本發(fā)明涉及儲(chǔ)能、節(jié)能、空調(diào)、熱能工程及交通運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，本發(fā)明主要涉及一種儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)，主要應(yīng)用于純電動(dòng)汽車內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)、電動(dòng)汽車?yán)锍虜?shù)提高、汽車動(dòng)力電池壽命提升等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)代的進(jìn)步，新能源汽車尤其是以電動(dòng)汽車逐步成為汽車工業(yè)的主流發(fā)展方向之一。由于純電動(dòng)汽車沒(méi)有傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力源，因此國(guó)內(nèi)外許多汽車生產(chǎn)廠家在傳統(tǒng)燃油型汽車空調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分替換，利用直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)來(lái)完成空調(diào)制冷功能。目前替換設(shè)計(jì)基本可以解決電動(dòng)汽車空調(diào)制冷問(wèn)題。然而，在夏季純電動(dòng)汽車行駛的過(guò)程中，電動(dòng)壓縮機(jī)制冷空調(diào)需要消耗大量電動(dòng)汽車蓄電池的儲(chǔ)電量，不僅大幅度降低其里程數(shù)，而且縮短了電池使用壽命。對(duì)于制熱，純電動(dòng)汽車往往采用熱泵技術(shù)空調(diào)。由于純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)消耗的電來(lái)自蓄電池，因此當(dāng)蓄電池輸出功率足夠大時(shí)，可滿足供熱需求并不影響電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能。但隨著蓄電池剩余電量的逐漸降低，整車動(dòng)力性能會(huì)因空調(diào)的使用而明顯下降，而且由于冬季室外換熱器結(jié)霜嚴(yán)重，制熱量常常嚴(yán)重不足，還有，冬天溫度比較低時(shí)，純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池往往不在最佳工作溫度范圍里工作，造成里程數(shù)進(jìn)一步下降。

針對(duì)純電動(dòng)汽車的空調(diào)制冷和制熱問(wèn)題，前人已經(jīng)做了一些改進(jìn)；專利CN201875831U公開(kāi)了一種儲(chǔ)冷空調(diào)器，在普通空調(diào)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了儲(chǔ)冷器結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)冷器內(nèi)有儲(chǔ)冷材料；制冷機(jī)蒸發(fā)器分成并列的兩部分，一部分用于儲(chǔ)冷材料蓄冷，另一部分直接制冷，在需要大功率制冷時(shí)，制冷機(jī)和儲(chǔ)冷器可同時(shí)供冷，可有效減小制冷機(jī)功率；專利CN104214866A發(fā)明了一種單元式蓄冰空調(diào)系統(tǒng)，由制冷劑循環(huán)回路、載冷劑循環(huán)回路、制冰回路和制冷回路構(gòu)成；利用制冰系統(tǒng)在夜間用電低谷時(shí)制冰和蓄冰，而在用電高峰時(shí)使用積蓄的冰制冷降溫，達(dá)到削峰填谷的作用；專利CN104235982A公開(kāi)了一種純電動(dòng)汽車高效雙向蓄能空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)和輔助電加熱系統(tǒng)，分別使用藍(lán)冰和石蠟作為蓄冷材料和蓄熱材料，并以水為循環(huán)介質(zhì)，將藍(lán)冰中的冷量與石蠟中的熱量送入蒸發(fā)器中，根據(jù)需要有效調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度；專利CN201715775U提供了一種空氣源熱泵空調(diào)器，通過(guò)在空調(diào)制熱過(guò)程中，經(jīng)換熱循環(huán)管冷凝后的制冷劑余熱給除霜型冷凝器加熱，提高了除霜型冷凝器的抗結(jié)霜能力以及制冷劑的過(guò)冷度和機(jī)組能效比。

綜上所述，目前的技術(shù)改良主要是在原有的純電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)中增加儲(chǔ)冷/熱裝置和利用部分余熱，這不僅不能減少空調(diào)系統(tǒng)的耗電，增加了制造成本，而且由于汽車整體的質(zhì)量增加了耗電量，進(jìn)一步降低了里程數(shù)。因此需要從根本上改進(jìn)純電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)，以緩解目前純電動(dòng)汽車空調(diào)制冷/熱過(guò)程中對(duì)蓄電池蓄電能力的較高要求，同時(shí)達(dá)到節(jié)能和降低運(yùn)行成本的目的。

為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、供能系統(tǒng)和充能系統(tǒng)；

所述控制系統(tǒng)包括電池組、智能控制器和風(fēng)機(jī)；所述電池組為控制系統(tǒng)的電源，可以作為電動(dòng)汽車電池組的一小部分，用于對(duì)智能控制器和風(fēng)機(jī)供電；所述智能控制器含有溫度傳感器，可根據(jù)車內(nèi)和儲(chǔ)能箱內(nèi)的溫度控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和送風(fēng)路徑；所述風(fēng)機(jī)抽引車內(nèi)空氣將儲(chǔ)能箱內(nèi)的儲(chǔ)能模塊存儲(chǔ)的冷/熱攜帶并傳送至電動(dòng)車內(nèi)部的冷風(fēng)出口或熱風(fēng)出口；所述風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)換氣；

所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括儲(chǔ)能箱和儲(chǔ)能模塊；所述儲(chǔ)能箱內(nèi)含隔熱層并有兩個(gè)通風(fēng)出口，由智能控制器根據(jù)連接在儲(chǔ)能箱內(nèi)的溫度傳感器通過(guò)閥門(mén)控制送風(fēng)路徑，夏季送風(fēng)至冷風(fēng)出口，冬季送風(fēng)至熱風(fēng)出口；所述儲(chǔ)能模塊在儲(chǔ)能箱內(nèi)，可拆卸更換，其內(nèi)部含儲(chǔ)熱/冷材料，夏季儲(chǔ)能模塊含儲(chǔ)冷材料，冬季則含儲(chǔ)熱材料；此外儲(chǔ)能模塊含有充能出入口，可配合充能系統(tǒng)進(jìn)行冷/熱能的補(bǔ)充；

所述供能系統(tǒng)包括冷風(fēng)出口和熱風(fēng)出口；均與儲(chǔ)能箱通過(guò)冷/熱風(fēng)通道及控制閥門(mén)相連，冷/熱風(fēng)通道有支管且與汽車動(dòng)力電池組的熱管理系統(tǒng)相連，幫助動(dòng)力電池組在其最佳溫度范圍工作，有利于提高電動(dòng)汽車?yán)锍虜?shù)和壽命；所述冷風(fēng)出口在車內(nèi)頂部，用于夏季對(duì)車內(nèi)輸出冷風(fēng)；所述熱風(fēng)出口在車內(nèi)下部，用于冬季對(duì)車內(nèi)輸出熱風(fēng)；

所述充能系統(tǒng)包括循環(huán)泵/風(fēng)機(jī)和低谷電充能裝置，需要充能時(shí)與儲(chǔ)能模塊的充能出入口相連；所述循環(huán)泵/風(fēng)機(jī)用于將低谷電充能裝置中存儲(chǔ)的冷/熱通過(guò)流體載體輸送到儲(chǔ)能模塊入口對(duì)其進(jìn)行充冷/熱，流體載體從儲(chǔ)能模塊出口返回充能裝置形成流體回路，提高能源利用效率，并實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能模塊的多次反復(fù)使用；所述低谷電充能裝置設(shè)于車輛充電站或車庫(kù)內(nèi)，可在電動(dòng)車充電期間同時(shí)使用，包括電源、充能控制器、制熱模塊和制冷模塊；所述電源為低谷電充能裝置提供電力，并且只在夜間低谷用電時(shí)段啟動(dòng)；所述充能控制器含有溫度監(jiān)測(cè)與控制裝置，可根據(jù)充冷/熱的用戶需求切換充冷和充熱通道，并通過(guò)對(duì)循環(huán)泵/風(fēng)機(jī)的調(diào)控來(lái)控制 充能過(guò)程，也可通過(guò)溫度監(jiān)控提示充能進(jìn)程；所述制熱模塊包括儲(chǔ)熱材料和電加熱元件，電加熱元件通過(guò)充能控制器與電源相連，作為流體充熱循環(huán)的熱源，制熱模塊與充熱通道相連，并只在冬天使用；所述制冷模塊內(nèi)含儲(chǔ)冷材料和制冷機(jī)組，作為流體充冷循環(huán)的冷源，制冷模塊與充冷通道相連，并只在夏天使用。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能模塊內(nèi)的材料為相變儲(chǔ)熱/冷材料。

優(yōu)選的，所述制熱模塊內(nèi)的儲(chǔ)熱材料為顯熱或相變儲(chǔ)熱材料，所述制冷模塊內(nèi)的儲(chǔ)冷材料為顯熱或相變儲(chǔ)冷材料。

優(yōu)選的，所述儲(chǔ)能模塊與汽車動(dòng)力電池組的熱管理系統(tǒng)相連，幫助動(dòng)力電池組在其最佳溫度范圍工作。

優(yōu)選的，所述充能站的制熱和制冷利用谷電進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述循環(huán)泵/風(fēng)機(jī)中的循環(huán)流體可以為空氣、氮?dú)狻⑺?、?dǎo)熱油、乙二醇、水-乙二醇混合物、或其它傳熱流體。

本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)使用含有相變儲(chǔ)冷/熱材料的儲(chǔ)能模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的純電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行供冷/熱，不需要額外的蒸發(fā)器和輔助電加熱系統(tǒng)，有效減輕了電動(dòng)車的負(fù)重，提高了電池的電利用率和壽命；而空調(diào)熱風(fēng)出口在下、冷風(fēng)出口在上的設(shè)計(jì)方式更符合車內(nèi)冷/熱風(fēng)的流動(dòng)，改進(jìn)供冷和供熱效果；儲(chǔ)能模塊的充能過(guò)程與充電過(guò)程同時(shí)在充電站進(jìn)行，充能裝置利用低谷電對(duì)儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充冷/熱，達(dá)到了“移峰填谷”的節(jié)能目的，同時(shí)降低了純電動(dòng)車空調(diào)系統(tǒng)的成本，適宜大規(guī)模推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2是為本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、電池組；2、智能控制器；3、風(fēng)機(jī)；4、儲(chǔ)能箱；5、儲(chǔ)能模塊；6、冷風(fēng)出口；7、熱風(fēng)出口；8、循環(huán)泵/風(fēng)機(jī)；9、低谷電充能裝置；10、電源；11、充能控制器；12、制熱模塊；13、制冷模塊

具體實(shí)施方式

圖1和圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式提供的一種儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1：

夏季純電動(dòng)汽車需要供冷時(shí)，智能控制器(2)根據(jù)車內(nèi)溫度啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并控制風(fēng)機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速，將含有復(fù)合相變儲(chǔ)冷材料的儲(chǔ)能模塊(5)中所儲(chǔ)的冷攜帶經(jīng)由車內(nèi)頂部的冷風(fēng)出口(6)釋放到車內(nèi)，使車內(nèi)溫度降低達(dá)到設(shè)定溫度。

當(dāng)儲(chǔ)能模塊(5)中所儲(chǔ)冷釋放完后，利用充電站的低谷電充能裝置(9)對(duì)儲(chǔ)能模塊(5)進(jìn)行充冷，具體方法為：調(diào)節(jié)低谷電充能裝置(9)中的充能控制器(11)，接通循環(huán)泵(8)和制冷模塊(13)，通過(guò)流體循環(huán)將制冷模塊(13)中的冷傳遞至儲(chǔ)能模塊(5)中，當(dāng)儲(chǔ)能模塊(5)內(nèi)的儲(chǔ)冷材料充滿冷后，充能控制器(11)自動(dòng)停止充冷過(guò)程。

實(shí)施例2：

冬季純電動(dòng)汽車需要供熱時(shí)，智能控制器(2)，根據(jù)車內(nèi)溫度啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并控制風(fēng)機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速，將含有復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)能模塊(5)中的熱攜帶經(jīng)由車內(nèi)底部的熱風(fēng)出口(7)釋放到車內(nèi)，使車內(nèi)溫度升到達(dá)到設(shè)定溫度。

當(dāng)儲(chǔ)能模塊(5)中所儲(chǔ)熱釋放完后，利用充電站的低谷電充能裝置(9)對(duì)儲(chǔ)能模塊(5)進(jìn)行充熱，具體方法為：調(diào)節(jié)低谷電充能裝置(9)中的充能控制器(11)，接通循環(huán)泵(8)和制熱模塊(12)，通過(guò)流體循環(huán)將制熱模塊(12)中的熱傳遞至儲(chǔ)能模塊(5)中，當(dāng)儲(chǔ)能模塊(5)內(nèi)的儲(chǔ)熱材料充滿熱后，充能控制器(11)自動(dòng)停止充熱過(guò)程。

以中型純電動(dòng)客車的空調(diào)系統(tǒng)為例，一般純電動(dòng)客車的車內(nèi)體積約為25m³，不透明結(jié)構(gòu)面積約25m²，玻璃面積約10m²，空調(diào)機(jī)組重量約480kg，查表和技術(shù)手冊(cè)可得空氣比熱容在室溫附近時(shí)為1.298kJ/(m³℃)，電動(dòng)車內(nèi)不透明結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)平均為5.5W/(m²K)，玻璃部分傳熱系數(shù)平均為7.6W/(m²K)，假定客車每天運(yùn)行約10h，夏季車廂內(nèi)外平均溫差為10℃，則計(jì)算得夏季每天的供冷量約為77184kJ。由于相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)冷密度在150kJ/kg以上，考慮客車每運(yùn)行5小時(shí)充能一次，需要相變儲(chǔ)能材料重量在258kg以下，加上儲(chǔ)能系統(tǒng)其它部件的質(zhì)量約80kg，共需338kg，可見(jiàn)夏季使用本技術(shù)與原先空調(diào)機(jī)組相比減重142kg?？紤]冬季車廂內(nèi)外平均溫差為20℃，則計(jì)算得冬季需要供熱約154369kJ。由于相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)熱密度可以在350kJ/kg以上，考慮客車每運(yùn)行5小時(shí)充能一次，需相變儲(chǔ)能材料220kg，加上儲(chǔ)能系統(tǒng)其它部件的質(zhì)量約80kg，共需300kg，可見(jiàn)冬季使用本技術(shù)與原先空調(diào)機(jī)組相比減重180kg。

再以目前市面上的電動(dòng)轎車為例，其空調(diào)系統(tǒng)整機(jī)重量約30kg，其中壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和加熱器約占整機(jī)重量的80％；采用本發(fā)明提出的儲(chǔ)能型純電動(dòng)汽車空調(diào)技術(shù)和系統(tǒng)，用儲(chǔ)能系統(tǒng)替換壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和加熱器，儲(chǔ)能系統(tǒng)的重量主要集中在相變儲(chǔ)能材料上。以一般電動(dòng)轎車的夏季制冷為例，考慮車內(nèi)外平均溫差為10℃，車內(nèi)制冷體積為4m³，不透明結(jié)構(gòu)面積為4m²，玻璃面積3m²，查文獻(xiàn)可得空氣比熱容在室溫附近時(shí)為1.298 kJ/(m³℃)，電動(dòng)車內(nèi)不透明結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)平均為5.5W/(m²K)，玻璃對(duì)流傳熱系數(shù)平均為7.6W/(m²K)，若每天用車2h，車內(nèi)冷卻需要冷量為3277kJ，由于相變材料的儲(chǔ)冷密度在150kJ/kg以上，因此需要相變儲(chǔ)能材料約21.8kg，加上輔助質(zhì)量5kg，可見(jiàn)使用本技術(shù)空調(diào)系統(tǒng)整機(jī)重量可減重約10％以上?？紤]冬季取暖時(shí)車廂內(nèi)外平均溫差為20℃，則計(jì)算得冬季需要供熱約6555kJ。由于相變儲(chǔ)能材料的儲(chǔ)熱密度可以在350kJ/kg以上，考慮每天用車2小時(shí)，需要相變儲(chǔ)能材料18.7kg，加上儲(chǔ)能系統(tǒng)其它部件的質(zhì)量約5kg，共需23.7kg，可見(jiàn)冬季使用本技術(shù)與原先空調(diào)機(jī)組相比減重20％以上。

本發(fā)明是通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行描述的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的指導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。