新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车，尤其是一种新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统及其工作方法。


背景技术：

2.目前，新能源电动汽车的采暖和电池加热主要采用电加热的方案，电加热效率低，电动汽车续航里程缩减较大，部分中高端车型虽然也配置了热泵系统，但系统设计架构复杂、成本过高，不利于热泵系统的推广普及。
3.如何经济有效地满足整车热管理需求，节约电池耗电量，提高整车续航里程，是目前电动汽车热管理的研究重点。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明木目的是提供一种新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统及其工作方法，其能够充分利用电机电控的废热和堵转发热，可同时对乘员舱、电机电控、电池进行热管理，有效节约电池能耗，提高整车续航里程。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
6.一种新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统，包括用于制冷剂流通的制冷剂管路，用于对电池、电机电控进行热管理的冷却水管路；所述制冷剂管路包括电动压缩机、hvac总成、chiller热交换器、前端热交换模块，hvac总成包括蒸发器、室内冷凝器，前端热交换模块包括室外热交换器，电动压缩机出口连接室内冷凝器，室内冷凝器分别连接电磁阀一、电磁阀二，电磁阀一分别连接chiller热交换器、蒸发器、单向阀出口，电磁阀二连接室外热交换器，外热交换器、单向阀入口连接电磁阀三，chiller热交换器、蒸发器、电磁阀三连接电动压缩机进口；
7.所述冷却水管路包括水泵一、电池、四通水阀、水泵二、电机电控、三通水阀，水泵一入口连接chiller热交换器，水泵一出口连接电池，电池连接四通水阀的第一管口，四通水阀的第二管口连接chiller热交换器，四通水阀的第三管口连接三通水阀的第一管口，四通水阀的第四管口连接水泵二的入口，水泵二的出口连接电机电控，电机电控分别连接外热交换器、三通水阀的第二管口，三通水阀的第三管口连接外热交换器。
8.进一步的，所述制冷剂管路还包括电子膨胀阀一、电子膨胀阀二、电子膨胀阀三，电子膨胀阀一设置在电磁阀一与chiller热交换器之间，电子膨胀阀二设置在电磁阀一与蒸发器之间，电子膨胀阀三与电磁阀二并联设置在室内冷凝器与室外热交换器之间。
9.进一步的，所述制冷剂管路还包括汽液分离器，汽液分离器设置在chiller热交换器、蒸发器、电磁阀三与电动压缩机之间。
10.进一步的，所述前端热交换模块还包括电子风扇，用于将室外气流引至室外热交换器。
11.上述新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统的工作方法：
12.在乘客舱制冷模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀二、室外热交换器、单向阀、电子膨胀阀二、蒸发器、汽液分离器组成制冷循环，在制冷循环中，高温高压的制冷剂通过室外热交换器把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂通过蒸发器把经过hvac总成的车室内循环风进行冷却，冷风经过hvac总成吹面送风口送出，达到给车室制冷的目的；
13.在电池冷却模式下，当环境温度低于30℃时，由水泵一、电池、四通水阀第一和第四管口、水泵二、电机电控、室外热交换器、三通水阀第一和第三管口、四通水阀第二和第三管口、chiller热交换器组成水路循环，通过水路循环将电池的热量经室外热交换器传递给室外空气，当环境温度等于或高于30℃时，电池需要强制冷却时，由水泵一、电池、四通阀第一和第二管口、chiller热交换器组成水路循环，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀二、室外热交换器、单向阀、电子膨胀阀一、chiller热交换器、汽液分离器组成制冷循环，通过水路循环将电池的热量经chiller热交换器传递给制冷剂，再通过室外热交换器把热量传给室外空气；
14.在乘客舱与电池同时制冷模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀二、室外热交换器、单向阀、电子膨胀阀二、电子膨胀阀一、蒸发器、chiller热交换器、汽液分离器组成制冷循环，由水泵一、电池、四通阀第一和第二管口、chiller热交换器组成水路循环，高温高压的制冷剂通过室外热交换器把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂同时通过蒸发器和chiller热交换器，把经过hvac总成的车室内循环风进行冷却，同时通过水路循环将电池的热量经chiller热交换器传递给制冷剂，再通过室外热交换器排放到大气中，达到同时给车室与电池降温的目的；
15.在乘客舱热泵制热模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电子膨胀阀三、室外热交换器、电磁阀三、汽液分离器组成制热循环，高温高压的制冷剂通过室内冷凝器加热流经hvac总成的车室空气，达到制热的目的，制冷剂通过室外热交换器从室外-10℃～25℃的低温环境中获得热量；
16.在余热回收制热模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电子膨胀阀三、室外热交换器、电磁阀三、汽液分离器组成一制热循环，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀一、电子膨胀阀一、chiller热交换器、汽液分离器组成另一制热循环，由水泵一、电池、四通水阀第一和第四管口、水泵二、电机点控、三通水阀第一和第二管口、四通水阀第二和第三管口、chiller热交换器组成水路循环，高温高压的制冷剂通过内室内冷凝器)加热流经hvac总成的室内空气，达到制热的目的，制冷剂通过室外热交换器从室外-10℃～25℃的低温环境中吸收热量，同时，通过水路循环将电池以及的电机电控热量经chiller热交换器传递给制冷剂；
17.在电池加热模式下，由水泵一、电池、四通水阀第一和第四管口、水泵二、电机电控、三通水阀第一和第二管口、四通水阀第二和第三管口、chiller热交换器组成水路循环，电机电控产生的热量直接传递给电池；
18.除雾模式分为制冷除雾模式和制冷再热除雾模式，当环境温度等于或高于15℃时，在车室起雾时需要进行制冷除雾模式，当环境温度低于15℃时，车室起雾时需要进行制冷再热除雾模式，在制冷除雾模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀二、室外热交换器、单向阀、电子膨胀阀二、蒸发器、汽液分离器组成制冷循环，在制冷循环中，高温高压的制冷剂通过室外热交换器把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂通过蒸发器把经过hvac
总成的车室内循环风量进行冷却，冷风经过hvac总成除雾送风口送出，去除车窗上的水雾，在制冷再热除雾模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀一、电子膨胀阀二、蒸发器、汽液分离器组成制冷循环，流经hvac总成的室内空气，先在蒸发器冷却，后在室内冷凝器加热，加热后的干燥热空气通入车内，去除车窗上的水雾；
19.在融霜保护模式下，由电动压缩机、室内冷凝器、电磁阀二、室外热交换器、单向阀、电子膨胀阀一、chiller热交换器、汽液分离器组成制冷循环，由水泵一、电池、四通水阀第一和第四管口、水泵二、电机电控、三通水阀第一和第二管口、四通水阀第二和第三管口、chiller热交换器组成水路循环，高温高压的制冷剂流经室外热交换器时，融化外热交换器的霜，同时，通过水路循环将电池以及电机电控的热量经chiller热交换器传递给制冷剂。
20.有益效果：
21.1、本发明能利用电机电控的废热和堵转发热，提供一定工况下的辅助热量，取消了wptc(水加热器)或aptc(空气加热器)，使系统简化，降低了系统成本；
22.2、前端模块采用了新的结构设计，把原来冷凝器与低温散热器进行了一体设计，在低温工况下增加了两种热交换器的相互传热，提高了余热利用效率，同时节省了安装空间；
23.3、余热的利用除了前端模块外，电机的热量在维持电池恒温的情况下，同时可以通过chiller热交换器把制冷剂进行加热，提高了制冷系统热泵的运行效率。增大了车室的供热能力；
24.4、相比目前市场上常见的热泵热管理系统架构设计，本发明可以大幅度降低成本，预估可以降低成本约30％。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。
26.图中：1-电动压缩机；2-hvac总成；2-1-蒸发器；2-2-室内冷凝器；3-电子膨胀阀一；4-电子膨胀阀二；5-chiller热交换器；6-汽液分离器；7-电磁阀一；8-电子膨胀阀三；9-电磁阀二；10-前端热交换模块；10-1-室外热交换器；10-2-电子风扇；11-水泵一；12-电池；13-四通水阀；14-水泵二；15-电机电控；16-三通水阀；17-单向阀；18-电磁阀三。
具体实施方式：
27.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
28.如图1所示，本发明的一种新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统，包括用于制冷剂流通的制冷剂管路，用于对电池、电机电控进行热管理的冷却水管路。
29.制冷剂管路包括电动压缩机1、hvac总成2、chiller热交换器5、前端热交换模块10，hvac总成2包括蒸发器2-1、室内冷凝器2-2，前端热交换模块10包括室外热交换器10-1，电动压缩机1出口连接室内冷凝器2-2，室内冷凝器2-2分别连接电磁阀一7、电磁阀二9，电磁阀一7分别连接chiller热交换器5、蒸发器2-1、单向阀17出口，电磁阀二9连接室外热交换器10-1，外热交换器10-1、单向阀17入口连接电磁阀三18，chiller热交换器5、蒸发器2-1、电磁阀三18连接电动压缩机1进口。
30.本实施中，制冷剂管路还包括电子膨胀阀一3、电子膨胀阀二4、电子膨胀阀三8，电
子膨胀阀一3设置在电磁阀一7与chiller热交换器5之间，电子膨胀阀二4设置在电磁阀一7与蒸发器2-1之间，电子膨胀阀三8与电磁阀二9并联设置在室内冷凝器2-2与室外热交换器10-1之间。为了便于精确控制制冷剂流量，
31.本实施例中，制冷剂管路还包括汽液分离器6，汽液分离器6设置在chiller热交换器5、蒸发器2-1、电磁阀三18与电动压缩机1之间。在启动、运行或融霜(热泵)后制冷剂液体返回时对压缩机保护。
32.本实施例中，前端热交换模块10还包括电子风扇10-2，用于将室外气流引至室外热交换器10-1。
33.冷却水管路包括水泵一11、电池12、四通水阀13、水泵二14、电机电控15、三通水阀16，水泵一11入口连接chiller热交换器5，水泵一11出口连接电池12，电池12连接四通水阀13的第一管口，四通水阀13的第二管口连接chiller热交换器5，四通水阀13的第三管口连接三通水阀16的第一管口，四通水阀13的第四管口连接水泵二14的入口，水泵二14的出口连接电机电控15，电机电控15分别连接外热交换器10-1、三通水阀16的第二管口，三通水阀16的第三管口连接外热交换器10-1。
34.本发明的新能源汽车用经济型热泵空调热管理系统的工作方法：
35.在乘客舱制冷模式下，电磁阀二9开启，电磁阀一7、电磁阀三18关闭，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀二9、室外热交换器10-1、单向阀17、电子膨胀阀二4、蒸发器2-1、汽液分离器6组成制冷循环，在制冷循环中，高温高压的制冷剂通过室外热交换器10-1把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂通过蒸发器2-1把经过hvac总成2的车室内循环风进行冷却，冷风经过hvac总成(2)吹面送风口送出，达到给车室制冷的目的；
36.在电池冷却模式下，当环境温度低于30℃时，四通水阀13第一和第四管口导通，第二和第三管口导通，三通水阀16第一和第三管口导通，由水泵一11、电池12、四通水阀13第一和第四管口、水泵二14、电机电控15、室外热交换器10-1、三通水阀16第一和第三管口、四通水阀13第二和第三管口、chiller热交换器5组成水路循环，通过水路循环将电池12的热量经室外热交换器10-1传递给室外空气，当环境温度等于或高于30℃时，电池需要强制冷却时，四通水阀13第一和第二管口导通，由水泵一11、电池12、四通阀13第一和第二管口、chiller热交换器5组成水路循环，电磁阀二9开启，电磁阀一7、电磁阀三18关闭，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀二9、室外热交换器10-1、单向阀17、电子膨胀阀一3、chiller热交换器5、汽液分离器6组成制冷循环，通过水路循环将电池12的热量经chiller热交换器5传递给制冷剂，再通过室外热交换器10-1把热量传给室外空气；
37.在乘客舱与电池同时制冷模式下，电磁阀二9开启，电磁阀一7、电磁阀三18关闭，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀9、室外热交换器10-1、单向阀17、电子膨胀阀二4、电子膨胀阀一3、蒸发器2-1、chiller热交换器5、汽液分离器6组成制冷循环，四通水阀13第一和第二管口导通，由水泵11、电池12、四通阀13第一和第二管口、chiller热交换器5组成水路循环，高温高压的制冷剂通过室外热交换器10-1把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂同时通过蒸发器2-1和chiller热交换器5，把经过hvac总成2的车室内循环风量进行冷却，同时通过水路循环将电池12的热量经chiller热交换器5传递给制冷剂，再通过室外热交换器10-1排放到大气中，达到同时给车室与电池降温的目的；
38.在乘客舱热泵制热模式下，电磁阀三18开启，电磁阀一7、电磁阀二9关闭，由电动
压缩机1、室内冷凝器2-2、电子膨胀阀三8、室外热交换器10-1、电磁阀三18、汽液分离器6组成制热循环，高温高压的制冷剂通过室内冷凝器2-2加热流经hvac总成2的车室空气，达到制热的目的，吸收的热量通过室外热交换器10-1从室外-10℃～25℃的低温环境中获得；
39.在余热回收制热模式下，电磁阀一7、电磁阀三18开启，电磁阀二9关闭，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电子膨胀阀三8、室外热交换器10-1、电磁阀三18、汽液分离器6组成一制热循环，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀一7、电子膨胀阀一3、chiller热交换器5、汽液分离器6组成另一制热循环，四通水阀13第一和第四管口导通，第二和第三管口导通，三通水阀16第一和第二管口导通，由水泵一11、电池12、四通水阀13第一和第四管口、水泵二14、电机电控15、三通水阀16第一和第二管口、四通水阀13第二和第三管口、chiller热交换器5组成水路循环，高温高压的制冷剂通过内室内冷凝器2-2加热流经hvac总成2的室内空气，达到制热的目的，制冷剂通过室外热交换器10-1从室外-10℃～25℃的低温环境中吸收热量，同时，通过水路循环将电池12以及的电机电控15热量经chiller热交换器5传递给制冷剂；
40.在电池加热模式下，四通水阀13第一和第四管口导通，第二和第三管口导通，三通水阀16第一和第二管口导通，由水泵一11、电池12、四通水阀13第一和第四管口、水泵二14、电机电控15、三通水阀16第一和第二管口、四通水阀13第二和第三管口、chiller热交换器5组成水路循环，电机电控15产生的热量直接传递给电池12；
41.除雾模式分为制冷除雾模式和制冷再热除雾模式，当环境温度等于或高于15℃时，在车室起雾时需要进行制冷除雾模式，当环境温度低于15℃时，车室起雾时需要进行制冷再热除雾模式，在制冷除雾模式下，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀二9、室外热交换器10-1、单向阀17、电子膨胀阀二4、蒸发器2-1、汽液分离器6组成制冷循环，在制冷循环中，高温高压的制冷剂通过室外热交换器10-1把热量传给室外空气，低温低压的制冷剂通过蒸发器2-1把经过hvac总成2的车室内循环风量进行冷却，冷风经过hvac总成2除雾送风口送出，去除车窗上的水雾，在制冷再热除雾模式下，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀一7、电子膨胀阀二4、蒸发器2-1、汽液分离器6组成制冷循环，流经hvac总成2的室内空气，先在蒸发器2-1冷却，后在室内冷凝器2-2加热，加热后的干燥热空气通入车内，去除车窗上的水雾；
42.在融霜保护模式下，电磁阀二9开启，电磁阀一7、电磁阀三18关闭，由电动压缩机1、室内冷凝器2-2、电磁阀二9、室外热交换器10-1、单向阀17、电子膨胀阀一3、chiller热交换器5、汽液分离器6组成制冷循环，四通水阀13第一和第四管口导通，第二和第三管口导通，三通水阀16第一和第二管口导通，由水泵一11、电池12、四通水阀13第一和第四管口、水泵二14、电机电控15、三通水阀16第一和第二管口、四通水阀13第二和第三管口、chiller热交换器5组成水路循环，高温高压的制冷剂流经室外热交换器10-1时，融化外热交换器10-1的霜，同时，通过水路循环将电池12以及电机电控15的热量经chiller热交换器5传递给制冷剂。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。