一种新能源汽车的空调/热泵系统及基于该系统的热管理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种新能源汽车热泵/空调系统。其热源可随意组合变换，具有多种运行工况，可适用于混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车或任意冷热源需组合变换、工况多样复杂的情形。通过阀门调节，其内部换热器、外部换热器及热交换器可相互组合充当热源或冷源，在满足乘员舱内的制热、制冷需求的同时，不影响其对动力系统进行散热/余热回收或加热等功能，并可以合理分配车内的热管理需求。整套热泵/空调系统可调控为6种运行模式，满足12种使用工况，其灵活性、集成度、适应工况以及热量调控分配能力相比于现有系统更强，使得车辆能够随意调控热管理系统以适应多变的工况，提升整车能量利用效率，具有较大的应用价值。

A new energy vehicle air conditioning / heat pump system and its heat management method

【技术实现步骤摘要】
一种新能源汽车的空调/热泵系统及基于该系统的热管理方法
本专利技术属于新能源汽车热管理
，特别涉及一种新能源汽车的空调/热泵系统及基于该系统的热管理方法。
技术介绍
交通运输产业蓬勃发展的同时，必然带来大量化石能源的消耗及燃料燃烧排放。汽车发动机热效率、汽车能源利用体系与能源消耗量及污染物排放量直接挂钩。为了提高能源利用率，转变能源利用体系，实现电动化、新能源化和清洁化交通，新能源汽车近些年来受到高度的关注，是一种极具优势的交通问题解决方案。目前，现有的大多数新能源汽车整车热管理系统其各个热管理支路相互独立，未将动力载荷热管理系统与空调等热管理系统集成在一起，造成车内空间利用率低下，热量也未能得到合理的分配与配合。少数研究即便考虑到此方面，但其系统形式相对简单、集成度低，满足工况有限，对能量的利用方式也较为传统和简单，亦有改进余地。合理的空调/热泵系统不仅可以满足动力载荷的热管理需求，加强热管理效果，而且可以大幅降低车辆的能源利用率，解决现有新能源汽车里程焦虑等问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种新能源汽车的空调/热泵系统及基于该系统的热管理方法，将空调/热泵系统与动力部件热管理系统集总为一个整体，整套系统可切换为6种模式，满足12种运行工况，使得能量利用率更高，解决新能源汽车里程焦虑等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种新能源汽车的空调/热泵系统，包括四通换向阀10，四通换向阀10的B端口接压缩机11的出口，D端口接压缩机11的入口，A端口通过阀八8接热交换器14的一侧入口，通过阀九9接外部换热器12的入口，D端口通过阀五5接内部换热器13的入口，通过阀六6接热交换器14的一侧入口，内部换热器13的入口通过阀四4接外部换热器12的入口，内部换热器13的出口通过阀三3接外部换热器12的出口，通过阀二2接膨胀阀15的出口，热交换器14的一侧出口通过阀七7接外部换热器12的出口，通过阀一1接膨胀阀15的出口，膨胀阀15的入口接外部换热器12的出口。所述外部换热器12采用风冷换热器，置于车辆前部风道。所述内部换热器13置于乘员舱内。所述热交换器14另一侧入口/出口与车辆热载荷流通工质相连通，用于对动力载荷进行额外热管理。本专利技术还提供了基于所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法，根据车辆实时运行情况，通过控制阀门通断切换成6种运行模式，满足12种车辆运行工况。其中内部换热器13用以满足乘员舱热管理需求，热交换器14用于满足热载荷热管理需求，外部换热器12使用外部环境作为热源。与现有技术相比，本专利技术热源可随意组合变换，具有多种运行工况，可适用于混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车或任意冷热源需组合变换、工况多样复杂的情形。通过阀门调节，其内部换热器、外部换热器及热交换器可相互组合充当热源或冷源，在满足乘员舱内的制热、制冷需求的同时，不影响其对动力系统进行散热/余热回收或加热等功能，并可以合理分配车内的热管理需求。整套热泵/空调系统可调控为6种运行模式，满足12种使用工况，其灵活性、集成度、适应工况以及热量调控分配能力相比于现有系统更强，使得车辆能够随意调控热管理系统以适应多变的工况，提升整车能量利用效率，具有较大的应用价值。附图说明图1为本专利技术的一种新能源汽车空调/热泵系统。图2为本专利技术所述空调/热泵系统第一种循环回路图。图3为本专利技术所述空调/热泵系统第二种循环回路图。图4为本专利技术所述空调/热泵系统第三种循环回路图。图5为本专利技术所述空调/热泵系统第四种循环回路图。图6为本专利技术所述空调/热泵系统第五种循环回路图。图7为本专利技术所述空调/热泵系统第六种循环回路图。图8为本专利技术所述四通换向阀及其端口设置。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。如图1和图8所示，一种新能源汽车的空调/热泵系统，包括四通换向阀10，四通换向阀10的B端口接压缩机11的出口，D端口接压缩机11的入口，A端口通过阀八8接热交换器14的一侧入口，通过阀九9接外部换热器12的入口，D端口通过阀五5接内部换热器13的入口，通过阀六6接热交换器14的一侧入口，内部换热器13的入口通过阀四4接外部换热器12的入口，内部换热器13的出口通过阀三3接外部换热器12的出口，通过阀二2接膨胀阀15的出口，热交换器14的一侧出口通过阀七7接外部换热器12的出口，通过阀一1接膨胀阀15的出口，膨胀阀15的入口接外部换热器12的出口。热交换器14另一侧入口/出口与车辆热载荷流通工质相连通，用于对动力载荷进行额外热管理。根据以上结构，外部换热器12入口可通过阀四4与内部换热器13入口并联连接，或通过阀八8与热交换器14入口并联连接；外部换热器12出口可通过阀三3与内部换热器13出口并联连接，或通过阀七7与热交换器14出口并联连接；内部换热器13入口可通过阀四4与外部换热器12入口并联连通，也可以通过阀五5与热交换器14入口并联连接；内部换热器13的出口可通过阀三3与外部换热器12出口并联连接，也可以通过阀一1与热交换器14出口并联连接；热交换器14入口可通过阀六6与内部换热器13入口并联连接，也可以通过阀八8与外部换热器12入口并联连接；热交换器14出口可通过阀一1与内部换热器13的出口并联连接，也可以通过阀七7与外部换热器12出口并联连接；膨胀阀15入口可选择性的与外部换热器12出口、热交换器14出口、内部换热器13出口相连接；膨胀阀15出口可选择性的与外部换热器12出口、热交换器14出口、内部换热器13出口相连接。本专利技术新能源汽车空调/热泵系统，通过控制阀门通断，可根据车辆实时运行情况切换成6种运行模式如图2～7所示，满足12种车辆运行工况具体工况如下详述。其中内部换热器13用以满足乘员舱热管理需求，热交换器14用于满足热载荷热管理需求，外部换热器12使用外部环境作为热源。图2为本专利技术空调/热泵系统第一种循环回路图，此时内部换热器13与热交换器14使用同一热源。第一种循环回路具体可满足两种车辆运行工况：当热载荷回路及乘员舱内皆需制冷时，从热载荷回路及乘员舱内吸收热量，并放热至环境中，其具体循环回路为：压缩机11—四通换向阀10—阀九9—外部换热器12—膨胀阀15—分流于阀一1、阀二2—内部换热器13、热交换器14—阀五5、阀六6—合流于四通换向阀10—压缩机11。循环原理为：饱和液态工质分两路在内部换热器13、热交换器14分别吸收乘员舱内、热载荷散发的热量并成为干饱和气态或过热气态，之后两分路汇合后进入压缩机11。工质在经过压缩机压缩以过热气态进入外部换热器12，将热量放出至大气环境中变为饱和液态，随后进入膨胀阀15减压降温至循环初态，完成一个循环。当热载荷回路及乘员舱内皆需制热时，吸收环境热量，放给动力载荷及乘员舱环境，其具体循环回路为：压缩机11—四通换向阀10—分流于阀五5、阀六6—内部换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新能源汽车的空调/热泵系统，其特征在于，包括四通换向阀(10)，四通换向阀(10)的B端口接压缩机(11)的出口，D端口接压缩机(11)的入口，A端口通过阀八(8)接热交换器(14)的一侧入口，通过阀九(9)接外部换热器(12)的入口，D端口通过阀五(5)接内部换热器(13)的入口，通过阀六(6)接热交换器(14)的一侧入口，内部换热器(13)的入口通过阀四(4)接外部换热器(12)的入口，内部换热器(13)的出口通过阀三(3)接外部换热器(12)的出口，通过阀二(2)接膨胀阀(15)的出口，热交换器(14)的一侧出口通过阀七(7)接外部换热器(12)的出口，通过阀一(1)接膨胀阀(15)的出口，膨胀阀(15)的入口接外部换热器(12)的出口。/n

【技术特征摘要】
1.一种新能源汽车的空调/热泵系统，其特征在于，包括四通换向阀(10)，四通换向阀(10)的B端口接压缩机(11)的出口，D端口接压缩机(11)的入口，A端口通过阀八(8)接热交换器(14)的一侧入口，通过阀九(9)接外部换热器(12)的入口，D端口通过阀五(5)接内部换热器(13)的入口，通过阀六(6)接热交换器(14)的一侧入口，内部换热器(13)的入口通过阀四(4)接外部换热器(12)的入口，内部换热器(13)的出口通过阀三(3)接外部换热器(12)的出口，通过阀二(2)接膨胀阀(15)的出口，热交换器(14)的一侧出口通过阀七(7)接外部换热器(12)的出口，通过阀一(1)接膨胀阀(15)的出口，膨胀阀(15)的入口接外部换热器(12)的出口。


2.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统，其特征在于，所述外部换热器(12)采用风冷换热器，置于车辆前部风道。


3.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统，其特征在于，所述内部换热器(13)置于乘员舱内。


4.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统，其特征在于，所述热交换器(14)另一侧入口/出口与车辆热载荷流通工质相连通，用于对动力载荷进行额外热管理。


5.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法，其特征在于，内部换热器(13)与热交换器(14)使用同一热源，从而满足两种车辆运行工况：
当热载荷回路及乘员舱内皆需制冷时，从热载荷回路及乘员舱内吸收热量，并放热至环境中，循环回路为：压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀九(9)—外部换热器(12)—膨胀阀(15)—分流于阀一(1)、阀二(2)—内部换热器(13)、热交换器(14)—阀五(5)、阀六(6)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11)；
当热载荷回路及乘员舱内皆需制热时，吸收环境热量，放给动力载荷及乘员舱，循环回路为：压缩机(11)—四通换向阀(10)—分流于阀五(5)、阀六(6)—内部换热器(13)、热交换器(14)—阀一(1)、阀二(2)—膨胀阀(15)—外部换热器(12)—阀九(9)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11)。


6.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法，其特征在于，外部换热器(12)与热交换器(14)使用同一热源，从而满足两种车辆运行工况：
当热载荷回路需要制热而乘员舱内需要制冷时，将乘员舱内热量向热载荷回路转移，若此时乘员舱内热量大于热载荷所需热量，则通过外部换热器回路分流一部分热量，循环回路为：压缩机(11)—四通换向阀(10)—分流于阀九(9)、阀八(8)—外部换热器(12)、热交换器(14)与阀七(7)—膨胀阀(15)—阀二(2)—内部换热器(13)—阀五(5)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11)；
当热载荷需要制冷而乘员舱需要制热时，将热载荷热量传递至乘员舱，若此时热载荷散热量不足以满足乘员舱所需热量，则通过外部换热器使用外部环境作为热源，提供额外热量，循环回路为：压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀五(5)—内部换热器(13)—阀二(2)—膨胀阀(15)—分流于外部换热器(12)、阀七(7)—阀九(9)、热交...

【专利技术属性】
技术研发人员：席奂，郝艺伟，李明佳，王金华，马卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61