本發(fā)明涉及汽車空調(diào)領域，特別是涉及一種帶有冷卻回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)。

背景技術：

能源危機和環(huán)境污染日趨嚴重早已成為全球性的問題，采用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石燃料是國家發(fā)展的一種必然趨勢，空調(diào)系統(tǒng)是提高新能源汽車舒適度的重要因素，可以根據(jù)不同的情況合理的對汽車內(nèi)部的溫度進行調(diào)節(jié)，主要采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行制冷、供熱、除濕作用。新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是利用電力和混合動力作為能源消耗，但是由于新能源汽車的電容量是固定的，不能利用發(fā)動機的余熱進行有效供暖，空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，會對新能源的續(xù)航能力造成影響，迫使新能源汽車的空調(diào)系統(tǒng)技術需要更加趨近于節(jié)能和高效能源利用。

目前，新能源汽車比較常見的供暖方式為采用ptc電加熱器進行供暖，而ptc電加熱器效率較低，同時ptc電加熱器消耗新能源汽車電池的電能，這將大大降低新能源汽車的行駛里程。而熱泵系統(tǒng)理論效率cop大于1，這將使熱泵系統(tǒng)成為替代ptc電加熱的一種可行方案。

在空調(diào)熱泵系統(tǒng)中，通過四通換向閥進行不同模式的切換。在夏季制冷模式中，壓縮機壓縮后的高溫高壓的氣體制冷劑在車外換熱器(車外冷凝器)冷卻并冷凝后，通過膨脹閥節(jié)流后進入蒸發(fā)器。通過hvac模塊與外部空氣進行熱交換，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)成低溫低壓制冷劑氣體，引入hvac模塊的空氣被冷卻。在冬季制熱模式中，壓縮機壓縮后的高溫高壓的氣體制冷劑進入室內(nèi)冷凝器與引入hvac模塊的空氣熱交換，加熱車內(nèi)空氣，通過膨脹閥節(jié)流后進入車外換熱器(蒸發(fā)器)吸熱后返回壓縮機。在冬季除濕模式中，引入hvac模塊的空氣首先經(jīng)過車內(nèi)蒸發(fā)器，空氣中的水分被冷凝，除濕后的空氣通過車內(nèi)冷凝器加熱供暖。

由于車輛的使用環(huán)境較為復雜，并且車用四通換向閥技術仍然不是很成熟，在低溫環(huán)境中或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法保證熱泵系統(tǒng)能正常供暖。同時，在除濕過程中，引入的空氣經(jīng)過車內(nèi)蒸發(fā)器，空氣溫度將大幅度降低，之后再通過車內(nèi)冷凝器進行加熱，這將導致出風溫度的降低，影響供暖效果，這些將進一步迫使新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)需要更加優(yōu)秀的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明提供一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術方案為：提供一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)，包括：熱泵系統(tǒng)和冷卻液回路系統(tǒng)；

熱泵系統(tǒng)包括產(chǎn)生高溫高壓制冷劑的電動壓縮機、車外換熱器、板式換熱器、車內(nèi)蒸發(fā)器、車內(nèi)換熱器、氣液分離器、第一電控膨脹閥、第二電控膨脹閥，常開電磁閥、常閉電磁閥、單向截止閥及其連接管路；電動壓縮機通過常開電磁閥、常閉電磁閥分別與車外換熱器、板式換熱器連接，車外換熱器通過第二電控膨脹閥與車內(nèi)蒸發(fā)器連接，車內(nèi)換熱器與板式換熱器連接，氣液分離器設置在電動壓縮機前方；

冷卻液回路系統(tǒng)包括冷卻液泵、冷卻液膨脹水箱、ptc電加熱器及其連接管路；板式換熱器與冷卻液泵連接，冷卻液泵為直流無刷電機泵，可調(diào)節(jié)冷卻液流量從而調(diào)節(jié)出風溫度高低；

熱泵系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)常開電磁閥、常閉電磁閥的開啟與關閉來切換所述熱泵系統(tǒng)管路連接關系實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)的制冷、制熱和除濕運行模式。夏季時，該系統(tǒng)在制冷模式下運行，降低車內(nèi)空氣的溫度；冬季時，該系統(tǒng)在制熱模式下運行，提高車內(nèi)空氣溫度；冬季時，當車內(nèi)相對濕度較大，車擋風玻璃結霧時，系統(tǒng)在除濕模式下運行

電動壓縮機工作產(chǎn)生高溫高壓制冷劑氣體，設置在其前方的氣液分離器包含干燥材料，有效防止壓縮機液擊，提高壓縮機運行的可靠性；

板式換熱器設置在車輛發(fā)動機機艙內(nèi)，實現(xiàn)良好的回流效果，與其連接的水冷管路與車輛原有的hvac模塊(空氣調(diào)節(jié)模塊)的加熱器相連，確保新能源汽車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機系統(tǒng)的兼容使用。板式換熱器用于與冷卻液回路系統(tǒng)進行制冷劑與冷卻液之間的熱交換；冷卻液通過冷卻液泵實現(xiàn)流量的調(diào)整及內(nèi)循環(huán)；

車內(nèi)蒸發(fā)器用于制冷劑蒸發(fā)吸熱，使得車內(nèi)空氣被冷卻；

車內(nèi)換熱器用于冷卻液與車內(nèi)空氣換熱；ptc電加熱器用于低溫時輔助加熱。

優(yōu)選的，所述熱泵系統(tǒng)制冷模式管路連接包括：電動壓縮機通過常開電磁閥與車外換熱器連接，車外換熱器通過第二電控膨脹閥與車內(nèi)蒸發(fā)器連接，車內(nèi)蒸發(fā)器通過氣液分離器與電動壓縮機連接。

其工作原理為：電動壓縮機啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過常開電磁閥進入到室外換熱器(也即冷凝器)，在室外換熱器中，高溫高壓制冷劑氣體被冷凝成制冷劑液體，經(jīng)過第二電控膨脹閥節(jié)流成氣液兩相制冷劑進入到車內(nèi)蒸發(fā)器中，制冷劑在車內(nèi)蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，使得車內(nèi)空氣被冷卻，實現(xiàn)空氣制冷效果，制冷后的氣液兩相制冷劑經(jīng)過氣液分離器進行氣體與液體兩相分離后，制冷劑氣體返回壓縮機，進行下次循環(huán)工作。

優(yōu)選的，所述熱泵系統(tǒng)制熱模式管路連接包括：所述電動壓縮機通過常閉電磁閥與板式換熱器連接，所述板式換熱器一端與冷卻液泵連接進行冷卻液供應，一端與車內(nèi)換熱器連接將經(jīng)過板式換熱器交換過的冷卻液加熱室內(nèi)空氣，另一端通過第一電控膨脹閥與車外換熱器連接，所述車外換熱器依次通過常閉電磁閥、氣液分離器與電動壓縮機連接。

其工作原理為：電動壓縮機啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過常閉電磁閥進入到板式換熱器，冷卻液泵輸入至板式換熱器處的冷卻液與高溫高壓制冷劑氣體進行熱交換，冷卻液被加熱并通過車內(nèi)換熱器加熱車內(nèi)空氣，實現(xiàn)車內(nèi)制熱效果，此時，制冷劑氣體放熱冷凝成制冷劑液體，制冷劑液體通過第一電控膨脹閥進入到車外換熱器進行吸熱變成制冷器氣體，氣液兩相制冷劑經(jīng)過氣液分離器進行氣體與液體兩相分離后，制冷劑氣體返回壓縮機，進行下次循環(huán)工作。

優(yōu)選的，所述熱泵系統(tǒng)除濕模式管路連接包括：所述電動壓縮機通過常閉電磁閥與板式換熱器連接，所述板式換熱器一端與冷卻液泵連接進行冷卻液供應，一端與車內(nèi)換熱器連接將經(jīng)過板式換熱器交換過的冷卻液加熱室內(nèi)空氣，經(jīng)過板式換熱器熱交換后的制冷劑分成兩條回路回到電動壓縮機內(nèi)。

進一步，經(jīng)過板式換熱器換熱后的制冷劑通過常閉電磁閥、第二電控膨脹閥進入到車內(nèi)蒸發(fā)器，所述車內(nèi)蒸發(fā)器與氣液分離器連接。

進一步，經(jīng)過板式換熱器換熱后的制冷劑通過第一電控膨脹閥、單向截止閥進入到車外換熱器，所述車外換熱器通過常閉電磁閥與氣液分離器連接。

其工作原理為：電動壓縮機啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過常閉電磁閥進入到板式換熱器(即冷凝器)中，冷卻液泵輸入至板式換熱器處的冷卻液與高溫高壓制冷劑氣體進行熱交換，冷卻液被加熱并通過車內(nèi)換熱器加熱車內(nèi)空氣，冷凝成液體的制冷劑分別通過兩條回路返回至電動壓縮機中，其中第一條為通過常閉電磁閥、第二電控膨脹閥節(jié)流成氣液兩相進入到車內(nèi)蒸發(fā)器，制冷劑在車內(nèi)蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，空氣中的水分被冷凝實現(xiàn)除濕效果；第二條為制冷劑通過第一電控膨脹閥節(jié)流成氣液兩相形態(tài)、單向截止閥進入到車外換熱器進行吸熱，再經(jīng)過常閉電磁閥與第一條從車內(nèi)蒸發(fā)器出來的制冷劑混合，進入到氣液分離器中進行制冷劑氣體與液體的分離，分離后制冷劑氣體返回壓縮機，進行下次循環(huán)工作。

優(yōu)選的，所述常開電磁閥包括第一常開電磁閥和第二常開電磁閥；所述常閉電磁閥包括第一常閉電磁閥、第二常閉電磁閥和第三常閉電磁閥；所述單向截止閥包括與第一電控膨脹閥串聯(lián)的第一單向截止閥，與第二常閉電磁閥串聯(lián)的第二單向截止閥。

優(yōu)選的，所述車外換熱器旁設置有冷卻風扇；所述車內(nèi)蒸發(fā)器旁設置有鼓風機。

優(yōu)選的，所述ptc電加熱器在低溫環(huán)境時自動啟動，進行加熱供暖。所用ptc電加熱器為高壓直流電驅(qū)動。當車內(nèi)環(huán)境溫度較低，進一步優(yōu)選低于5℃以下時ptc電加熱器自動開啟，此時空調(diào)熱泵系統(tǒng)關閉，僅利用ptc電加熱器進行供暖，避免空調(diào)熱泵系統(tǒng)結霜使其無法正常運行，從而保證車內(nèi)低溫環(huán)境下仍然可實現(xiàn)供暖要求。

優(yōu)選的，所述第一電控膨脹閥、第二電控膨脹閥采用直流pwm驅(qū)動，流量調(diào)節(jié)范圍為0-100％。

本發(fā)明帶來的有益效果為：采用本發(fā)明所述的一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)，通過對電磁閥的切換，來實現(xiàn)空調(diào)熱泵系統(tǒng)在制冷、制熱、除濕運行模式之間的切換，通過設立常開、常閉電磁閥，使得即使電磁閥出現(xiàn)故障，仍能保證空調(diào)熱泵系統(tǒng)處于制冷模式下運行，避免系統(tǒng)超高壓運行導致事故，提高安全性；該系統(tǒng)采用冷卻液回路實現(xiàn)間接供暖，利用板式換熱器將高溫高壓制冷劑與冷卻液進行熱交換；并在冷卻液回路通過設置ptc電加熱器防止在低溫及系統(tǒng)故障時加熱供暖；同時傳統(tǒng)汽車hvac模塊可以直接使用于該熱泵系統(tǒng)，無需重新制作hvac模塊，降低成本；進一步本發(fā)明在除濕模式下，同時使用車外換熱器和車內(nèi)蒸發(fā)器，經(jīng)過板式換熱器放熱后，使得制冷劑通過兩條回路最終返回電動壓縮機，特別的，由于制冷劑被旁通，流入車內(nèi)蒸發(fā)器的制冷量將減少，引入的空氣經(jīng)車內(nèi)蒸發(fā)器被除濕的同時溫度下降幅度減少，同時保障了除濕和供暖的要求；改善現(xiàn)有空調(diào)熱泵系統(tǒng)的不足，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)原理圖；

圖2是本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)制冷模式結構原理圖；

圖3是本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)制熱模式結構原理圖；

圖4是本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)除濕模式結構原理圖；

圖中的標號分別為：

1.電動壓縮機2.車外換熱器3.冷卻風扇4.車內(nèi)蒸發(fā)器5.鼓風機6.氣液分離器7.板式換熱器8.ptc電加熱器9.車內(nèi)換熱器10.冷卻液膨脹水箱11.冷卻液泵12.第一電控膨脹閥13.第一單向截止閥14.第一常開電磁閥15.第一常閉電磁閥16.第二常閉電磁閥17.第二單向截止閥18.第三常閉電磁閥19.第二常開電磁閥20.第二電控膨脹閥

具體實施方式

以下結合具體附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，提供一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括熱泵系統(tǒng)和冷卻液回路系統(tǒng)，其中熱泵系統(tǒng)包括電動壓縮機1、車外換熱器2及設置在車外換熱器2旁的冷卻風扇3、板式換熱器7、車內(nèi)蒸發(fā)器4及設置在車內(nèi)蒸發(fā)器4旁的鼓風機5、車內(nèi)換熱器9、氣液分離器6，設置在電動壓縮機1與車外換熱器2之間的第一常開電磁閥14，設置在電動壓縮機1,與板式換熱器7之間的第一常閉電磁閥15，設置在車外換熱器2與車內(nèi)蒸發(fā)器4之間的第二常開電磁閥19和第二電控膨脹閥20，設置在車外換熱器2與氣液分離器6之間的第三常閉電磁閥18，設置在板式換熱器7與車外換熱器之間的第一電控膨脹閥12和與第一電控膨脹閥12串聯(lián)的第一單向截止閥13，設置在板式換熱器7與車內(nèi)蒸發(fā)器4之間的第二常閉電磁閥16及與第二常閉電磁閥16串聯(lián)的第二單向截止閥17；其中冷卻液回路系統(tǒng)包括冷卻液泵11、冷卻液膨脹水箱10、ptc電加熱器8及其連接管路；冷卻液泵11連接到板式換熱器7上。本發(fā)明所述空調(diào)熱泵系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)第一、第二常開電磁閥，第一、第二、第三常閉電磁閥的開啟與關閉來切換整個熱泵系統(tǒng)管路連接關系從而實現(xiàn)熱泵系統(tǒng)的制冷、制熱和除濕運行模式。其中：第一電控膨脹閥12、第二電控膨脹閥20采用直流pwm驅(qū)動，流量調(diào)節(jié)范圍為0-100％，能及時根據(jù)過熱度調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量，適應汽車復雜的運行工況，并使系統(tǒng)消耗更少的電力；冷卻液回路采用直流pwm驅(qū)動并具備can或者lin通訊接口界面的ptc電加熱器8，在環(huán)境穩(wěn)定低于一定溫度下以及熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時啟動輔助供暖。

如圖2所示，為本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)制冷模式結構原理圖，制冷模式運行時：第一常開電磁閥14，第二常開電磁閥19開啟(即不通電)，第一常閉電磁閥15、第二常閉電磁閥16、第三常閉電磁閥18關閉(即不通電)，第二電控膨脹閥20作為節(jié)流元件，冷卻風扇3和鼓風機5開啟運行；電動壓縮機1啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過第一常開電磁閥14進入室外換熱器2(冷凝器)，第一單向截止閥13防止制冷劑氣體進入第一電控膨脹閥12，高溫高壓制冷劑氣體放熱冷凝成制冷劑液體后經(jīng)第二常開電磁閥19進入到第二電控膨脹閥20，被第二電控膨脹閥20節(jié)流成氣液兩相制冷劑進入到室內(nèi)蒸發(fā)器4內(nèi)，制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，使得車內(nèi)空氣被冷卻，實現(xiàn)空氣制冷效果，制冷后的氣液兩相制冷劑經(jīng)過氣液分離器6進行氣體與液體兩相分離后，制冷劑氣體返回電動壓縮機1，進行下次循環(huán)工作，空調(diào)熱泵系統(tǒng)通過此類循環(huán)工作實現(xiàn)車內(nèi)空氣的連續(xù)制冷工作。

本系統(tǒng)因為采用第一常開電磁閥14，第二常開電磁閥19開啟，第一常閉電磁閥15、第二常閉電磁閥16、第三常閉電磁閥18關閉，代替?zhèn)鹘y(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)所用的四通換向閥，使得本系統(tǒng)在某一意外情況發(fā)生時，即所有電磁閥驅(qū)動全部失效情況下(例如線束故障，電磁閥保險絲熔斷等)，該系統(tǒng)仍然可以在制冷模式下工作，避免系統(tǒng)管路高壓運行導致更大故障，從而提高系統(tǒng)的安全性。

如圖3所示，為本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)制熱模式結構原理圖，制熱模式運行時：第一常開電磁閥14和第二常開電磁閥通電關閉，第一常閉電磁閥15和第三常閉電磁閥通電開啟，第二常閉電磁閥16關閉(即不通電)，第一電控膨脹閥12作為節(jié)流元件，冷卻風扇3、鼓風機5及冷卻液泵11運行；電動壓縮機1啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過第一常閉電磁閥15進入到板式換熱器7，冷卻液泵11輸入至板式換熱器7處的冷卻液與高溫高壓制冷劑氣體進行熱交換，冷卻液被加熱并通過車內(nèi)換熱器9加熱車內(nèi)空氣，實現(xiàn)車內(nèi)制熱效果，當車內(nèi)環(huán)境溫度低于5℃或熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障停止運行時，ptc電加熱器自動啟動進行供暖；在板式換熱器7處，制冷劑氣體放熱冷凝成制冷劑液體，制冷劑液體依次通過第一電控膨脹閥12、第一單向截止閥13，進入到車外換熱器2進行吸熱變成制冷器氣體，氣液兩相制冷劑經(jīng)過氣液分離器6進行氣體與液體兩相分離后，制冷劑氣體返回電動壓縮機1，進行下次循環(huán)工作，空調(diào)熱泵系統(tǒng)通過此類循環(huán)工作實現(xiàn)車內(nèi)空氣的連續(xù)制熱工作。

如圖4所示，為本發(fā)明一種帶有冷卻液回路的新能源汽車用空調(diào)熱泵系統(tǒng)除濕模式結構原理圖，除濕模式運行時：第一常閉電磁閥15、第二常閉電磁閥16、第三常閉電磁閥18通電開啟，第一常開電磁閥14、第二常開電磁閥19通電關閉，第一電控膨脹閥12和第二電控膨脹閥20作為節(jié)流元件，冷卻風扇3、鼓風機5和冷卻液泵11啟動運行。電動壓縮機1啟動，其產(chǎn)生的高溫高壓制冷劑氣體經(jīng)過第一常閉電磁閥15進入到板式換熱器7，冷卻液泵11輸入至板式換熱器7處的冷卻液與高溫高壓制冷劑氣體進行熱交換，冷卻液被加熱并通過車內(nèi)換熱器9加熱車內(nèi)空氣，當車內(nèi)環(huán)境溫度低于5℃或熱泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障停止運行時，ptc電加熱器8自動啟動進行供暖；冷凝成液體的制冷劑分別通過兩條回路返回至電動壓縮機1中，其中第一條為通過第二常閉電磁閥、第二單向截止閥17、第二電控膨脹閥20節(jié)流成氣液兩相進入到車內(nèi)蒸發(fā)器4中，制冷劑在車內(nèi)蒸發(fā)器4中蒸發(fā)吸熱，空氣中的水分被冷凝實現(xiàn)除濕效果；第二條回路為制冷劑通過第一電控膨脹閥12節(jié)流成氣液兩相形態(tài)、第一單向截止閥13進入到車外換熱器2進行吸熱，再經(jīng)過第三常閉電磁閥18與第一條從車內(nèi)蒸發(fā)器4出來的制冷劑混合，混合后的制冷劑進入到氣液分離器6中進行制冷劑氣體與液體形態(tài)的分離，分離后制冷劑氣體返回電動壓縮機1，進行下次循環(huán)工作，空調(diào)熱泵系統(tǒng)通過此類循環(huán)工作實現(xiàn)車內(nèi)空氣的連續(xù)除濕工作。該模式運行時采用雙蒸發(fā)器(車內(nèi)蒸發(fā)器4和車外換熱器2)，避免車內(nèi)蒸發(fā)器制4冷量過大導致出風溫度較低，該系統(tǒng)同時擁有兩個熱源，車外空氣熱源與車內(nèi)空氣熱源，能夠回收除濕的能量，有效除濕的同時能提供更多的熱量。

以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。