用于机动车辆的热泵辅助冷却剂回路热交换器除霜系统技术方案

本公开提供了“用于机动车辆的热泵辅助冷却剂回路热交换器除霜系统”。一种用于机动车辆的冷却和加热系统，包括：热泵；控制器；低温散热器，所述低温散热器与所述热泵热连通；乘客舱热交换器，所述乘客舱热交换器与所述热泵热连通；以及除霜系统，所述除霜系统包括与所述低温散热器选择性流体连通的旁路冷却剂回路。当处于加热模式时，所述控制器在检测到热泵的操作处于预定正常操作范围之外时并且在检测到环境温度低于预定温度时打开电磁阀并且启用旁路冷却剂回路中的冷却剂加热器。所述控制器在检测到热泵的操作处于预定正常操作范围内时停用冷却剂加热器。所述控制器也可在检测到热泵的操作处于预定正常操作范围内时停用并关闭电磁阀。

【技术实现步骤摘要】
用于机动车辆的热泵辅助冷却剂回路热交换器除霜系统
本公开总体涉及一种用于机动车辆的基于热泵的冷却和加热系统。更具体地，本公开涉及一种用于冷却和加热系统的热泵辅助冷却剂回路热交换器的除霜系统。
技术介绍
热泵可用于混合动力机动车辆或完全电池供电式电动机动车辆的冷却和加热系统中，因为在缺乏由传统内燃发动机提供的热源的情况下，热泵可用于冷却和加热内部乘客舱。如本文所使用，术语“热泵”是指为在热能传递的两个方向上都具有高效率而优化的蒸气压缩制冷装置。这种热泵系统采用制冷剂作为在压缩机、蒸发器、膨胀阀与冷凝器之间循环的工作流体。因为热泵的操作可以是可反向的，所以热泵可适合于在任一方向上(例如，在冷却模式下和在加热模式下)工作以向内部客舱提供冷却或加热。在冷却模式下，热泵以与传统空气调节系统相同的方式进行操作。在加热模式下，热泵比简单的电阻加热器更加有效，并且加热效率可以是使用相同电量的此类电阻加热器的三至四倍。然而，安装热泵的典型成本也高于电阻加热器的典型成本。热泵系统可包括单回路系统，其中制冷剂流动通过乘客舱热交换器以及通常为传统空气调节系统中使用的相同系统的外部热交换器(有时称为OHX)。与传统的空气调节系统不同，当处于加热模式时，热泵还使制冷剂流动。然而，当热泵在寒冷的状况(诸如0℃)下进行操作时，外部空气中的水分可冷凝在外部热交换器上并且冻结，从而降低了外部热交换器的性能。在此类系统中，热泵系统的外部热交换器上的霜和冰积聚对寒冷环境温度操作期间的性能具有重大影响。为了解决此问题，单回路热泵可在短的时间段内反向(即，在冷却模式下)运行，并且由此将外部热交换器解冻。热泵系统还可包括使用常规冷却剂混合物(诸如水-乙二醇混合物)作为工作流体的一个或多个辅助冷却剂回路系统。与常规热泵系统不同，此类系统不采用流动通过乘客舱或外部热交换器的制冷剂。相反，热泵制冷剂保持处于独立的单元中。热泵制冷剂继而从辅助回路系统中的冷却剂去除热量或将热量排放到辅助回路系统中的冷却剂。因此，辅助回路系统中的冷却剂流动通过内部乘客舱内的乘客舱热交换器和外部热交换器，以提供所需的冷却和加热。然而，此类系统的缺点是在外部热交换器上形成冰/霜。因为仅冷却剂流动通过外部热交换器，所以在形成冰/霜的情况下，没有权宜的方法来使外部热交换器变暖。除非外部热交换器解冻，否则系统性能将降低。与使用单回路系统的热泵系统不同，热泵不能简单地反向运行以使用制冷剂来对外部热交换器进行除霜和/或除冰。也就是说，因为冷却剂而不是制冷剂运行通过外部热交换器，因此使用辅助冷却剂回路的热泵系统不具有此能力。与基于制冷剂的系统不同，辅助冷却剂回路系统不具有对外部热交换器进行除霜和/或除冰的能力。系统性能将下降。因此，期望一种包括热泵系统的冷却和加热系统，所述热泵系统包括在混合动力机动车辆或电池供电式电动机动车辆中使用的在所有环境状况下进行操作并且提供对外部热交换器进行除霜/除冰的能力的一个或多个辅助冷却剂回路系统。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，一种用于机动车辆的冷却和加热系统包括：基于制冷剂的热泵，所述基于制冷剂的热泵具有第一侧热交换器和第二侧热交换器，其中所述热泵适合于在冷却模式和加热模式下进行操作，并且控制器控制所述冷却和加热系统的操作。第一辅助冷却剂回路包括低温散热器，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通。第二辅助冷却剂回路包括乘客舱热交换器，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通。除霜系统包括：与所述第一辅助冷却剂回路选择性地流体连通的旁路冷却剂回路、冷却剂加热器和电磁阀。当处于所述加热模式时，所述控制器在检测到所述热泵的操作处于预定正常操作范围之外时并且在检测到环境温度低于预定温度时打开或确认打开所述旁路冷却剂回路中的所述电磁阀并且启用所述冷却剂加热器。所述控制器在检测到所述热泵的操作处于所述预定正常操作范围内时停用所述冷却剂加热器。本公开的第一方面的实施例可包括以下特征中的任一者或其组合：·当在所述加热模式下时，所述控制器在检测到所述热泵的操作处于所述预定正常操作范围内时关闭所述旁路冷却剂回路中的所述电磁阀。·所述热泵包括：用于压缩制冷剂的压缩机、与所述压缩机流体连通以用于冷凝来自所述压缩机的所述制冷剂的冷凝器、设置在所述冷凝器的下游并且与所述冷凝器流体连通的膨胀阀以及设置在所述膨胀阀的下游并且与所述膨胀阀流体连通的蒸发器。·所述热泵在所述冷却模式下使所述制冷剂在第一方向上循环，并且所述热泵在所述加热模式下使所述制冷剂在第二方向上循环。·所述第一侧热交换器在所述冷却模式下操作为所述冷凝器并且所述第一侧热交换器在所述加热模式下操作为所述蒸发器，并且所述第二侧热交换器在所述冷却模式下操作为所述蒸发器并且所述第二侧热交换器在所述加热模式下操作为所述冷凝器。·第一旁通阀设置在所述热泵的所述第一侧热交换器的下游，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第一辅助冷却剂回路，并且在处于所述加热模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第二辅助冷却剂回路。·第二旁通阀设置在所述热泵的所述第二侧热交换器的下游，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第二辅助冷却剂回路，并且在处于所述加热模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第一辅助冷却剂回路。·第三旁通阀设置在所述低温散热器的下游并且与所述低温散热器流体连通，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述热泵的所述第一侧热交换器，并且在处于所述加热模式时将冷却剂流选择性地引导到所述热泵的所述第二侧热交换器。·所述机动车辆还包括电池模块，所述电池模块与所述第二辅助冷却剂回路选择性地流体连通，并且其中所述冷却和加热系统还包括：·第四旁通阀在处于所述冷却模式时设置在所述第二旁通阀和热泵的所述第二侧热交换器的下游，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述电池模块。·所述第四旁通阀包括比例阀，所述比例阀由所述控制器控制，以用于选择性地实现在所述电池模块与所述乘客舱热交换器之间并且通过其中的每一者的冷却剂流。·第五旁通阀设置在所述电池模块的下游并且与所述电池模块流体连通，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述热泵的所述第二侧热交换器，并且在处于所述加热模式时将冷却剂流选择性地引导到所述热泵的所述第一侧热交换器。·所述乘客舱热交换器还包括冷却盘管和加热器芯体，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述乘客舱热交换器的所述冷却盘管与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述乘客舱热交换器的所述加热器芯体与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通。·所述热泵的所述制冷剂是液态二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机动车辆的冷却和加热系统，其包括：/n基于制冷剂的热泵，所述基于制冷剂的热泵具有第一侧热交换器和第二侧热交换器，其中所述热泵适合于在冷却模式和加热模式下进行操作；/n控制器，所述控制器用于控制所述冷却和加热系统的操作；/n包括低温散热器的第一辅助冷却剂回路，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通；/n包括乘客舱热交换器的第二辅助冷却剂回路，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通；以及/n除霜系统，所述除霜系统包括：与所述第一辅助冷却剂回路选择性地流体连通的旁路冷却剂回路、冷却剂加热器和电磁阀；/n其中，在所述加热模式下，所述控制器在检测到所述热泵的操作处于预定正常操作范围之外时并且在检测到环境温度低于预定温度时打开或确认打开所述旁路冷却剂回路中的所述电磁阀并且启用所述冷却剂加热器，并且其中所述控制器在检测到所述热泵的操作处于所述预定正常操作范围内时停用所述冷却剂加热器。/n...

【技术特征摘要】
20190211 US 16/272,1121.一种用于机动车辆的冷却和加热系统，其包括：
基于制冷剂的热泵，所述基于制冷剂的热泵具有第一侧热交换器和第二侧热交换器，其中所述热泵适合于在冷却模式和加热模式下进行操作；
控制器，所述控制器用于控制所述冷却和加热系统的操作；
包括低温散热器的第一辅助冷却剂回路，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述低温散热器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通；
包括乘客舱热交换器的第二辅助冷却剂回路，当所述热泵处于所述冷却模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第二侧热交换器热连通，并且当所述热泵处于所述加热模式时，所述乘客舱热交换器与所述热泵的所述第一侧热交换器热连通；以及
除霜系统，所述除霜系统包括：与所述第一辅助冷却剂回路选择性地流体连通的旁路冷却剂回路、冷却剂加热器和电磁阀；
其中，在所述加热模式下，所述控制器在检测到所述热泵的操作处于预定正常操作范围之外时并且在检测到环境温度低于预定温度时打开或确认打开所述旁路冷却剂回路中的所述电磁阀并且启用所述冷却剂加热器，并且其中所述控制器在检测到所述热泵的操作处于所述预定正常操作范围内时停用所述冷却剂加热器。


2.如权利要求1所述的冷却和加热系统，其中在所述加热模式下，所述控制器在检测到所述热泵的操作处于所述预定正常操作范围内时关闭所述旁路冷却剂回路中的所述电磁阀。


3.如权利要求1所述的冷却和加热系统，所述热泵包括：
压缩机，所述压缩机用于压缩制冷剂；
冷凝器，所述冷凝器与所述压缩机流体连通以用于冷凝来自所述压缩机的所述制冷剂；
膨胀阀，所述膨胀阀设置在所述冷凝器的下游并且与所述冷凝器流体连通；以及
蒸发器，所述蒸发器设置在膨胀阀的下游并且与所述膨胀阀流体连通；
其中所述热泵在所述冷却模式下使所述制冷剂在第一方向上循环，并且所述热泵在所述加热模式下使所述制冷剂在第二方向上循环。


4.如权利要求3所述的冷却和加热系统，其中所述第一侧热交换器在所述冷却模式下操作为所述冷凝器，并且所述第一侧热交换器在所述加热模式下操作为所述蒸发器；并且
所述第二侧热交换器在所述冷却模式下操作为所述蒸发器，并且所述第二侧热交换器在所述加热模式下操作为所述冷凝器。


5.如权利要求4所述的冷却和加热系统，其还包括：
第一旁通阀，所述第一旁通阀设置在所述热泵的所述第一侧热交换器的下游，以用于在处于所述冷却模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第一辅助冷却剂回路，并且在处于所述加热模式时将冷却剂流选择性地引导到所述第二辅助冷却剂回路。


6.如权利要求5所述的冷却和加热系统，其还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·理查德·塞梅尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US