空调器系统、交通工具及空调器系统控制的方法与流程

本发明涉及空调器设备技术领域，具体而言，涉及一种空调器系统、交通工具及空调器系统控制的方法。

背景技术：

现有技术中，纯电动车的车内空间有限，要求空调结构紧凑，而空调的性能直接影响电动车行驶里程。提高空调的效率对电动车行驶里程有重要意义。随着车用冷媒的环保法规要求，某些环保冷媒(如r744冷媒)因制冷性能一般及存在可靠性的问题，使得其在车用系统使用受到限制。

对于目前满足环保要求的合成制冷剂(如r1234yf冷媒)而言，由于其存在可燃性及爆炸危险性，部分汽车厂家(如奔驰、宝马)不接受使用存在安全性的冷媒。进一步地，现有满足环保要求的合成制冷剂低温制热能力不足，在低环境温度下仍然要依靠电辅热进行供热。更进一步，在低环境温度下，电池的效率也会下降，两者结合后将极大的降低了电动车的续航里程，影响了使用者的使用体验。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种空调器系统、交通工具及空调器系统控制的方法，以解决现有技术中电池效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种空调器系统，包括：第一换热系统，第一换热系统包括双级压缩机；第二换热系统，第二换热系统用于增加或降低电池的温度，第二换热系统与第一换热系统相邻地设置以进行热交换。

进一步地，第一换热系统还包括：第一换热器；第二换热器，双级压缩机具有排气口和吸气口，排气口可选择地与第一换热器和第二换热器中的一个相连通，吸气口可选择地与第一换热器和第二换热器中的另一个相连通。

进一步地，第一换热器具有第一端和第二端，第二换热器具有第一端和第二端，排气口可选择地与第一换热器的第一端和第二换热器的第一端中的一个相连通，吸气口可选择地与第一换热器的第一端和第二换热器的第一端中的另一个相连通。

进一步地，双级压缩机还具有补液口，补液口通过补液管路与连通第一换热器的第二端和第二换热器的第二端之间的管路相连通。

进一步地，第一换热系统还包括：第三换热器，第三换热器设置于连通第一换热器的第二端和第二换热器的第二端之间的管路上，补液管路的第一端与补液口相连通，补液管路的第二端设置于第一换热器与第三换热器之间，或者补液管路的第二端设置于第二换热器与第三换热器之间，其中，部分的补液管路与第三换热器相邻地设置以进行热交换。

进一步地，第二换热系统包括：电磁热交换器，电磁热交换器与电磁相邻地设置，电磁热交换器具有进口端和出口端；室内换热器，室内换热器具有进口端和出口端，室内换热器的出口端可选择地与电磁热交换器的进口端相连通，电磁热交换器的出口端与室内换热器的进口端相连通，连通电磁热交换器的出口端与室内换热器的进口端的管路与第二换热器相邻地设置以进行热交换。

进一步地，第二换热系统还包括：切换管路，切换管路的第一端与室内换热器的出口端相连通，切换管路的第二端与电磁热交换器的出口端相连通，切换管路上设置有通断阀。

进一步地，第二换热系统还包括：第一循环水泵，第一循环水泵设置于切换管路的第一端与室内换热器的出口端之间。

进一步地，第二换热系统还包括：第一储水箱，第一储水箱设置于第一循环水泵与室内换热器的出口端之间。

进一步地，空调器系统还包括第三换热系统，第三换热系统包括：室外换热器，室外换热器具有进口端和出口端；第二循环水泵，第二循环水泵具有进口端和出口端，室外换热器的出口端与第二循环水泵的进口端相连通，连通室外换热器的进口端与第二循环水泵的出口端的管路与第一换热器相邻地设置以进行热交换。

进一步地，第三换热系统还包括：第二储水箱，第二储水箱设置于室外换热器的出口端与第二循环水泵之间。

进一步地，第三换热系统和/或第二换热系统通过载冷剂与第一换热系统中的冷媒进行热交换。

根据本发明的另一方面，提供了一种交通工具，包括空调器系统，空调器系统为上述的空调器系统。

根据本发明的另一方面，提供了一种空调器系统控制的方法，方法用于控制上述的空调器系统，方法包括以下步骤：检测电池的温度，控制第二换热系统以降低或增加电池的温度。

进一步地，在制冷模式下，若电池的温度大于或等于第一预设温度，关闭第二换热系统的通断阀，使第二换热系统的载冷剂流入电磁热交换器内以降低电磁的温度。

进一步地，在制热模式下，若电池的温度小于第二预设温度，关闭通断阀，使第二换热系统的载冷剂流入电磁热交换器内以增加电磁的温度。

进一步地，在制冷模式下，启动第二换热系统，经第一预设时间后，检测环境的温度，若环境的温度小于第三预设温度，关闭第一换热系统，若环境的温度大于或等于第三预设温度，启动第一换热系统和/或第三换热系统，使第一换热系统内的冷媒与第二换热系统中的载冷剂进行热交换。

进一步地，在制热模式下，检测环境的温度和电池的温度，若环境的温度小于电池的温度，启动第二换热系统，并打开第二换热系统的通断阀，关闭第一换热系统，若环境的温度大于或等于电池的温度，启动第一换热系统和/或第三换热系统，以使第一换热系统内的冷媒与第二换热系统中的载冷剂进行热交换。

应用本发明的技术方案，该空调器系统中采用了双级压缩机，有效地提高了空调器系统的制热量和制冷量，使得空调器系统能够有足够的能量用于提高或降低电池的温度，以使电池始终处于一个良好温度环境下进行工作，提高了电池的使用效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的空调器系统的实施例的结构示意图；

图2示出了空调器系统的另一实施例的结构示意图；

图3示出了空调器系统在制冷模式下的控制方法流程图；

图4示出了空调器系统在制热模式下的控制方法流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、双级压缩机；

20、第一换热器；

30、第二换热器；

40、补液管路；

50、第三换热器；

60、电磁热交换器；

70、室内换热器；

80、气液分离器；

81、切换管路；82、通断阀；83、第一循环水泵；84、第一储水箱；85、电子膨胀阀；86、电子膨胀阀；87、电子膨胀阀；88、单向阀；

90、室外换热器；91、第二循环水泵；92、第二储水箱；93、低压传感器；94、高压传感器；95、四通阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种空调器系统。该空调器系统包括第一换热系统和第二换热系统。第一换热系统包括双级压缩机10，第二换热系统用于增加或降低电池的温度，第二换热系统与第一换热系统相邻地设置以进行热交换。

在本实施例中，该空调器系统中采用了双级压缩机，有效地提高了空调器系统的制热量和制冷量，使得空调器系统能够有足够的能量用于提高或降低电池的温度，以使电池始终处于一个良好温度环境下进行工作，提高了电池的使用效率。

其中，第一换热系统还包括第一换热器20和第二换热器30。双级压缩机10具有排气口和吸气口，排气口可选择地与第一换热器20和第二换热器30中的一个相连通，吸气口可选择地与第一换热器20和第二换热器30中的另一个相连通。这样设置使得第一换热系统能够根据空调器系统的制热模式进行管路连通方式的切换，提高了该空调器的实用性和可靠性。

具体地，第一换热器20具有第一端和第二端，第二换热器30具有第一端和第二端，排气口可选择地与第一换热器20的第一端和第二换热器30的第一端中的一个相连通，吸气口可选择地与第一换热器20的第一端和第二换热器30的第一端中的另一个相连通。双级压缩机10还具有补液口，补液口通过补液管路40与连通第一换热器20的第二端和第二换热器30的第二端之间的管路相连通。这样设置同样使得第一换热系统能够根据空调器系统的制热模式进行管路连通方式的切换，进一步地提高了该空调器的实用性和可靠性。

进一步地，第一换热系统还包括第三换热器50。第三换热器50设置于连通第一换热器20的第二端和第二换热器30的第二端之间的管路上，补液管路40的第一端与补液口相连通，补液管路40的第二端设置于第一换热器20与第三换热器50之间，或者补液管路40的第二端设置于第二换热器30与第三换热器50之间，其中，部分的补液管路40与第三换热器50相邻地设置以进行热交换。这样设置能够有效地增加补液管路40的补液效果，进一步提高了双级压缩机制热量。优选地，第三换热器50为板式换热器。

第二换热系统包括电磁热交换器60和室内换热器70。电磁热交换器60与电磁相邻地设置，电磁热交换器60具有进口端和出口端。室内换热器70具有进口端和出口端，室内换热器70的出口端可选择地与电磁热交换器60的进口端相连通，电磁热交换器60的出口端与室内换热器70的进口端相连通，连通电磁热交换器60的出口端与室内换热器70的进口端的管路与第二换热器30相邻地设置以进行热交换。这样设置使得室内换热器70的出口端可与电磁热交换器60的进口端相连通，也可与电磁热交换器60的进口端不连通。

进一步地，第二换热系统还包括切换管路81。切换管路81的第一端与室内换热器70的出口端相连通，切换管路81的第二端与电磁热交换器60的出口端相连通，切换管路81上设置有通断阀82。通过控制通断阀82打开和关闭来控制室内换热器70的出口端是否与电磁热交换器60的进口端相连通。具体地，当通断阀82打开时，室内换热器70的出口端与电磁热交换器60的进口端不连通。当通断阀82关闭时，室内换热器70的出口端与电磁热交换器60的进口端相连通。关于通过控制通断阀82的打开和关闭来实现室内换热器70与电磁热交换器60之间导通，可以是通过设置电磁热交换器60与室内换热器70之间具有高度差来实现。

为了能够使得室内换热器70内的载冷剂能够很好地运送至电磁热交换器60内，第二换热系统还设置了第一循环水泵83。第一循环水泵83设置于切换管路81的第一端与室内换热器70的出口端之间。

为了防止第一循环水泵83出现气蚀的现象，第二换热系统还包括第一储水箱84，第一储水箱84设置于第一循环水泵83与室内换热器70的出口端之间。

为了进一步地提高该空调器系统的工作效率，该空调器系统还包括第三换热系统。第三换热系统包括室外换热器90、第二循环水泵91和第二储水箱92。室外换热器90具有进口端和出口端。第二循环水泵91具有进口端和出口端，室外换热器90的出口端与第二循环水泵91的进口端相连通，连通室外换热器90的进口端与第二循环水泵91的出口端的管路与第一换热器20相邻地设置以进行热交换。第二储水箱92设置于室外换热器90的出口端与第二循环水泵91之间。其中，该系统还设置了低压传感器93、高压传感器94以及单向阀88、气液分离器80。

其中，第三换热系统和第二换热系统通过载冷剂与第一换热系统中的冷媒进行热交换。这样设置能够有效地提高了该空调器系统的安全性。

上述实施例中空调器系统还可以用于交通工具设备技术领域，即根据本发明的另一方面，提供了一种交通工具。该交通工具包括空调器系统，空调器系统为上述实施例中的空调器系统。具体地，该空调器系统包括第一换热系统和第二换热系统。第一换热系统包括双级压缩机10，第二换热系统用于增加或降低电池的温度，第二换热系统与第一换热系统相邻地设置以进行热交换。在本实施例中，该空调器采用了双级压缩机，有效地提高了空调器的制热量和制冷量，使得空调器能够有足够的能量用于提高或降低电池的温度，以使电池始终处于一个良好温度环境下进行工作，提高了电池的使用效率，提高了用户使用体验。优选地，该交通工具可以是电动车。

根据本发明的另一方面，提供了一种空调器系统控制的方法，方法用于控制上述实施例中的空调器系统。系统控制的方法包括以下步骤：检测电池的温度，控制第二换热系统以降低或增加电池的温度。具体地，在制冷模式下，若电池的温度大于或等于第一预设温度，关闭第二换热系统的通断阀82，使第二换热系统的载冷剂流入电磁热交换器60内以降低电磁的温度。在制热模式下，若电池的温度小于第二预设温度，关闭通断阀82，使第二换热系统的载冷剂流入电磁热交换器60内以增加电磁的温度。

进一步地，如图3所示，在制冷模式下，启动第二换热系统，经第一预设时间后，检测环境的温度，若环境的温度小于第三预设温度，关闭第一换热系统，若环境的温度大于或等于第三预设温度，启动第一换热系统和第三换热系统，使第一换热系统内的冷媒与第二换热系统中的载冷剂进行热交换。在制热模式下，检测环境的温度和电池的温度，若环境的温度小于电池的温度，启动第二换热系统，并打开第二换热系统的通断阀82，关闭第一换热系统，若环境的温度大于或等于电池的温度，启动第一换热系统和第三换热系统，以使第一换热系统内的冷媒与第二换热系统中的载冷剂进行热交换。

具体地，如图3所示，制冷运行：高温环境下(如室外温度tout>a，a取值范围：30<a<40)，且电池组温度偏高导致电池效率下降时，系统制冷运行，给车内供冷风的同时可以实现对电池组的降温。当环境温度低于一定值，或电池温度t在ta<t<tb的范围内，其中ta、tb取值：10<ta<20，30<tb<50，此时不需要对电池进行冷却，

具体控制方式如下：低温低压的制冷剂经压缩机压缩后经过四通阀95进入第一换热器20后变成高压中温液态，此时，电子膨胀阀85全开以减小节流，主路冷媒经板式换热器即第三换热器50后分为两路，主路冷媒通过电子膨胀阀87节流后变成低温低压液态冷媒，然后进入第二换热器30蒸发吸热变成低压中温的气态冷媒，然后经汽液分离器进入压缩机进行压缩；辅路冷媒经电子膨胀阀86进行节流后与主路冷媒在板式换热器内进行吸热蒸发成为气态，从而进入双级压缩机的喷气增焓口即补液口，在双级压缩机的一级排气混合然后进行二级压缩，二级压缩完成后排出压缩机，自此完成一轮制冷循环。

在第一换热器20、第一循环水泵、及室外换热器等构成的系统内，循环一种防冻溶液，在制冷循环时溶液吸收第一换热器20释放的热量，然后进入室外换热器被风冷，冷却后又再次进入第一换热器20吸热，此循环动力由第一循环水泵提供。

在第二换热器30、第二循环水泵及室内换热器、通断阀、电池组热交换器等构成的系统内，同样循环一种防冻溶液，在制冷循环时该溶液在第二换热器30被冷却，然后进入室内换热器吸热从而降低车内温度，当电池组温度偏高时(如超过45℃)，通断阀关闭，溶液从室内换热器出来后被第二循环水泵带入电池组热交换器，吸收电池组热量，然后进入第二换热器30被冷却，如此循环；而当电池组温度正常时，不需要对其进行冷却，此时通断阀开启，溶液从室内换热器出来后被第二循环水泵然后经过通断阀而进入第二换热器30被冷却，如此循环。

如图4所示，在制热模式中，低温环境下(如室外温度tout<b，b取值范围：-15<b<-5)，车内需进行供热，如此时电池组温度t低于一定值导致供电效率下降时，即t<tc，tc的取值范围：-10<tc<10，需同时对电池进行加热。当电池温度在正常范围内时则不需加热，通过通断阀的控制可实现电池组的供热控制。具体方式如下：

低温低压的制冷剂经压缩机压缩后经过四通阀进入第二换热器30后变成高压中温液态，此时电子膨胀阀87全开以减小节流，主路冷媒经板式换热器后分为两路，主路冷媒通过电子膨胀阀85节流后变成低温低压液态冷媒，然后进入第一换热器20蒸发吸热变成低压中温的气态冷媒，然后经汽液分离器进入压缩机进行压缩。辅路冷媒经电子膨胀阀86进行节流后与主路冷媒在板式换热器内进行吸热蒸发成为气态，从而进入双级压缩机的喷气增焓口，在双级压缩机的一级排气混合然后进行二级压缩，二级压缩完成后排出压缩机，自此完成一轮制热循环。

在第二换热器30、第二循环水泵及室内换热器、通断阀、电池组热交换器等构成的系统内，循环一种防冻溶液，在制热循环时该溶液在第二换热器30被加热，然后进入室内换热器放热从而提升车内温度，当电池组温度偏低时，通断阀关闭，溶液从室内换热器出来后被第二循环水泵带入电池组热交换器，将剩余热量通过电池组热交换器释放给电池组从而提升电池组温度，同时溶液被进一步冷却，然后进入第二换热器30被加热，如此循环。而当电池组温度正常时，不需要对其进行加热，此时通断阀开启，溶液从室内换热器出来后被第二循环水泵然后经过通断阀而进入第二换热器30被加热，如此循环。

在第一换热器20、第一循环水泵及室外换热器等构成的系统内，循环一种防冻溶液，在制热循环时溶液在第一换热器20内被冷却至环境温度以下，然后进入室外换热器吸收环境中的热量，吸热后又再次进入第一换热器20放热，此循环动力由第一循环水泵提供。

系统中设置第一储水箱和第二储水箱，以防止循环水泵产生气蚀等问题，确保循环水泵的长期可靠性。

第一换热器20、第一循环水泵及室外换热器等构成的系统也可用一种更简单的风冷系统替换，如图2所示，采用图2所示方案可提升换热效率同时有效降低热泵空调成本，但相比图一所示方案，安全性较低且维护成本有所增加。两种方案各有优势。

在系统负荷较低时，及低温环境下进行制冷、或高温环境下进行制热时，一方面可以降低压缩机频率实现能效最优化，另一方面可以利用溶液及电池组的热惰性，从环境中或电池组里进行取冷、取热，实现节能控制。具体方式如下：

在较低环境温度下进行制冷时，先开启第二循环水泵和室内换热风扇即室内换热器，开启通断阀，并以t1为周期检测对比设定温度和车内实际温度，基于溶液温度往往低于环境温度，因此可以先从溶液中取冷释放到车内，不需要启动压缩机，节省电池能耗，当车内温度高于设定温度时再启动压缩机，控制方式如图3所示。

在较高环境温度进行制热时，以t3为周期检测对比设定温度和电池组温度，基于电池放热，当设定温度<电池组温度x℃时(5<x<15)，关闭通断阀，开启第二循环水泵，从电池组进行吸热，循环溶液温度高于一定值时开启室内风扇将热量释放到车内，此时也不需要启动压缩机，节能电池能耗。

当用户对冷或热需求增强时，如系统运行一段时间后，用户在制冷时设低温度或制热时设高温度，再启动压缩机进行制冷运行。如此控制，一方面可以满足用户需求，同时又能最大限度的节省电池耗电量，达到舒适节能的效果。

热泵系统可采用多种环保制冷剂，包括co2，以及可燃制冷剂r290、r152a，且均可以同时满足现有各国的环保要求和安全要求；

采用二次换热系统，通过水或乙二醇或其他溶液进行二次传热；可以有效隔绝制冷剂与人员接触，增加空调系统使用的安全性；

热泵系统采用喷气增焓双级压缩循环，可以大大提升低温制热和高温制冷能力，高温制冷及低温制热能力的提升一方面可以提高车内降温/升温速度，保障用户舒适性，另一方面可以用于冷却/加热电池组，提高电池的效率。提升极端环境温度下电动汽车的续航里程。

该系统对制冷剂的选择范围扩宽，既可以使用co2制冷剂，也可以使用r290环保制冷剂，并且可以满足各国环保要求。

能够解决高温制冷及低温制热运行时能力及能效低的问题、解决极端环境温度下电池效率低下的问题，提高电动汽车的使用温度范围及在极端气候环境下的续航能力。本系统可以用于多种低gwp值的环保制冷剂，包括co2制冷剂，以及可燃制冷剂r290等。

采用双级压缩喷气增焓系统，拓宽系统运行范围，同时提升系统极端气候环境下的制冷及制热性能；采用二次换热系统，有效隔离制冷剂与车内人员的接触，完全避免了冷媒泄露到车内造成的安全和健康问题。增加对电动车电池组的冷热管理，同时有效利用电池的发热量。采用换热面积大、沿程阻力较小、换热效率较高的铝肋片式微通道热交换器与电池组进行冷热交换，快速控制电池组的温度。

在用户有制冷、制热需求但需求较小时，如低环境温度下开制冷或高环境温度下开制热时，可通过溶液的热惰性、电池组的放热进行冷热控制，此时不需要启动压缩机，从而实现电池能耗节省延长车辆行驶里程。

压缩机采用双级压缩机，可以适用于压比较高的环境(如高温制冷和低温制热)，并且双级压缩中间喷气增焓可以增大系统流量，提升制冷/热能力，故可拓宽系统运行温度范围，同时提升系统极端气候环境下的制冷及制热性能。

该系统主要针对冷凝器和蒸发器管路进行改进，改进前是冷媒与空气换热，改进后的换热器是冷媒与载冷剂换热，然后载冷剂与开启换热，由于载冷剂无毒无害不燃不爆，因此与车内空气换热不存在安全隐患。而如果使用co2和r290作为汽车空调冷媒时，如直接与空气换热，当产生车内泄露时，co2可能导致窒息，r290由于易燃可能导致燃烧甚至爆炸。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。