一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统及热管理方法技术方案

本发明专利技术提供了一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统及热管理方法，包括电池包热管理循环系统，包括依次首尾流体连接而构成电池包热管理循环回路的电池包、蒸发器和冷凝器等，电池包并联设有旁通管路；乘员舱热管理循环系统，包括制热循环回路和制冷循环回路的压缩机、室外换热器、室内换热器、电子膨胀阀等，电子膨胀阀设于制冷循环回路中的室外换热器和室内换热器之间，制热电子膨胀阀设于制热循环回路中的室内换热器和室外换热器之间。本发明专利技术通过循环介质将压缩机高速运转热量作为低温工况下热泵主要热源，在不增加PTC等情况下，解决了热泵结霜问题，并集成了电池包和乘员舱的热管理系统，使热泵系统更加高效节能经济。使热泵系统更加高效节能经济。使热泵系统更加高效节能经济。

A non frosting heat pump system for hydrogen vehicle without PTC heater and its thermal management method

【技术实现步骤摘要】
一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统及热管理方法


[0001]本专利技术涉及氢能汽车空调
，具体而言，涉及一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统及热管理方法。

技术介绍

[0002]目前空气源的热泵系统在冬季采暖制热时，普遍存在室外换热器表面结霜且需要化霜的问题，在化霜过程中，容易造成车内舒适性发生波动，这时往往需要制冷剂反向流动或者旁通，亦或增加PTC进行辅助加热。
[0003]另外，低温工况采暖过程中，压缩机受限于吸气过热度低的原因，无法全速运转并为系统提供更多的热量，导致在低温环境下采暖不足,既无法从空气中吸热，也无法自身产热，需要完全依靠PTC加热取暖。
[0004]市面上的纯电车乘员舱热泵空调系统一般同时集成电池热管理系统，电池热管理系统也需要负责电池回路的加热或者冷却，在压缩机的选型时，需要同时兼顾电池包和乘员舱的需求，压缩机全速运行时，可供开发利用的发热量实际上能够达到5
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6kW,并不逊色于一个高压PTC的发热量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统及热管理方法，以解决传统空气源的热泵在低温工况下无法从环境空气中吸收热量而且容易结霜的技术问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，包括：
[0007]电池包热管理循环系统，包括依次首尾流体连接而构成电池包热管理循环回路的电池包、蒸发器的第一入口、蒸发器的第一出口、冷凝器的第一入口和冷凝器的第一出口，所述电池包并联设有旁通管路；所述电池包热管理循环回路设有水泵；
[0008]乘员舱热管理循环系统，包括构成制热循环回路和制冷循环回路的压缩机、室外换热器、室内换热器、制冷电子膨胀阀、制热电子膨胀阀、蒸发器电子膨胀阀、所述蒸发器和所述冷凝器，所述制冷电子膨胀阀设于所述制冷循环回路中的所述室外换热器和所述室内换热器之间；所述制热电子膨胀阀设于所述制热循环回路中的所述室内换热器和所述室外换热器之间；
[0009]所述蒸发器电子膨胀阀设于所述冷凝器的第二出口和所述蒸发器的第二入口之间；
[0010]所述压缩机的出口选择性地与所述室外换热器的入口、所述室内换热器的入口、所述冷凝器的第二入口流体连接；
[0011]所述压缩机的入口选择性地与所述蒸发器的第二出口、所述室外换热器的出口、所述室内换热器的出口流体连接；
[0012]所述室内换热器的出口选择性地与所述室外换热器的入口、所述冷凝器的第二入口、所述蒸发器的第二入口流体连接；
[0013]所述室内换热器的入口选择性地与所述室外换热器的出口、所述冷凝器的第二出口流体连接；
[0014]所述室外换热器的入口与所述冷凝器的第二出口流体连接；
[0015]所述室外换热器的出口与所述蒸发器的第二入口流体连接。
[0016]可选地，所述制冷循环回路包括首尾顺次连接的所述压缩机、第一制冷电磁阀、所述室外换热器、所述制冷电子膨胀阀、所述室内换热器、第二制冷电磁阀和气液分离器；和/或，
[0017]所述制热循环回路包括首尾顺次连接的所述压缩机、第一制热电磁阀、所述室内换热器、所述制热电子膨胀阀、所述室外换热器、第二制热电磁阀和所述气液分离器；和/或，
[0018]所述压缩机的外表面全包覆有保温层。，
[0019]可选地，所述压缩机和所述冷凝器的第二入口之间设有冷凝器电磁阀；所述冷凝器和所述蒸发器串联形成第一并联支路，所述第一并联支路与所述气液分离器和所述压缩机串联连接。
[0020]可选地，还包括：由第一蒸发电磁阀、蒸发器电磁阀、所述冷凝器、所述蒸发器电子膨胀阀、所述蒸发器依次流体地连接形成第二并联支路，所述第二并联支路位于所述制热循环回路中的所述室内换热器之后，并和所述气液分离器之间的管路串联设置，所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口流体地连接。
[0021]可选地，还包括由第二蒸发电磁阀、电池包电磁阀、所述蒸发器电子膨胀阀、所述蒸发器依次流体地连接形成第三并联支路，所述第三并联支路与位于所述制冷循环回路中位于所述室外换热器之后和所述气液分离器之间的管路串联设置，所述气液分离器的出口与所述压缩机的入口流体地连接；和/或，
[0022]还包括第一三通阀，所述第一三通阀代替所述第一制冷电磁阀和所述第一制热电磁阀；和/或，
[0023]还包括第二三通阀，所述第二三通阀代替所述第二制热电磁阀；和/或，
[0024]还包括第三三通阀，所述第三三通阀代替所述第二蒸发电磁阀；和/或，
[0025]所述旁通管路和所述电池包的输入端分别设有电磁阀或所述电池包的输入端设有第四三通阀，所述第四三通阀的第三出口与所述旁通管路流体连接。
[0026]本专利技术还提供了一种热管理方法，应用于上述所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，所述热管理方法包括步骤：
[0027]S1：获取乘员舱热管理模式；其中，所述乘员舱热管理模式包括乘员舱制热模式、乘员舱制冷模式和乘员舱无需求模式；
[0028]S2：获取电池包热管理模式；其中，所述电池包热管理模式包括电池包无需求模式、电池包均温模式、电池包加热模式和电池包冷却模式；
[0029]S3：控制压缩机、室外换热器、室内换热器、制冷电子膨胀阀、制热电子膨胀阀、电池包、蒸发器和冷凝器、蒸发器电子膨胀阀所形成的管路的通断及其各自的运行状态，以使所述基于无PTC加热器循环水路的氢能汽车热泵系统的运行满足所述乘员舱热管理模式和
所述电池包热管理模式。
[0030]可选地，当所述乘员舱热管理模式为乘员舱制热模式，所述电池包热管理模式为电池包均温模式时，所述步骤S3具体包括步骤：
[0031]S301：控制由所述压缩机出来的高温高压工质的一部分流经所述室内换热器降温形成次高温高压工质并实现乘员舱升温；由所述压缩机出来的高温高压工质的剩余部分流经所述冷凝器降温形成次高温高压工质；两部分的次高温高压工质混合后的一部分工质流向所述制热电子膨胀阀被节流降压形成低温低压工质后流向所述室外换热器将环境空气降温至不低于其露点温度，并升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机，两部分的次高温高压工质混合后的剩余部分工质流向所述蒸发器电子膨胀阀被节流降压后流向所述蒸发器升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机；控制电池包热管理循环回路的工质在所述水泵的作用下依次流经所述电池包、所述蒸发器和所述冷凝器；
[0032]S302：根据环境空气降温至不低于其露点温度的温度和由所述室外换热器出来的低温低压工质的过热度调控所述制热电子膨胀阀的开度；
[0033]S303：根据所述乘员舱制热模式的需求加热量和环境空气提供的热量调控所述压缩机的转速；
[0034]S304：根据所述制热电子膨胀阀的开度和所述压缩机的转速，调控流向所述蒸发器的次高温高压工质的流量和所述蒸发器电子膨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于，包括：电池包热管理循环系统，包括依次首尾流体连接而构成电池包热管理循环回路的电池包(20)、蒸发器(18)的第一入口、蒸发器(18)的第一出口、冷凝器(17)的第一入口和冷凝器(17)的第一出口，所述电池包(20)并联设有旁通管路；所述电池包热管理循环回路设有水泵(19)；乘员舱热管理循环系统，包括构成制热循环回路和制冷循环回路的压缩机(1)、室外换热器(2)、室内换热器(4)、制冷电子膨胀阀(3)、制热电子膨胀阀(8)、蒸发器电子膨胀阀(15)、所述蒸发器(18)和所述冷凝器(17)，所述制冷电子膨胀阀(3)设于所述制冷循环回路中的所述室外换热器(2)和所述室内换热器(4)之间，所述制热电子膨胀阀(8)设于所述制热循环回路中的所述室内换热器(4)和所述室外换热器(2)之间；所述蒸发器电子膨胀阀(15)设于所述冷凝器(17)的第二出口和所述蒸发器(18)的第二入口之间；所述压缩机(1)的出口选择性地与所述室外换热器(2)的入口、所述室内换热器(4)的入口、所述冷凝器(17)的第二入口流体连接；所述压缩机(1)的入口选择性地与所述蒸发器(18)的第二出口、所述室外换热器(2)的出口、所述室内换热器(4)的出口流体连接；所述室内换热器(4)的出口选择性地与所述室外换热器(2)的入口、所述冷凝器(17)的第二入口、所述蒸发器(18)的第二入口流体连接；所述室内换热器(4)的入口选择性地与所述室外换热器(2)的出口、所述冷凝器(17)的第二出口流体连接；所述室外换热器(2)的入口与所述冷凝器(17)的第二出口流体连接；所述室外换热器(2)的出口与所述蒸发器(18)的第二入口流体连接。2.根据权利要求1所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于：所述制冷循环回路包括首尾顺次连接的所述压缩机(1)、第一制冷电磁阀(6)、所述室外换热器(2)、所述制冷电子膨胀阀(3)、所述室内换热器(4)、第二制冷电磁阀(7)和气液分离器(5)；和/或，所述制热循环回路包括首尾顺次连接的所述压缩机(1)、第一制热电磁阀(9)、所述室内换热器(4)、所述制热电子膨胀阀(8)、所述室外换热器(2)、第二制热电磁阀(10)和所述气液分离器(5)；和/或，所述压缩机(1)的外表面全包覆有保温层。3.根据权利要求2所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于：所述压缩机(1)和所述冷凝器(17)的第二入口之间设有冷凝器电磁阀(14)；所述冷凝器(17)和所述蒸发器(18)串联形成第一并联支路，所述第一并联支路与所述气液分离器(5)和所述压缩机(1)串联连接。4.根据权利要求3所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于，还包括：由第一蒸发电磁阀(22)、蒸发器电磁阀(16)、所述冷凝器(17)、所述蒸发器电子膨胀阀(15)、所述蒸发器(18)依次流体地连接形成第二并联支路，所述第二并联支路位于所述制热循环回路中的所述室内换热器(4)之后，并和所述气液分离器(5)之间的管路串联设置，所述气液分离器(5)的出口与所述压缩机(1)的入口流体地连接。
5.根据权利要求4所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于：还包括由第二蒸发电磁阀(23)、电池包电磁阀(21)、所述蒸发器电子膨胀阀(15)、所述蒸发器(18)依次流体地连接形成第三并联支路，所述第三并联支路与位于所述制冷循环回路中位于所述室外换热器(2)之后和所述气液分离器(5)之间的管路串联设置，所述气液分离器(5)的出口与所述压缩机(1)的入口流体地连接；和/或，还包括第一三通阀，所述第一三通阀代替所述第一制冷电磁阀(6)和所述第一制热电磁阀(9)；和/或，还包括第二三通阀，所述第二三通阀代替所述第二制热电磁阀(10)；和/或，还包括第三三通阀，所述第三三通阀代替所述第二蒸发电磁阀(23)；和/或，所述旁通管路和所述电池包(20)的输入端分别设有电磁阀或所述电池包(20)的输入端设有第四三通阀，所述第四三通阀的第三出口与所述旁通管路流体连接。6.一种热管理方法，应用于如权利要求1
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5任一所述的无PTC加热器的氢能汽车不结霜热泵系统，其特征在于，所述热管理方法包括步骤：S1：获取乘员舱热管理模式；其中，所述乘员舱热管理模式包括乘员舱制热模式、乘员舱制冷模式和乘员舱无需求模式；S2：获取电池包热管理模式；其中，所述电池包热管理模式包括电池包无需求模式、电池包均温模式、电池包加热模式和电池包冷却模式；S3：控制压缩机(1)、室外换热器(2)、室内换热器(4)、制冷电子膨胀阀(3)、制热电子膨胀阀(8)、电池包(20)、蒸发器(18)和冷凝器(17)、蒸发器电子膨胀阀(15)所形成的管路的通断及其各自的运行状态，以使所述基于无PTC加热器循环水路的氢能汽车热泵系统的运行满足所述乘员舱热管理模式和所述电池包热管理模式。7.根据权利要求6所述的热管理方法，其特征在于：当所述乘员舱热管理模式为乘员舱制热模式，所述电池包热管理模式为电池包均温模式时，所述步骤S3具体包括步骤：S301：控制由所述压缩机(1)出来的高温高压工质的一部分流经所述室内换热器(4)降温形成次高温高压工质并实现乘员舱升温；由所述压缩机(1)出来的高温高压工质的剩余部分流经所述冷凝器(17)降温形成次高温高压工质；两部分的次高温高压工质混合后的一部分工质流向所述制热电子膨胀阀(8)被节流降压形成低温低压工质后流向所述室外换热器(2)将环境空气降温至不低于其露点温度，并升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机(1)，两部分的次高温高压工质混合后的剩余部分工质流向所述蒸发器电子膨胀阀(15)被节流降压后流向所述蒸发器(18)升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机(1)；控制电池包热管理循环回路的工质在水泵(19)的作用下依次流经所述电池包(20)、所述蒸发器(18)和所述冷凝器(17)；S302：根据环境空气降温至不低于其露点温度的温度和由所述室外换热器(2)出来的低温低压工质的过热度，调控所述制热电子膨胀阀(8)的开度；S303：根据所述乘员舱制热模式的需求加热量和环境空气提供的热量，调控所述压缩机(1)的转速；S304：根据所述制热电子膨胀阀(8)的开度和所述压缩机(1)的转速，调控流向所述蒸发器(18)的次高温高压工质的流量和所述蒸发器电子膨胀阀(15)的开度；
S305：根据由所述蒸发器(18)出的次低温低压工质的过热度和电池包的进水温度，调控由所述压缩机(1)流向所述冷凝器(17)的高温高压工质的流量。8.根据权利要求6所述的热管理方法，其特征在于：当所述乘员舱热管理模式为乘员舱制热模式，所述电池包热管理模式为电池包加热模式时，所述步骤S3具体包括步骤：S306：控制由所述压缩机(1)出来的高温高压工质的一部分流经所述室内换热器(4)降温形成次高温高压工质，并实现乘员舱升温后流向所述制热电子膨胀阀(8)被节流降压形成低温低压工质后流向所述室外换热器(2)，将环境空气降温至不低于其露点温度，并升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机(1)；由所述压缩机(1)出来的高温高压工质的剩余部分流经所述冷凝器(17)降温形成次高温高压工质后，流向所述蒸发器电子膨胀阀(15)被节流降压后流向所述蒸发器(18)升温形成次低温低压工质后流向所述压缩机(1)；控制电池包热管理循环回路的工质在水泵(19)的作用下依次流经所述电池包(20)、所述蒸发器(18)和所述冷凝器(17)；S307：根据环境空气降温至不低于其露点温度的温度和由所述室外换热器(2)出来的低温低压工质的过热度，调控所述制热电子膨胀阀(8)的开度；S308：根据所述制热需求的需求加热量和环境空气提供的热量，调控所述压缩机(1)的转速；S309：根据所述制热电子膨胀阀(8)的开度和所述压缩机(1)的转速，调控流向所述蒸发器(18)的次高温高压工质的流量以及所述蒸发器电子膨胀阀(15)的开度；S310，根据由所述蒸发器(18)出的次低温低压工质的过热度和电池包的进水温度，调控流向所述冷凝器(17)高温高压工质的流量；和/或，当所述乘员舱热管理模式为乘员舱制热模式，所述电池包热管理模式为电池包冷却模式时，所述步骤S3具体包括步骤：S311：控制由所述压缩机(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦浩，郝义国，张江龙，
申请(专利权)人：武汉格罗夫氢能汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：