热泵空调系统及电动汽车的制作方法

本公开涉及汽车空调系统，具体地，涉及一种热泵空调系统，还涉及一种设置有该热泵空调系统的电动汽车。

背景技术：

电动汽车没有传统汽车用来采暖的发动机余热，无法提供采暖热源。因此，电动汽车的空调系统必须自身具有供暖的功能，即采用热泵型空调系统和/或电加热供热。

公开号为CN102788397A的实用新型专利公开了一种电动汽车热泵空调系统。该热泵空调系统虽然可以在各类电动汽车中使用，但是该系统使用两个室外换热器(一个室外冷凝器和一个室外蒸发器)，导致汽车前端模块风阻较大，系统结构较复杂，影响采暖效果。

另外，该热泵空调系统中有时需要控制制冷剂节流降压或者只通过不节流，而现有的电子膨胀阀只能控制制冷剂节流或者不通过。为满足热泵系统的这种需求，现有技术要用到电子膨胀阀和电磁开关阀并联的结构。这种结构需要用到两个三通接头、六根管路，结构比较复杂，不便于安装。当电磁阀关闭，使用电子膨胀阀时，电子膨胀阀进口为中温高压的液态制冷剂，电子膨胀阀出口为低温低压的液态制冷剂，由于管路是连通的，所以电磁阀的进出口也分别跟电子膨胀阀进出口的制冷剂状态一致，电磁阀进出口的制冷剂压力温度不一样，容易对电磁阀的内部结构造成损坏。另外，由于管路比较多，会提高整个热泵空调系统的制冷剂充注量，提高成本。热泵空调系统在低温下工作时，压缩机回油会比较困难，这种复杂的结构还会不利于热泵空调系统的回油。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种热泵空调系统及电动汽车，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供一种热泵空调系统，包括压缩机、室内冷凝器、室内蒸发器、室外换热器和两个膨胀开关阀，每个膨胀开关阀包括阀体，该阀体上形成有第一流道口、第二流道口、第三流道口以及连通在所述第一流道口、所述第二流道口和所述第三流道口之间的内部流道，所述内部流道上安装有第一阀芯和第二阀芯，所述第一阀芯使得所述第一流道口和所述第三流道口直接连通或断开连通，所述第二阀芯使得所述第二流道口和所述第三流道口通过节流孔连通或断开连通，所述两个膨胀开关阀包括第一膨胀开关阀和第二膨胀开关阀，所述压缩机的出口与所述室内冷凝器的入口连通，所述室内冷凝器的出口与所述第一膨胀开关阀的第二流道口连通，所述第一膨胀开关阀的第三流道口与所述室外换热器的入口连通，所述室外换热器的出口与所述第二膨胀开关阀的第三流道口连通，所述第二膨胀开关阀的第一流道口与所述压缩机的入口连通，所述第二膨胀开关阀的第二流道口与所述室内蒸发器的入口连通，所述室内蒸发器的出口与所述压缩机的入口连通，所述压缩机的出口或所述室内冷凝器的出口还与所述第一膨胀开关阀的第一流道口连通。

可选地，所述室内蒸发器的出口经由单向阀与所述压缩机的入口连通。

可选地，所述热泵空调系统应用于电动汽车，所述第二膨胀开关阀的第一流道口和所述压缩机之间还设置有板式换热器，该板式换热器同时设置在所述电动汽车的电机冷却系统中。

可选地，所述电机冷却系统包括与所述板式换热器串联以形成回路的电机、电机散热器和水泵。

可选地，所述系统还包括气液分离器，所述室内蒸发器的出口和所述第二膨胀开关阀的第一流道口分别与所述气液分离器的入口连通，所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口连通。

可选地，每个膨胀开关阀的第三流道口设置在所述第一阀芯和所述第二阀芯之间。

可选地，每个膨胀开关阀的内部流道包括分别与所述第一流道口和所述第二流道口连通的第一流道和第二流道，所述第一流道上形成有与所述第一阀芯配合的第一阀口，所述节流孔形成在所述第二流道上以形成为与所述第二阀芯配合的第二阀口，所述第一流道和所述第二流道交汇于所述第二阀口的下游并与所述第三流道口连通。

可选地，所述第一阀芯和第二阀芯相互平行。

可选地，每个膨胀开关阀的第一阀芯沿移动方向与所述第一阀口同轴布设以可选择地封堵或脱离所述第一阀口。

可选地，每个膨胀开关阀的第一阀芯包括第一阀杆和连接在该第一阀杆端部的第一堵头，该第一堵头用于密封压靠在所述第一阀口的端面上以封堵所述第一流道。

可选地，每个膨胀开关阀的第二阀芯沿移动方向与所述第二阀口同轴布设以可选择地封堵或脱离所述第二阀口。

可选地，每个膨胀开关阀的第二阀芯包括第二阀杆，该第二阀杆的端部形成为锥形头结构，所述第二阀口形成为与该锥形头结构相配合的锥形孔结构。

可选地，所述第一膨胀开关阀的第二流道与第三流道口相互垂直，所述第一膨胀开关阀的第一流道形成为与所述第一膨胀开关阀的第二流道相互平行的第一通孔，所述第一膨胀开关阀的第二流道口通过开设在所述第一膨胀开关阀的第二流道侧壁上的第二通孔与所述第一膨胀开关阀的第二流道连通，所述第一膨胀开关阀的第一通孔和第二通孔分别与所述第一膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口连通。

可选地，所述第一膨胀开关阀的第一通孔和第二流道分别通过所述第一膨胀开关阀的第三通孔和第四通孔与所述第一膨胀开关阀的第三流道口连通，所述第一膨胀开关阀的第三通孔和第四通孔同轴且相向开设，并与所述第一膨胀开关阀的第三流道口相互垂直。

可选地，所述第一膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口相互平行地开设于所述第一膨胀开关阀的阀体的同一侧上，所述第一膨胀开关阀的第三流道口分别平行于所述第一膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口。

可选地，所述第二膨胀开关阀的第二流道与第二流道口同向开设，所述第二膨胀开关阀的第一流道与第一流道口同向开设，且形成为与所述第二膨胀开关阀的第二流道相互平行的第一通孔，所述第二膨胀开关阀的第三流道口通过开设在所述第二膨胀开关阀的第二流道侧壁上的第二通孔与所述第二膨胀开关阀的第二流道连通，所述第二膨胀开关阀的第一通孔和第二通孔分别与所述第二膨胀开关阀的第三流道口连通。

可选地，所述第二膨胀开关阀的第三流道口通过所述第二膨胀开关阀的第三通孔和所述第二膨胀开关阀的第一通孔连通，所述第二膨胀开关阀的第三流道口通过所述第二膨胀开关阀的第四通孔和所述第二膨胀开关阀的第二通孔连通，所述第二膨胀开关阀的第三通孔、第四通孔和所述第二膨胀开关阀的第二通孔同轴设置，所述第二膨胀开关阀的第三通孔与第四通孔反向开设，且垂直于所述第二膨胀开关阀的第一通孔。

可选地，所述第二膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口相互平行地开设于所述第二膨胀开关阀的阀体的同一侧上，所述第二膨胀开关阀的第三流道口分别与所述第二膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口垂直。

可选地，每个膨胀开关阀的阀体包括形成所述内部流道的阀座和安装在该阀座上的第一阀壳和第二阀壳，所述第一阀壳内安装有用于驱动所述第一阀芯的第一电磁驱动部，所述第二阀壳内安装有用于驱动所述第二阀芯的第二电磁驱动部，所述第一阀芯从所述第一阀壳延伸至所述阀座内的所述内部流道，所述第二阀芯从所述第二阀壳延伸至所述阀座内的所述内部流道。

可选地，所述第一膨胀开关阀的阀座形成为多面体结构，所述第一膨胀开关阀的第一阀壳和第二阀壳设置在该多面体结构的同一表面上，所述第一膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口设置在该多面体结构的同一表面上，且所述第一膨胀开关阀的第一阀壳、第一流道口和第三流道口分别设置在该多面体结构的不同表面上，其中，所述第一膨胀开关阀的第一阀壳和第二阀壳的安装方向相互平行，所述第一膨胀开关阀的第一流道口和第三流道口的开口方向相互平行。

可选地，所述第二膨胀开关阀的阀座形成为多面体结构，所述第二膨胀开关阀的第一阀壳和第二阀壳设置在该多面体结构的同一表面上，所述第二膨胀开关阀的第一流道口和第二流道口设置在该多面体结构的同一表面上，且所述第二膨胀开关阀的第一阀壳、第一流道口和第三流道口分别设置在该多面体结构的不同表面上，其中，所述第二膨胀开关阀的第一阀壳和第二阀壳的安装方向相互平行，所述第二膨胀开关阀的第一流道口和第三流道口的开口方向相互垂直。

根据本公开的第二方面，提供一种电动汽车，包括根据本公开的第一方面提供的所述热泵空调系统。

本公开提供的热泵空调系统，在不改变制冷剂循环方向的情况下即可实现汽车空调系统制冷和制热、室外侧换热器除霜功能，且能满足同时制冷采暖的需求。在室外换热器旁通除霜过程中，仍能满足车内采暖需求。此外，由于本公开的热泵空调系统仅采用一个室外换热器，因此能够减小汽车前端模块的风阻，解决了无发动机余热循环系统的纯电动车或混合动力车使用纯电动模式的汽车热泵空调系统采暖能效低、无法满足除霜除雾法规要求、安装复杂等问题，达到降低能耗、简化系统结构，方便管路布置的效果。此外，通过在热泵空调系统中安装第一膨胀开关阀和第二膨胀开关阀，可以极大地简化管路连接，降低成本，并且减少整个热泵空调系统的制冷剂充注量，便于压缩机回油；另外，本公开提供的热泵空调系统具有结构简单的特点，因此易于批量生产。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图；

图2是根据本公开的另一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图；

图3是根据本公开的另一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图；

图4是根据本公开的另一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图；

图5是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的沿一个方向的立体结构示意图；

图6是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的沿另一个方向的立体结构示意图；

图7是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的剖面结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态，第二阀口处于闭合状态；

图8是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的另一剖面结构示意图，其中，第一阀口处于闭合状态，第二阀口处于打开状态；

图9是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的第一内部结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态；

图10是根据本公开的一示例性实施方式提供的第一膨胀开关阀的第二内部结构示意图，其中，第二阀口处于打开状态；

图11是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的沿一个方向的立体结构示意图；

图12是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的沿另一个方向的立体结构示意图；

图13是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的剖面结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态，第二阀口处于闭合状态；

图14是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的另一剖面结构示意图，其中，第一阀口处于闭合状态，第二阀口处于打开状态；

图15是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的第一内部结构示意图，其中，第一阀口处于打开状态；

图16是根据本公开的一示例性实施方式提供的第二膨胀开关阀的第二内部结构示意图，其中，第二阀口处于打开状态。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是相对于附图的图面方向而言的，“上游、下游”是相对于媒介，如，制冷剂的流动方向而言的，具体地，朝向制冷剂的流动方向为下游，背离制冷剂的流动方向为上游，“内、外”是指相应部件轮廓的内与外。

在本公开中，电动汽车可以包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。

图1是根据本公开的一种实施方式的热泵空调系统的结构示意图。如图1所示，该系统可以包括：HVAC(采暖通风及空调，Heating Ventilation and Air Conditioning)总成600和风门机构(未示出)，其中，风门机构可以用于导通通向室内蒸发器602和室内冷凝器601的风道。此外，所述系统还包括第一膨胀开关阀1、第二膨胀开关阀2、压缩机604和室外换热器605。其中，HVAC总成600可以包括室内冷凝器601和室内蒸发器602。压缩机604的出口与室内冷凝器601的入口连通，室内冷凝器601的出口与第一膨胀开关阀1的第二流道口10b连通，第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605的入口连通，室外换热器605的出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c连通，第二膨胀开关阀2的第一流道口20a与压缩机604的入口连通，第二膨胀开关阀2的第二流道口20b与室内蒸发器602的入口连通，室内蒸发器602的出口与压缩机604的入口连通，室内冷凝器601的出口还与第一膨胀开关阀1的第一流道口10a连通。换言之，室外换热器605的出口选择性地经由第一膨胀开关阀1的通流流道或节流流道与室外换热器605的入口连通。

在本公开中，膨胀开关阀是同时具有膨胀阀功能(亦可称为电子膨胀阀功能)和开关阀功能(亦可称为电磁阀功能)的阀门，可以将其视为是开关阀与膨胀阀的集成。在膨胀开关阀的内部形成有通流流道和节流流道，当膨胀开关阀作为开关阀使用时，其内部的通流流道导通，此时形成通流支路；当膨胀开关阀作为膨胀阀使用时，其内部的节流流道导通，此时形成节流支路。

需要说明的是，上述“第一流道口”、“第二流道口”和“第三流道口”是指膨胀开关阀的内部流道的终端，可以用于与管道连接，例如，该“第一流道口”、“第二流道口”和“第三流道口”可以为膨胀开关阀的进口或出口。

图2示出了根据本公开的另一实施方式的热泵空调系统的结构示意图。如图3所示，该热泵空调系统还可以包括气液分离器611和单向阀615，其中，室内蒸发器602的出口和第二膨胀开关阀2的第一流道口20a分别与气液分离器611的入口连通，气液分离器611的出口与压缩机604的入口连通。这样，经室内蒸发器602或者第二膨胀开关阀2的第一流道口20a流出的制冷剂可以首先经过气液分离器611进行气液分离，分离出的气体再回流到压缩机604中，从而防止液态制冷剂进入到压缩机604而损坏压缩机604，从而可以延长压缩机604的使用寿命，并提高整个热泵空调系统的效率。室内蒸发器602的出口通过单向阀615与气液分离器611的入口连通。这里，设置单向阀615是为了防止在低温采暖模式(以下将详细描述)下制冷剂回流至室内蒸发器602，影响采暖效果。

下面将以图2为例来详细描述本公开提供的热泵空调系统在不同的工作模式下的循环过程及原理。应当理解的是，其他实施方式(例如，图1所示的实施方式)下的系统循环过程及原理与图2是相似的，此处就不再一一赘述。

模式一：高温制冷模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个高温制冷循环系统。如图2所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连。此时，通过风门机构控制风不经过室内冷凝器601，由于无风经过，因此，在室内冷凝器601内不会进行热交换，该室内冷凝器601仅作为流道使用，此时室内冷凝器601出口仍为高温高压的气体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第一流道口10a与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起开关阀作用，仅作为流道流过，此时第一膨胀开关阀1的第三流道口10c仍为高温高压的气体。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605与室外空气换热，把热量散发到空气中，室外换热器605出口为中温高压的液体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。第二膨胀开关阀2可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口之间的压力-温度传感器的压力和温度采集数据计算蒸发器出口制冷剂过热度来调节。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b与室内蒸发器602的入口相连，低温低压液体在室内蒸发器602内进行蒸发，使得室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602的出口与单向阀615的入口相连，单向阀615的出口与气液分离器611的入口相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中风的流向仅流经室内蒸发器602，室内冷凝器601无风经过，仅作为制冷剂流道流过。

模式二：低温采暖模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个低温采暖循环系统。如图2所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连，此时，室内冷凝器601有风经过，高温高压的气体在室内冷凝器601内进行冷凝，使得室内冷凝器601出口为中温高压的液体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第二流道口10b与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起膨胀阀的作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压的液体。其中，第一膨胀开关阀1的开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在压缩机604的出口处的压力-温度传感器的温度采集数据(即压缩机排气温度)的多少来调节。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605的入口相连，室外换热器605吸收室外空气的热量，室外换热器605出口为低温低压的气体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第一流道口20a连通，制冷剂不经过室内蒸发器602直接进入气液分离器611中，未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中的风同时流经室内冷凝器601和室内蒸发器602。

模式三：同时制冷采暖模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个制冷采暖同时开循环系统。如图2所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连，高温高压的气体在室内冷凝器601内进行冷凝，使得室内冷凝器601出口为中温高压的液体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第二流道口10b与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起膨胀阀的作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。其中，第一膨胀开关阀1的开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在压缩机604的出口处的压力-温度传感器的温度采集数据(即压缩机排气温度)的多少来调节。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605出口为低温低压的液体，通过不完全蒸发使其出口为低温低压的气液混合体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第二膨胀开关阀2的第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件再节流一次，第二膨胀开关阀2的第二流道口20b的出口为低温低压的气液混合体。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b与室内蒸发器602相连，低温低压的液体在室内蒸发器602内进行蒸发，使得室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中的风同时流经室内冷凝器601和室内蒸发器602。

模式四：室外换热器除霜模式。如图2所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，与室内冷凝器601相连。此时，室内冷凝器601仅作为流道流过，室内冷凝器601出口仍为高温高压的气体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第一流道口10a与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起开关阀作用，仅作为流道流过，此时第一膨胀开关阀1的第三流道口10c仍为高温高压的气体。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605与室外空气换热，把热量散发到空气中，室外换热器605出口为中温高压的液体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与该第二膨胀开关阀2的第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。第二膨胀开关阀2开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口之间的压力-温度传感器的压力和温度采集数据计算蒸发器出口制冷剂过热度来调节。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b出口与室内蒸发器602相连，室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600可不开风。

在低温采暖模式、以及同时制冷采暖模式下，为了提高采暖能力，优选地，如图3所示，在整个热泵空调系统中设置了板式换热器612，该板式换热器612同时也被设置在电动汽车的电机冷却系统中。这样，可以利用电机冷却系统的余热给空调系统制冷剂加热，从而可提高压缩机604的吸气温度和吸气量。板式换热器612可以设置在第二膨胀开关阀2的第一流道口20a和压缩机604之间，即，板式换热器612的制冷剂入口612a与第二膨胀开关阀的第一流道口10a连通，板式换热器612的制冷剂出口612b与气液分离器611的入口连通。

与此同时，板式换热器612同时设置在电机冷却系统中。如图3所示，电机冷却系统可以包括与板式换热器612串联以形成回路的电机、电机散热器613和水泵614。这样，制冷剂能够通过板式换热器612与电机冷却系统中的冷却液进行热交换。

在本公开提供的第一种热泵空调系统中，可使用R134a、R410a、R32、R290等各种制冷剂，优先选用中高温制冷剂。

图4是根据本公开的第二种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图，如图4所示，该热泵空调系统可以包括上文所介绍的第一膨胀开关阀1、第二膨胀开关阀2、HVAC总成600和风门机构。如图2和图4所示，该第二种实施方式提供的热泵空调系统与第一种实施方式提供的热泵空调系统的结构类似，在此只重点介绍两种实施方式的不同之处。具体地，如图4所示，在本公开提供的第二种实施方式中，压缩机604具有第一出口604a和第二出口604b，其中，第一出口604a依次经由室内冷凝器601和第一膨胀开关阀1的节流流道与室外换热器605连通，第二出口604b经由该第一膨胀开关阀1的通流流道与室外换热器605连通，即，压缩机604的出口还与第一膨胀开关阀1的第一流道口10a连通。而如图2所示，在本公开提供的第一种实施方式中，压缩机604具有唯一的一个出口，并与室内冷凝器601连通，室内冷凝器601的出口则选择性地经由第一膨胀开关阀1的节流流道或通流流道与室外换热器605的入口连通。换言之，第二种实施方式中，从压缩机604流出的制冷剂并不全部都经过室内冷凝器601，而是选择性地经由其第一出口604a流向室内冷凝器601，或者经由其第二出口604b流向第一膨胀开关阀1。例如，当热泵空调系统处于高温制冷模式或室外换热器除霜模式下时，制冷剂可以绕过室内冷凝器601而直接流向室外换热器605，以此方式能够减少热泵空调系统循环所需的制冷剂总量。而在第一种实施方式中，从室内冷凝器601的出口流出的制冷剂必须全部流向室内冷凝器601，随后选择性地经由第一膨胀开关阀1的节流流道或通流流道流向室外换热器605。

进一步地，如图4所示，该热泵空调系统还可以包括气液分离器611和单向阀615，其中，室内蒸发器602的出口和第二膨胀开关阀2的第一流道口20a分别与气液分离器611的入口连通，气液分离器611的出口与压缩机604的入口连通。这样，经室内蒸发器602或者第二膨胀开关阀2的第一流道口20a流出的制冷剂可以首先经过气液分离器611进行气液分离，分离出的气体再回流到压缩机604中，从而防止液态制冷剂进入到压缩机604而损坏压缩机604，从而可以延长压缩机604的使用寿命，并提高整个热泵空调系统的效率。室内蒸发器602的出口通过单向阀615与气液分离器611的入口连通。这里，设置单向阀615是为了防止在低温采暖模式(以下将详细描述)下制冷剂回流至室内蒸发器602，影响采暖效果。

下面将以图4为例来详细本公开提供的热泵空调系统在不同的工作模式下的循环过程及原理。

模式一：高温制冷模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个高温制冷循环系统。如图4所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，压缩机604的第二出口604b经由第一膨胀开关阀1的第一流道口10a与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起开关阀作用，仅作为流道流过，此时第一膨胀开关阀1的第三流道口10c仍为高温高压的气体。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605与室外空气换热，把热量散发到空气中，室外换热器605出口为中温高压的液体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。第二膨胀开关阀2可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口之间的压力-温度传感器的压力和温度采集数据计算蒸发器出口制冷剂过热度来调节。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b与室内蒸发器602的入口相连，低温低压液体在室内蒸发器602内进行蒸发，使得室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602的出口与单向阀615的入口相连，单向阀615的出口与气液分离器611的入口相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中风的流向仅流经室内蒸发器602，室内冷凝器601无风经过，仅作为制冷剂流道流过。

模式二：低温采暖模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个低温采暖循环系统。如图4所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，压缩机604的第一出口604a与室内冷凝器601的入口连通，此时，室内冷凝器601有风经过，高温高压的气体在室内冷凝器601内进行冷凝，使得室内冷凝器601出口为中温高压的液体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第二流道口10b与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起膨胀阀的作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压的液体。其中，第一膨胀开关阀1的开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在压缩机604的出口处的压力-温度传感器的温度采集数据(即压缩机排气温度)的多少来调节。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605的入口相连，室外换热器605吸收室外空气的热量，室外换热器605出口为低温低压的气体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第一流道口20a连通，该第一流道口20a与气液分离器611相连，制冷剂不经过室内蒸发器602直接进入气液分离器611中，未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中的风同时流经室内冷凝器601和室内蒸发器602。

模式三：同时制冷采暖模式。在系统处于该模式下时，整个系统形成一个制冷采暖同时开循环系统。如图4所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，压缩机604的第一出口604a与室内冷凝器601的入口连通，此时，室内冷凝器601有风经过，高温高压的气体在室内冷凝器601内进行冷凝，使得室内冷凝器601出口为中温高压的液体。室内冷凝器601出口经由第一膨胀开关阀1的第二流道口10b与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起膨胀阀的作用，作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。其中，第一膨胀开关阀1的开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在压缩机604的出口处的压力-温度传感器的温度采集数据(即压缩机排气温度)的多少来调节。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605出口为低温低压的液体，通过不完全蒸发使其出口为低温低压的气液混合体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道口20c与第二膨胀开关阀2的第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件再节流一次，第二膨胀开关阀2的第二流道口20b的出口为低温低压的气液混合体。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b与室内蒸发器602相连，低温低压的液体在室内蒸发器602内进行蒸发，使得室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600中的风同时流经室内冷凝器601和室内蒸发器602。

模式四：室外换热器除霜模式。如图4所示，首先，压缩机604经过压缩排出高温高压的气体，压缩机604的第二出口604b经由第一膨胀开关阀1的第一流道口10a与该第一膨胀开关阀1的第三流道口10c连通，此时第一膨胀开关阀1起开关阀作用，仅作为流道流过，此时第一膨胀开关阀1的第三流道口10c仍为高温高压的气体。第一膨胀开关阀1的第三流道口10c与室外换热器605相连，室外换热器605与室外空气换热，把热量散发到空气中，室外换热器605出口为中温高压的液体。此时，室外换热器605出口与第二膨胀开关阀2的第三流道口20c相连，该第三流道哭20c与该第二膨胀开关阀2的第二流道口20b连通，第二膨胀开关阀2作为节流元件起到节流作用，其出口为低温低压液体。第二膨胀开关阀2开度可以根据实际需求给予一定的开度，此开度可以根据安装在室内蒸发器602的出口与气液分离器611的入口之间的压力-温度传感器的压力和温度采集数据计算蒸发器出口制冷剂过热度来调节。第二膨胀开关阀2的第二流道口20b出口与室内蒸发器602相连，室内蒸发器602出口为低温低压的气体。室内蒸发器602与气液分离器611相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器611分离，最后低温低压的气体回到压缩机604中，由此形成一个循环。此时HVAC总成600可不开风。

在低温采暖模式、以及同时制冷采暖模式下，为了提高采暖能力，优选地，在整个热泵空调系统中可以设置板式换热器(未示出)，该板式换热器同时也被设置在电动汽车的电机冷却系统中。这样，可以利用电机冷却系统的余热给空调系统制冷剂加热，从而可提高压缩机604的吸气温度和吸气量。板式换热器可以设置在第二膨胀开关阀2的第一流道口20a和压缩机604之间，即，板式换热器的制冷剂入口与第二膨胀开关阀的第一流道口10a连通，板式换热器的制冷剂出口与气液分离器611的入口连通。

与此同时，板式换热器同时设置在电机冷却系统中。电机冷却系统可以包括与板式换热器串联以形成回路的电机、电机散热器和水泵。这样，制冷剂能够通过板式换热器与电机冷却系统中的冷却液进行热交换。

综上所述，本公开提供的热泵空调系统，在不改变制冷剂循环方向的情况下即可实现汽车空调系统制冷和制热、室外侧换热器除霜功能，且能满足同时制冷采暖的需求。在室外换热器旁通除霜过程中，仍能满足车内采暖需求。此外，由于本公开的热泵空调系统仅采用一个室外换热器，因此能够减小汽车前端模块的风阻，解决了无发动机余热循环系统的纯电动车或混合动力车使用纯电动模式的汽车热泵空调系统采暖能效低、无法满足除霜除雾法规要求、安装复杂等问题，达到降低能耗、简化系统结构，方便管路布置的效果。本公开提供的热泵空调系统具有结构简单的特点，因此易于批量生产。

如上所述，在本公开中，膨胀开关阀是同时具有膨胀阀功能和开关阀功能的阀门，可以将其视为是开关阀与膨胀阀的集成。在下文中将依次介绍第一膨胀开关阀1和第二膨胀开关阀2的示例实施方式。

[第一膨胀开关阀1]

如图5至图10所示，本公开提供一种膨胀开关阀，包括阀体10，其中，该阀体10上形成有第一流道口10a、第二流道口10b、第三流道口10c以及连通在该第一流道口10a、第二流道口10b和第三流道口10c之间的内部流道，内部流道上安装有第一阀芯11a和第二阀芯12a，第一阀芯11a使得第一流道口10a和第三流道口10c直接连通或断开连通，第二阀芯12a使得第二流道口10b和第三流道口10c通过节流孔13a连通或断开连通。

其中，第一阀芯11a所实现的“直接连通”是指从阀体10的第一流道口10a进入的冷却剂可以越过第一阀芯11a而通过内部流道不受影响地直接流到阀体10的第三流道口10c，第一阀芯11a所实现的“断开连通”是指从阀体10的第一流道口10a进入的冷却剂无法越过第一阀芯11a而不能通过内部流道流向阀体10的第三流道口10c。第二阀芯12a所实现的“通过节流孔连通”是指从阀体10的第二流道口10b进入的冷却剂可以越过第二阀芯12a而通过节流孔的节流后流到阀体10的第三流道口10c，而第二阀芯12a所实现的“断开连通”是指从阀体10的第二流道口10b进入的冷却剂无法越过第二阀芯12a而不能通过节流孔13a流到阀体10的第三流道口10c。

换言之，该膨胀开关阀至少具有第一工作位置、第二工作位置和第三工作位置，在第一工作位置时，第一阀芯11a使得第一流道口10a和第三流道口10c直接连通，第二阀芯12a使得第二流道口10b和第三流道口10c断开连通；在第二工作位置时，第一阀芯11a使得第一流道口10a和第三流道口10c断开连通，第二阀芯12a使得第二流道口10b和第三流道口10c通过节流孔13a连通；在第三工作位置时，第一阀芯11a使得第一流道口10a和第三流道口10c断开连通，第二阀芯12a使得第二流道口10b和第三流道口10c断开连通。

这样，通过对第一阀芯11a和第二阀芯12a的控制，本公开提供的膨胀开关阀可以使得从第一流道口10a和第二流道口10b进入的冷却剂总共至少实现三种状态。即，1)截止状态；2)越过第一阀芯11a的直接连通状态；以及3)越过第二阀芯12a的节流连通方式。

其中，高温高压的液态制冷剂再经过节流孔13a节流后，可以成为低温低压的雾状的液压制冷剂，可以为制冷剂的蒸发创造条件，即节流孔13a的横截面积小于第一流道口10a、第二流道口10b和第三流道口10c的横截面积，并且可以通过控制第二阀芯调节节流孔13a的开度大小，以控制流经节流孔13a的流量，防止因制冷剂过少产生的制冷不足，以及防止因制冷剂过多而使得压缩机产生液击现象。即，第二阀芯12a和阀体10的配合可以使得膨胀开关阀具有膨胀阀的功能。

这样，通过在具有第一流道口10a、第二流道口10b和第三流道口10c的同一阀体10的内部流道上安装第一阀芯11a和第二阀芯12a，以实现第一流道口、第二流道口和第三流道口10c之间的通断控制或节流控制功能，结构简单，易于生产和安装，且当本公开提供的膨胀开关阀应用于热泵系统时，可以减少整个热泵系统的制冷剂充注量，降低成本，简化管路连接，更利于热泵系统的回油。

作为阀体10的一种示例性的内部安装结构，如图5至图10所示，阀体10包括形成内部流道的阀座100a和安装在该阀座100a上的第一阀壳101a和第二阀壳102a，第一阀壳101a内安装有用于驱动第一阀芯11a的第一电磁驱动部103a，第二阀壳102a内安装有用于驱动第二阀芯12a的第二电磁驱动部104a，第一阀芯11a从第一阀壳101a延伸至阀座100a内的内部流道，第二阀芯12a从第二阀壳102a延伸至阀座100a内的内部流道。

其中，通过对第一电磁驱动部103a，如，电磁线圈，的通断电的控制能够方便地控制第一阀芯11a在内部流道的位置，进而控制第一流道口10a和第三流道口10c直接连通或断开连通；通过对第二电磁驱动部104a，如，电磁线圈，的通断电的控制能够方便地控制第二阀芯12a在内部流道的位置，从而控制第二流道口10b和第三流道口10c是否与节流孔13a连通。换言之，阀体10内并联安装有电子膨胀阀和电磁阀，因而能够实现膨胀开关阀的通断和/或节流的自动化控制，且简化管路走向。

为充分利用膨胀开关阀的各个方向的空间位置，避免膨胀开关阀和不同管路连接产生干涉，阀座100a形成为多面体结构，第一阀壳101a和第二阀壳102a设置在该多面体结构的同一表面上，第一流道口10a和第二流道口10b设置在该多面体结构的同一表面上，且第一阀壳101a、第一流道口10a和第三流道口10c分别设置在该多面体结构的不同表面上，其中，第一阀壳101a和第二阀壳102a的安装方向相互平行，第一流道口10a和第三流道口10c的开口方向相互平行。这样，可以将进口、出口管路连接在多面体结构的不同表面上，能够避免管路布置凌乱、纠缠的问题。

作为电磁膨胀阀的一种典型的内部结构，如图7至图10所示，内部流道包括分别与第一流道口10a和第二流道口10b连通的第一流道14a和第二流道15a，第一流道14a上形成有与第一阀芯11a配合的第一阀口16a，节流孔13a形成在第二流道15a上以形成为与第二阀芯12a配合的第二阀口17a，第一流道14a和第二流道15a交汇于第二阀口17a的下游并与第三流道口10c连通。

即，通过变换第一阀芯11a在内部流道的位置来实现对第一阀口16a的关闭或打开，进而控制连通第一流道口10a和第三流道口10c的节流流道的截断或导通，从而可以实现上文描述的电磁阀的连通或断开连通的功能。同样地，通过变换第二阀芯12a在内部流道的位置来实现对第二阀口17a的关闭或打开，进而控制连通第二流道口10b和第三流道口10c的通流流道的截断或导通，从而可以实现电子膨胀阀的节流功能。

第一流道14a可以以任意合适的布置方式连通第一流道口10a和第三流道口10c，第二流道15a可以以任意合适的布置方式连通第二流道口10b和第三流道口10c，为减少阀体的整体占用空间，如图7和图8所示，第二流道15a与第三流道口10c相互垂直，第一流道14a形成为与第二流道15a相互平行的第一通孔14A，第二流道口10b通过开设在第二流道15a侧壁上的第二通孔15A与第二流道15a连通，第一通孔14A和第二通孔15A分别与第一流道口10a和第二流道口10b连通。

为最大程度地缩短内部流道的总长度，如图7和图8所示，第一通孔14A和第二流道15a分别通过第三通孔18a和第四通孔19a与第三流道口10c连通，第三通孔18a和第四通孔19a同轴且相向开设，并与第三流道口10c相互垂直。以此方式，能够保证阀体10内的内部流道的总长度最短，从而保证制冷剂能够迅速地流过该膨胀开关阀。

为方便阀体10的第一流道口、第二流道口和第三流道口分别与不同管路的管接头相连，如图5至图10所示，第一流道口10a和第二流道口10b相互平行地开设于阀体10的同一侧上，第三流道口10c分别平行于第一流道口10a和第二流道口10b。这样，位于阀体10的上下游的管路的管接头可以分别安装到该阀体10的相对两侧，且防止不同管路布置凌乱、纠缠的情况。

进一步地，为最大程度地缩短内部流道的总长度，如图7和图8所示，第三流道口10c设置在第一阀芯11a和第二阀芯12a之间。

需要说明的是，此处的第三流道口10c设置在第一阀芯11a和第二阀芯12a之间，表示第三流道口10c在由第一阀芯11a和第二阀芯12a组成的平面上的投影，位于第一阀芯11a和第二阀芯12a之间。

第一阀芯11a和第二阀芯12a可以以任意合适的角度设置，在一种示例性的实施方式中，为方便布置，如图7和图8所示，第一阀芯11a和第二阀芯12a相互平行。

如图7和图8所示，为便于实现第一阀口16a的关闭和打开，第一阀芯11a沿移动方向与第一阀口16a同轴布设以可选择地封堵或脱离第一阀口16a。

为便于实现第二阀口17a的关闭和打开，如图7和图8所示，第二阀芯12a沿移动方向与第二阀口17a同轴布设以可选择地封堵或脱离第二阀口17a。

进一步地，如图7和图8所示，为保证第一阀芯11a对第一流道14a堵塞的可靠性，第一阀芯11a可以包括第一阀杆110a和连接在该第一阀杆110a端部的第一堵头111a，该第一堵头111a用于密封压靠在第一阀口16a的端面上以封堵第一流道14a。

为便于调节膨胀开关阀的节流孔13a的开度大小，如图7和图8所示，第二阀芯12a包括第二阀杆120a，该第二阀杆120a的端部形成为锥形头结构，第二阀口17a形成为与该锥形头结构相配合的锥形孔结构。

其中，膨胀开关阀的节流孔13a开度可以通过第二阀芯12a的上下移动来调节，而第二阀芯12a的上下移动可以通过第二电磁驱动部104a来调节。若膨胀开关阀的节流孔13a的开度为零，如图8所示，第二阀芯12a处于最低位置，第二阀芯12a封堵第二阀口17a，制冷剂完全不能通过节流孔13a，即第二阀口17a；若膨胀开关阀节流孔13a具有开度，如图9所示，第二阀芯12a的端部的锥形头结构与节流孔13a之间具有空隙，制冷剂节流后再流至第三流道口10c。若需要增加膨胀开关阀的节流开度时，可以通过控制第二电磁驱动部104a，使得第二阀芯12a向上移动，以使得锥形头结构远离节流孔13a，从而实现节流孔13a开度的变大；相反，当需要减少膨胀开关阀的节流孔13a的开度时，可以驱使第二阀芯12a相下移动即可。

使用时，当只需要使用膨胀开关阀的电磁阀功能时，即当膨胀开关阀位于上述的第一工作位置时，如图7和图9所示，第一电磁驱动部103a断电，第一阀芯11a的第一堵头111a脱离第一阀口16a，第一阀口16a处于打开状态；第二电磁驱动部104a通电，第二阀芯12a处于最低位置，第二阀芯12a封堵节流孔13a，制冷剂无法从第二流道口10b通过第二流道15a流向第三流道口10c，只能从第一流道口10a依次通过第一阀口16a、第一通孔14A和第三通孔18a流入至第三流道口10c中。

需要说明的是，图7和图9中的带箭头的虚线代表制冷剂在使用电磁阀功能时的流通路线以及走向。

当只需要使用膨胀开关阀的电子膨胀阀功能时，即当膨胀开关阀位于上述的第二工作位置时，如图8和图10所示，第一电磁驱动部103a通电，第一阀芯11a的第一堵头111a封堵第一阀口16a，第一阀口16a处于关闭状态；第二电磁驱动部104a断电，第二阀芯12a处于最高位置，第二阀芯12a脱离节流孔13a，制冷剂无法从第一流道口10a通过第一流道14a流向第三流道口10c，只能从第二流道口10b依次通过第二通孔15A、节流孔13a和第四通孔19a流入至第三流道口10c中，并且可以上下移动第二阀芯12a来调节节流孔13a的开度的大小。

需要说明的是，图8和图10中的带箭头的虚线代表制冷剂在使用电子膨胀阀功能时的流通路线以及走向。

当不需要同时使用膨胀开关阀的电磁阀功能和电子膨胀阀功能时，即当膨胀开关阀位于上述的第三工作位置时，第一电磁驱动部103a通电，第一阀芯11a的第一堵头111a封堵第一阀口16a，第一阀口16a处于关闭状态；第二电磁驱动部104a通电，第二阀芯12a处于最低位置，第二阀芯12a封堵节流孔13a，制冷剂无论从第一流道口10a还是第二流道口10b都无法流向第三流道口10c，即内部流道处于截止状态。

[第二膨胀开关阀2]

如图11至16所示，本公开还提供一种膨胀开关阀，该膨胀开关阀与上述详细介绍的第一膨胀开关阀的结构基本相同，在此只介绍二者的不同之处。

在第二膨胀开关阀2中，为最大程度地缩短内部流道的总长度，如图13和图14所示，第二流道25a与第二流道口20b同向开设，第一流道24a与第一流道口20a同向开设，且形成为与第二流道25a相互平行的第一通孔24A，第三流道口20c通过开设在第二流道25a侧壁上的第二通孔25A与第二流道25a连通，第一通孔24A和第二通孔25A与第三流道口20c分别连通。

进一步地，为最大程度地缩短内部流道的总长度，如图13和图14所示，第三流道口20c通过第三通孔28a和第一通孔24A连通，第三流道口20c通过第四通孔29a和第二通孔25A连通，第三通孔28a、第四通孔29a和第二通孔25A同轴设置，第三通孔28a与第四通孔29a反向开设，且垂直于第一通孔24A。即，该第一流道口20a、第二流道口20b、第一通孔24A、第二通孔25A、第三通孔28a和第四通孔29A围成U形结构，且该U形结构的两个拐角为直角。以此方式，能够保证阀体20内的内部流道的总长度最短，从而保证制冷剂能够迅速地流过该膨胀开关阀。

为方便阀体20的第一流道口、第二流道口和第三流道口分别与不同管路的管接头相连，如图11至图16所示，第一流道口20a和第二流道口20b相互平行地开设于阀体20的同一侧上，第三流道口20c分别与第一流道口20a和第二流道口20b垂直。这样，位于阀体20的上下游的管路的管接头可以分别安装到该阀体500的相对两侧，且防止不同管路布置凌乱、纠缠的情况。

另外，为充分利用膨胀开关阀的各个方向的空间位置，避免膨胀开关阀和不同管路连接产生干涉，阀座200a形成为多面体结构，第一阀壳201a和第二阀壳202a设置在该多面体结构的同一表面上，第一流道口20a和第二流道口20b设置在该多面体结构的同一表面上，且第一阀壳201a、第一流道口20a和第三流道口20c分别设置在该多面体结构的不同表面上，其中，第一阀壳201a和第二阀壳202a的安装方向相互平行，第一流道口20a和第三流道口20c的开口方向相互垂直。这样，可以将进口、出口管路连接在多面体结构的不同表面上，能够避免管路布置凌乱、纠缠的问题。

应当理解的是，上述实施方式仅仅作为膨胀开关阀的其中一种示例，并且并不用于限制本公开，其他同时具有膨胀阀功能和开关阀功能的膨胀开关阀同样适用于本公开。

本公开还提供一种电动汽车，包括根据本公开提供的上述热泵空调系统。其中，该电动汽车可以包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。