一种电动汽车空气源热泵控制装置的制作方法

本发明关于一种电动汽车空气源热泵控制装置。

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。

现有技术中，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。

现有技术中，利用热泵双向制冷制热，可以通过四通换向阀将制热过程转换成制冷过程，这样热泵从室内吸热排到室外换热器，以融化室外换热器上的积霜。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。此种技术缺点：蒸发器和冷凝器频繁转换破坏机组的正常运行。融霜的开始阶段有压力衰减的过程，有的系统会因为衰减到低压保护值而造成停机；误除霜现象有时发生，会导致冷凝器压力突然升高，造成部件损坏；除霜过程不仅不制热，而且还从供热空间吸收热量，舒适性较差。

现有技术中，利用三换热器热泵解决了四通换向阀热泵换向过程中存在的问题，相比四通换向热泵有较大提升，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。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种新型电动汽车空气源热泵控制装置，使得传统车型在向电动车开发时，空调主机结构基本不变，开发效率高；同时解决-20℃低温采暖问题。

为实现上述技术目的，本发明提供一种电动汽车空气源热泵控制装置，其包括：通过制冷剂回路、冷却液回路和电气控制回路相连的空调控制器、空调主机总成、空调压缩机、室外换热器和风扇，所述空调控制器接收外部信号并对电器设备进行控制连接，其还包括：液冷式冷凝器，所述液冷式冷凝器具有：制冷剂入口、制冷剂出口、冷却液入口和冷却液出口，制冷剂及冷却液在所述液冷式冷凝器内实现热交换；所述空调主机总成中具有蒸发器和加热器，所述空调压缩机连接有气液分离器；所述制冷剂回路中包括所述制冷剂入口和所述制冷剂出口，以及布置其间并相连的所述空调压缩机、所述室外换热器、所述气液分离器和所述蒸发器；且所述冷却液回路中包括且所述冷却液入口和所述冷却液出口，以及布置在其间并相连的所述加热器。

本发明装置主要由制冷剂回路，冷却液回路，电气回路组成，可实现空调系统制冷、采暖、出湿模式。空调控制器根据车外温度、日照负荷、设定温度、车内温度，综合计算空调模式。

作为进一步的改进，所述制冷剂回路中还包括中间换热器，所述中间换热器与所述蒸发器的进出口相连。

作为进一步的改进，所述中间换热器集成空调高压和低压管，以提升制冷效率。

作为进一步的改进，所述中间换热器和所述蒸发器的进口之间布置有第一电子膨胀阀相连，所述中间换热器和所述室外换热器出口之间布置有第二电子膨胀阀。

作为进一步的改进，所述气液分离器和所述空调压缩机处分别布置有第一温度压力集成式传感器和第二温度压力集成式传感器。

作为进一步的改进，所述制冷剂回路中还包括：所述中间换热器和所述气液分离器之间具有第一制冷剂开关截止阀；所述气液分离器和所述室外换热器之间具有第二制冷剂开关截止阀，所述室外换热器和所述空调压缩机之间具有第三制冷剂开关截止阀，所述空调压缩机和所述制冷剂入口之间具有第四制冷剂开关截止阀。

作为进一步的改进，所述冷却液入口和所述冷却液出口之间布置有带阀件的手泵，且所述带阀件的手泵分别通过水加热器和膨胀水壶与所述加热器相连，所述和膨胀水壶保证冷却液量。

作为进一步的改进，所述水加热器和所述加热器之间还具有水温传感器，所述蒸发器处布置有蒸发器表面温度传感器，所述室外换热器处布置有室外温度传感器。

作为进一步的改进，所述空调主机总成内还布置有：鼓风机和温度风门。

作为进一步的改进，所述外部信号包括：光照信号，室内温度信号、设定温度信号和出风口温度信号，所述空调控制器经计算并控制实现制冷、采暖、除湿模式。

本发明装置中的系统循环设计及控制方式，使用空气源热泵和水加热器补偿方式解决低温采暖问题、对于温度较高区域选择不装水加热器，成本低，适应性高；传统车型在向电动车开发时，空调主机结构基本不变，开发效率高；采暖换热性能较现有技术中的“三换热器热泵”散热量大。

附图说明

图1为本发明部件连接和控制原理图。

附图标记：1-气液分离器、2-空调压缩机、3-第三制冷剂开关截止阀、4-第二制制冷剂开关截止阀冷剂开关截止阀、5-室外换热器、6-风扇、7-第二电子膨胀阀、8-中间换热器、9-鼓风机、10-第一电子膨胀阀、11-蒸发器、12-温度风门、13-加热器、14-液冷式冷凝器、a-制冷剂入口、b-制冷剂出口、c-冷却液入口、d-冷却液出口、15-带阀件的水泵、16-水加热器、17-膨胀水壶、18-第一制冷剂开关截止阀、19-第四制冷剂开关截止阀、20-第一温度压力集成式传感器、21-第二温度压力集成式传感器、22-水温传感器、23-空调控制器、24-蒸发器表面温度传感器、25-室外温度传感器、30-空调主机总成。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种电动汽车空气源热泵控制装置，其包括：通过制冷剂回路、冷却液回路和电气控制回路相连的空调控制器23、空调主机总成30、空调压缩机2、室外换热器5和风扇6，所述空调控制器23接收外部信号并对电器设备进行控制连接，其还包括：液冷式冷凝器14，所述液冷式冷凝器14具有：制冷剂入口a、制冷剂出口b、冷却液入口c和冷却液出口d，制冷剂及冷却液在所述液冷式冷凝器14内实现热交换；所述空调主机总成30中具有蒸发器11和加热器13，所述空调压缩机2连接有气液分离器1；所述制冷剂回路中包括所述制冷剂入口a和所述制冷剂出口b，以及布置其间并相连的所述空调压缩机2、所述室外换热器5、所述气液分离器1和所述蒸发器11；且所述冷却液回路中包括且所述冷却液入口c和所述冷却液出口d，以及布置在其间并相连的所述加热器13。

本发明装置主要由制冷剂回路，冷却液回路，电气回路组成，可实现空调系统制冷、采暖、出湿模式。空调控制器根据车外温度、日照负荷、设定温度、车内温度，综合计算空调模式。

作为进一步的改进，所述制冷剂回路中还包括中间换热器8，所述中间换热器8与所述蒸发器11的进出口相连。

作为进一步的改进，所述中间换热器8集成空调高压和低压管，以提升制冷效率。

作为进一步的改进，所述中间换热器8和所述蒸发器11的进口之间布置有第一电子膨胀阀10相连，所述中间换热器8和所述室外换热器5出口之间布置有第二电子膨胀阀7。

作为进一步的改进，所述气液分离器1和所述空调压缩机2处分别布置有第一温度压力集成式传感器20和第二温度压力集成式传感器21。

作为进一步的改进，所述制冷剂回路中还包括：所述中间换热器8和所述气液分离器1之间具有第一制冷剂开关截止阀18；所述气液分离器1和所述室外换热器5之间具有第二制冷剂开关截止阀4，所述室外换热器5和所述空调压缩机2之间具有第三制冷剂开关截止阀3，所述空调压缩机2和所述制冷剂入口a之间具有第四制冷剂开关截止阀19。

作为进一步的改进，所述冷却液入口c和所述冷却液出口d之间布置有带阀件的手泵15，且所述带阀件的手泵15分别通过水加热器16和膨胀水壶17与所述加热器13相连，所述和膨胀水壶17保证冷却液量。

作为进一步的改进，所述水加热器16和所述加热器13之间还具有水温传感器，所述蒸发器11处布置有蒸发器表面温度传感器24，所述室外换热器5处布置有室外温度传感器25。

作为进一步的改进，所述空调主机总成30内还布置有：鼓风机9和温度风门12。

作为进一步的改进，所述外部信号包括：光照信号，室内温度信号、设定温度信号和出风口温度信号，所述空调控制器23经计算并控制实现制冷、采暖、除湿模式。

如图中所示的实线框图为空调主机总成30，其中主要组成部件为鼓风机9、第一电子膨胀阀10、蒸发器11、温度风门12、加热器13。中间换热器8其是空调高压、低压管集成，提升制冷效率。空调控制器23检测光照信号，室内温度信号、设定温度信号、出风口温度信号。

为清楚且简洁说明本装置的结构和控制原理，后续部件将直接采用附图标记说明，其中附图标记：1-气液分离器、2-空调压缩机、3-第三制冷剂开关截止阀、4-第二制制冷剂开关截止阀冷剂开关截止阀、5-室外换热器、6-风扇、7-第二电子膨胀阀、8-中间换热器、9-鼓风机、10-第一电子膨胀阀、11-蒸发器、12-温度风门、13-加热器、14-液冷式冷凝器、a-制冷剂入口、b-制冷剂出口、c-冷却液入口、d-冷却液出口、15-带阀件的水泵、16-水加热器、17-膨胀水壶、18-第一制冷剂开关截止阀、19-第四制冷剂开关截止阀、20-第一温度压力集成式传感器、21-第二温度压力集成式传感器、22-水温传感器、23-空调控制器、24-蒸发器表面温度传感器、25-室外温度传感器、30-空调主机总成。

本发明的实施例中，本系统主要由制冷剂回路，冷却液回路，电气回路组成。其中电气回路见图中以空调控制器23为核心的虚线箭头部分。冷却液回路：13→17→15→14→15→16→13(13-加热器、14-液冷式冷凝器、a-制冷剂入口、b-制冷剂出口、c-冷却液入口、d-冷却液出口、15-带阀件的水泵、16-水加热器、17-膨胀水壶)。其余部分流通制冷剂。可实现空调系统制冷、采暖、出湿模式。空调控制器根据车外温度、日照负荷、设定温度、车内温度，综合计算空调模式。

1.空调制冷模式：制冷回路：1→2→3→5→7→8→10→11→8→18→1，电子部件开闭情况：9开并根据控制调节，18打开，19关闭，4关闭，3打开，6打开并根据控制调节、7开度100％，10打开根据控制调节，15关闭，12调整至全冷状态。20检测制冷剂压力、温度信号，计算制冷剂过冷度，控制膨胀阀开度使得过冷度＞0℃，避免液态制冷剂。

2.空调采暖模式：制冷回路：1→2→19→14→7→5→4→1,冷却液回路：13→17→15→14→15→16→13。电子部件开闭情况：9开并根据控制调节，18关闭，19打开，4打开，3关闭，6打开并根据控制调节、7打开根据控制调节，10关闭，12调整至全暖状态，15打开，16根据需求打开。制冷剂回路及冷却液回路在14实现热交换。为满足较低温采暖需求，引入辅助的水加热器16做温度补偿，当通过制冷剂调节回路无法达到采暖需求时，开启水加热ptc提升水温。此部件可根据目标应用区域做选装。

3.空调除湿模式：在制冷模式基础上，对温度风门调整，湿空气经过在经过制冷后的蒸发器芯体后实现冷凝水的冷凝排出，经过温度风门调整后的加热器芯体后，实现空气的再加热。

制冷回路：1→2→19→14→8→10→11→8→18→1；冷却液回路：13→17→15→14→15→16→13；电子部件开闭情况：9开并根据控制调节，18打开，19打开，4关闭，3关闭，6关闭、7关闭，10打开并根据控制调节，15打开，12调整风门位置，15打开，16关闭。

本发明装置中的系统循环设计及控制方式，使用空气源热泵和水加热器补偿方式解决低温采暖问题、对于温度较高区域选择不装水加热器，成本低，适应性高；传统车型在向电动车开发时，空调主机结构基本不变，开发效率高；采暖换热性能较现有技术中的“三换热器热泵”散热量大。

应了解本发明所要保护的范围不限于非限制性实施方案，应了解非限制性实施方案仅仅作为实例进行说明。本申请所要要求的实质的保护范围更体现于独立权利要求提供的范围，以及其从属权利要求。