一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法
2023-05-04 04:09:01 2
一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法，系統的第一管路的一端連接四通換向閥的第一管口，另一端通過壓縮機連接第二管口，第三管口通過第二管路順次地經冷凝器總成中的冷凝器、第一雙向膨脹閥和空調主機內的主蒸發器連接第四管口；控制單元分別與壓縮機、四通換向閥、冷凝器總成中的風機和空調主機內的鼓風機電連接；系統還包括用於對冷凝器的外表面進行加熱的、與控制單元電連接的第一PTC加熱器，從而在環境溫度較低時，第一PTC加熱器能夠對對冷凝器外表面加熱，使得在冷凝器內的熱交換更徹底，提高了熱泵空調系統的制熱能力；同時由於第一PTC加熱器工作時所需的功率不高，因此具有顯著的節能功效。
【專利說明】一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及空調控制領域，尤其涉及一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]傳統汽油機通常把發動機散熱作為制暖熱源，但是電動汽車上沒有發動機，而且對於混合動力車來說在發動機停轉時車內也需保暖，現有技術中針對電動汽車和混合動力車的保暖問題來說，通常採用電熱式加熱器進行加熱。
[0003]採用電熱式加熱器進行加熱的方式需要的功耗較大，於是針對此問題，現有技術中就出現了通過在管路中加入四通換向閥的方式實現製冷系統和制熱系統的轉換，但是此種方式的缺陷在於，在環境氣溫低(例如冬於)的情況下，由於冷凝器總成的冷凝器(在制熱模式下起蒸發器的作用)的表面會結霜，管道內部製冷劑在冷凝器內進行的能量轉換效率就會大大降低，從而嚴重影響熱泵空調系統的制熱性能，無法滿足在低溫區域內具有高制熱性能的汽車的制熱性能要求。另外，熱泵空調系統的制熱能力不足，大大降低了車內溫度，影響乘坐的舒適性的同時，會導致在擋風玻璃上結霜，從而嚴重影響了駕駛的安全性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供了一種純電動汽車熱泵空調系統及其控制方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0006]一種純電動汽車熱泵空調系統，包括控制單元、壓縮機、冷凝器總成、第一雙向膨脹閥、空調主機、第一管路、第二管路和具有第一管口、第二管口、第三管口和第四管口的四通換向閥；所述第一管路的一端連接所述第一管口，另一端通過所述壓縮機連接所述第二管口，所述第三管口通過所述第二管路順次地經所述冷凝器總成中的冷凝器、第一雙向膨脹閥和所述空調主機內的主蒸發器連接所述第四管口 ；所述控制單元分別與壓縮機、四通換向閥、冷凝器總成中的風機和空調主機內的鼓風機電連接；所述熱泵空調系統還包括用於對所述冷凝器的外表面進行加熱的第一 PTC加熱器，所述第一 PTC加熱器與所述控制單元通訊連接。
[0007]優選的是，所述第一 PTC加熱器設置在所述冷凝器總成內。
[0008]優選的是，所述第一 PTC加熱器為低功率PTC加熱器。
[0009]優選的是，所述熱泵空調系統還包括設置於所述空調主機內的第二 PTC加熱器，所述第二 PTC加熱器與所述控制單元電連接。
[0010]優選的是，所述熱泵空調系統還包括:
[0011]設置於所述空調主機內的輔助蒸發器；
[0012]第一電磁閥，所述第二管路順次地經過所述冷凝器和第一電磁閥連接所述第一雙向膨脹閥；以及[0013]第二電磁閥、第二雙向膨脹閥和第三管路，所述冷凝器上與第一電磁閥連接的埠還與所述第三管路的一端連接，所述第三管路的另一端順次地經過所述第二電磁閥、第二雙向膨脹閥和輔助蒸發器連接所述第四管口 ；
[0014]所述第一電磁閥和第二電磁閥均與所述控制單元電連接。
[0015]優選的是，所述控制單元為中央處理器、單片機、嵌入式處理器中的一種。
[0016]優選的是，所述純電動汽車熱泵空調系統的除霜模式下的控制方法包括:
[0017]所述控制單元控制壓縮機、風機、第二 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制所述第二電磁閥吸合，並且控制所述四通換向閥處於第一工作狀態，當所述四通換向閥處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態；
[0018]獲取車內溫度和車內溼度；
[0019]當所述車內溫度大於設定的溫度閾值且所述車內溼度小於設定的溼度閾值時，所述控制單元控制所述四通換向閥處於第二工作狀態；當所述四通換向閥處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態。
[0020]優選的是，所述純電動汽車熱泵空調系統的制熱模式下的控制方法包括:
[0021]所述控制單元控制所述四通換向閥處於第二工作狀態；當所述四通換向閥處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態；
[0022]獲取車外溫度；所述控制單元判斷所述車外溫度與設定的第一溫度的大小；
[0023]當所述車外溫度小於等於所述第一溫度時，所述控制單元控制所述鼓風機工作，並且所述控制單元控制所述第二 PTC加熱器以第一輸出功率工作；
[0024]當所述車外溫度大於所述第一溫度且小於等於設定的第二溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機、第一 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合，並且控制所述第二 PTC加熱器以第二輸出功率工作，所述第二輸出功率小於所述第一輸出功率；
[0025]當所述車外溫度大於所述第二溫度且小於等於設定的第三溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機、第一 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合；
[0026]當所述車外溫度大於所述第三溫度且小於等於設定的第四溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合；
[0027]所述第一溫度、第二溫度、第三溫度和第四溫度從小至大順次排列。
[0028]優選的是，所述純電動汽車熱泵空調系統的製冷模式下的控制方法包括:
[0029]所述控制單元控制壓縮機和鼓風機工作，所述控制單元控制所述第一電磁閥吸合，並且控制所述四通換向閥處於第一工作狀態；當所述四通換向閥處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態。
[0030]本發明的有益效果在於，
[0031](I)由於第一 PTC加熱器的設置,在環境溫度較低時,控制單兀開啟第一 PTC加熱器對冷凝器總成內的冷凝器的外表面進行加熱，使得在冷凝器內部進行的熱交換進行得更徹底，提高了熱泵空調系統的制熱能力，同時由於第一 PTC加熱器工作時所需的功率不高，因此，僅需要耗費較小的電能就可以達到大幅提高熱泵空調的制熱能力的目的，具有顯著的節能功效；[0032](2)熱泵空調系統制熱能力的增加，避免了擋風玻璃上結霜的情況，保證了駕駛的安全性；
[0033](3)在空調主機內增加輔助蒸發器和第二 PTC加熱器，結合本發明提供的控制方法，根據車外溫度、車內溫度和車內溼度，控制四通換向閥、壓縮機、第一 PTC加熱器、第二PTC加熱器、主蒸發器以及輔助蒸發器的工作，能夠滿足熱泵空調系統在各種模式下高效率運行的要求，達到節能的目標。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1示出了本發明實施例熱泵空調系統的結構示意圖；
[0035]圖2示出了本發明實施例熱泵空調系統的電路原理方框圖；
[0036]圖3示出了本發明實施例熱泵空調系統在除霜模式下控制方法的流程圖；
[0037]圖4示出了本發明實施例熱泵空調系統在制熱模式下控制方法的流程圖。
[0038]附圖標記說明
[0039]I 壓縮機8 第一電磁閥
[0040]2 四通換向閥9 第二電磁閥
[0041]21 第一管口10 第一雙向膨脹閥
[0042]22 第二管口11 鼓風機
[0043]23 第三管口12 主蒸發器
`[0044]24 第四管口13 第二雙向膨脹閥
[0045]31 第一管路14 第二 PTC加熱器
[0046]32 第二管路15 輔助蒸發器
[0047]33 第三管路16 空調主機
[0048]4 冷凝器17 車內溫度傳感器
[0049]5 冷凝器總成18 車內溼度傳感器
[0050]6 風機19 車外溫度傳感器
[0051]7 第一 PTC加熱器20 控制單元
【具體實施方式】
[0052]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0053]參照圖1和圖2，所述純電動汽車熱泵空調系統，包括控制單元20、壓縮機1、冷凝器總成5、第一雙向膨脹閥10、空調主機16、第一管路31、第二管路32和具有第一管口 21、第二管口 22、第三管口 23和第四管口 24的四通換向閥2。
[0054]具體地，所述第一管路31的一端連接所述第一管口 21，另一端通過所述壓縮機I連接所述第二管口 22，所述第三管口 23通過所述第二管路32順次地經所述冷凝器總成5中的冷凝器4、第一雙向膨脹閥10和所述空調主機16內的主蒸發器12連接所述第四管口24 ;所述控制單元20分別與壓縮機1、四通換向閥2、冷凝器總成5中的風機6和空調主機16內的鼓風機11電連接。所述控制單元20為中央處理器、單片機、嵌入式處理器中的一種。
[0055]在正常製冷工況下，控制單元20控制四通換向閥2處於第一工作狀態，即四通換向閥2的第一管口 21和第四管口 24連通，並且第二管口 22和第三管口 23連通，製冷劑在第一管路31和第二管路32內流動，壓縮機I將來自於主蒸發器12的低溫低壓氣態製冷劑轉變為高溫高壓的氣態製冷劑，然後進入冷凝器4中形成低溫高壓的液態製冷劑，同時放出熱量；然後進入第一雙向膨脹閥10膨脹變成汽態的液態製冷劑，進入主蒸發器12變為氣態製冷劑，同時吸收熱量。鼓風機11使經過主蒸發器12的低溫氣體流動形成製冷效果。
[0056]在熱泵工況(制熱工況)下，通過四通換向閥2的換向作用，即控制單元20控制四通換向閥2處於第二工作狀態，即四通換向閥2的第一管口 21和第三管口 23連通，並且第二管口 22與第四管口 24連通，從而使得製冷劑的流向相反，原來的主蒸發器12變為冷凝器，原來的冷凝器4變為主蒸發器，具體的製冷劑循環過程與製冷工況一致，鼓風機11使經過冷凝器(原來的主蒸發器12)的高溫氣體流動形成制熱效果。
[0057]特別地，所述熱泵空調系統還包括用於對所述冷凝器4的外表面進行加熱的第一PTC加熱器7，所述第一 PTC加熱器7與所述控制單元20通訊連接。在本發明的一優選的實施例中，所述第一 PTC加熱器7設置在所述冷凝器總成5內，並且所述第一 PTC加熱器7為低功率PTC加熱器，具體的輸出功率可按照實際實施需求來選擇。由於所述第一 PTC加熱器7的設置，在環境溫度較低時，控制單元20開啟第一 PTC加熱器7對冷凝器總成5內的冷凝器4的外表面進行加熱，使得在冷凝器4內部進行的熱交換進行得更徹底，提高了熱泵空調系統的制熱能力，同時由於第一 PTC加熱器7工作時所需的功率不高，因此，僅需要耗費較小的電能就可以達到大幅提高熱泵空調的制熱能力的目的，具有顯著的節能功效。
[0058]進一步地，為了進一步提高熱泵空調系統的制熱能力，所述熱泵空調系統還包括設置於所述空調主機16內的第二 PTC加熱器14，所述第二 PTC加熱器14與所述控制單元20電連接。
[0059]另外，熱泵空調系統在原有的一個主蒸發器12的基礎上，又增加了一個輔助蒸發器15，以更好地提高能量交換的效率，具體地:所述熱泵空調系統還包括輔助蒸發器15、第一電磁閥8、第二電磁閥9、第二雙向膨脹閥13和第三管路33，其中，所述輔助蒸發器15設置於所述空調主機16內，該輔助蒸發器15與主蒸發器12鄰近設置，兩者均位於鼓風機11的前方；所述第二管路32順次地經過所述冷凝器4和第一電磁閥8連接所述第一雙向膨脹閥10 ;所述冷凝器4上與第一電磁閥8連接的埠還與所述第三管路33的一端連接，所述第三管路33的另一端順次地經過所述第二電磁閥9、第二雙向膨脹閥13和輔助蒸發器15連接所述第四管口 24 ;所述第一電磁閥8和第二電磁閥9均與所述控制單元20電連接。所述控制單元20通過控制第一電磁閥8和第二電磁閥9的吸合與斷開，控制哪個蒸發器工作，或者控制兩個蒸發器都工作。
[0060]本發明還提供了一種純電動汽車熱泵空調系統的控制方法，以結合實時採集的車外溫度、車內溫度和車內溼度，控制熱泵空調系統更高效地運行。該控制方法包括除霜模式下的控制方法、制熱模式下的控制方法和製冷模式下的控制方法。
[0061]具體地，參照圖3，所述熱泵空調系統在除霜模式下的控制方法包括以下步驟:
[0062]步驟101:所述控制單元20控制壓縮機1、風機6、第二 PTC加熱器14和鼓風機11工作，所述控制單元20控制所述第二電磁閥9吸合，並且控制所述四通換向閥2處於第一工作狀態，當所述四通換向閥2處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態。
[0063]具體地，通過此步驟一方面不讓車內溫度上升得過塊，另一方面使車內的溼度快速減小，避免了制熱模式下由於車內溼度太大而導致的在車輛前擋風玻璃上結霜的問題。
[0064]步驟102:分別通過設置於車內的車內溫度傳感器17設置於車內的車內溼度傳感器18，獲取車內溫度和車內溼度，其中所述車內溫度傳感器17和車內溼度傳感器18均與所述控制單元20通訊連接。
[0065]步驟103:當所述車內溫度大於設定的溫度閾值(優選為5°C)且所述車內溼度小於設定的溼度閾值(優選為30%rh)時，所述控制單元20控制所述四通換向閥2處於第二工作狀態；當所述四通換向閥2處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態。
[0066]參照圖4，所述熱泵空調系統在制熱模式下的控制方法包括:
[0067]步驟201:所述控制單元20控制所述四通換向閥2處於第二工作狀態；當所述四通換向閥2處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態。
[0068]步驟202:通過設置於車外的車外溫度傳感器19獲取車外溫度，所述控制單元20接收到車外溫度傳感器19發送過來的車外溫度並判斷所述車外溫度與設定的第一溫度的大小，然後根據判斷結果執行步驟203或步驟204或步驟205或步驟206。
[0069]步驟203:當所述車外溫度小於等於所述第一溫度(優選為_7°C)時，所述控制單元20控制所述鼓風機11工作，並且所述控制單元20控制所述第二 PTC加熱器14以第一輸出功率(較高的輸出功率)工作。
[0070]具體地，此步驟中，當車外溫度較低時，制熱功能主要靠第二PTC加熱器14以較高的輸出功率工作實現，避免了由於溫度較低，熱泵空調的能量轉換效率低而帶來的制熱能力差的問題。
[0071]步驟204:當所述車外溫度大於所述第一溫度(優選為_7°C)且小於等於設定的第二溫度(優選為2°C)時，所述控制單元20控制壓縮機1、風機6、第一 PTC加熱器7和鼓風機11工作，所述控制單元20控制第一電磁閥8和第二電磁閥9均吸合，並且控制所述第二PTC加熱器14以第二輸出功率工作，所述第二輸出功率小於所述第一輸出功率。
[0072]具體地，此步驟中，當車外溫度不是很低時，此時熱泵空調具有一定的制熱能力，因此控制系統開啟熱泵空調系統，並使主蒸發器12和輔助蒸發器15同時參與能量轉換，同時使第二PTC加熱器14以較低的輸出功率工作，即此種情況下，制熱主要靠能量轉換得來，少量靠電能驅動第二 PTC加熱器14得來。
[0073]步驟205:當所述車外溫度大於所述第二溫度(優選為2°C)且小於等於設定的第三溫度(優選為7°C)時，所述控制單元20控制壓縮機1、風機6、第一 PTC加熱器7和鼓風機11工作，所述控制單元20控制第一電磁閥8和第二電磁閥9均吸合。
[0074]具體地，此步驟中，當車外溫度稍高時，此時熱泵空調具有一定的制熱能力，因此控制系統開啟熱泵空調系統，並使主蒸發器12和輔助蒸發器15同時參與能量轉換，同時使低功率的第一 PTC加熱器7工作，即此種情況下，制熱主要靠能量轉換得來，少量靠電能驅動第一 PTC加熱器7得來。
[0075]步驟206:當所述車外溫度大於所述第三溫度(優選為7°C)且小於等於設定的第四溫度(優選為14°C)時，所述控制單元20控制壓縮機1、風機6和鼓風機11工作，所述控制單元20控制第一電磁閥8和第二電磁閥9均吸合。[0076]具體地，此步驟中，當車外溫度比較高時，此時熱泵空調具有一定的制熱能力，因此控制系統僅需開啟熱泵空調系統，並使主蒸發器12和輔助蒸發器15同時參與能量轉換，即可實現所需的制熱能力。
[0077]所述熱泵空調系統在製冷模式下的控制方法包括:
[0078]所述控制單元20控制壓縮機I和鼓風機11工作，所述控制單元20控制所述第一電磁閥8吸合，並且控制所述四通換向閥2處於第一工作狀態；當所述四通換向閥2處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態。
[0079]以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本發明的構造、特徵及作用效果，以上所述僅為本發明的較佳實施例，但本發明不以圖面所示限定實施範圍，凡是依照本發明的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種純電動汽車熱泵空調系統，包括控制單元、壓縮機、冷凝器總成、第一雙向膨脹閥、空調主機、第一管路、第二管路和具有第一管口、第二管口、第三管口和第四管口的四通換向閥；所述第一管路的一端連接所述第一管口，另一端通過所述壓縮機連接所述第二管口，所述第三管口通過所述第二管路順次地經所述冷凝器總成中的冷凝器、第一雙向膨脹閥和所述空調主機內的主蒸發器連接所述第四管口 ；所述控制單元分別與壓縮機、四通換向閥、冷凝器總成中的風機和空調主機內的鼓風機電連接；其特徵在於， 所述熱泵空調系統還包括用於對所述冷凝器的外表面進行加熱的第一 PTC加熱器，所述第一 PTC加熱器與所述控制單元通訊連接。
2.根據權利要求1所述的純電動汽車熱泵空調系統，其特徵在於，所述第一PTC加熱器設置在所述冷凝器總成內。
3.根據權利要求1所述的純電動汽車熱泵空調系統，其特徵在於，所述第一PTC加熱器為低功率PTC加熱器。
4.根據權利要求1所述的純電動汽車熱泵空調系統，其特徵在於，所述熱泵空調系統還包括設置於所述空調主機內的第二 PTC加熱器，所述第二 PTC加熱器與所述控制單元電連接。
5.根據權利要求4所述的純電動汽車熱泵空調系統，其特徵在於，所述熱泵空調系統還包括: 設置於所述空調主機內的輔助蒸發器； 第一電磁閥，所述第二管路順次地經過所述冷凝器和第一電磁閥連接所述第一雙向膨脹閥；以及 第二電磁閥、第二雙向膨脹閥和第三管路，所述冷凝器上與第一電磁閥連接的埠還與所述第三管路的一端連接，所述第三管路的另一端順次地經過所述第二電磁閥、第二雙向膨脹閥和輔助蒸發器連接所述第四管口； 所述第一電磁閥和第二電磁閥均與所述控制單元電連接。
6.根據權利要求1所述的純電動汽車熱泵空調系統，其特徵在於，所述控制單元為中央處理器、單片機、嵌入式處理器中的一種。
7.根據權利要求5所述的純電動汽車熱泵空調系統的控制方法，其特徵在於，其除霜模式下的控制方法包括: 所述控制單元控制壓縮機、風機、第二 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制所述第二電磁閥吸合，並且控制所述四通換向閥處於第一工作狀態，當所述四通換向閥處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態； 犾取車內溫度和車內溼度； 當所述車內溫度大於設定的溫度閾值且所述車內溼度小於設定的溼度閾值時，所述控制單元控制所述四通換向閥處於第二工作狀態；當所述四通換向閥處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態。
8.根據權利要求7所述的純電動汽車熱泵空調系統的控制方法，其特徵在於，其制熱模式下的控制方法包括: 所述控制單元控制所述四通換向閥處於第二工作狀態；當所述四通換向閥處於第二工作狀態時，所述熱泵空調系統處於制熱狀態；獲取車外溫度；所述控制單元判斷所述車外溫度與設定的第一溫度的大小； 當所述車外溫度小於等於所述第一溫度時，所述控制單元控制所述鼓風機工作，並且所述控制單元控制所述第二 PTC加熱器以第一輸出功率工作； 當所述車外溫度大於所述第一溫度且小於等於設定的第二溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機、第一 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合，並且控制所述第二 PTC加熱器以第二輸出功率工作，所述第二輸出功率小於所述第一輸出功率； 當所述車外溫度大於所述第二溫度且小於等於設定的第三溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機、第一 PTC加熱器和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合； 當所述車外溫度大於所述第三溫度且小於等於設定的第四溫度時，所述控制單元控制壓縮機、風機和鼓風機工作，所述控制單元控制第一電磁閥和第二電磁閥均吸合； 所述第一溫度、第二溫度、第三溫度和第四溫度從小至大順次排列。
9.根據權利要求7所述的純電動汽車熱泵空調系統的控制方法，其特徵在於，其製冷模式下的控制方法包括: 所述控制單元控制壓縮機和鼓風機工作，所述控制單元控制所述第一電磁閥吸合，並且控制所述四通換向閥處於第一工作狀態；當所述四通換向閥處於第一工作狀態時，所述熱泵空調系統處於製冷狀態。
【文檔編號】F25B49/02GK103697625SQ201310731808
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】吳兵兵, 夏順禮, 張彥輝, 程劍峰, 張騰 申請人:安徽江淮汽車股份有限公司