一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统

摘要

本发明涉及一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，属于空调技术和汽车技术领域，本发明可根据车外温度传感器、车内温度传感器的温度信号随时调节压缩机、车外换热器风扇、车内换热器风扇的转速，从而使系统处于最优的工况；可根据压缩机排气压力传感器的压力信号，切换二位三通电磁阀，实现制冷剂的存储及释放，从而实现制冷/制热模式制冷剂充注量的匹配，且制冷模式下降低系统冷凝压力，起到压力保护的作用，制热模式下增大系统冷凝压力，增加系统制热量，提高热泵空调的制热效率，降低能耗，增加电动汽车续行里程，推动电动汽车的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，属于空调技 术和汽车技术领域。

背景技术

目前电动汽车普遍采用PTC辅助电加热方式实现制热功能，耗电量大，制 热效率低，单纯依靠PTC电加热制热会减少电动汽车的续行里程。为降低空调 系统的能耗、增加电动汽车续行里程，提出采用蒸汽压缩循环的电动汽车热泵 空调系统，该系统可实现制冷/制热功能，与PTC辅助电加热相比，具有耗电量 低、能耗高、不存在安全隐患等特点。冬季电动汽车所于寒冷的工作环境下， 热泵空调系统制热模式下系统冷凝压力及冷凝温度较低、制冷剂充注量不足， 会造成冬季制热量不足，制热效果差。

发明内容

本发明的目的是为了解决电动汽车热泵空调系统制热模式下系统冷凝压力 及冷凝温度较低、制冷剂充注量不足，导致制热效果差的问题，提出一种制冷 剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，该装置能够实现电动汽车热泵空调制 冷/制热模式系统冷凝压力的调节及制冷剂充注量的匹配。

一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，主要包括：压缩机，压 力传感器，车外湿度传感器，车外温度传感器，车内温度传感器，电控单元， 四通换向电磁阀，车内换热器，车内换热器风扇，第一单向阀，第二单向阀， 第一节流管，第三单向阀、第四单向阀，第二节流管，第五单向阀，第六单向 阀，二位三通电磁阀，蓄能器，车外换热器风扇，车外换热器，气液分离器。

本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统中，压缩机由直 流电源直接驱动，压缩机排气口通过空调软管与四通换向电磁阀连接，并在该 管路中安装压力传感器，压缩机进气口通过空调软管与气液分离器连接。四通 换向电磁阀的其余接口分别通过空调软管连接车内换热器、车外换热器及气液 分离器。用铜管将第一节流管与第三单向阀串联后与第二单向阀并联，并用铜 管与车内换热器连接；用铜管将第二节流管与第四单向阀串联后与第五单向阀 并联，并用铜管与车外换热器连接。蓄能器通过空调软管与二位三通电磁阀连 接。第一单向阀通过铜管与车内换热器及二位三通电磁阀连接，确保二位三通 电磁阀通电时制冷剂可由蓄能器单向流入热泵空调系统；第六单向阀通过铜管 与车外换热器及二位三通电磁阀连接，确保二位三通电磁阀断电时制冷剂可有 热泵空调系统单向流入蓄能器。

所述压缩机为直流调速电动涡旋式压缩机，包含电源接口及信号接口，能 够通过电控单元调节压缩机转速信号。该压缩机密封性好、容积效率高、体积 小、重量轻、动作平稳、噪声低，适合于电动汽车空调系统使用。

所述节流管作为电动汽车热泵空调制热模式的节流膨胀装置，相比于膨胀 阀，节流管通孔截面积较大，不易堵塞，可保证低温环境下制冷剂的节流降压。 该节流管结构简单，可靠性高，节省能耗，但为防止压缩机液击需与气液分离 器配合使用。

所述车内换热器为管翅式换热器，电动汽车热泵空调在制冷模式下用作蒸 发器，在制热模式下用作冷凝器。在满足换热量的前提下，应使车内换热器的 体积尽可能小。

所述车外换热器为微通道平行流换热器，电动汽车热泵空调在制冷模式下 用作冷凝器，在制热模式下用作蒸发器。在满足换热量的前提下，应使车外换 热器的体积尽可能小。

所述蓄能器为弹簧式蓄能器，利用弹簧的压缩与伸长来存储与释放制冷剂， 该蓄能器弹簧预紧力可调，结构简单，反应灵敏。电动汽车热泵空调制冷模式 下，二位三通电磁阀断电，蓄能器通过二位三通电磁阀、第六单向阀与车外换 热器相连，当热泵空调系统冷凝压力低于蓄能器弹簧预紧力时，热泵空调系统 中制冷剂充注量多制冷效果好，当热泵空调系统冷凝压力高于蓄能器弹簧预紧 力时，制冷剂被压入至蓄能器中，实现蓄能器中制冷剂的存储，降低系统冷凝 压力，起到高压保护作用。电动汽车热泵空调制热模式下，二位三通电磁阀通 电，蓄能器通过二位三通电磁阀、第一单向阀与车内换热器相连，当热泵空调 系统冷凝压力低于蓄能器弹簧预紧力时，制冷剂被压入至热泵空调系统中，实 现蓄能器中制冷剂的释放，增大系统冷凝压力，增加系统制热量，当热泵空调 系统冷凝压力高于蓄能器弹簧预紧力时，由于单向阀的作用，制冷剂不会回流， 保证制热模式下系统内较高的制冷剂充注量。

所述电控单元能够采集压缩机排气压力传感器、车外湿度传感器、车外温 度传感器、车内温度传感器的信号。该电控单元可根据车外温度传感器的信号 切换四通换向电磁阀实现电动汽车热泵空调的制冷/制热模式，当四通换向电磁 阀断电时，电动汽车热泵空调处于制冷模式，当四通换向阀通电时，电动汽车 热泵空调处于制热模式。该电控单元可根据车内温度传感器的信号随时调节压 缩机、车外换热器风扇、车内换热器风扇的转速，从而使热泵空调系统处于最 优的工作状态。该电控单元可根据压缩机排气压力传感器的信号切换二位三通 电磁阀实现蓄能器内制冷剂的存储及释放，实现制冷/制热模式制冷剂充注量的 匹配，当制冷模式下二位三通电磁阀断电，系统冷凝压力过高时，制冷剂被压 入至蓄能器中，实现制冷剂的存储；当制热模式二位三通电磁阀通电，系统冷 凝压力过低时，制冷剂被压入至热泵空调系统中，实现制冷剂的释放。

有益效果

1、本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，包含了蓄能 器及二位三通电磁阀，可实现蓄能器中制冷剂的存储及释放，从而实现制冷/制 热模式制冷剂充注量的匹配，且制冷模式下降低系统冷凝压力，起到压力保护 的作用，制热模式下增大系统冷凝压力，增加系统制热量。

2、本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，该电动汽车 热泵空调系统可增加制热模式下系统工作循环中制冷剂的充注量，提高热泵空 调系统冷凝压力及冷凝温度，从而增加热泵空调系统制热量，提高热泵空调的 制热效率，降低能耗，增加电动汽车续行里程，推动电动汽车的应用。

附图说明

图1为本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统的结构示 意图；

图2为具体实施方式中一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统制 冷模式制冷剂循环图；

图3为具体实施方式中一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统制 热模式制冷剂循环图；

图4为一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调制热模式下不同制冷剂 充注量对系统冷凝压力的影响；

图5为一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调制热模式下不同制冷剂 充注量对车内平均温度的影响。

其中，1—压缩机，2—压力传感器，3—车外湿度传感器，4—车外温度传 感器，5—车内温度传感器，6—电控单元，7—四通换向电磁阀，8—车内换热 器，9—车内换热器风扇，10—第一单向阀，11—第二单向阀，12—第一节流管， 13—第三单向阀、14—第四单向阀，15—第二节流管，16—第五单向阀，17— 第六单向阀，18—二位三通电磁阀，19—蓄能器，20—车外换热器风扇，21— 车外换热器，22—气液分离器。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图及实施例对本发明进 行详述。

实施例1

一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，如图1所示，包括：压 缩机1，压力传感器2，车外湿度传感器3，车外温度传感器4，车内温度传感 器5，电控单元6，四通换向电磁阀7，车内换热器8，车内换热器风扇9，第一 单向阀10，第二单向阀11，第一节流管12，第三单向阀13、第四单向阀14， 第二节流管15，第五单向阀16，第六单向阀17，二位三通电磁阀18，蓄能器 19，车外换热器风扇20，车外换热器21，气液分离器22。

压缩机1由直流电源直接驱动，压缩机排气口通过空调软管与四通换向电 磁阀7连接，并在该管路中安装压力传感器2，压缩机进气口通过空调软管与气 液分离器22连接。四通换向电磁阀7的其余接口分别通过空调软管连接车内换 热器8、车外换热器21及气液分离器22。用铜管将第一节流管12与第三单向 阀13串联后与第二单向阀11并联，并用铜管与车内换热器8连接；用铜管将 第二节流管15与第四单向阀14串联后与第五单向阀16并联，并用铜管与车外 换热器21连接。蓄能器19通过空调软管与二位三通电磁阀18连接。第一单向 阀10通过铜管与车内换热器8及二位三通电磁阀18连接，确保二位三通电磁 阀18通电时制冷剂可由蓄能器19单向流入热泵空调系统；第六单向阀17通过 铜管与车外换热器21及二位三通电磁阀18连接，确保二位三通电磁阀18断电 时制冷剂可有热泵空调系统单向流入蓄能器19。

本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统制冷模式，如图2 所示。电动汽车热泵空调系统启动，电控单元6使四通换向电磁阀7处于断电 的状态，此时热泵空调系统处于制冷模式。压缩机1对低温低压的气态制冷剂 做功，使其被压缩成高温高压的气体，制冷剂经过四通换向电磁阀流入车外换 热器21，经等压冷凝后变为中温高压的液体，并向环境中散热，之后经第五单 向阀16、第三单向阀13流入第一节流管12，经第一节流管12的节流降压变为 低温低压的气液混合物，最后制冷剂在车内换热器8内蒸发变为低温低压的气 体，并从车室内吸收热量，完成一次制冷循环。此模式下，车外换热器21用作 冷凝器，车内换热器8用作蒸发器，制冷剂不流过第二节流管15、第四单向阀 14、第二单向阀11。

本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统制热模式，如图3 所示。电动汽车热泵空调系统启动，电控单元6使四通换向电磁阀7处于通电 的状态，此时热泵空调系统处于制热模式。压缩机1对低温低压的气态制冷剂 做功，使其被压缩成高温高压的气体，制冷剂经过四通换向电磁阀流入车内换 热器8，经等压冷凝后变为中温高压的液体，并向车内散热，之后经第二单向阀 11、第四单向阀14流入第二节流管15，经第二节流管15的节流降压变为低温 低压的气液混合物，最后制冷剂在车外换热器21内蒸发变为低温低压的气体， 并从环境中吸收热量，完成一次制热循环。此模式下，车外换热器21用作蒸发 器，车内换热器8用作冷凝器，制冷剂不流过第一节流管12、第三单向阀13、 第五单向阀16。

本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统制冷/制热模式 的初始阶段，电控单元6根据车外温度传感器4、车内温度传感器5温度信号， 控制车内换热器风扇9、车外换热器风扇20、压缩机1处于高速下运行，从而 使系统制冷量/制热量最大；当车内温度达到舒适温度后，电控单元6控制车内 换热器风扇9、车外换热器风扇20、压缩机1处于最佳的转速，使系统处于最 佳的能效比。

本发明的一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统通过电控单元6 控制二位三通换向电磁阀18的切换，实现制冷剂的存储及释放，从而实现制冷 /制热模式制冷剂充注量的匹配。电动汽车热泵空调在制冷模式下电控单元6使 二位三通电磁阀18断电，蓄能器19通过二位三通电磁阀18、第六单向阀17与 车外换热器21相连，当热泵空调系统冷凝压力低于蓄能器弹簧预紧力时，热泵 空调系统中制冷剂充注量多制冷效果好，当热泵空调系统冷凝压力高于蓄能器 弹簧预紧力时，制冷剂被压入至蓄能器中，实现蓄能器中制冷剂的存储，降低 系统冷凝压力，起到高压保护作用。电动汽车热泵空调制热模式下电控单元6 使二位三通电磁阀18通电，蓄能器19通过二位三通电磁阀18、第一单向阀10 与车内换热器8相连，当热泵空调系统冷凝压力低于蓄能器弹簧预紧力时，制 冷剂被压入至热泵空调系统中，实现蓄能器中制冷剂的释放，增大系统冷凝压 力，增加系统制热量，当热泵空调系统冷凝压力高于蓄能器弹簧预紧力时，由 于单向阀的作用，制冷剂不会回流，保证制热模式下系统内较高的制冷剂充注 量。

实施例2

一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，如图1所示，包括：压 缩机1，压力传感器2，车外湿度传感器3，车外温度传感器4，车内温度传感 器5，电控单元6，四通换向电磁阀7，车内换热器8，车内换热器风扇9，第一 单向阀10，第二单向阀11，第一节流管12，第三单向阀13、第四单向阀14， 第二节流管15，第五单向阀16，第六单向阀17，二位三通电磁阀18，蓄能器 19，车外换热器风扇20，车外换热器21，气液分离器22。

压缩机1由直流电源直接驱动，压缩机排气口通过空调软管与四通换向电 磁阀7连接，并在该管路中安装压力传感器2，压缩机进气口通过空调软管与气 液分离器22连接。四通换向电磁阀7的其余接口分别通过空调软管连接车内换 热器8、车外换热器21及气液分离器22。用铜管将第一节流管12与第三单向 阀13串联后与第二单向阀11并联，并用铜管与车内换热器8连接；用铜管将 第二节流管15与第四单向阀14串联后与第五单向阀16并联，并用铜管与车外 换热器21连接。蓄能器19通过空调软管与二位三通电磁阀18连接。第一单向 阀10通过铜管与车内换热器8及二位三通电磁阀18连接，确保二位三通电磁 阀18通电时制冷剂可由蓄能器19单向流入热泵空调系统；第六单向阀17通过 铜管与车外换热器21及二位三通电磁阀18连接，确保二位三通电磁阀18断电 时制冷剂可有热泵空调系统单向流入蓄能器19。

一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调系统，在环境温度35℃下进行 制冷，在环境温度0℃下进行制热，压缩机转速维持在3400r/min，发现电动汽 车热泵空调系统制冷模式合适的制冷剂充注量为500g，制热模式合适的制冷剂 充注量为750g。图4、5分别为一种制冷剂充注量可调的电动汽车热泵空调制热 模式下不同制冷剂充注量对系统冷凝压力、车内平均温度的影响。可见，电动 汽车热泵空调系统制热模式下制冷剂充注量为750g时，系统冷凝压力更高，车 内平均温度达到舒适温度的时间越短。因而电动汽车热泵空调系统工质充注量 确定为750g，蓄能器弹簧预紧力调节为15bar，电动汽车热泵空调制冷模式下 冷凝压力可达20bar高于弹簧预紧力，制冷剂被压入至蓄能器中，使系统循环 中制冷剂的充注量为500g，实现蓄能器中制冷剂的存储，降低系统冷凝压力， 起到高压保护作用；制热模式下冷凝压力最高达13bar低于弹簧预紧力，制冷 剂被压入至热泵空调系统中，使系统循环中制冷剂的充注量为750g，实现蓄能 器中制冷剂的释放，增大系统冷凝压力，增加系统制热量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围， 凡是依本发明所作的均等变化与修饰皆属于本发明涵盖的专利范围内。