一种带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统的工作模式的制作方法

本发明涉及一种快速融霜除雾的空调系统，具体说是一种带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统的工作模式。

背景技术：

随着新能源汽车技术的发展，开发带快速融霜除雾功能的热泵型新能源汽车空调系统已成为亟待解决的关键技术之一，其原因在于：由于缺少了内燃发动机，冬季制热受到很大的制约，特别是在室外空气温度很低时，开发的热泵型新能源汽车空调系统无法正常工作，容易在车外换热器侧结上厚厚的霜，采用传统的反向融霜方式时，具有融霜时间较长、耗电量大、效果较差等缺点，这严重影响了热泵型新能源汽车在北方地区的推广及应用。

目前常用的解决方案有两种，一种采用ptc电加热器方式，但效率较低，严重影响新能源电动汽车的行驶里程；另一种采用热泵空调系统方式，比较有代表性是日本电装公司开发的三换热器电动汽车热泵空调系统，由四通换向阀切换其制冷制热运行模式，为了满足车窗内除雾的需求，在车内多添加了一个换热器作为第二蒸发器。在除雾模式下，空调回风先经过车内的第二蒸发器进行除湿，再通过车内的冷凝器对经过除湿后的空气加热，以满足出风的舒适性。但该系统局限于车内风道位置有限，使得冷凝器的换热面积较小，而导致低温制热效果不佳，尤其在我国北部地区的发展会有局限。

技术实现要素：

本发明的目的正是为了提供一种带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统的工作模式，以解决目前普通电动汽车空调系统在室外温度过低时，车外换热器结霜较厚，融霜较难，以致整个系统无法正常工作的突出问题。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统由车内换热器侧一级提温增热子系统、压缩机侧二级提温增热子系统、车外换热器侧三级提温增热子系统、动力装置复合热回收子系统、降压膨胀机构、辅助设备以及连接管道组合而成；其中所述车内换热器侧一级提温增热子系统由依次设置在车内空调集成器内的前置ptc预热器、车内风机、车内换热器、后置换热器、后置ptc再热器、以及位于前置ptc预热器进风口侧的第一车内空调风道控制阀、位于后置ptc再热器后侧的第二车内空调风道控制阀、以及相应连接管道和阀门组成；所述压缩机侧二级提温增热子系统由车用空调压缩机、四通换向阀、车外换热器、车外风机、车内换热器、车内风机、储液干燥器、辅路膨胀阀、第一控制阀、主路膨胀阀、第二控制阀、第三控制阀、换热器、气液分离器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀以及管路组成；其中所述车用空调压缩机排气口通过四通换向阀以及相应连接管路分别与车外换热器、车内换热器、气液分离器的相应接口连接；所述气液分离器出口接入车用空调压缩机吸气口，所述车外换热器另一接口与第一单向阀出口和第二单向阀入口相连接，第二单向阀出口与储液干燥器和第四单向阀出口相连接，储液干燥器出口通过第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀分别与辅路膨胀阀的入口、主路膨胀阀的入口、换热器的第一入口相连接，辅路膨胀阀的出口与换热器的第二入口相连接，换热器的第一出口与主路膨胀阀的入口相连接，换热器的第二出口通过第五单向阀与车用空调压缩机的混气口相接，主路膨胀阀的出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，第三单向阀的出口和第四单向阀的入口与车内换热器另一接口相连接；所述车外换热器侧三级提温增热子系统由位于车外换热器一侧的融霜调风格栅、另一侧的车外风机组成；所述的动力装置复合热回收子系统由动力冷却水箱、循环水泵、第四控制阀，动力系统换热器、变频风机、第五控制阀以及管路组成；其中所述动力冷却水箱出口与循环水泵进口相连接，循环水泵的出口通过第四控制阀、第五控制阀分别与后置换热器进口、动力系统换热器的进口相连接（更具体说：循环水泵的出口通过第四控制阀、第五控制阀的切换，即可与后置换热器进口相连接，又可以与动力系统换热器的进口相连接；所述动力冷却水箱的热量由发动机冷却液热回收装置、发动机排烟热回收装置、动力电池热回收装置组合提供）；所述后置换热器出口和动力系统换热器的出口与动力冷却水箱进口相连接。

本发明中所述的车内风机为变频风机、定频风机或调挡风机中的任意一种形式；所述车用空调压缩机为定频压缩机、分挡压缩机或变频压缩机的任意一种形式；所述辅路膨胀阀和主路膨胀阀为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀的任意一种形式；所述换热器为板式换热器或套管换热器的任意一种结构形式。

所述的融霜调风格栅采用电动调节，安装于车外换热器的迎风面；所述车外风机为双向调速风机，安装于车外换热器的背风面。

所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀为电动阀、电磁阀或手动截止阀的任意一种结构形式；所述循环水泵为定频水泵、变频水泵或分挡水泵的任意一种结构形式；所述的车外换热器、车内换热器、动力系统换热器为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种结构形式。

进一步说：本发明中所述车内换热器侧一级提温增热子系统流程为车内回风和车外新风通过第一车内空调风道控制阀调节混合后，先后通过前置ptc预热器、车内风机、热泵空调系统用车内换热器、后置换热器、后置ptc再热器，最后通过第二车内空调风道控制阀的调节，用于消除车内负荷和车窗的除霜/除雾。

本发明中所述压缩机侧二级提温增热子系统流程为车用空调压缩机排气口通过四通换向阀以及相应连接管路分别与车外换热器、车内换热器、气液分离器相应接口连接；所述气液分离器出口接入车用空调压缩机吸气口；所述车外换热器另一接口与第一单向阀出口和第二单向阀入口相连接，第二单向阀出口与储液干燥器和第四单向阀出口相连接，储液干燥器出口通过第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀分别与辅路膨胀阀的入口、主路膨胀阀的入口、换热器的第一入口相连接，辅路膨胀阀的出口与换热器的第二入口相连接，换热器的第一出口与主路膨胀阀的入口相连接，换热器的第二出口通过第五单向阀与车用空调压缩机的混气口相接，主路膨胀阀的出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，第三单向阀出口和第四单向阀的入口与车内换热器另一接口相连接；其主要功能为通过二次增热功能的压缩机子系统增加系统的制热能力。

本发明中所述的动力装置复合热回收子系统流程为动力冷却水箱出口与循环水泵进口相连接，循环水泵的出口通过第四控制阀、第五控制阀的切换，即可与后置换热器进口相连接，又可以与动力系统换热器的进口相连接，后置换热器出口和与动力系统换热器的出口与动力冷却水箱出口相连接。其主要功能为动力系统的热回收使经过前置ptc预热器、车内换热器温度提升的空气经过后置换热器再次升温以满足车内负荷、热舒适性以及加快车外换热器快速除霜的需求。其实现形式为第四控制阀打开、第五控制阀关闭，动力冷却水箱的水通过循环水泵、第四控制阀进入后置换热器放热冷却后，再进入冷却水箱进入下一循环。

本发明的有益效果如下：

：本发明提供的一种带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统的工作模式，通过车内换热器侧一级提温增热子系统、压缩机侧二级提温增热子系统、车外换热器侧三级提温增热子系统三个提温增热子系统的组合，可显著解决热泵空调低温运行时压缩机的排气温度过高、车外换热器结霜较厚和融霜较难、系统供热能力和供热效率低、系统运行的可靠性差等突出问题。

本发明经初步实验研究表明：在室外温度-20℃的超低温供热工况下，使压缩机的排气温度降低至70℃以下，空调系统的供热系数高达1.5左右，车外换热器快速融霜控制在60s以内。

本发明对提高新能源汽车空调的技术水平和加快电动汽车的普及与应用具有重要意义，为热泵型新能源汽车在北方的发展提供了空调技术支持。

附图说明

图1为本发明的结构原理。

图2为制冷工作模式流程图。

图3为制冷+混气工作模式流程图。

图4为制热工作模式流程图。

图5为制热+混气工作模式流程图。

图6为快速融霜+车内无冷感工作模式流程图。

图7为快速融霜+混气+车内无冷感工作模式流程图。

图中：1是车用空调压缩机、2是四通换向阀、2-1至2-5是第一至第五单向阀、3是车外换热器、3-1是车外风机、3-2是融霜调风格栅、4车内换热器、4-1是车内风机、4-2是前置ptc预热器、4-3是后置换热器、4-4后置ptc再热器、4-5是第一车内空调风道控制阀、4-6是第二车内空调风道控制阀、5是储液干燥器、6是辅路膨胀阀、6-1是第一控制阀、7是主路膨胀阀、7-1是第二控制阀、7-2第三控制阀、8是换热器、9是气液分离器、10-1是动力冷却水箱、10-2是循环水泵、10-3是第四控制阀、11-1是动力系统换热器、11-2是变频风机、11-3是第五控制阀。

具体实施方式

本发明一下将结合实施例（附图）做进一步描述，但并不限制本发明。

如图1所示，本发明所述的一种带快速融霜除雾功能的新能源汽车空调系统的工作模式，其特征在于该系统主要由车内换热器侧一级提温增热子系统、压缩机侧二级提温增热子系统、车外换热器侧三级提温增热子系统、动力装置复合热回收子系统、降压膨胀机构、辅助设备以及连接管道等组合而成。其中所述车内换热器侧一级提温增热子系统由车内空调集成器的前置ptc预热器4-2、车内风机4-1、车内换热器4、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4、第一车内空调风道控制阀4-5、第二车内空调风道控制阀4-6以及连接管道和阀门等组成，其具体连接关系为前置ptc预热器4-2进风口侧为第一车内空调风道控制阀4-5、出风口侧为车内风机4-1、然后依次经过车内换热器4、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4，最后通过第二车内空调风道控制阀4-6；所述压缩机侧二级提温增热子系统由车用空调压缩机1、四通换向阀2、车外换热器3、车外风机3-1、车内换热器4、车内风机4-1、储液干燥器5、辅路膨胀阀6、第一控制阀6-1、主路膨胀阀7、第二控制阀7-1、第三控制阀7-2、换热器8、气液分离器9、第一单向阀2-1、第二单向阀2-2、第三单向阀2-3、第四单向阀2-4、第五单向阀2-5以及管路组成。其具体连接关系为车用空调压缩机1排气口通过四通换向阀2以及相应连接管路分别与车外换热器3、车内换热器4、气液分离器9相应接口连接；所述气液分离器9出口接入车用空调压缩机1吸气口，所述车外换热器3另一接口与第一单向阀2-1出口和第二单向阀2-2入口相连接，第二单向阀2-2出口与储液干燥器5和第四单向阀2-4出口相连接，储液干燥器5出口通过第一控制阀6-1、第二控制阀7-1、第三控制阀7-2分别与辅路膨胀阀6的入口、主路膨胀阀7的入口、换热器8的第一入口相连接，辅路膨胀阀6的出口与换热器8的第二入口相连接，换热器8的第一出口与主路膨胀阀7的入口相连接，换热器8的第二出口通过第五单向阀2-5与车用空调压缩机1的混气口相接，主路膨胀阀7的出口接第一单向阀2-1入口和第三单向阀2-3入口，第三单向阀的2-3出口和第四单向阀2-4的入口与车内换热器4另一接口相连接。所述车外换热器侧三级提温增热子系统由车外换热器3、融霜调风格栅3-2、车外风机3-1组成；所述的动力装置复合热回收子系统由后置换热器4-3、动力冷却水箱10-1、循环水泵10-2、第四控制阀10-3，动力系统换热器11-1、变频风机11-2、第五控制阀11-3以及管路组成。其具体连接关系为动力冷却水箱10-1出口与循环水泵10-2进口相连接，循环水泵10-2的出口通过第四控制阀10-3、第五控制阀11-3的切换，即可与后置换热器4-3进口相连接，又可以与动力系统换热器11-1的进口相连接，后置换热器4-3出口和与动力系统换热器11-1的出口与动力冷却水箱10-1出口相连接。

本发明中所述车内换热器侧一级提温增热子系统流程为车内回风和车外新风通过第一车内空调风道控制阀4-5调节混合后，先后通过前置ptc预热器4-2、车内风机4-1、热泵空调系统用车内换热器4、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4，最后通过第二车内空调风道控制阀4-6的调节，用于消除车内负荷和车窗的除霜/除雾。

本发明中所述压缩机侧二级提温增热子系统流程为车用空调压缩机1排气口通过四通换向阀2以及相应连接管路分别与车外换热器3、车内换热器4、气液分离器9相应接口连接；所述气液分离器9出口接入车用空调压缩机1吸气口；所述车外换热器3另一接口与第一单向阀2-1出口和第二单向阀2-2入口相连接，第二单向阀2-2出口与储液干燥器5和第四单向阀2-4出口相连接，储液干燥器5出口通过第一控制阀6-1、第二控制阀7-1、第三控制阀7-2分别与辅路膨胀阀6的入口、主路膨胀阀7的入口、换热器8的第一入口相连接，辅路膨胀阀6的出口与换热器8的第二入口相连接，换热器8的第一出口与主路膨胀阀7的入口相连接，换热器8的第二出口通过第五单向阀2-5与车用空调压缩机1的混气口相接，主路膨胀阀7的出口接第一单向阀2-1入口和第三单向阀2-3入口，第三单向阀2-3出口和第四单向阀2-4的入口与车内换热器4另一接口相连接；本发明中所述的动力装置复合热回收子系统流程为动力冷却水箱10-1出口与循环水泵10-2进口相连接，循环水泵10-2的出口通过第四控制阀10-3、第五控制阀11-3的切换，即可与后置换热器4-3进口相连接，又可以与动力系统换热器11-1的进口相连接，后置换热器4-3出口和与动力系统换热器11-1的出口与动力冷却水箱10-1出口相连接。

本发明中所述动力冷却水箱10-1的热量由发动机冷却液热回收装置、发动机排烟热回收装置、动力电池热回收装置组合提供。所述的车内风机4-1为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。所述车用空调压缩机1为定频压缩机、分挡压缩机、变频压缩机的任意一种形式；所述辅路膨胀阀6和主路膨胀阀7为毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀的任意一种形式；所述换热器8为板式换热器、套管换热器的任意一种结构形式。所述的融霜调风格栅3-2采用电动调节，安装于车外换热器3的迎风面；所述车外风机3-1为双向调速风机，安装于车外换热器3的背风面。所述第一控制阀6-1、第二控制阀7-1、第三控制阀7-2、第四控制阀10-3、第五控制阀11-3为电动阀、电磁阀、手动截止阀的任意一种结构形式；所述循环水泵10-2为定频水泵、变频水泵、分挡水泵的任意一种结构形式。所述的车外换热器3、车内换热器4、动力系统换热器11-1为管翅式、层叠式、平行流式换热器中的任意一种结构形式。

根据上述四个子系统的切换组合，本发明的可实现四种工作模式：

（1）制冷工作模式：图2为制冷工作模式流程图，当夏季车内外温度比较高时，可采用此工作模式。融霜调风格栅3-2、第二控制阀7-1、第五控制阀11-3打开，第一控制阀6-1、第三控制阀7-2、第四控制阀10-3、前置ptc预热器4-2、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4关闭，车外风机3-1正向运行（抽风模式），第二车内空调风道控制阀4-6关闭除霜/除雾口。压缩机子系统流程：车用空调压缩机1排出的高温高压气体制冷剂通过四通换向阀2切换，进入车外换热器3冷凝放热后变为过冷或饱和液态制冷剂，通过第二单向阀2-2，再进入储液干燥器5，然后通过第二控制阀7-1进入主路膨胀阀7，节流变为低温低压的气液两相制冷剂后，通过第三单向阀2-3进入车内换热器4吸热蒸发变为过热或饱和气态制冷剂，再通过四通换向阀2切换进入气液分离器9，然后进入压缩机1的吸气口进入下一循环；动力装置复合热回收子系统流程：动力冷却水箱10-1的水通过循环水泵10-2、第五控制阀11-3进入动力系统换热器11-1放热冷却后，再进入冷却水箱10-1进入下一循环；车内换热器子系统流程：通过第一车内空调风道控制阀4-5调节，车内回风、车外新风或两者的混合风，通过车内风机4-1、进入热泵空调系统用车内换热器4放出热量降温后，最后通过第二车内空调风道控制阀4-6的调节，进入车内消除车内热负荷。

（2）制冷+混气工作模式：图3为制冷+混气工作模式流程图，当夏季车内外温度非常高时，可采用此工作模式。其实施方式与制冷工作模式不同之处在于第二控制阀7-1关闭，而第一控制阀6-1、第三控制阀7-2打开。储液干燥器5的液态制冷剂出口分为两路，一路制冷剂经过第三控制阀7-2进入换热器8放出热量过冷后，再进入主路膨胀阀7节流；另一路制冷剂经过第一控制阀6-1进入辅路膨胀阀6节流后进入换热器8吸收热量变为饱和或过热的气体制冷剂，经第五单向阀2-5进入车用空调压缩机1的混气口进入下一循环。

（3）制热工作模式：图4为制热工作模式流程图，当冬季车内外温度比较低时，可采用此工作模式。融霜调风格栅3-2、第二控制阀7-1、第四控制阀10-3打开，第一控制阀6-1、第三控制阀7-2、第五控制阀11-3关闭，车外风机3-1正向运行（抽风模式）。压缩机子系统流程：车用空调压缩机1排出的高温高压气体制冷剂通过四通换向阀2切换，进入车内换热器4冷凝放热后变为过冷或饱和液态制冷剂，通过第四单向阀2-4，再进入储液干燥器5，然后通过第二控制阀7-1进入主路膨胀阀7，节流变为低温低压的气液两相制冷剂后，通过第一单向阀2-1进入车外换热器3吸热蒸发变为过热或饱和气态制冷剂，再通过四通换向阀2切换进入气液分离器9，然后进入压缩机1的吸气口进入下一循环；动力装置复合热回收子系统流程：动力冷却水箱10-1的水通过循环水泵10-2、第四控制阀10-3进入前置ptc预热器4-2、后置换热器4-3或后置ptc再热器4-4放热冷却后，再进入冷却水箱10-1进入下一循环；车内换热器侧子系统流程：通过第一车内空调风道控制阀4-5调节，车内回风、车外新风或两者的混合风，先后通过前置ptc预热器4-2、车内风机4-1、热泵空调系统用车内换热器4、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4逐步升温后，最后通过第二车内空调风道控制阀4-6的调节，用于消除车内冷负荷和车窗的霜/雾。

（4）制热+混气工作模式：图5为制热+混气制冷工作模式流程图，当冬季车内外温度非常低时，可采用此工作模式。其实施方式与制热工作模式不同之处在于第二控制阀7-1关闭，而第一控制阀6-1、第三控制阀7-2打开。储液干燥器5的液态制冷剂出口分为两路，一路制冷剂经过第三控制阀7-2进入换热器8放出热量过冷后，再进入主路膨胀阀7节流；另一路制冷剂经过第一控制阀6-1进入辅路膨胀阀6节流后进入换热器8吸收热量变为饱和或过热的气体制冷剂，经第五单向阀2-5进入车用空调压缩机1的混气口进入下一循环。

（5）快速融霜+车内无冷感工作模式：图6所示为快速融霜+车内无冷感工作模式流程图，当冬季车外换热器3表面结霜较厚和车内前挡风玻璃内侧有雾、外侧有霜时，可采用此工作模式。第二控制阀7-1、第四控制阀10-3、前置ptc预热器4-2、后置换热器4-3、后置ptc再热器4-4打开，第一控制阀6-1、第三控制阀7-2、第五控制阀11-3关闭，第一车内空调风道控制阀4-5关闭室外新风进口。压缩机子系统流程：车用空调压缩机1排出的高温高压气体制冷剂通过四通换向阀2切换，进入车外换热器3冷凝放热后变为过冷或饱和液态制冷剂，通过第二单向阀2-2，再进入储液干燥器5，然后通过第二控制器7-2进入主路膨胀阀7，节流变为低温低压的气液两相制冷剂后，通过第三单向阀2-3进入车内换热器4吸热蒸发变为过热或饱和气态制冷剂，再通过四通换向阀2切换进入气液分离器9，然后进入压缩机1的吸气口进入下一循环；带有快速融霜功能的车外换热器子系统流程：根据新能源汽车处于怠速还是正常行驶状态，可采用融霜调风格栅3-2、车外风机3-1关闭或者融霜调风格栅3-2打开、车外风机3-1反向运行（鼓风模式）两种方案，车外换热器3表面的霜在无风速状态下吸收制冷剂放出的热量，能快速进行融化；动力装置复合热回收子系统流程：动力冷却水箱10-1的水通过循环水泵10-2、第四控制阀10-3进入前置ptc预热器4-2、后置换热器4-3或后置ptc再热器4-4放热冷却后，再进入冷却水箱10-1进入下一循环；车内换热器子系统流程：通过第一车内空调风道控制阀4-5调节，车内回风通过前置ptc预热器4-2吸收热量后，再通过车内风机4-1进入热泵空调系统用车内换热器4放出热量、然后再通过后置换热器4-3或后置ptc再热器4-4吸收热量升温后，最后通过第二车内空调风道控制阀4-6的调节，进入车内消除车内冷负荷和车内前挡风玻璃的霜/雾，保证车内环境的舒适度。

（6）快速融霜+混气+车内无冷感工作模式：图7所示为快速融霜+混气+车内无冷感工作模式流程图，当冬季车外换热器3表面结霜较快、较厚和车内前挡风玻璃内侧有雾、外侧有霜非常严重时，可采用此工作模式。其实施方式与快速融霜与除雾+车内无冷感工作模式不同之处在于第二控制阀7-1关闭，而第一控制阀6-1、第三控制阀7-2打开。储液干燥器5的液态制冷剂出口分为两路，一路制冷剂经过第三控制阀7-2进入换热器8放出热量过冷后，再进入主路膨胀阀7节流；另一路制冷剂经过第一控制阀6-1进入辅路膨胀阀6节流后进入换热器8吸收热量变为饱和或过热的气体制冷剂，经第五单向阀2-5进入车用空调压缩机1的混气口进入下一循环。