温和环境车辆热泵系统的制作方法
【专利摘要】提供一种用于控制乘客室和车辆电池温度的车辆的热泵系统。热泵系统可以包括冷却模式和加热模式。相应加热和冷却回路中的每一个的部件可以包括：压缩机、AC冷凝器、热泵冷凝器、车厢蒸发器、热泵蒸发器、贮液器/干燥器、多个膨胀装置和多个流动控制阀门。使用多个蒸发器和冷凝器消除了在运行模式变化时逆转制冷剂流动方向的需要；因此，系统低压侧的位置在所有运行模式下保持恒定。系统的低压侧不被环境空气冷却，使得系统复杂性最小化，且消除了中断加热模式以便使得外部换热器除冰的需要。
【专利说明】温和环境车辆热泵系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于使用在温和环境温度下的车辆热泵系统。
【背景技术】
[0002]在常规的加热、通风和空调(HVAC)系统中，存在两个分开的流体回路:用于冷却车厢的制冷剂流体回路，和用于加热车厢的冷却剂流体回路。冷却回路使制冷剂循环流动，所述制冷剂可以是例如R_134a等化合物。加热回路使通常可以是乙烯乙二醇和水混合物的流体循环流动。这种HVAC系统可以包括可逆的制冷剂热泵系统，其中制冷剂流动被制冷剂阀门控制，由此通过将两个换热器的功能逆转而允许热泵系统在车厢加热模式和车厢冷却模式下运行。
[0003]在车厢冷却模式下，制冷剂从压缩机流动通过用作冷凝器的外部换热器，进入膨胀阀门，且通过用作蒸发器的内部换热器。热量从被吹过内部换热器(蒸发器)的空气提取，由此向乘客室提供冷却的空气。
[0004]在车厢加热模式下，位于乘客室外部的制冷剂换热器(外部换热器)用作蒸发器。在乘客室内部的制冷剂换热器(内部换热器)用作冷凝器。制冷剂从压缩机流动通过用作冷凝器的内部换热器，进入贮液器和节流管或其他类型的膨胀装置，且通过用作蒸发器的外部换热器。来自制冷剂的热量被流动经过内部换热器的空气吸收，所述空气被吹入乘客室以提供热量。
【发明内容】
[0005]提供一种用于控制乘客室和车辆电池温度的，用于在温和环境温度下使用的车辆的热泵系统。热泵系统可以包括两个运行模式:冷却模式和加热模式，它们在运行中可以使制冷剂循环流动。制冷剂通常在加热模式下被沿加热回路引导，并且在冷却模式下被沿冷却回路引导。制冷剂可以沿相应加热回路或冷却回路中的一个被引导，且被引导通过多个部件，以冷却或加温乘客室以及冷却车辆电池。
[0006]车辆的热泵系统可以包括压缩机、AC冷凝器、热泵冷凝器、车厢蒸发器、用作热泵蒸发器的可充电能量存储系统(RESS)冷却器、贮液干燥器、多个膨胀装置和多个流动控制阀门。
[0007]车辆的热泵系统可以独立地或同时地在两个运行模式下，S卩加热模式和冷却模式下运行。在加热模式期间，系统采用在HVAC模块内部或在车辆发动机舱中的热泵冷凝器，和作为热泵蒸发器的RESS冷却器。另外，加热回路可以包括车厢蒸发器，所述车厢蒸发器可以配置为将传送到乘客室的空气冷却和除湿。在冷却模式下，系统利用车厢蒸发器和在HVAC模块外部的独立的AC冷凝器。
[0008]因此，在改变运行模式时，不必要求制冷剂流动逆转。不需要逆转系统，系统低压侧的被限定在多个膨胀装置中的一个和压缩机之间的位置在所有运行模式下保持恒定，减少或消除了在加热模式下对外部换热器除冰的需要，且允许不中断乘客室的加热。[0009]从下文结合附图进行的对实施所附权利要求中限定的本发明的最佳模式中的一些和其他实施例做出的详尽描述中，能容易地明白上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1A是运行在加热模式下的车辆的热泵系统第一实施例的第一构造的示意图；
[0011]图1B是运行在加热模式下的车辆的热泵系统第一实施例的第二构造的示意图；
[0012]图2A是运行在冷却模式下的车辆的热泵系统第一实施例的第三构造的示意图；
[0013]图2B是运行在冷却模式下的车辆的热泵系统第一实施例的第四构造的示意图；
[0014]图3是车辆的热泵系统第一实施例的第五构造的示意图；和
[0015]图4是车辆的热泵系统第二实施例的示意图，其中热泵冷凝器是位于车辆发动机舱中的制冷剂-冷却剂换热器。
【具体实施方式】
[0016]以下描述和附图针对示例性实施例，且实质上仅是说明性的而不是对本发明、其应用或使用的限制。附图中，一些部件被示以标准或基本的符号。这些符号仅是表示性和说明性的，且决不是要限制任何具体所示的构造、限制所示不同构造之间的组合或限制权利要求。对部件的所有描述都是开放性的且部件的任何例子是非穷举的。
[0017]参见附图，其中，在几幅视图中，相同的附图标记对应于相同的或相似的部件，用于控制车辆乘客室122和车辆电池115的温度、以在冷和温和环境温度下使用的车辆的热泵系统100、200被以各种构造和运行模式提供和显示在图1A-B、2A-B、3和4中。
[0018]热泵系统100可以运行在两个模式下:如图2A_B、3和4所示的冷却模式和图1A-B,3和4所示的加热模式。在运行在相应的加热模式和冷却模式中的每一个下时，热泵系统100使制冷剂循环流动。制冷剂可以是R-134a、R-1234yf、R-744、R-152a等中的一种。在加热模式下，制冷剂可以被引导沿加热回路125通过多个部件，以对车辆乘客室122加热和除湿和/或冷却车辆电池115。在冷却模式下，制冷剂可以被引导沿冷却回路124通过多个部件，以对车辆乘客室122冷却和除湿和/或冷却车辆电池115。
[0019]大体在图1A示出的加热回路125可以包括压缩机102，所述压缩机102具有压缩机入口 126和压缩机出口 127 ;至少一个高侧制冷剂压力传感器117 ;第一流动控制阀门114 ;第二流动控制阀门106 ;第三流动控制阀门104 ;热泵冷凝器Illa ;贮液干燥器105 ;第一膨胀装置108 ;第二膨胀装置107 ;RESS冷却器110，用作热泵蒸发器；车厢蒸发器113 ;至少一个低侧制冷剂压力传感器116 ;和至少一个控制模块123。
[0020]加热回路125具有明显的高压侧和低压侧。高压侧(其中制冷剂处在冷凝的高压力状态)限定在压缩机出口 127和相应膨胀装置107、108中的每一个之间。系统的低压侧(其中制冷剂处在膨胀的低压力状态)限定在相应膨胀装置107、108中的每一个和压缩机入口 126之间。
[0021]压缩机102可以被电动机(未示出)驱动，所述电动机可以是单速或可变速度种类的。压缩机102也可以是被连接到发动机曲轴(未示出)的传动带驱动的泵。压缩机102可以包括压缩机入口 126和压缩机出口 127。压缩机102可以配置为在压缩机入口 126处系统低压侧接收制冷剂气体，且可以将制冷剂气体增压到高压状态。压缩机102可以进一步配置为将压缩的制冷剂气体排出到压缩机出口 127，在系统的高压侧离开。
[0022]至少一个低侧制冷剂压力传感器116可以定位在压缩机102的低压侧，靠近压缩机入口 126。至少一个高侧制冷剂压力传感器117可以定位在压缩机102的高压侧，靠近压缩机出口 127。
[0023]加热回路125可以另外包括第一流动控制阀门114，其可以在热泵系统100运行在加热模式下时完全打开。第一流动控制阀门114可以在加热模式下完全打开且可以配置为引导和选择性地分配制冷剂到热泵冷凝器111a。第三流动控制阀门104可以在加热模式下完全关闭。如果乘客室122需要除湿，则第二流动控制阀门106可以在加热模式下完全打开；如果乘客室122不需要除湿，则第二流动控制阀门106可以在加热模式下完全关闭。
[0024]热泵冷凝器可以是位于HVAC模块121内的制冷剂-空气换热器111a，如图1A-B所示。替换地，热泵冷凝器可以是位于车辆发动机舱152中的制冷剂-冷却剂换热器111c，如图4所示。热泵冷凝器IllaUllc可以包括冷凝器入口 128和冷凝器出口 129。热泵冷凝器IllaUllc可以配置为在冷凝器入口 128处接收加压的制冷剂气体，且可以在加压的制冷剂气体通过冷凝器IllaUllc时从加压的制冷剂气体提取热量，以至加压的制冷剂气体被冷却到其重新变为液体状态的温度点的程度。从制冷剂提取的热量可以被交换到流动经过热泵冷凝器Illa的空气。加热的空气可以被引导到乘客室122。冷却液体制冷剂可以在热泵冷凝器出口 129处从热泵冷凝器IllaUllc排出。
[0025]贮液干燥器105可以包括贮液干燥器入口 134和贮液干燥器出口 135。贮液干燥器105可以进一步包括多个干燥剂(未示出)，以从系统100吸收和除湿。贮液干燥器105可以在贮液干燥器入口 134处接收高压制冷剂液体，且从贮液干燥器出口 135排出高压制冷剂液体。
[0026]第一膨胀装置108可以允许高压液体制冷剂膨胀，降低系统100中的压力。第一膨胀装置108可以在显著降低的压力下引导和选择性地分配制冷剂到RESS冷却器110。第一膨胀装置108可以是温度调节阀门或热膨胀阀门，且可以配置为在制冷剂进入RESS冷却器110时保持恒定的蒸发器过热状态，冷却器110用作热泵蒸发器。温度调节阀门或热膨胀阀门可以是常规的机械驱动的热膨胀阀门，其没有相关联的电子装置，如图1A-B所示，或热膨胀阀门可以是电子驱动的热膨胀阀门，如图2A-B、3和4所示。第一膨胀装置108可以是图1A-B、2A-B、3和4所示的任何电子或机械构造。第一膨胀装置108可以例如通过传感器或测温仪表检测离开RESS冷却器110的制冷剂的温度，且可以通过让额外的或更少的制冷剂进入RESS冷却器110改善换热性能。
[0027]RESS冷却器110可以位于HVAC模块121外部。RESS冷却器110可以用作热泵蒸发器，其可以包括盘管(未示出)等，以将来自电池115的热量消散到冷却的制冷剂。RESS冷却器110可以将制冷剂引导经过低侧压力传感器116，且引导回到压缩机102。
[0028]如果乘客室122需要除湿，则加热回路125也可以使制冷剂沿流动路径150循环流动，如图1A所示。在这种情况下，加热回路125也可以包括车厢蒸发器113、第二流动控制阀门106和第二膨胀装置107。另外，在乘客室122期望除湿时，第二流动控制阀门106可以在加热模式期间完全打开。第二膨胀装置107可以配置为从贮液干燥器105通过第二流动控制阀门106接收制冷剂，且可以进一步配置为允许高压制冷剂膨胀，降低系统100中的压力。
[0029]第二膨胀装置107可以在显著降低的压力下控制和选择性地分配制冷剂到车厢蒸发器113。第二膨胀装置107可以是温度调节阀门或热膨胀阀门，且配置为在制冷剂进入车厢蒸发器113时保持恒定蒸发器过热状态。温度调节阀门或热膨胀阀门可以是常规的机械驱动的热膨胀阀门，其没有相关联的电子装置，如图2A-B所示，或热膨胀阀门可以是电子驱动的热膨胀阀门，如图1A-B、3和4所示。第二膨胀装置107可以是图1A-B、2A-B、3和4所示的任何电子或机械构造。第二膨胀装置107可以通过例如传感器或测温仪表监测离开车厢蒸发器113的制冷剂的温度，且可以通过让额外的或更少的制冷剂进入车厢蒸发器113改善换热性能。
[0030]车厢蒸发器113可以位于HVAC模块121中。车厢蒸发器113可以包括盘管(未示出)。车厢蒸发器113可以配置为对流动经过盘管(未示出)和进入乘客室122的空气冷却和除湿。车厢蒸发器113可以进一步包括风扇(未示出)，以将空气引导经过灌注了制冷剂的盘管，且有助于将空气引导到乘客室122中。车厢蒸发器113可以进一步配置为将制冷剂引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0031]大体在图2A-B不出的冷却回路124可以包括压缩机102,所述压缩机102具有压缩机入口 126和压缩机出口 127 ;至少一个高侧制冷剂压力传感器117 ;AC冷凝器103 ;第一流动控制阀门114 ;第二流动控制阀门106、第三流动控制阀门104 ;贮液干燥器105 ;第一膨胀装置108 ;RESS冷却器110，用作热泵蒸发器；第二膨胀装置107 ;车厢蒸发器113 ;至少一个低侧制冷剂压力传感器116 ;和至少一个控制模块123。
[0032]冷却回路124具有明显的高压侧和低压侧。高压侧(其中制冷剂处在冷凝的高压力状态)限定在压缩机出口 127和相应膨胀装置107、108中的每一个之间。系统的低压侧(制冷剂处在膨胀的低压力状态)限定在相应膨胀装置107、108中的每一个和压缩机入口126之间。
[0033]压缩机102可以被电动机(未示出)驱动，所述电动机可以是单速或可变速度种类的。压缩机102也可以是被连接到发动机曲轴(未示出)的传动带驱动的泵。压缩机102可以包括压缩机入口 126和压缩机出口 127。压缩机102可以在压缩机入口 126处，系统低压侧，接收制冷剂气体，且可以使制冷剂气体增压到高压状态。压缩机102可以将压缩的制冷剂气体引导到压缩机出口 127，在系统100的高压侧离开。
[0034]至少一个低侧制冷剂压力传感器116可以定位在压缩机102的低压侧，靠近压缩机入口 126。至少一个高侧制冷剂压力传感器117可以定位在压缩机102的高压侧，靠近压缩机出口 127。
[0035]在冷却模式下，第一流动控制阀门114可以完全关闭。在冷却模式下，相应第二流动控制阀门106和第三流动控制阀门104中的每一个可以完全打开，且可以进一步配置为接收和排出制冷剂。
[0036]AC冷凝器103可以位于HVAC模块121外部。AC冷凝器103可以包括AC冷凝器入口 130和AC冷凝器出口 131。AC冷凝器103可以在冷凝器入口 130处接收加压的制冷剂气体，且可以在加压的制冷剂气体流动通过AC冷凝器103时，冷却和冷凝加压的制冷剂气体，以至加压的制冷剂气体被冷却和冷凝到其重新变为液体状态的温度点的程度。AC冷凝器出口 131可以配置为排出冷却的液体制冷剂。[0037]贮液干燥器105可以包括贮液干燥器入口 134和贮液干燥器出口 135。贮液干燥器105可以进一步包括从系统100吸收和除湿的多个干燥剂(未示出)。贮液干燥器105可以在贮液干燥器入口 134处接收高压制冷剂液体且从贮液干燥器出口 135排出高压制冷剂液体到第一膨胀装置108和第二膨胀装置107中的一个。
[0038]第一和第二膨胀装置108、107可以允许高压液体制冷剂膨胀，在制冷剂离开第一和第二膨胀装置108、107时降低制冷剂的压力。第一和第二膨胀装置108、107可以进一步配置为在显著降低的压力下控制和选择性地分配制冷剂到相应RESS冷却器110和车厢蒸发器113中的每一个，所述RESS冷却器110用作热泵蒸发器。第一和第二膨胀装置108、107可以是温度调节阀门或热膨胀阀门，且可以配置为在制冷剂进入RESS冷却器110 (其用作热泵蒸发器)和车厢蒸发器113中的一个时保持恒定蒸发器过热状态。相应第一膨胀装置108和第二膨胀装置107中的每一个可以是图1A-B、2A-B、3和4所示的任何电子或机械构造。第一和第二膨胀装置108、107可以例如通过传感器或测温仪表监测离开RESS冷却器110或车厢蒸发器113任一个的制冷剂的温度，且可以通过让额外的或更少的制冷剂进入RESS冷却器110或车厢蒸发器113而改善换热性能。
[0039]RESS冷却器110可以包括盘管(未示出)等，以将来自电池115的热量消散到冷却的制冷剂。RESS冷却器110可以将制冷剂引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0040]车厢蒸发器113可以位于HVAC模块121中。车厢蒸发器113可以包括盘管(未示出)，其可以用于允许制冷剂流动经过盘管(未示出)。车厢蒸发器113可以配置为对流动经过盘管(未示出)且进入乘客室122的空气冷却和除湿。车厢蒸发器113可以进一步包括风扇(未示出)，以将空气引导经过灌注了制冷剂的盘管，且有助于将空气引导到乘客室122。车厢蒸发器113可以配置为将制冷剂引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机 102。
[0041]如图1A-B、2A-B、3和4所示，相应加热回路125和冷却回路124中的每一个可以包括至少一个控制模块123，所述控制模块123可以与至少一个电连接部136电连接，且可以配置为在各种运行模式下监测和控制热泵系统100。至少一个控制模块123可以配置为与马达(未示出)通信，所述马达可以驱动压缩机102。至少一个控制模块123可以进一步被配置为通过至少一个电连接部136与第一和第二膨胀装置108、107 ;多个流动控制阀104、106、114、120 ;压力传感器116、117 ;和其他子系统通信。
[0042]车辆的热泵系统100、200的示例性例子显示在图1A-B、2A_B、3和4。每一个实施例描述了车辆的热泵系统100、200，所述热泵系统100、200能在加热模式和冷却模式下运行，而不需要在运行模式变化时逆转系统100、200。另外，每一个实施例将允许混合动力或电动车在至少低至约4°C的环境温度中运行在混合动力模式和电动车模式(EV模式)下。
[0043]图1A-B图示了运行在加热模式下的热泵系统100的第一实施例的第一构造和第二构造。在第一构造中，如图1A所示，低压制冷剂气体被引导经过低侧压力传感器116到压缩机102。压缩机102可以配置为在压缩机入口 126处接收低压制冷剂气体。压缩机102可以压缩制冷剂气体，形成高压制冷剂气体，且在压缩机出口 127处排出高压制冷剂气体。
[0044]高压制冷剂气体可以从压缩机出口 127排出，且被引导经过高侧压力传感器117，到第一流动控制阀门114。第一流动控制阀门114可以在加热模式下完全打开，且可以配置为弓I导和选择性地分配高压制冷剂气体到热泵冷凝器111a。
[0045]热泵冷凝器11 Ia可以是制冷剂-空气换热器，且可以容纳在HVAC模块121中。热泵冷凝器11 Ia可以配置为在热泵冷凝器入口 128处从第一流动控制阀门114接收高压制冷剂气体。热泵冷凝器Illa可以另外被配置为在制冷剂气体流过热泵冷凝器Illa时冷却和冷凝加压的制冷剂气体，以至制冷剂重新变为液体形式的程度。从制冷剂提取的热量可以被交换到流动经过热泵冷凝器Illa的空气。加热的空气可以被引导到乘客室122。冷却的液体制冷剂可以从热泵冷凝器出口 129排出，且被引导到贮液干燥器105。
[0046]贮液干燥器105可以配置为在贮液干燥器入口 134处从热泵冷凝器Illa接收液体制冷剂。贮液干燥器105可以进一步配置为通过使用多个干燥剂(未示出)从系统100除湿，所述干燥剂可以从被引导到车厢蒸发器113和用作热泵蒸发器的RESS冷却器110中的一个的制冷剂吸收和除去过多的湿气。在过多的湿气被从系统100提取之后，制冷剂液体可以从贮液干燥器出口 135排出，且被引导到第一膨胀装置108或第二膨胀装置107中的至少一个。
[0047]如果车厢不需要除湿，则第二流动控制阀门106可以完全关闭，且从贮液干燥器105排出的所有制冷剂可以被引导到第一膨胀装置108。如果车厢需要除湿，则第二流动控制阀门106可以完全打开，且从贮液干燥器105排出的制冷剂可以被引导和选择性地分配到第一膨胀装置108和第二膨胀装置107中的一个。
[0048]高压液体制冷剂可以从贮液干燥器105被引导到第一膨胀装置108。第一膨胀装置108可以配置为接收制冷剂，且进一步配置为允许液体制冷剂减压和膨胀。第一膨胀装置108可以进一步配置为引导和选择性地分配制冷剂到RESS冷却器110，RESS冷却器110可以用作热泵蒸发器。
[0049]用作热泵蒸发器的RESS冷却器110可以配置为从第一膨胀装置108接收冷却的液体制冷剂。RESS冷却器110可以进一步配置为将来自电池115的过多热量消散到制冷齐U，且将制冷剂排出经过至少一个低侧压力传感器116且回到压缩机102。
[0050]高压液体制冷剂也可以被从贮液干燥器105引导到第二膨胀装置107。被引导到第二膨胀装置107的制冷剂可以沿流动路径150流动，且可以首先经过第二流动控制阀门106，第二流动控制阀门106在车厢需要除湿时可以完全打开。第二流动控制阀门106可以配置为引导和选择性地分配制冷剂到第二膨胀装置107。第二膨胀装置107可以配置为接收液体制冷剂且允许液体制冷剂减压和膨胀。第二膨胀装置107可以进一步配置为引导和选择性地分配制冷剂到车厢蒸发器113。
[0051]车厢蒸发器113可以配置为从第二膨胀装置107接收冷却的液体制冷剂。车厢蒸发器113可以进一步配置为对流动经过车厢蒸发器113和进入乘客室122的空气冷却和除湿。车厢蒸发器113可以进一步配置为将制冷剂排出经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0052]在第二构造中，如图1B所示，第三流动控制阀门104可以被迁移且置于压缩机102和AC冷凝器103之间，以防止制冷剂在AC冷凝器103内部淤积。
[0053]图2A-B图示了运行在冷却模式下的热泵系统100的第一实施例的第三构造和第四构造。在第一实施例的第三构造中，如图2A所示，压缩机102可以配置为在低压制冷剂气体经过低侧压力传感器116时，在压缩机入口 126处接收低压制冷剂气体。压缩机102可以压缩制冷剂气体，形成高压制冷剂气体。压缩机102可以进一步配置为在压缩机出口127处排出高压制冷剂气体。
[0054]高压制冷剂气体可以从压缩机出口 127被引导经过高侧压力传感器117，且被引导到AC冷凝器103。AC冷凝器103可以配置为在AC冷凝器入口 130处接收高压制冷剂气体。AC冷凝器103可以另外被配置为冷却和冷凝高压制冷剂气体，以至制冷剂重新变为液体形式的程度。冷却的液体制冷剂可以从AC冷凝器出口 131排出，且被引导到第三流动控制阀门104。第三流动控制阀门104可以配置为引导和选择性地分配高压制冷剂气体到贮液干燥器105。
[0055]贮液干燥器105可以配置为在贮液干燥器入口 134处接收液体制冷剂。贮液干燥器105可以进一步配置为通过使用多个干燥剂(未示出)从系统除湿，所述干燥剂可以在制冷剂被引导到车厢蒸发器113和RESS冷却器110中的一个之前除湿。在过多的湿气被从系统提取之后，制冷剂液体可以从贮液干燥器出口 135排出，且被引导和选择性地分配到第二流动控制阀门106和第一膨胀装置108中的一个。通过至少一个控制模块123进行的选择性引导可以基于乘客室122的冷却和电池115的冷却之间的必要平衡。
[0056]如果仅期望在乘客室122中冷却，则所有制冷剂将被引导到第二流动控制阀门106 (其将完全打开)，且被引导到第二膨胀装置107上。如果仅期望对电池115冷却，则由于第二流动控制阀门106将完全关闭，因此所有制冷剂将被引导到第一膨胀装置108。如果乘客室122和电池115都要求冷却，则制冷剂将被引导且选择性地分配到相应第一膨胀装置108和第二膨胀装置107中的每一个。
[0057]被引导到第二膨胀装置107的高压液体制冷剂可以首先经过第二流动控制阀门106，所述第二流动控制阀门106在冷却模式下可以完全打开。第二流动控制阀门106可以配置为对引导、选择性地分配制冷剂到第二膨胀装置107，且计量到第二膨胀装置107的制冷剂。第二膨胀装置107可以配置为接收液体制冷剂且允许液体制冷剂减压和膨胀。第二膨胀装置107可以引导和选择性地分配制冷剂到车厢蒸发器113。
[0058]车厢蒸发器113可以配置为从第二膨胀装置107接收冷却的液体制冷剂。车厢蒸发器113可以进一步配置为对流动经过车厢蒸发器113和进入乘客室122的空气冷却和除湿。车厢蒸发器113可以进一步配置为将制冷剂排出和引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0059]如果除了冷却乘客室122外还需要冷却电池115，则高压液体制冷剂也可以在冷却模式下从贮液干燥器105引导到第一膨胀装置108。第一膨胀装置108可以配置为从贮液干燥器105接收液体制冷剂，且允许液体制冷剂减压和膨胀。第一膨胀装置108可以进一步配置为引导和选择性地分配制冷剂到RESS冷却器110。
[0060]RESS冷却器110可以用作热泵蒸发器。RESS冷却器110可以配置为从第一膨胀装置108接收冷却的液体制冷剂。RESS冷却器110可以进一步配置为将来自电池115的过多热量消散到制冷剂，将制冷剂排出和引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0061 ] 在第一实施例的第四构造中，如图2B所示，第三流动控制阀门104可以迁移到压缩机102和AC冷凝器103之间，以防止制冷剂淤积在AC冷凝器103内部。在第四构造中，第三流动控制阀门104可以配置为从压缩机出口 127接收高压制冷剂气体。第三流动控制阀门104可以完全打开，且可以进一步配置为引导、选择性地分配制冷剂流到AC冷凝器103，且计量到AC冷凝器103的制冷剂流。
[0062]图3图示了车辆的热泵系统100的第一示例性实施例的第五构造，其适用于加热模式和冷却模式。在第五构造中，如图3所示，第一流动控制阀门114和第三流动控制阀门104可以用三通二位流动控制阀门120代替。该三通二位控制阀门120可用作压缩机102和热泵冷凝器Illa之间的流动控制阀门114 (其可以在加热模式下完全打开)，且可以用作压缩机102和AC冷凝器103之间的流动控制阀门104 (其可以在冷却模式下完全打开)。
[0063]图4图不了车辆的热泵系统200的第二实施例,其适用于加热模式和冷却模式。在第二实施例中，冷却回路124以与关于图2A-2B和3所示的第一实施例的第三和第四构造所述的冷却回路124同样的方式起作用。
[0064]第二实施例的加热回路125可以基本上包括与关于如上所述的第一实施例描述的相同的结构。然而，热泵冷凝器Illc可以是制冷剂-冷却剂换热器而不是制冷剂-空气换热器111a。进一步地，在第三示例性实施例中，制冷剂-冷却剂热泵冷凝器Illc可以位于车辆发动机舱152中，而不是在HVAC模块121内。
[0065]制冷剂-冷却剂热泵冷凝器Illc可以包括制冷剂腔室140和冷却剂腔室137。制冷剂腔室140可以包括制冷剂入口 146和制冷剂出口 148。冷却剂腔室137可以包括冷却剂入口 138和冷却剂出口 139。
[0066]制冷剂-冷却剂热泵冷凝器Illc可以配置为在制冷剂入口 146处接收加压的制冷剂气体，且可以在加压的气体流动通过制冷剂腔室140时从加压的气体提取热量，以至加压的制冷剂气体被冷却和冷凝到其重新变为液体状态的温度点的程度。在制冷剂流动通过制冷剂腔室140时从制冷剂提取的热量可以传递到流动通过冷却剂腔室137的冷却剂。
[0067]流动通过冷却剂腔室137的加温的冷却剂可以从冷却剂出口 139排出，且被引导通过冷却剂加热器芯部112。冷却剂加热器芯部112可以容纳在HVAC模块121中。热可以随后被从流动通过冷却剂加热器芯部112的冷却剂传递到流动经过冷却剂加热器芯部112的空气。加热的空气可以被引导经过冷却剂加热器芯部112到乘客室122。
[0068]在纯电动推进车辆的车辆中，车辆的热泵系统200可以进一步包括:电动冷却剂泵144。在这样的系统中，冷却剂可以从冷却剂加热器芯部112排出，且被引导到电动冷却剂泵144。电动冷却剂泵144可以配置为从冷却剂加热器芯部112接收冷却剂，且排出冷却剂到冷却剂腔室137。冷却剂腔室137可以配置为在冷却剂腔室入口 138处从电动冷却剂泵144接收冷却剂。
[0069]在先进的推进车辆中，车辆的热泵系统200可以进一步包括电动冷却剂泵144 ；加热源143，例如内燃发动机、燃料电池组、燃料操作加热器、热存储装置等；和冷却剂阀门142。在这样的系统中，冷却剂可以从冷却剂加热器芯部112排出且被引导到冷却剂阀门142。冷却剂阀门142可以是三通二位阀门，且可以配置为在加热源143太冷而不能运行时，将来自加热器芯部112的冷却剂流引导到冷却剂泵144。在加热源143充分地被加温时，冷却剂阀门142可以进一步配置为将来自冷却剂加热器芯部112的冷却剂流引导到加热源143，加热源143可以将冷却剂排出到冷却剂泵144。
[0070]冷却的液体制冷剂可以从热泵冷凝器出口 148排出，且被引导到贮液干燥器105。贮液干燥器105可以配置为在贮液干燥器入口 134处接收液体制冷剂。贮液干燥器105可以进一步配置为通过使用多个干燥剂(未示出)从系统除湿，所述干燥剂可以从制冷剂吸收和除去额外的湿气。在过多的湿气被从系统100提取之后，制冷剂液体可以从贮液干燥器出口 135排出，且被引导到相应的第一膨胀装置108或第二膨胀装置107中的至少一个。
[0071]如果车厢不需要除湿，则由于第二流动控制阀门106将被完全关闭，因此从贮液干燥器105排出的所有制冷剂可以被引导到第一膨胀装置108。如果车厢需要除湿，则从贮液干燥器105排出的制冷剂可以通过完全打开的第二控制阀门106，被引导和选择性地分配到第一膨胀装置108和第二膨胀装置107中的一个。
[0072]引导到第二膨胀装置107的高压液体制冷剂可以沿流动路径150流动，且可以首先经过第二流动控制阀门106。如果乘客室122需要除湿，则第二流动控制阀门106可以在加热模式下完全打开。第二流动控制阀门106可以配置为引导和选择性地分配制冷剂到第二膨胀装置107。第二膨胀装置107可以配置为接收液体制冷剂，且允许液体制冷剂减压和膨胀。第二膨胀装置107可以进一步配置为引导和选择性地分配制冷剂到车厢蒸发器113。
[0073]车厢蒸发器113可以配置为从第二膨胀装置107接收冷却的液体制冷剂。车厢蒸发器113可以进一步配置为对流动经过蒸发器113和进入乘客室122的空气冷却和除湿。车厢蒸发器113可以进一步配置为将制冷剂排出和引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0074]制冷剂也可以从贮液干燥器105引导到第一膨胀装置108。第一膨胀装置108可以配置为接收液体制冷剂，且允许液体制冷剂减压和膨胀。第一膨胀装置可以进一步配置为引导和选择性地分配制冷剂到RESS冷却器110。
[0075]RESS冷却器110可以用作热泵蒸发器，且可以配置为从第一膨胀装置108接收冷却的液体制冷剂。RESS冷却器110可以进一步配置为将来自电池115的过多热量消散到制冷剂，且将制冷剂排出和引导经过低侧压力传感器116且引导回到压缩机102。
[0076]温和环境热泵系统100保持独立的加热回路125和独立的冷却回路124。因此，系统100不需要在运行模式变化时逆转。每一个换热器总是用作蒸发器110、113或总是用作冷凝器103、llla、lllc，而不是用作常规的换热器，所述常规的换热器在运行模式变化时，在蒸发器功能和冷凝器功能之间切换。因而，系统低压侧的位置在所有运行模式中保持恒定。系统低压侧总是限定在相应膨胀装置107、108中的每一个和压缩机入口 126之间。另夕卜，热泵系统的低压侧不直接地被周围空气冷却。由于加热模式期间RESS冷却器110的除冰不是必要的，因此车辆的热泵系统100、200的这种构造允许乘客室122在EV模式下，在温和和冷环境温度下加热而没有中断。这种系统100、200还节省发动机舱152布局空间，所述空间在混合动力或电动车型中是紧缺的。
[0077]【具体实施方式】和图或附图是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的最佳模式中的一些和其他实施例进行了详尽的描述，但是存在实施所附的权利要求中限定的本发明的许多替换设计和实施例。
【权利要求】
1.一种热泵系统，用于使用在具有电池和乘客室的车辆中，包括: 加热回路，具有低压侧和高压侧，加热回路配置为在第一运行模式下使制冷剂循环流动，以加热乘客室和冷却电池； 冷却回路，具有低压侧和高压侧，冷却回路配置为在第二运行模式下使制冷剂循环流动，以对乘客室冷却和除湿且冷却电池； 其中，在相应第一运行模式和第二运行模式中的每一个下，在热泵系统运行期间，相应加热回路和冷却回路中的每一个的低压侧保持恒定。
2.如权利要求1所述的热泵系统，其中加热回路进一步包括: 压缩机，配置为压缩所述制冷剂； 至少一个低侧压力传感器，配置为监测进入压缩机的制冷剂的压力； 至少一个高侧压力传感器，配置为监测离开压缩机的制冷剂的压力； 第一流动控制阀门，配置为从压缩机接收制冷剂； 制冷剂-空气热泵冷凝器，配置为从第一流动控制阀门接收制冷剂，且进一步配置为冷却和冷凝制冷剂；并且 其中制冷剂-空气热泵冷凝器配置为在流动通过制冷剂-空气热泵冷凝器的制冷剂和流动经过制冷剂-空气热泵冷凝器的空气之间交换热量，以加热乘客室。
3.如权利要求2所述的热泵系统，进一步包括: 贮液干燥器，配置为从制冷剂-热泵冷凝器接收制冷剂，且进一步配置为从制冷剂除湿； 第一膨胀装置，配置为从贮液干燥器接收制冷剂，且进一步配置为允许制冷剂冷却和膨胀； 第二流动控制阀门，配置为从贮液干燥器接收制冷剂；并且 其中贮液干燥器配置为将制冷剂排出到第一膨胀装置和第二流动控制阀门中的一个。
4.如权利要求3所述的热泵系统，其中贮液干燥器配置为将制冷剂排出到第一膨胀装置。
5.如权利要求4所述的热泵系统，进一步包括RESS冷却器，其配置为用作能将来自车辆电池周围的空气的热量交换到制冷剂的热泵蒸发器，RESS冷却器进一步配置为从第一膨胀装置接收制冷剂且排出制冷剂到压缩机。
6.如权利要求3所述的热泵系统，其中贮液干燥器配置为将制冷剂排出到第二流动控制阀门。
7.如权利要求6所述的热泵系统，进一步包括: 第二膨胀装置，配置为从第二流动控制阀门接收制冷剂，且进一步配置为允许制冷剂冷却和膨胀；和 车厢蒸发器，配置为从第二膨胀装置接收制冷剂和排出制冷剂到压缩机，车厢蒸发器进一步配置为在制冷剂和乘客室中的空气之间交换热量，以对乘客室冷却和除湿。
8.如权利要求1所述的热泵系统，其中冷却回路进一步包括: 压缩机，配置为压缩所述制冷剂； 至少一个低侧压力传感器，配置为监测进入压缩机的制冷剂的压力； 至少一个高侧压力传感器，配置为监测离开压缩机的制冷剂的压力；和AC冷凝器，配置为从第三流动控制阀门和压缩机中的一个接收制冷剂，AC冷凝器进一步配置为冷却和冷凝制冷剂。
9.如权利要求8所述的热泵系统，进一步包括: 贮液干燥器，配置为从AC冷凝器和第三流动控制阀门中的一个接收制冷剂，贮液干燥器进一步配置为从制冷剂除湿； 第一热膨胀装置，配置为从贮液干燥器接收制冷剂，且进一步配置为允许制冷剂冷却和膨胀；和 RESS冷却器，配置为用作能将来自电池周围的空气的热量交换到制冷剂的热泵蒸发器，RESS冷却器进一步配置为从第一膨胀装置接收制冷剂且排出制冷剂到压缩机。
10.如权利要求8所述的热泵系统，进一步包括: 贮液干燥器，配置为从AC冷凝器和第三流动控制阀门中的一个接收制冷剂，贮液干燥器进一步配置为从制冷剂除湿； 第二流动控制阀门，配置为从贮液干燥器接收制冷剂； 第二膨胀装置，配置为从第二流动控制阀门接收制冷剂，且进一步配置为允许制冷剂冷却和膨胀； 车厢蒸发器，配置为从第二膨胀装置接收制冷剂和排出制冷剂到压缩机，车厢蒸发器进一步配置为在制冷剂和乘客室 中的空气之间交换热量，以对乘客室冷却和除湿。
【文档编号】F25B29/00GK103673388SQ201310397963
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2012年9月4日
【发明者】M.D.尼梅什, M.S.万克德, B.M.斯泰尔斯, H.E.尤斯蒂斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司