汽车、热泵空调系统、汽车热泵空调总成及其控制方法与流程

本发明涉及汽车空调生产技术领域，特别涉及汽车、热泵空调系统、汽车热泵空调总成及其控制方法。

背景技术：

随着经济的发展，人们对生活质量的要求也越来越高，空调不仅走入了普通百姓的家庭中，而且在各种车辆中也得到了广泛的应用。

随着技术的发展，传统热泵型空调被应用于汽车中，尤其是电动汽车中应用最为广泛，传统热泵型空调通常包括构成冷媒回路的压缩机、四通阀、车外换热器、节流阀以及车内换热器，在需要进行制冷时，车内换热器作为蒸发器使用，在需要进行制热时，通过四通阀的换向使车内换热器作为冷凝器使用。

由于车辆的使用环境较为多变，热泵空调系统通常会出现制冷和制热交替使用的情况，刚刚作为蒸发器使用的车内换热器若立刻作为冷凝器使用，凝结在车内换热器上的水雾将会蒸发至车内，水雾凝结在车内玻璃上形成起雾现象，这会严重影响驾驶安全性。

为了解决上述问题，一些车上将车内换热器设置为了两个，在制冷过程中，其中一个车内换热器接入空调回路中作为蒸发器使用，车外换热器作为冷凝器；在制热过程中，屏蔽原来作为蒸发器使用的车内换热器，将另外一个车内换热器接入空调回路中作为冷凝器使用，车外换热器作为蒸发器使用，从而解决车床起雾的问题。

在制热模式时，压缩机所排出的制冷剂气体是经过车内换热器进行冷凝放热后再循环到车外换热器进行蒸发吸热，但是由于空调系统刚刚启动时，压缩机所排出的气体温度和气体压力都无法达到制热需求，此时由车内出风口所吹出的风依然温度较低，需要经过较长时间的运行后才能达到制热目的，这不能满足迅速升高车内温度的需求。

因此，如何能够在制热时能够快速使热泵空调系统高压侧满足制热需求是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种热泵空调系统，以便在制热时能够使空调的高压侧压力和温度快速提高，从而达到快速提高车内温度的效果。

本发明的另一目的还在于提供一种采用上述热泵空调系统所构成的汽车热泵空调总成。

本发明的再一目的还在于提供一种上述汽车热泵空调总成的控制方法。

本发明的再一目的还在于提供一种采用上述汽车热泵空调总成的汽车。

为达到上述目的，本发明提供的热泵空调系统，包括压缩机、车内换热器、车外换热器，所述车内换热器包括制冷换热器和制热换热器，还包括制热启动屏蔽支路，所述制热启动屏蔽支路的一端与所述制热换热器的进液管连通，另一端与所述制热换热器的出液管之间连通，且所述制热启动屏蔽支路上设置有控制所述制热启动屏蔽支路通断的制热启动二通阀。

优选的，所述压缩机的排气口与第一总管连通，所述第一总管被三通阀分支为第一支管和第二支管，所述压缩机的吸气口与第二总管连通，所述第二总管被三通管分支为第三支管和第四支管，其中，所述第一支管与所述车外换热器的第一端口连通，所述第二支管与所述制热换热器的第一端口连通构成所述制热换热器的进液管，所述第三支管接于所述第一支管上，且所述第三支管上设置有二通阀a，所述第四支管与所述制冷换热器的第一端口连通构成所述制冷换热器的出液管，由所述车外换热器的第二端口引出的第三总管被分支为第五支路和第六支路，所述第三总管上设置有节流装置，所述第五支路与所述制热换热器的第二端口连通构成所述制热换热器的出液管，所述第六支路与所述制冷换热器的第二端口连通构成所述制冷换热器的进液管，且所述第六支路上设置有二通阀b，还包括化霜支路，所述化霜支路的一端与所述第三总管连通，另一端与所述第二总管连通，且所述化霜支路上还设置有二通阀d。

优选的，所述第三总管上还串接有一闪发器，所述闪发器通过补气管路与所述压缩机的补气口连通。

优选的，所述第三总管上设置有两个所述节流装置，且两个所述节流装置分别位于所述闪发器的上游端和下游端。

优选的，所述补气管路上还设置有单向阀，或者二通阀c。

优选的，所述第五支路上还设置有仅允许冷媒流出所述制热换热器的单向阀。

优选的，所述第二总管上还串接有气液分离器。

本发明所公开的汽车热泵空调总成，包括上述公开的热泵空调系统，还包括hvac箱体，靠近所述hvac箱体的进风口处设置有牵引风机，所述制冷换热器和所述制热换热器并排设置于所述hvac箱体内，并填满所述hvac箱体的截面，由所述牵引风机引入的气流均经过所述制冷换热器和所述制热换热器。

优选的，所述制冷换热器位于迎风侧，所述制热换热器位于背风侧。

优选的，还包括设置在所述hvac箱体内的辅助加热器。

优选的，还包括冷暖风门，所述冷暖风门位于第一位置时，气流全部不经过所述辅助加热器；所述冷暖风门位于第二位置时，气流一部分经过所述辅助加热器；所述冷暖风门位于第三位置时，气流全部经过所述辅助加热器。

优选的，所述hvac的进风口处设置有内外循环风门，所述内外循环风门位于第一位置时，所述hvac箱体的进风口与车外相通；所述内外循环风门位于第二位置时，所述hvac箱体的进风口同时与车外和车内相通；所述内外循环风门位于第三位置时，所述hvac箱体的进风口与车内相通。

优选的，所述车外换热器位置还设置有可变进气格栅，和用于给所述车外换热器通风的风扇。

本发明中所公开的对上述汽车热泵空调总成的控制方法，在制冷模式下，控制所述三通阀动作，并使所述第一支管连通，所述第二支管关闭；控制所述二通阀a关闭所述第三支管，并控制所述二通阀b接通所述第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管；在制热模式下，包括普通制热模式和低温制热启动模式，其中所述普通制热模式为：控制所述三通阀动作，并使所述第一支管关闭，所述第二支管连通；控制所述二通阀a接通所述第三支管，并控制所述二通阀b关闭所述第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管，控制所述制热启动二通阀关闭；所述低温制热启动模式为：控制所述三通阀动作，并使所述第一支管关闭，所述第二支管连通；控制所述制热启动二通阀开启所述制热启动屏蔽支路，控制二通阀a接通所述第三支管，并控制所述二通阀b关闭所述第六支管，控制所述二通阀d关闭化霜支管，在所述压缩机排气口的冷媒温度和冷媒压力均达到预设值后，由所述低温制热启动模式转为所述普通制热模式。

优选的，还包括除雾模式，在所述除雾模式时，控制所述三通阀动作，并使所述第一支管连通，所述第二支管关闭；控制所述二通阀a关闭所述第三支管，并控制所述二通阀b接通所述第六支管，控制所述二通阀d关闭所述化霜支管。

优选的，在所述除雾模式下，所述可变进气格栅开启。

优选的，还包括化霜模式，在所述化霜模式时，控制所述三通阀动作，并使所述第一支管连通，所述第二支管关闭；控制所述二通阀a关闭所述第三支管，并控制所述二通阀b关闭所述第六支管，控制所述三通阀d接通所述化霜支路。

优选的，在所述化霜模式时，所述可变进气格栅和所述风扇均关闭，所述辅助加热器开启，且所述冷暖风门位于所述第三位置。

优选的，在由所述化霜模式转至所述制热模式时，所述可变格栅打开。

本发明中所公开的汽车，包括如上任意一项所述的汽车热泵空调总成。

优选的，所述汽车为电动汽车或油电混合动力汽车。

由以上技术方案可以看出，本发明中所公开的热泵空调系统中，设置了制热启动屏蔽支路，制热启动屏蔽支路的一端与制热换热器的进液管连通，另一端与制冷换热器的出液管之间连通，并且制热启动屏蔽支路上设置有控制制热启动屏蔽支路通断的制热启动二通阀。

在低温制热时，制热启动二通阀开通，由压缩机排出的尚未达到制热要求的制冷剂气体不经过车内的制热换热器，而是绕过制热换热器直接进入车外换热器后重新回到压缩机内进行压缩，由于将制热换热器屏蔽，因此整个循环回路变得更短，冷媒在整个回路中可以快速循环，因此压缩机排气口位置的冷媒的压力和温度都得以迅速提高，可以在很短的时间内达到制热需求，当压缩机的排气压力和排气温度达到要求后，关闭制热启动二通阀，使压缩机排气口排出的高温高压冷媒气体进入到制热换热器内对车内进行制热。

由此可见，本发明中所公开的空调热泵系统，可以在短时间内迅速提高压缩机的排气温度和排气压力，因而热泵空调系统可以短时间内达到制热要求，满足了低温下车内温度迅速提高的需求。

本发明中所公开的汽车热泵空调总成，由于采用了上述热泵空调系统，因此该汽车热泵空调总成兼具上述热泵空调系统相应的优点。

本发明中所公开的汽车，由于采用了上述汽车热泵空调总成，因此该汽车也兼具上述热泵空调系统相应的优点。

本发明中所公开的汽车热泵空调总成的控制方法中，包括低温制热启动模式，而低温制热启动模式中，制热启动二通阀开启了所述制热启动屏蔽支路，因此可以在短时间内迅速提高压缩机的排气温度和排气压力，热泵空调系统可以短时间内达到制热要求，满足了低温下车内温度迅速提高的需求。

附图说明

图1为本发明第一实施例中所公开的汽车热泵空调总成的低温制热启动模式时系统循环示意图；

图2为本发明第一实施例中所公开的汽车热泵空调总成的制冷模式系统循环示意图(未显示制热启动屏蔽支路)；

图3为本发明第一实施例中所公开的汽车热泵空调总成的制热模式系统循环示意图(未显示制热启动屏蔽支路)；

图4为本发明第一实施例中所公开的汽车热泵空调总成的化霜模式系统循环示意图(未显示制热启动屏蔽支路)；

图5为本发明第二实施例中所公开的汽车热泵空调总成的原理示意图(未显示制热启动屏蔽支路)；

图6为本案中车外换热器制冷和制热时的流路示意图。

其中，11为压缩机，12为三通阀，13为二通阀a，14为单向阀，15为制热换热器，16为制冷换热器，17为二通阀b，18为气液分离器，19为节流装置，21为风扇，22为车外换热器，23为可变进气格栅，24为闪发器，25为二通阀c，26为二通阀d，27为制热启动二通阀，30为hvac箱体，31为内外循环风门，32为牵引风机，33为冷暖风门，34为辅助加热器，35a、35b、35c均为三通管。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种热泵空调系统，以便在制热时能够使空调的高压侧压力和温度快速提高，从而达到快速提高车内温度的效果。

本发明的另一核心在于提供一种采用上述热泵空调系统所构成的汽车热泵空调总成。

本发明的再一核心还在于提供一种上述汽车热泵空调总成的控制方法。

本发明的再一核心还在于提供一种采用上述汽车热泵空调总成的汽车。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

需要进行说明的是，在本发明的附图中，热泵系统中的虚线代表管路截止，没有冷媒流通，实线代表管路畅通，管路中有冷媒流通，热泵管路中的箭头代表冷媒流动方向，空心箭头代表气体流动方向。

请同时参考图1至图4，本发明实施例中所公开的热泵空调系统，包括压缩机11、车内换热器、车外换热器22，并且车内换热器具体包括用于为车内提供冷量的制冷换热器16，和用于为车内提供热量的制热换热器15，本实施例中所公开的热泵空调系统的核心改进点在于，还设置有制热启动屏蔽支路，如图1中所示，制热启动屏蔽支路的一端与制热换热器15的进液管连通，另一端与制热换热器15的出液管连通，并且制热启动屏蔽支路上还设置有控制制热启动屏蔽支路通道的制热启动二通阀。

请参考图1，在低温制热时，制热启动二通阀开通，由压缩机11排出的尚未达到制热要求的制冷剂气体不经过车内的制热换热器15，而是绕过制热换热器15直接进入车外换热器22后重新回到压缩机11内进行压缩，由于将制热换热器15屏蔽，因此整个循环回路变得更短，冷媒在整个回路中可以快速循环，因此压缩机11排气口位置的冷媒的压力和温度都得以迅速提高，可以在很短的时间内达到制热需求，当压缩机11的排气压力和排气温度达到要求后，关闭制热启动二通阀，使压缩机11排气口排出的高温高压冷媒气体进入到制热换热器15内对车内进行制热。

更为具体的，如图1至图4中所示，压缩机11的排气口与第一总管连通，第一总管被三通阀12分支为第一支管和第二支管，压缩机11的吸气口与第二总管连通，第二总管被三通管35b分支为第三支管和第四支管，其中，第一支管与车外换热器22的第一端口连通，第二支管与制热换热器15的第一端口连通构成制热换热器15的进液管，第三支管通过三通管35a接于第一支管上，且第三支管上设置有二通阀a，第四支管与制冷换热器16的第一端口连通构成制冷换热器16的出液管，由车外换热器22的第二端口引出的第三总管被三通管35c分支为第五支路和第六支路，第三总管上设置有节流装置19，第五支路与制热换热器15的第二端口连通构成制热换热器15的出液管，第六支路与制冷换热器16的第二端口连通构成制冷换热器16的进液管，且第六支路上设置有二通阀b，还包括化霜支路，化霜支路的一端与第三总管连通，另一端与第二总管连通，且化霜支路上还设置有二通阀d。

请参考图2，在制冷模式时，三通阀12动作，并使第一支管连通，第二支管关闭；控制所述二通阀a关闭第三支管，并控制二通阀b接通所述第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管，由压缩机11排出的高温高压的制冷剂气体进入车外换热器22进行冷凝换热，然后经过节流装置19的节流后进入到制冷换热器16内进行蒸发吸热，蒸发吸热后的制冷剂气体重新进入压缩机11内进行下一次循环；

请参考图3，在制热模式时，控制三通阀12动作，并使第一支管关闭，第二支管连通；控制二通阀a接通第三支管，并控制二通阀b关闭第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管，控制所述制热启动二通阀27关闭，由压缩机11排出的高温高压的制冷剂气体进入制热换热器15进行冷凝换热，然后经过节流装置19的节流后进入到车外换热器22内进行蒸发吸热，蒸发吸热后的制冷剂气体经过第三支管和第二总管后重新进入压缩机11内进行下一次循环。

更为具体的，制热模式具体包括普通制热模式和低温制热启动模式，上述实施例中的制热模式为普通制热模式，低温制热启动模式为：控制三通阀12动作，并使第一支管关闭，第二支管连通；控制制热启动二通阀27开启制热启动屏蔽支路，控制二通阀a接通第三支管，并控制二通阀b关闭第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管，在压缩机11排气口的冷媒温度和冷媒压力均达到预设值后，由低温制热启动模式转为上述普通制热模式。

由以上实施例可以看出，由于车内换热器中制冷和制热的换热器并非同一个，因此在制冷制热状态转换时不会涉及到高低压转换问题，压缩机11无需降频或者停机，仅通过三通阀12和多个二通阀的协同动作即可快速实现模式转换，提高了热泵空调系统制冷制热状态转换的速度，提升了用户的舒适性。

为了进一步优化上述实施例中的技术方案，还可在第三总管上串接一闪发器24，如图5中所示，闪发器24通过补气管路与压缩机11的补气口连通，在闪发器24的上游端和下游端均设置有节流元件，在制热模式下，经过节流的冷媒进入闪发器24，闪发出来的气体回到压缩机11的补气口完成补气，以便达到补气增焓的效果，压缩机11可以采用双极压缩机11，配合闪发器24使用可以大大提高制热量并扩展热泵空调使用的温度下限。

为了避免制冷制热过程转换后制冷剂的回流，在第五支路上还设置有单向阀14，该单向阀14仅允许冷媒从制热换热器15内流出，为了避免补气管路中的冷媒发生回流，补气管路上设置有二通阀d，当然也可设置有单向阀14，如图1至图5中所示，为了防止压缩机11出现液击，保证压缩机11工作的可靠性，还可在第二总管上串接气液分离器18，以便将液体冷媒分离出来，避免其直接进入压缩机11内。

本发明实施例中还公开了一种由上述热泵空调系统组装而成的汽车热泵空调总成，该汽车空调总成除包括上述实施例中所公开的热泵空调系统外，还包括hvac箱体30(heating，ventilationandairconditioning供热通风与空气调节箱体)，靠近该hvac箱体30的进风口处设置有牵引风机32，制冷换热器16和制热换热器15均设置在hvac箱体30内，并填满hvac箱体30的截面，并且由牵引风机32引入的气流均经过制冷换热器16和制热换热器15。

请参考图1至图5，制冷换热器16以及制热换热器15并排设置在hvac箱体30内，并且两个换热器均填满hvac的截面，因此制冷换热器16和制热换热器15的换热面积均足够大，这同样可以有效提高车内侧的换热效率。

图1至图5为本发明实施例中汽车热泵空调总成的结构示意图，图中的箭头代表的是空气的流动方向，hvac箱体30靠近牵引风机32的开口为进风口，进风口处设置有内外循环风门31，内外循环风门31具有三个调节位置，内外循环风门31位于第一位置时，hvac箱体30的进风口与车外相通，实现外循环；内外循环风门31位于第二位置时，hvac箱体30的进风口同时与车外和车内相通，实现内外循环；内外循环风门31位于第三位置时，hvac箱体30的进风口与车内相通，实现内循环，hvac箱体30中还设置有辅助加热器34，该辅助加热器34位于车内换热器的背风侧，辅助加热器34位置还设置有冷暖风门33，该冷暖风门33同样包括三个调节位置，冷暖风门33位于第一位置时，气流全部不经过辅助加热器34；冷暖风门33位于第二位置时，气流一部分经过辅助加热器34；冷暖风门33位于第三位置时，气流全部经过所述辅助加热器34，为了保证除湿时，进风能够先经过制冷换热器16，后经过制热换热器15，优选的将制冷换热器16设置在迎风侧，制热换热器15设置在背风侧，如图1至5中所示。

当然，为了保证对汽车热泵空调总成中的车外换热器22进行充分换热，还需要设置有可变进气格栅23和用于给车外换热器22通风的风扇21，通过可变进气格栅23的变形可以改变通风面积。

除此之外，本发明中还公开了一种上述汽车热泵空调总成的控制方法，该控制方法包括：

在制冷模式下，控制三通阀12动作，并使第一支管连通，第二支管关闭；控制二通阀a关闭第三支管，并控制二通阀b接通第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管；在制热模式下，包括普通制热模式和低温制热启动模式，其中普通制热模式为：控制三通阀12动作，并使第一支管关闭，第二支管连通；控制二通阀a接通第三支管，并控制二通阀b关闭第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管；低温制热启动模式为：控制三通阀12动作，并使第一支管关闭，第二支管连通；控制制热启动二通阀开启制热启动屏蔽支路，控制二通阀a接通第三支管，并控制二通阀b关闭第六支管，控制二通阀d关闭化霜支管，在压缩机11排气口的冷媒温度和冷媒压力均达到预设值后，由低温制热启动模式转为普通制热模式。

在制冷和普通制热模式下，hvac箱体30中进行空气处理，空气经过内外循环风门31通过牵引风机32的牵引进入风道，经过制冷换热器16进行降温，或经过制热换热器15加热，然后经过冷暖风门33选择性的通过辅助加热器34加热或不加热，最后根据hvac不同风口的开关情况，将经过处理的舒适空气送到吹面风门、吹脚风门或除雾风门处。在制冷模式下，可变进气格栅23开启，风扇21可根据车速来决定是否开启来提供强制风冷换热，hvac进风口处的内外循环风门31可以根据逻辑判定或者人工选择而实现内循环、外循环或内外循环。

上述控制方法中还包括除雾模式，在除雾模式时：控制三通阀12动作，并使第一支管连通，第二支管关闭；控制二通阀a关闭第三支管，并控制二通阀b接通第六支管，控制所述二通阀d关闭化霜支管，处于除雾模式下的热泵空调系统实际是运行的制冷模式，在该模式系，进气格栅开启，以便使车外换热器22能够充分的对制冷剂进行冷却换热。在除雾模式下，hvac箱体30中进行空气处理，空气经过内外循环风门31通过牵引风机32的牵引进入风道，经过制冷换热器16进行降温除湿，再经过冷暖风门3323选择性的通过辅助加热器3424加热或不加热，最后将经过处理的舒适空气送到除雾风门处。

车外换热器22化霜模式(简称化霜模式)，在化霜模式下，控制三通阀12动作，并使第一支管连通，第二支管关闭；控制二通阀a关闭第三支管，并控制二通阀b关闭第六支管，控制二通阀d接通化霜支路。请同时参考图4，在化霜模式时，车外换热器22将作为冷凝器，以便通过制冷剂的冷凝放热将车外换热器22上的冰霜融化掉，为了避免向车内吹冷风，此时开启了化霜支路，由车外换热器22流出的制冷剂绕过车内换热器后经由化霜支路回流至压缩机11，这就避免了化霜模式下车内吹冷风的情况出现，与此同时，可以控制辅助加热器34开启，冷暖风门33位于第三位置，使进入车内的空气全部经过辅助加热器34，以便在化霜时向车内吹热风，提高用户的舒适性。在化霜模式下，可变进气格栅23以及风扇21均关闭，以避免车外换热器22的热量损失，从而提高化霜效率。

在完成化霜后，需要由化霜模式转换为制热模式，此时可变格栅打开，风扇21根据车速开启或关闭，同时辅助加热器34可一次性直接关闭，或者随着常规制热的进行，逐渐降低加热功率直至停止加热。

本发明实施例中还公开了一种汽车，包括汽车热泵空调总成，该汽车热泵空调总成为上述任意一实施例中所公开的热泵空调总成。

由于采用了上述热泵空调总成，因此该汽车兼具上述汽车热泵空调总成相应的优点，本文中对此不再进行赘述。

需要进行说明的是，上述汽车包括但不限于纯电动汽车和油电混合动力汽车。

以上对本发明所提供的汽车、热泵空调系统、汽车热泵空调总成及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。