一种经济型电动汽车空调系统及控制方法与流程

本发明属于电动汽车空调系统技术领域，特别是指一种经济型电动汽车空调系统及控制方法。

背景技术：

电动车由于没有发动机余热少，冬季普遍采用电加热器辅助供暖，但电加热器供暖效率低，严重影响了电动汽车的续航里程。热泵空调具有良好的制冷和制热性能，是电加热辅助空调系统的最佳替代方案。然而，热泵空调系统应用于电动汽车还有诸多难点需要解决。首先，热泵空调系统低温工况运行效率较低，制热性能有待提高；其次，家用热泵空调普遍采用的管翅式换热器不满足汽车的抗振性和轻量化要求。

电动汽车普遍采用电加热辅助空调系统，即单冷空调(ac)，外加热敏电阻(英文简称ptc)加热器辅助加热。ptc加热器的缺点是，ptc加热器的电转换成热的效率理论上限为1.0，实际的转换率cop<0.9，制热效率较低，对汽车续航里程影响较大。

利用三换热器热泵,如图1所示，系统有一个外部的换热器03，以及hvac内部的两个换热器，同时有两个热力膨胀阀(01，02)和两个旁通阀，系统通过切换旁通阀，实现不同方向的节流，从而达到冷热切换目的,但空调主机结构相比传统车有较大变动，需要增加室内换热器,由于室内冷凝器尺寸空间限制，散热性能有很大局限。

利用热泵双向制冷制热，如图2所示，可以通过四通换向阀04将制热过程与制冷过程转换。这种方法不需要附加任何设备，只需在需要除霜时让四通换向阀动作即可。此种结构简单，相对成本低，但现阶段主要存在以下问题：a.目前车用四通换向阀在家用四通基础上开发，无法满足车用可靠性要求；b.膨胀阀基于家用开发电子膨胀阀，成本较高,电子膨胀阀一般基于温度、压力信号计算过热度，通过热度控制膨胀阀开度，现阶段集成式温度，压力传感器成本较普通压力传感器高很多，经济型车应用成本压力很大；c.该系统有制冷，采暖功能，但没有除湿功能。即在温度不高，湿度较大天气，容易在前档玻璃起雾，影响行车安全。以上因素的限制，制约此结构形式热泵暂无量产应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种经济型电动汽车空调系统及控制方法，以解决制热效率低，影响汽车续航里程及控制方法复杂的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种经济型电动汽车空调系统，包括空调控制器、压缩机、第一开关截止阀、第二开关截止阀、第三开关截止阀、第四开关截止阀、第五开关截止阀、第六开关截止阀、室外换热器、第一截止式热力膨胀阀、第二截止式热力膨胀阀、室内换热器及气液分离器；

所述压缩机的出口通过管路分别与所述第二开关截止阀及所述第四开关截止阀连接；

所述室外换热器的一端通过管路分别与所述第三开关截止阀及第四开关截止阀连接；

所述室外换热器的另一端通过管路分别与第五开关截止阀及第一截止式热力膨胀阀连接；

所述第五开关截止阀的另一端及所述第一截止式热力膨胀阀的另一端均通过管路分别与所述第六开关截止阀及所述第二截止式热力膨胀阀连接；

所述第六开关截止阀的另一端及所述第二截止式热力膨胀阀的另一端均通过管路与所述室内换热器连接；

所述室内换热器的另一端通过管路分别与所述第一开关截止阀的一端及所述第二开关截止阀的一端连接；

第一开关截止阀的另一端与所述第三开关截止阀的另一端均通过管路与气液分离器的入口连接；

所述气液分离器的出口通过管路与所述压缩机的入口连接；

所述压缩机、所述第一开关截止阀、所述第二开关截止阀、所述第三开关截止阀、所述第四开关截止阀、所述第五开关截止阀、所述第六开关截止阀、所述第一截止式热力膨胀阀及所述第二截止式热力膨胀阀均与所述空调控制器电信号连接。

依次由压缩机、第四开关截止阀、室外换热器、第五开关截止阀、第二截止式热力膨胀阀、室内换热器、第一开关截止阀及气液分离器组成空调制冷模式回路及室外换热器化霜模式回路；

依次由所述压缩机、第二开关截止阀、所述室内换热器、第六琥关截止阀、第一截止式热力膨胀阀、所述室外换热器、第三开关截止阀及所述气液分离器组成空调采暖模式回路。

一种经济型电动汽车空调系统，包括空调控制器、压缩机、第一双位三通阀、第二双位三通阀、双向热力膨胀阀、室外换热器、室内换热器及气液分离器；

所述压缩机的出口通过管路分别与所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第三接口连接；

所述室外换热器的第一接口通过管路与所述第二双位三通阀的第一接口连接；

所述室外换热器的第二接口通过管路与双向热力膨胀阀的第一接口连接；

所述双向热力膨胀阀的第二接口通过管路与室内换热器的第一接口连接；

所述室内换热器的第二接口通过管路号第一双位三通阀的第一接口连接；

所述第一双位三通阀的第三接口及所述第二双位三通阀的第二接口均通过管路与所述气液分离器的入口连接；

所述气液分离器的出口通过管路与所述压缩机的入口连接；

所述压缩机、所述第一双位三通阀、所述第二双位三通阀及所述双向热力膨胀阀均与所述空调控制器电信号连接。

依次由所述压缩机、第二双位三通阀、所述室外换热器、所述双向热力膨胀阀、所述室内换热器、所述第一双位三通阀及所述气液分离器组成空调制冷模式回路及室外换热器化霜模式回路；

依次由所述压缩机、所述第一双位三通阀、所述室内换热器、所述双向热力膨胀阀、所述室外换热器、所述第二双位三通阀及所述气液分离器组成空调采暖模式回路。

包括室内换热器温度传感器、压力传感器及所述室外温度传感器，均与所述空调控制器电信号连接。

包括鼓风机及风扇，所述鼓风机及所述风扇均与所述空调控制器电信号连接。

包括电加热玻璃控制器及电加热玻璃；所述电加热玻璃控制器分别与所述空调控制器及所述电加热玻璃电信号连接。

一种经济型电动汽车空调控制方法，包括以下步骤：

空调控制器将采集到的车外温度信号、日照负荷信号、设定温度及车内温度经过综合计算，确定空调状态选择进入空调制冷模式或空调采暖模式；

在所述空调制冷模式或室外换热器化霜模式状态下，

空调控制器控制所述第一开关截止阀开启，所述第二开关截止阀关闭、第三开关截止阀关闭，第四开关截止阀开启、第五开关截止阀开启，第六开关截止阀关闭，第一截止式热力膨胀阀关闭，第二截止式热力膨胀阀开启，同时控制所述压缩机开启；

或者空调控制器控制所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第二接口均关闭，同时控制所述压缩机开启；

在所述空调采暖模式状态下：所述空调控制器控制所述第一开关截止阀关闭，所述第二开关截止阀开启，所述第三开关截止阀开启，所述第四开关截止阀关闭，所述第五开关截止阀关闭，所述第六开关截止阀开启，所述第一截止式热力膨胀阀开启，所述第二截止式热力膨胀阀关闭，同时控制所述压缩机开启；

或者空调控制器控制所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第二接口均开启，同时控制所述压缩机开启。

在所述空调制冷模式下和采暖模式下，所述控制器通过收集室内换热器的温度，调节压缩机的排量。

所述室外换热器化霜模式的控制方法，包括以下步骤：

当环境温度t0≤-10℃，或t0＞8℃时，所述室外换热器化霜模式不启动；

-10＜t0≤-3℃，系统运行t1＝第一设定时间后，空调采暖模式切换到室外换器化霜模式，运行第二设定时间后，切换回采暖模式；

3＜t0≤8℃，系统运行t1＝第二设定时间，采暖模式切换化霜模式，运行3min后，切换采暖模式。

前档玻璃除雾/霜模式的控制方法，包括以下步骤：

空调控制器检测到除霜按键开启信号，结合室外环境温度t0，发送控制信号给电加热玻璃控制器，确认前档玻璃除雾/霜功率：

若t0≥10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为200w；

若-10℃＜t0＜10℃,电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为400w；

若t0≤10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为600w。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过开关截止阀的使用，实现制冷剂换向结构简单，可靠性高，及四通换向+电加热玻璃，综合性空调系统解决方案，降低了系统采暖及除霜的能耗。

附图说明

图1为现有技术电动汽车空调系统示意图；

图2为通过四通换向阀的汽车空调系统示意图；

图3为本发明空调系统原理示意图；

图4为前档除雾/霜示意图；

图5为空调控制器控制原理示意图；

图6为压缩机排量控制示意图；

图7为本发明空调系统另一原理示意图；

图8为图7的空调制冷模式示意图；

图9为图7的空调采暖模式示意图。

01，02热力膨胀阀，03外部的换热器，04四通换向阀，1压缩机，21第一开关截止阀，22第二开关截止阀，23第三开关截止阀，24第四开关截止阀，25第五开关截止阀，26第六开关截止阀，5室外换热器，6风扇，7第一截止式热力膨胀阀，8室内换热器，9鼓风机，10第二截止式热力膨胀阀，11室内换热器温度传感器，12压力传感器，13空调控制器，14室外温度传感器，15气液分离器，16电加热玻璃控制器，17电加热玻璃，101压缩机，102第二双位三通阀，103室外换热器，104室外温度传感器，105风扇，106双向热力膨胀阀，107空调控制器，108室内换热器，109鼓风机，110室内换热器温度传感器，111第一双位三通阀，112气液分离器，113压力传感器。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

实施例1

本申请提供一种经济型电动汽车空调系统，如图3所示，包括空调控制器13、压缩机1、第一开关截止阀21、第二开关截止阀22、第三开关截止阀23、第四开关截止阀24、第五开关截止阀25、第六开关截止阀26、室外换热器5、第一截止式热力膨胀阀7、第二截止式热力膨胀阀10、室内换热器8及气液分离器15；还包括风扇6、鼓风机9、包括室内换热器温度传感器11、压力传感器12及所述室外温度传感器14，均与所述空调控制器电信号连接。

所述鼓风机及所述风扇均与所述空调控制器电信号连接。

其中，室内换热温度传感器设置于室内换热器处，用于检测室内换热器的温度信号；压力传感器设置于压缩机的出口处，用于检测压缩机的出口压力；室外温度传感器设置于室外换热器处，用于检测环境温度。

如图4所示，包括电加热玻璃控制器16及电加热玻璃17；所述电加热玻璃控制器分别与所述空调控制器及所述电加热玻璃电信号连接。在本申请中，各部件均需要与电源连接，为各部件的控制部分提供电源，在此不进行一一说明。

所述压缩机的出口通过管路分别与所述第二开关截止阀及所述第四开关截止阀连接；

所述室外换热器的一端通过管路分别与所述第三开关截止阀及第四开关截止阀连接；

所述室外换热器的另一端通过管路分别与第五开关截止阀及第一截止式热力膨胀阀连接；

所述第五开关截止阀的另一端及所述第一截止式热力膨胀阀的另一端均通过管路分别与所述第六开关截止阀及所述第二截止式热力膨胀阀连接；

所述第六开关截止阀的另一端及所述第二截止式热力膨胀阀的另一端均通过管路与所述室内换热器连接；

所述室内换热器的另一端通过管路分别与所述第一开关截止阀的一端及所述第二开关截止阀的一端连接；

第一开关截止阀的另一端与所述第三开关截止阀的另一端均通过管路与气液分离器的入口连接；

所述气液分离器的出口通过管路与所述压缩机的入口连接；

所述压缩机、所述第一开关截止阀、所述第二开关截止阀、所述第三开关截止阀、所述第四开关截止阀、所述第五开关截止阀、所述第六开关截止阀、所述第一截止式热力膨胀阀及所述第二截止式热力膨胀阀均与所述空调控制器电信号连接。

依次由压缩机、第四开关截止阀、室外换热器、第五开关截止阀、第二截止式热力膨胀阀、室内换热器、第一开关截止阀及气液分离器组成空调制冷模式回路及室外换热器化霜模式回路；

依次由所述压缩机、第二开关截止阀、所述室内换热器、第六琥关截止阀、第一截止式热力膨胀阀、所述室外换热器、第三开关截止阀及所述气液分离器组成空调采暖模式回路。

本系统主要由制冷模式，采暖模式及电气回路组成，其中，电气回路在图3中以空调控制器为核心的虚线箭头部分。

一种经济型电动汽车空调控制方法，包括以下步骤：

如图5所示，空调控制器将采集到的车外温度信号、日照负荷信号、设定温度及车内温度经过综合计算，确定空调状态选择进入空调制冷模式或空调采暖模式；

在所述空调制冷模式状态下，

空调控制器控制所述第一开关截止阀开启，所述第二开关截止阀关闭、第三开关截止阀关闭，第四开关截止阀开启、第五开关截止阀开启，第六开关截止阀关闭，第一截止式热力膨胀阀关闭，第二截止式热力膨胀阀开启，同时控制所述压缩机开启；第二截止热力膨胀阀开启后，通过空调控制器控制调节开度，压缩机工作，压缩机压缩制冷剂，经过室内换热器蒸发成气态制冷剂，经过第二截止式热力膨胀阀节流、膨胀后，蒸发器温度降低，吸收驾驶室内的热量。

在本申请中，第一截止热力膨胀阀与第二截止热力膨胀阀均为在原的热力阀基础上增加开关，开关打开后，热力阀根据自身结构参数，调整开度，控制实现简单，成本低。

在所述空调采暖模式状态下：所述空调控制器控制所述第一开关截止阀关闭，所述第二开关截止阀开启，所述第三开关截止阀开启，所述第四开关截止阀关闭，所述第五开关截止阀关闭，所述第六开关截止阀开启，所述第一截止式热力膨胀阀开启，所述第二截止式热力膨胀阀关闭，同时控制所述压缩机开启。

压缩机工作，压缩机压缩制冷剂，经室外换热器将制冷剂加热成气态，经第一截止热力膨胀阀节流、膨胀。在室内换热器冷凝，释放高温向驾驶室放热。

在所述空调制冷模式下和采暖模式下，所述控制器通过收集室内换热器的温度，调节压缩机的排量。

在温度较低、湿度较高使用采暖模式时，室外换热器温度低，容易结霜，为避免给系统带来故障，需要对室外换热器定期化霜。

在室外换热器化霜模式下，空调控制器控制所述第一开关截止阀开启，所述第二开关截止阀关闭、第三开关截止阀关闭，第四开关截止阀开启、第五开关截止阀开启，第六开关截止阀关闭，第一截止式热力膨胀阀关闭，第二截止式热力膨胀阀开启，同时控制所述压缩机开启；第二截止热力膨胀阀开启后，通过空调控制器控制调节开度，此时，蒸发器温度降低，吸收驾驶室内热量。在此过程中室外换热器是高温，高压制冷剂，通过高温制冷剂对室外换热器化霜。

所述室外换热器化霜模式的控制方法，包括以下步骤：

当环境温度t0≤-10℃，或t0＞8℃时，所述室外换热器化霜模式不启动；

-10＜t0≤-3℃，系统运行t1＝第一设定时间后，空调采暖模式切换到室外换器化霜模式，运行第二设定时间后，切换回采暖模式；

3＜t0≤8℃，系统运行t1＝第二设定时间，采暖模式切换化霜模式，运行3min后，切换采暖模式。

为避免压缩机切换过程中由于高低压交变对系统部件产生的冲击，在采暖→化霜切换过程中，压缩机关闭→阀件切换→3秒后，压缩机重新启动，切换完成。

为避免，化霜过程中由于室内温度降低对顾客产生的抱怨，化霜时，鼓风机9自动调整至最小档，空调模式自动调整至除霜风口，避免对人吹。化霜过程结束后，自动调整回原状态。

通过电加热玻璃实现，电加热玻璃效率高，最大功率600w，基本可满足-18℃除霜要求，相比电加热ptc(一般＞3500w)。

前档玻璃除雾/霜模式的控制方法，包括以下步骤：

空调控制器检测到除霜按键开启信号，结合室外环境温度t0，发送控制信号给电加热玻璃控制器，确认前档玻璃除雾/霜功率：

若t0≥10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为200w；

若-10℃＜t0＜10℃,电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为400w；

若t0≤10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为600w。

实施例2

一种经济型电动汽车空调系统，如图7所示，包括空调控制器107、压缩机101、第一双位三通阀111、第二双位三通阀102、双向热力膨胀阀106、室外换热器103、室内换热器108及气液分离器112；包括室内换热器温度传感器110、压力传感器113及所述室外温度传感器104，均与所述空调控制器电信号连接。

本实施例使用双向热力膨胀阀替代了两个截止热力膨胀阀及两个开关截止阀，使用两个双位三通阀替换四个开关截止阀，使系统更简洁，成本更低。

包括鼓风机109及风扇105，所述鼓风机及所述风扇均与所述空调控制器电信号连接。

包括电加热玻璃控制器及电加热玻璃；所述电加热玻璃控制器分别与所述空调控制器及所述电加热玻璃电信号连接。

所述压缩机的出口通过管路分别与所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第三接口连接；

所述室外换热器的第一接口通过管路与所述第二双位三通阀的第一接口连接；

所述室外换热器的第二接口通过管路与双向热力膨胀阀的第一接口连接；

所述双向热力膨胀阀的第二接口通过管路与室内换热器的第一接口连接；

所述室内换热器的第二接口通过管路号第一双位三通阀的第一接口连接；

所述第一双位三通阀的第三接口及所述第二双位三通阀的第二接口均通过管路与所述气液分离器的入口连接；

所述气液分离器的出口通过管路与所述压缩机的入口连接；

所述压缩机、所述第一双位三通阀、所述第二双位三通阀及所述双向热力膨胀阀均与所述空调控制器电信号连接。

依次由所述压缩机、第二双位三通阀、所述室外换热器、所述双向热力膨胀阀、所述室内换热器、所述第一双位三通阀及所述气液分离器组成空调制冷模式回路及室外换热器化霜模式回路；压缩机工作，压缩机压缩制冷剂，经过室内换热器冷却成液态制冷剂，经过双向热力膨胀阀节流膨胀，蒸发器温度降低，吸收驾驶室内热量，实现制冷，循环示意图如图8所示。

如图9所示，依次由所述压缩机、所述第一双位三通阀、所述室内换热器、所述双向热力膨胀阀、所述室外换热器、所述第二双位三通阀及所述气液分离器组成空调采暖模式回路。压缩机工作，压缩机压缩制冷剂，经室外换热器冷却成液态制冷剂，经双向热力膨胀阀4节流、膨胀。室内换热器高温向驾驶室放热。

一种经济型电动汽车空调控制方法，包括以下步骤：

空调控制器将采集到的车外温度信号、日照负荷信号、设定温度及车内温度经过综合计算，确定空调状态选择进入空调制冷模式或空调采暖模式；

在所述空调制冷模式或室外换热器化霜模式状态下，

空调控制器控制所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第二接口均关闭，同时控制所述压缩机开启；

在所述空调采暖模式状态下：

空调控制器控制所述第一双位三通阀的第二接口及所述第二双位三通阀的第二接口均开启，同时控制所述压缩机开启。

在所述空调制冷模式下和采暖模式下，所述控制器通过收集室内换热器的温度，调节压缩机的排量。

所述室外换热器化霜模式的控制方法，包括以下步骤：

当环境温度t0≤-10℃，或t0＞8℃时，所述室外换热器化霜模式不启动；

-10＜t0≤-3℃，系统运行t1＝第一设定时间后，空调采暖模式切换到室外换器化霜模式，运行第二设定时间后，切换回采暖模式；

3＜t0≤8℃，系统运行t1＝第二设定时间，采暖模式切换化霜模式，运行3min后，切换采暖模式。

前档玻璃除雾/霜模式的控制方法，包括以下步骤：

空调控制器检测到除霜按键开启信号，结合室外环境温度t0，发送控制信号给电加热玻璃控制器，确认前档玻璃除雾/霜功率：

若t0≥10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为200w；

若-10℃＜t0＜10℃,电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为400w；

若t0≤10℃，电加热玻璃控制器控制提供给电加热玻璃的功率为600w。

虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。