法启动，蒸发器频繁化霜等问题。因此在空调系统架构上仍需要设置正温度系数电阻加热器，造成整个空调系统构成复杂，成本高。
因此本发明旨在原有空调系统的基础上，沿用原系统的压缩机、管路和部分相关阀件，通过制冷剂回路提供一种稳定可靠的加热方法，而不需要额外增加正温度系数电阻加热器，降低空调系统成本和复杂度。
针对以上问题，本发明提出了一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法，可与电动汽车原有的单冷空调或热泵空调系统进行集成；其中，图1为本发明的空调加热系统原理示意图；图2为本发明的空调加热系统循环过程示意图。图中包括：第一电子膨胀阀1、第一传感器2、气液分离器3、控制单元4、第二电子膨胀阀5、压缩机6、第二传感器7、第三电子膨胀阀8、冷凝器9、鼓风机10和第三传感器11；S1-第一制冷剂回路；S2-第二制冷剂回路。
如图1所示，本发明提供一种电动汽车座舱加热系统，包括：并联的第一制冷剂回路S1和第二制冷剂回路S2；
所述第一制冷剂回路S1和所述第二制冷剂回路S2均包括：串联的气液分离器3和压缩机6；
所述第一制冷剂回路S1还包括：第一膨胀单元；
所述第二制冷剂回路S2还包括：第二膨胀单元和冷凝器9；
所述第一膨胀单元与所述第二膨胀单元和所述冷凝器9并联。
进一步的，所述第二制冷剂回路S2中的制冷剂经过所述第二膨胀单元调节压力后进入所述冷凝器9内放热，用于对所述座舱进行加热；
所述第一制冷剂回路S1中的制冷剂经过所述第一膨胀单元节流降压与所述第二制冷剂回路S2中的制冷剂于所述气液分离器3内汇合后，进入所述压缩机6进行循环。
本系统通过制冷剂回路循环在低温工况下实现座舱快速加热及制热量大范围内稳定控制，去除电动汽车空调系统对正温度系数电阻加热器的依赖，简化了空调系统构成，降低了成本。
其中，压缩机6为整个系统唯一能量输入，根据能量守恒定律，座舱内空气与冷凝器9的换热量等于压缩机6的输入功率减去压缩机6本体和管道的热损失。而压缩机6自身的功率只与自身吸排气状态与转速相关，因此，本系统的制热量可以根据压缩机6性能特性曲线通过同时调节压缩机6吸排气压力和转速获得大范围的调节，既可以满足低温启动下的高制热量需求也可以覆盖较小负荷下的稳态制热量工况。
进一步的，所述座舱加热系统还包括：控制单元4和传感单元；
所述控制单元4分别与所述压缩机6、所述第一膨胀单元、所述第二膨胀单元和所述传感单元连接，通过所述传感单元发出的信号控制所述压缩机6的转速以及所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
进一步的，所述座舱加热系统包括多个所述传感单元，分别设置于所述第一制冷剂回路S1和所述制冷剂第二回路S2上。
优选的，所述传感单元包括：第一传感器2、第二传感器7和第三传感器11；
所述第一传感器2设置于所述气液分离器3和压缩机6之间，所述第二传感器7设置于所述压缩机6和所述第一膨胀单元之间，所述第三传感器11设置于所述冷凝器9和所述第二膨胀单元之间。
进一步的，所述第一膨胀单元包括：第一电子膨胀阀1；
所述第一电子膨胀阀1设置于所述第一制冷剂回路S1上，与所述第一制冷剂回路S1串联；
所述第二膨胀单元包括：第二电子膨胀阀5和第三电子膨胀阀8；
所述第二电子膨胀阀5和第三电子膨胀阀8设置于所述第二制冷剂回路S2上，与所述第二制冷剂回路S2串联。
其中，控制单元4通过对压缩机6出口第一电子膨胀阀1和第三电子膨胀阀8的开度的控制可以快速将压缩机6进出口压力调整至目标值，此时压缩机6的输入功率由自身转速控制。
进一步的，所述座舱加热系统还包括：空气循环单元；
所述空气循环单元设置于所述冷凝器9的一侧，用于循环所述座舱内空气进入所述冷凝器9内进行加热。
优选的，所述空气循环单元为鼓风机10和/或能够提供空气循环功能的任何装置。
在鼓风机10设置不同的档位导致冷凝器9进风量的变化时，可以通过第三电子膨胀阀8和第二电子膨胀阀5的开度调节压缩机6出口的制冷剂压力状态，从而避免了风量以及风温对于循环建立和制热量的影响，系统稳定性强，制热量可与入口风量和温度独立调节；并且，在相同的制热量需求下，可以根据不同的振动噪声要求和热损情况，选择不同的压缩机6转速与高低压状态。
此外，与热泵系统不同，本发明所述的系统没有从环境空气的吸热过程，因此，实现了系统制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间的解耦，达到与正温度系数电阻相当的调节灵活性和热量调节范围。
如图2所示，提供的空调加热系统循环过程示意图，
其中，其中压缩机6进口制冷剂状态为A，压力为P1，经过压缩机6后被压缩至高温高压过热蒸汽状态B，压力升高至P3后分为两股，其中一股制冷剂经第一电子膨胀阀1节流降压转变为F状态的低温低压过热蒸汽，压力降低至P1，另一股制冷剂经第三电子膨胀阀8节流降压至中温中压过热蒸汽状态C，压力降低为P2。
C状态的中温中压过热蒸汽进入冷凝器9后冷凝放热转变为D状态中温中压过冷制冷剂液体。D状态的中温中压过冷制冷剂液体经第二电子膨胀阀5节流后成为E状态的低温低压气液两相态制冷剂，压力降低为P1，并与处于F状态的低温低压的过热蒸汽在气液分离器内混合后成为A状态的低温低压的饱和蒸汽再次进入压缩机，完成一个循环。
与传统热泵循环相比，本发明所述制热系统循环去除了低温低压气液两相态制冷剂在蒸发器内吸热蒸发为低温低压过热蒸汽状态的过程，而是通过第一电子膨胀阀1、第二电子膨胀阀5和第三电子膨胀阀8的调节使得通过E状态的低温低压气液两相态制冷剂与F状态的低温低压的过热制冷剂蒸汽在气液分离器3内直接混合为饱和蒸汽状态A后进入压缩机6。
因此本发明所述制热循环制热量可以在压缩机6单体支持的运行温度范围内稳定提供制热量而不受环境温度影响。
同时，本发明通过第二电子膨胀阀5和第三电子膨胀阀8的节流作用引入中间压力P2，使得系统制热量不受流经冷凝器9的空气流量以及温度影响，而仅与高压压力P3，低压P1及压缩机转速相关。
因此，系统可以实现制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间的解耦。
本发明还提供一种电动汽车座舱加热系统的控制方法，其中，所述座舱加热系统包括：并联的第一制冷剂回路S1和第二制冷剂回路S2，在所述第一制冷剂回路S1和第二制冷剂回路S2上分别设置有第一膨胀单元、第二膨胀单元和传感单元，所述控制方法包括：
所述第一膨胀单元和第二膨胀单元接收所述传感单元反馈的数据；
根据所述数据进行判断；
根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
本方法通过第一第二膨胀单元及压缩机转速的调节控制系统目标高低压以实现系统制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间的解耦，达到与正温度系数电阻相当的调节灵活性和热量调节范围，解决或者在一定程度上改善了热泵系统低温下的制热量不足和频繁化霜的问题。
再一次如图1所示，整个加热系统中压缩机6作为唯一能量输入，其功率减去自身壳体和管路热损失即为冷凝器9对座舱空气的加热量，而压缩机6的功率取决于其进出口的高低压力及转速。
系统在高制热量需求下，系统可根据制热量需求及压缩机6性能特性曲线计算出高低压目标值和对应的压缩机转速。控制单元4给予压缩机6高转速目标，例如：10000rpm，第一电子膨胀阀1较高的低压目标值，例如：5barA，及第三电子膨胀阀8较高的高压目标值，例如：25barA。
进一步的，所述根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小，包括：
当第一传感器2反馈的压缩机6进口低压低于低压目标值时，增大第一电子膨胀阀1的开度，反之减小；直到压缩机6进口压力稳定至低压目标值。
当第二传感器7反馈的压缩机6出口高压低于高压目标值时，减小第三电子膨胀阀8的开度，反之增大；直到压缩机6出口压力稳定至高压目标值。
当第三传感器11反馈的冷凝器9出口制冷剂过冷度低于过冷度目标值时，减小第二电子膨胀阀5的开度，反之增大；直到冷凝器9出口制冷剂过冷度达到目标值，例如：5度。
此时压缩机6工作在高转速，高吸气比容及压比状态下，消耗电功率高，因此流经冷凝器9的空气得热量大，系统制热量高。
本发明通过第三电子膨胀阀8的节流作用引入中间压力P2，第二电子膨胀阀5和第三电子膨胀阀8调节后，流经冷凝器9的不同的空气流量以及温度将对应不同的P2值，而与压缩机6进出口压力P1和P3无关，最终实现系统制热量调节与外部环境空气及座舱空气温度和流量之间的解耦。
在制热量需要调节时，本发明所述的电动汽车空调加热系统可通过多种手段灵活调节系统制热量而不受环境因素影响，实现与正温度系数电阻相当的调节灵活性和热量调节范围。
需要说明的是：在制热量需求下降时本发明所述的系统主要可通过三种方式进行制热量调节：
一、当噪声和振动要求高的情景下：例如怠速，为减小压缩机6对座舱的噪声和振动影响，可以继续维持较高的压缩机6进出口高低压目标值而降低压缩机转速，此时制冷剂循环流量下降，系统制热量随之下降；
二、当气温较低且噪声和振动要求较低的情况下：可以降低压缩机6进出口高低压的目标值而维持较高的压缩机6转速以降低压缩机6壳体与高低压管路的热损失；
三、当本发明所述的加热系统集成于热泵系统中时：在利用本系统进行座舱快速升温后，若热泵循环可以满足当前稳态制热量需求则控制单元4可以将高低压水平调整至热泵工作状态点后平滑切换至热泵循环，即利用本发明所述加热系统进行快速升温后切换至热泵系统实现空调系统的节能运行，达到与正温度系数电阻加热器相同的调节效果。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应当说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车座舱加热系统，其特征在于，包括：并联的第一制冷剂回路(S1)和第二制冷剂回路(S2)；
所述第一制冷剂回路(S1)和所述第二制冷剂回路(S2)均包括：串联的气液分离器(3)和压缩机(6)；
所述第一制冷剂回路(S1)还包括：第一膨胀单元；
所述第二制冷剂回路(S2)还包括：第二膨胀单元和冷凝器(9)；
所述第一膨胀单元与所述第二膨胀单元和所述冷凝器(9)并联；所述第二膨胀单元包括：第二电子膨胀阀(5)和第三电子膨胀阀(8)；
所述第二制冷剂回路(S2)中的制冷剂经过所述第三电子膨胀阀(8)调节压力后进入所述冷凝器(9)内放热，用于对所述座舱进行加热，放热后的制冷剂经所述第二电子膨胀阀(5)节流后形成低温低压气液两相态制冷剂；所述第一制冷剂回路(S1)中的制冷剂经过所述第一膨胀单元节流降压后形成低温低压过热蒸汽；所述低温低压过热蒸汽与所述第二制冷剂回路(S2)中的所述低温低压气液两相态制冷剂于所述气液分离器(3)内汇合为饱和蒸汽状态后，进入所述压缩机(6)进行循环。
2.根据权利要求1所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述座舱加热系统还包括：控制单元(4)和传感单元；
所述控制单元分别与所述压缩机(6)、所述第一膨胀单元、所述第二膨胀单元和所述传感单元连接，通过所述传感单元发出的信号控制所述压缩机(6)的转速以及所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
3.根据权利要求2所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述座舱加热系统包括多个所述传感单元，分别设置于所述第一制冷剂回路(S1)和所述第二制冷剂回路(S2)上。
4.根据权利要求3所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述传感单元包括：第一传感器(2)、第二传感器(7)和第三传感器(11)；
所述第一传感器(2)设置于所述气液分离器(3)和压缩机(6)之间，所述第二传感器(7)设置于所述压缩机(6)和所述第一膨胀单元之间，所述第三传感器(11)设置于所述冷凝器(9)和所述第二膨胀单元之间。
5.根据权利要求1所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述第一膨胀单元包括：第一电子膨胀阀(1)；
所述第一电子膨胀阀(1)设置于所述第一制冷剂回路(S1)上，与所述第一制冷剂回路(S1)串联。
6.根据权利要求1所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述座舱加热系统还包括：空气循环单元；
所述空气循环单元设置于所述冷凝器(9)的一侧，用于循环所述座舱内空气进入所述冷凝器(9)内进行加热。
7.根据权利要求6所述的电动汽车座舱加热系统，其特征在于，所述空气循环单元为鼓风机(10)。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的电动汽车座舱加热系统的控制方法，其中，所述座舱加热系统包括：并联的第一制冷剂回路(S1)和第二制冷剂回路(S2)，在所述第一制冷剂回路(S1)和第二制冷剂回路(S2)上分别设置有第一膨胀单元、第二膨胀单元和传感单元，其特征在于，所述控制方法包括：
所述第一膨胀单元和第二膨胀单元接收所述传感单元反馈的数据；
根据所述数据进行判断；
根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述根据判断结果调整所述第一膨胀单元和所述第二膨胀单元的开度大小，包括：
当第一传感器(2)反馈的压缩机(6)进口低压低于低压目标值时，增大第一电子膨胀阀(1)的开度，反之减小；
当第二传感器(7)反馈的压缩机(6)出口高压低于高压目标值时，减小第三电子膨胀阀(8)的开度，反之增大；
当第三传感器(11)反馈的冷凝器(9)出口制冷剂过冷度低于过冷度目标值时，减小第二电子膨胀阀(5)的开度，反之增大。
CN202110488856.8A 2021-04-28 2021-04-28 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法 Active CN113071289B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110488856.8A CN113071289B (zh) 2021-04-28 2021-04-28 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法
US17/731,215 US20220348054A1 (en) 2021-04-28 2022-04-27 Electric vehicle cabin heating system and control method therefor
EP22170531.2A EP4083540A1 (en) 2021-04-28 2022-04-28 Electric vehicle cabin heating system and control method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110488856.8A CN113071289B (zh) 2021-04-28 2021-04-28 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113071289A CN113071289A (zh) 2021-07-06
CN113071289B true CN113071289B (zh) 2024-05-10

Family

ID=76617053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110488856.8A Active CN113071289B (zh) 2021-04-28 2021-04-28 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220348054A1 (zh)
EP (1) EP4083540A1 (zh)
CN (1) CN113071289B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274729B (zh) * 2021-12-16 2023-09-05 东风汽车集团股份有限公司 Co2热泵系统的控制方法
CN118849696A (zh) * 2023-04-28 2024-10-29 华为技术有限公司 一种热管理系统、控制方法和车辆
DE102023111037A1 (de) * 2023-04-28 2024-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Temperiereinrichtung zum Temperieren zumindest eines Teilbereichs eines Kraftfahrzeugs, Verfahren zum Betreiben einer Temperiereinrichtung sowie Kraftfahrzeug

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040069499A (ko) * 2003-01-29 2004-08-06 한라공조주식회사 차량용 냉난방 시스템
CN103175344A (zh) * 2013-03-13 2013-06-26 青岛海信日立空调系统有限公司 一种寒冷地区用多联机热泵系统及其控制方法
WO2018198581A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
CN109269135A (zh) * 2018-11-08 2019-01-25 上海北特科技股份有限公司 电动汽车空调热泵系统及包括其的电动汽车
CN109398027A (zh) * 2018-10-17 2019-03-01 江西新电汽车空调系统有限公司 板式直接式全功能车用热泵空调系统
DE102018201945A1 (de) * 2018-02-08 2019-08-08 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs sowie Fahrzeugkälteanlage
CN110435390A (zh) * 2019-08-19 2019-11-12 上海理工大学 一种适用于低温工况下新能源汽车的整车热管理系统
CN110435384A (zh) * 2019-06-29 2019-11-12 河北工业大学 一种电动汽车热泵空调系统
CN111276768A (zh) * 2018-12-04 2020-06-12 广州汽车集团股份有限公司 一种温度控制装置及其控制方法、电动汽车

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100557039B1 (ko) * 2003-10-16 2006-03-03 엘지전자 주식회사 에어컨 제어방법
DE102006024796B4 (de) * 2006-03-17 2009-11-26 Konvekta Ag Klimaanlage
JP6319334B2 (ja) * 2016-01-15 2018-05-09 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
DE102019203292B4 (de) * 2019-03-12 2021-04-22 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf
FR3097807B1 (fr) * 2019-06-28 2021-07-09 Valeo Systemes Thermiques Procédé de gestion d’un dispositif de gestion thermique pour véhicule automobile
CN114585866A (zh) * 2019-11-01 2022-06-03 三菱电机株式会社 制冷循环装置
CN112066610A (zh) * 2020-10-10 2020-12-11 昆山台佳机电有限公司 一种空气源热泵机组的融霜控制系统

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040069499A (ko) * 2003-01-29 2004-08-06 한라공조주식회사 차량용 냉난방 시스템
CN103175344A (zh) * 2013-03-13 2013-06-26 青岛海信日立空调系统有限公司 一种寒冷地区用多联机热泵系统及其控制方法
WO2018198581A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
DE102018201945A1 (de) * 2018-02-08 2019-08-08 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs sowie Fahrzeugkälteanlage
CN109398027A (zh) * 2018-10-17 2019-03-01 江西新电汽车空调系统有限公司 板式直接式全功能车用热泵空调系统
CN109269135A (zh) * 2018-11-08 2019-01-25 上海北特科技股份有限公司 电动汽车空调热泵系统及包括其的电动汽车
CN111276768A (zh) * 2018-12-04 2020-06-12 广州汽车集团股份有限公司 一种温度控制装置及其控制方法、电动汽车
CN110435384A (zh) * 2019-06-29 2019-11-12 河北工业大学 一种电动汽车热泵空调系统
CN110435390A (zh) * 2019-08-19 2019-11-12 上海理工大学 一种适用于低温工况下新能源汽车的整车热管理系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20220348054A1 (en) 2022-11-03
CN113071289A (zh) 2021-07-06
EP4083540A1 (en) 2022-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113071289B (zh) 一种电动汽车座舱加热系统及其控制方法
US11413931B2 (en) Vehicle-mounted temperature controller
JP4522641B2 (ja) 蒸気圧縮式冷凍機
CN112339525B (zh) 一种电动汽车综合热管理系统
JP5831322B2 (ja) 車両用空調システム
CN110293817B (zh) 一种电动车热泵空调系统及其除霜方法
CN111619305B (zh) 电动或混合动力车辆、用于其的设备和控制方法
CN103307709B (zh) 一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统
CN113432340B (zh) 一种多热源热泵型电动汽车热管理系统
CN112140831B (zh) 热管理系统
CN110356283B (zh) 一种车用动力电池的热管理系统
CN109228818A (zh) 用于运行机动车的空调设施的方法
CN113335025B (zh) 一种车用热泵空调系统及电动汽车
EP4049869A1 (en) Vehicle thermal management system, and vehicle
CN114300709A (zh) 一种燃料电池及其热管理控制系统
CN206186730U (zh) 一种热泵型双蓄能电动汽车空调储能装置
CN113503660A (zh) 一种基于相变蓄热的空气源热泵型电动汽车热管理系统
CN110103668A (zh) 汽车的热泵空调
CN211918314U (zh) 空调系统及车辆
CN216048481U (zh) 多热源热泵型电动汽车热管理系统
CN110641242B (zh) 一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法、装置及计算机可读存储介质
KR101427920B1 (ko) 차량용 에어컨 시스템
CN114889402A (zh) 一种空调系统及控制方法
CN117124791A (zh) 换热装置、换热模组、热管理系统及汽车
CN111854215B (zh) 热泵系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant