一种车用CO2增能型热管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车用CO2增能型热管理系统及其控制方法，本发明专利技术公开了该热管理系统在高温制冷、低温制热和减湿除雾三种模式下的控制方案，系统使用4个电磁阀改变制冷剂的整体流向，使用一个全通节流阀和一个电磁阀改变室内第一换热器和室内第二换热器的串并联关系。在高温环境下，系统采用两级压缩中间补气的方式，提高跨临界CO2系统的制冷性能，有利于解决跨临界CO2热管理系统夏季续航短板问题，在高温环境下，系统关闭压缩机中间补气，所有制冷剂均经过两级压缩后与车厢送风逆流换热，充分利用跨临界CO2系统的低温制热能力，同时，使用全通节流阀，使系统具有减湿除雾的能力，用于风挡玻璃除雾。风挡玻璃除雾。风挡玻璃除雾。

【技术实现步骤摘要】
一种车用CO2增能型热管理系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电动汽车跨临界CO2热管理系统领域，特别涉及一种车用CO2增能型热管理系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的快速发展，能够满足大环境温度范围下车厢和电池多目标温度控制的综合热管理系统的开发逐渐受到关注，另一方面，传统汽车空调所用的HFCs类制冷剂逐渐被淘汰，CO2作为一种自然工质，凭借其优秀的低温制热能力和环保性能，其在车用热管理系统上的应用具有广泛前景，然而，与R134a和R1234yf等工质相比，跨临界CO2循环的制冷性能相对较差，对电动汽车的夏季续航造成不利影响，因此提高跨临界CO2循环的制冷性能有重要意义。
[0003]在跨临界CO2制冷性能提升的几种方案中，回热器已经得到了比较充分的研究和广泛的使用，难以继续优化进一步提高跨临界CO2系统的性能，机械过冷技术尽管可以进一步提高跨临界CO系统制冷性能，但会导致系统过于复杂，成本升高，涡流管和喷射器等的作用机制尚缺乏充分的研究，且设计复杂，离实际应用距离较远，综合来看，两级压缩中间补气是进一步提高跨临界CO2制冷性能的可行技术方案之一，且车用热管理系统均至少有两个车内换热器和一个用于电池温度控制的水冷换热器，因此，可以通过增加相关阀件，设计出满足电动汽车需求的车用CO2增能型热管理系统，然而，目前还缺少应用了两级压缩中间补气的完整跨临界CO2车用热管理系统方案，其在不同模式下的控制方法也缺少研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种车用CO2增能型热管理系统及其控制方法，以解决现技术中缺少完整跨临界CO2车用热管理系统方案及其控制方法的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种车用CO2增能型热管理系统，包括压缩机，所述压缩机的排气管路上设置有第四电磁阀，第四电磁阀的出口连接有室内第二换热器，所述室内第二换热器的出口连接有全通节流阀，所述全通节流阀的出口连接有室内第一换热器，室内第一换热器的出口连接有第一电子膨胀阀，第一电子膨胀阀连接有回热器的第二通道，回热器的第二出口连接有室外换热器，所述室外换热器的出口连接有第五电磁阀，第五电磁阀出口连接有气液分离器，气液分离器的气体出口连接有回热器的第一通道，所述回热器的第一出口连接有压缩机；
[0007]所述压缩机和第四电磁阀的连接处连接有第二电磁阀，第二电磁阀的另一端连接至室外换热器和第五电磁阀的连接处；
[0008]所述回热器和第一电子膨胀阀的连接处设置有两个分支，两个分支分别连接第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀；
[0009]第二电子膨胀阀的另一端连接有水冷换热器的第三通道，水冷换热器的第三通道出口连接有第一电磁阀，第一电磁阀的出口连接至室内第一换热器和全通节流阀的连接处；所述压缩机的补气口连接至第一电磁阀和水冷换热器第三通道的连接处；
[0010]所述第三电子膨胀阀的另一端连接至全通节流阀和室内第二换热器的连接处；
[0011]所述水冷换热器内设置有第四通道，所述第四通道连接有前端散热器，前端散热器的另一端连接有三通阀的B口，三通阀的A口连接有电池换热器，电池换热器的另一端和第四通道的另一端连接；三通阀的C口连接至第三通道和前端散热器的连接处；
[0012]所述第三通道和前端散热器之间的连接管路上设置有膨胀水箱，所述三通阀的A口和电池换热器之间设置有水泵。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：
[0014]优选的，所述第四电磁阀和室内第二换热器的连接处连接有第三电磁阀，所述第三电磁阀的另一端和第五电磁阀和气液分离器的连接处连接。
[0015]优选的，所述压缩机的补气口连接有旁通电磁阀，所述旁通电磁阀和补气口连接的端部同时连接有水冷换热器中第三通道的一端；旁通电磁阀的另一端同时连接有水冷换热器中第三通道的另一端，以及第一电磁阀的一端；所述旁通电磁阀用于替代第二电子膨胀阀。
[0016]一种基于车用CO2增能型热管理系统的控制方法，包括：
[0017]高温制冷模式：所述压缩机输出的CO2经过室外换热器被冷却后进入回热器，回热器出口的CO2分为三路，第一路经过电子膨胀阀节流至中间压力，进入室内第一换热器冷却进风后，通过第一电磁阀回到压缩机的补气口；第二路CO2经过第二电子膨胀阀节流至中间压力后，进入水冷换热器与冷却液换热后，回到压缩机的补气口；第三路CO2经过第三电子膨胀阀节流至低压，进入室内第二换热器与进风发生换热后，通过第三电磁阀和气液分离器，从气液分离器分离出的CO2在回热器内换热后，回到压缩机的吸气口；
[0018]低温制热模式：被压缩机压缩后的CO2经过第四电磁阀，依次经过室内第二换热器、全通节流阀和室内第二换热器，与进风换热后，经过第一电子膨胀阀被节流至低压，流经回热器的第二通道后进入室外换热器，CO2在室外换热器中吸收环境空气的热量后，通过第五电磁阀、气液分离器和回热器的第一通道后，回到压缩机的吸气口；
[0019]减湿除雾模式下，被压缩机压缩的CO2，从排气口通过第四电磁阀，进入室内第二换热器散热后，通过全通节流阀节流至低压，然后进入室内第一换热器吸收进风的热量，从第一换热器输出的CO2依次经过第一电子膨胀阀，回热器的第二通道和室外换热器后，经过第五电磁阀进入气液分离器，被气液分离器分离出的气体CO2，流经回热器的第一通道后，回到压缩机的洗气口。
[0020]优选的，在高温制冷模式下，第四电磁阀、第五电磁阀和全通节流阀处于关闭状态，第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀处于开启状态；
[0021]在低温制热模式下，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第三电子膨胀阀处于关闭状态，第四电磁阀和第五电磁阀处于开启状态，全通节流阀处于全通状态；
[0022]在减湿除雾模式下，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀处于关闭状态，第四电磁阀和第五电磁阀处于开启状态，全通节流阀处于节流状态。
[0023]优选的，处于高温制冷模式时，
[0024]通过PI控制调整压缩机的转速，使得|θ
exit
|<1K；所述θ
exit
为室内第二换热器的实际出风温度t
exit
和目标出风温度t
exit,0
之间的偏差；
[0025]通过PI控制调整第三电子膨胀阀的开度，使得|θ
pdis
|<1bar；所述θ
pdis
为压缩机出口的实际排气压力P
dis
和目标排气压力P
dis,0
之间的偏差；所述目标排气压力P
dis,0
为室外换热器出口温度t
ohx
、压缩机吸气压力P
suc
和中间压力P
mid
的函数；
[0026]通过PI控制调整第一电子膨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车用CO2增能型热管理系统，其特征在于，包括压缩机(1)，所述压缩机(1)的排气管路上设置有第四电磁阀(15)，第四电磁阀(15)的出口连接有室内第二换热器(4)，所述室内第二换热器(4)的出口连接有全通节流阀(11)，所述全通节流阀(11)的出口连接有室内第一换热器(3)，室内第一换热器(3)的出口连接有第一电子膨胀阀(8)，第一电子膨胀阀(8)连接有回热器(5)的第二通道，回热器(5)的第二出口连接有室外换热器(2)，所述室外换热器(2)的出口连接有第五电磁阀(16)，第五电磁阀(16)出口连接有气液分离器(17)，气液分离器(17)的气体出口连接有回热器(5)的第一通道，所述回热器(5)的第一出口连接有压缩机(1)；所述压缩机(1)和第四电磁阀(15)的连接处连接有第二电磁阀(13)，第二电磁阀(13)的另一端连接至室外换热器(2)和第五电磁阀(16)的连接处；所述回热器(5)和第一电子膨胀阀(8)的连接处设置有两个分支，两个分支分别连接第二电子膨胀阀(9)和第三电子膨胀阀(10)；第二电子膨胀阀(9)的另一端连接有水冷换热器(6)的第三通道，水冷换热器(6)的第三通道出口连接有第一电磁阀(12)，第一电磁阀(12)的出口连接至室内第一换热器(3)和全通节流阀(11)的连接处；所述压缩机(1)的补气口连接至第一电磁阀(12)和水冷换热器(6)第三通道的连接处；所述第三电子膨胀阀(10)的另一端连接至全通节流阀(11)和室内第二换热器(4)的连接处；所述水冷换热器(6)内设置有第四通道，所述第四通道连接有前端散热器(7)，前端散热器(7)的另一端连接有三通阀(20)的B口，三通阀(20)的A口连接有电池换热器(18)，电池换热器(18)的另一端和第四通道的另一端连接；三通阀(20)的C口连接至第三通道和前端散热器(7)的连接处；所述第三通道和前端散热器(7)之间的连接管路上设置有膨胀水箱(21)，所述三通阀(20)的A口和电池换热器(18)之间设置有水泵(19)。2.根据权利要求1所述的一种车用CO2增能型热管理系统，其特征在于，所述第四电磁阀(15)和室内第二换热器(4)的连接处连接有第三电磁阀(14)，所述第三电磁阀(14)的另一端和第五电磁阀(16)和气液分离器(17)的连接处连接。3.根据权利要求1所述的一种车用CO2增能型热管理系统，其特征在于，所述压缩机(1)的补气口连接有旁通电磁阀(24)，所述旁通电磁阀(24)和补气口连接的端部同时连接有水冷换热器(6)中第三通道的一端；旁通电磁阀(24)的另一端同时连接有水冷换热器(6)中第三通道的另一端，以及第一电磁阀(12)的一端；所述旁通电磁阀(24)用于替代第二电子膨胀阀(9)。4.一种基于车用CO2增能型热管理系统的控制方法，其特征在于，包括：高温制冷模式：所述压缩机(1)输出的CO2经过室外换热器(2)被冷却后进入回热器(5)，回热器(5)出口的CO2分为三路，第一路经过电子膨胀阀(8)节流至中间压力，进入室内第一换热器(3)冷却进风后，通过第一电磁阀(12)回到压缩机(1)的补气口；第二路CO2经过第二电子膨胀阀(9)节流至中间压力后，进入水冷换热器(6)与冷却液换热后，回到压缩机(1)的补气口；第三路CO2经过第三电子膨胀阀(10)节流至低压，进入室内第二换热器(4)与进风发生换热后，通过第三电磁阀(14)和气液分离器(17)，从气液分离器(17)分离出的CO2在回
热器(5)内换热后，回到压缩机(1)的吸气口；低温制热模式：被压缩机(1)压缩后的CO2经过第四电磁阀(15)，依次经过室内第二换热器(4)、全通节流阀(11)和室内第二换热器(3)，与进风换热后，经过第一电子膨胀阀(8)被节流至低压，流经回热器(5)的第二通道后进入室外换热器(2)，CO2在室外换热器(2)中吸收环境空气的热量后，通过第五电磁阀(16)、气液分离器(17)和回热器(5)的第一通道后，回到压缩机(1)的吸气口；减湿除雾模式下，被压缩机(1)压缩的CO2，从排气口通过第四电磁阀(15)，进入室内第二换热器(4)散热后，通过全通节流阀(11)节流至低压，然后进入室内第一换热器(3)吸收进风的热量，从第一换热器(3)输出的CO2依次经过第一电子膨胀阀(8)，回热器(5)的第二通道和室外换热器(2)后，经过第五电磁阀(16)进入气液分离器(17)，被气液分离器(17)分离出的气体CO2，流经回热器(5)的第一通道后，回到压缩机(1)的洗气口。5.根据权利要求4所述的一种基于车用CO2增能型热管理系统的控制方法，其特征在于，在高温制冷模式下，第四电磁阀(15)、第五电磁阀(16)和全通节流阀(11)处于关闭状态，第一电磁阀(12)、第二电磁阀(13)和第三电磁阀(14)处于开启状态；在低温制热模式下，第一电磁阀(12)、第二电磁阀(13)、第三电磁阀(14)和第三电子膨胀阀(10)处于关闭状态，第四电磁阀(15)和第五电磁阀(16)处于开启状态，全通节流阀(11)处于全通状态；在减湿除雾模式下，第一电磁阀(12)、第二电磁阀(13)、第三电磁阀(14)、第二电子膨胀阀(9)和第三电子膨胀阀(10)处于关闭状态，第四电磁阀(15)和第五电磁阀(16)处于开启状态，全通节流阀(11)处于节流状态。6.根据权利要求4所述的一种基于车用CO2增能型热管理系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，方健珉，殷翔，宋昱龙，杨旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：