專利名稱：一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，屬于空調(diào)技術(shù)和汽車技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以內(nèi)燃機為動力的汽車空調(diào)系統(tǒng)在夏天制冷時采用的是蒸汽壓縮循環(huán)，冬天取暖時利用的是發(fā)動機余熱。而電動汽車中可供利用的余熱較少，無法滿足冬天取暖的要求。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，如果采用傳統(tǒng)的電加熱方法為電動汽車的車室內(nèi)環(huán)境供暖，則會因能耗較高而嚴(yán)重影響到行駛里程，因此，不利于電動汽車的應(yīng)用及推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對電動汽車冬天取暖能耗高的缺點，提出一種采用蒸汽壓縮循環(huán)的變頻電機驅(qū)動電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，為駕乘人員提供舒適的環(huán)境。一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，主要包括變頻電機，壓縮機，四通換向閥，車室外換熱器風(fēng)扇，車室外換熱器，第一膨脹閥，第一單向閥，第二單向閥，第三單向閥，第四單向閥，第二膨脹閥，第一三通閥，第二三通閥，第三三通閥，第四三通閥，車室內(nèi)溫度傳感器，車室內(nèi)換熱器，車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇，控制系統(tǒng)，氣液分離器，車室外溫度傳感器和壓縮機排氣口處的壓力傳感器。在本實用新型的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，變頻電機的帶輪與壓縮機的帶輪通過多楔帶相連接，帶動壓縮機工作。壓縮機的排氣口用空調(diào)軟管連接四通換向閥的入口，并在該軟管中的適當(dāng)位置處安裝壓力傳感器，壓縮機的吸氣口用空調(diào)軟管連接氣液分離器的出口 ；四通換向閥的其余三口用空調(diào)軟管分別與車室內(nèi)換熱器的出口、車室外換熱器的出口及氣液分離器的入口相連接；用銅管將車室外換熱器的入口與第一三通閥相連，第一三通閥的其余兩口分別用銅管連接第一單向閥的入口和第一膨脹閥的出口，同時將第一膨脹閥的入口與第二單向閥的出口用銅管連接，用銅管將第一單向閥的出口和第二單向閥的入口分別與第二三通閥的兩口相連；用銅管將車室內(nèi)換熱器的入口與第四三通閥的其中一口相連，其余兩口用銅管分別與第二膨脹閥的出口及第四單向閥的入口相連，用銅管將第二膨脹閥的入口與第三單向閥的出口相連，將第三單向閥的入口和第四單向閥的出口用銅管分別與第三三通閥的兩口相連接，最后將第二三通閥與第三三通閥用空調(diào)軟管相連接，形成封閉的回路系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)與車室外溫度傳感器、車室內(nèi)溫度傳感器及壓縮機排氣口處的壓力傳感器通過屏蔽線相連，其輸出分別連接變頻電機、四通換向閥、車室外換熱器風(fēng)扇、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇。所述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊和對象控制模塊。數(shù)據(jù)采集模塊采集車室內(nèi)溫度、車室外溫度、壓縮機排氣壓力的信號，并將其送入控制系統(tǒng)中；控制系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成相關(guān)的控制信號，通過對四通換向閥的控制實現(xiàn)制冷或制熱模式的選擇，通過對變頻電機、車室外換熱器風(fēng)扇、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，使電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在能效比較高的狀態(tài)下工作。所述第一膨脹閥為內(nèi)平衡式膨脹閥，在制熱時節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)流量。第一膨脹閥的感溫包固定在車室外換熱器的出口處，在制熱模式下感受車室外換熱器出口處工質(zhì)的過熱度，從而自動調(diào)節(jié)膨脹閥的開度，實現(xiàn)調(diào)節(jié)流量的目的。第一膨脹閥的流量調(diào)節(jié)范圍大，溫度控制精度高，反應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，且在系統(tǒng)開始運行和停止運行時能對壓縮機進(jìn)行保護(hù)。所述第二膨脹閥為內(nèi)平衡式膨脹閥，在制冷時節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)流量。第二膨脹閥的感溫包固定在車室內(nèi)換熱器的出口處，根據(jù)感溫包感受到的車室內(nèi)換熱器出口處的溫度自動調(diào)節(jié)膨脹閥的開度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。第二膨脹閥的流量調(diào)節(jié)范圍大，溫度控制精度高，反應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，且在系統(tǒng)開始運行和停止運行時能對壓縮機進(jìn)行保護(hù)。所述車室外換熱器在制冷模式下充當(dāng)冷凝器，在制熱模式下充當(dāng)蒸發(fā)器。在滿足換熱量的前提下，應(yīng)使車室外換熱器的體積盡可能的小，且具有抗震性。所述車室內(nèi)換熱器在制冷模式下充當(dāng)蒸發(fā)器，在制熱模式下充當(dāng)冷凝器。在滿足換熱量的前提下，應(yīng)使車室內(nèi)換熱器的體積盡可能的小，且具有抗震性。本實用新型的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工作流程如下:當(dāng)環(huán)境溫度較高車室內(nèi)需要降溫時，熱泵空調(diào)系統(tǒng)啟動，控制系統(tǒng)使四通換向閥處于斷電的狀態(tài)，此時在制冷模式下工作。首先由壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)四通換向閥進(jìn)入車室外換熱器，接著從第一單向閥和第三單向閥中進(jìn)入第二膨脹閥，然后在第二膨脹閥的節(jié)流降壓作用下，進(jìn)入車室內(nèi)換熱器中蒸發(fā)吸熱，降低車室內(nèi)的溫度，最后工質(zhì)經(jīng)四通換向閥的另一通道及氣液分離器被吸入壓縮機中進(jìn)行壓縮，實現(xiàn)制冷循環(huán)。在制冷模式下，工質(zhì)不經(jīng)過第一膨脹閥、第二單向閥及第四單向閥。當(dāng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制冷模式下開始工作時，控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)是盡快降低車室內(nèi)的溫度，控制系統(tǒng)根據(jù)車室內(nèi)溫度傳感器和車室外溫度傳感器的溫度信號，控制變頻電機、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇及車室外換熱器風(fēng)扇處于高速下運行，此時系統(tǒng)在制冷量最大的模式下運行；隨著車室內(nèi)溫度的下降，控制系統(tǒng)要兼顧到系統(tǒng)的能效比，控制變頻電機、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇以及車室外換熱器風(fēng)扇均處于適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，此時系統(tǒng)在較佳的模式下運行；當(dāng)車室內(nèi)溫度降到某一范圍時，控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使系統(tǒng)在最高的能效比下工作，控制系統(tǒng)使壓縮機、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇和車室外換熱器風(fēng)扇均處于最佳的轉(zhuǎn)速，使車室內(nèi)的溫度保持在一定范圍內(nèi)。在制冷模式下，壓縮機出口處的壓力傳感器將采集到的信號送入控制系統(tǒng)中，當(dāng)排氣壓力過高，為了保護(hù)壓縮機等部件和系統(tǒng)不被損壞，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使變頻電機停止運行。當(dāng)環(huán)境溫度較低車室內(nèi)需要取暖時，熱泵空調(diào)系統(tǒng)啟動，控制系統(tǒng)使四通換向閥通電，系統(tǒng)在制熱模式下工作。首先由壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)四通換向閥進(jìn)入車室內(nèi)換熱器，將其攜帶的熱量傳遞給車室內(nèi)的空氣，從而實現(xiàn)取暖功能，接著工質(zhì)由第四單向閥、第二單向閥進(jìn)入第一膨脹閥中，在膨脹閥的節(jié)流降壓作用下進(jìn)入車室外換熱器中，此時工質(zhì)將從環(huán)境中吸收一部分熱量，最后經(jīng)四通換向閥的另一通道及氣液分離器回到壓縮機中，實現(xiàn)制熱循環(huán)。在制熱工況下，工質(zhì)不經(jīng)過第一單向閥、第二膨脹閥及第三單向閥。當(dāng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制熱模式下開始工作時，控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)是盡快提高車室內(nèi)的環(huán)境溫度，控制系統(tǒng)根據(jù)車室內(nèi)溫度傳感器和車室外溫度傳感器的信號，控制變頻電機、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇及車室外換熱器風(fēng)扇均處于高速下運行，此時系統(tǒng)在制熱量最大的模式下工作；隨著車室內(nèi)溫度的升高，控制系統(tǒng)要兼顧到系統(tǒng)的能效比，變頻電機、車室外換熱器風(fēng)扇及車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速均處于適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，此時系統(tǒng)在較佳的模式下運行；當(dāng)車室內(nèi)溫度升高到某一范圍內(nèi)時，控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使系統(tǒng)在最高的能效比下工作，使變頻電機、車室外換熱器風(fēng)扇及車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇處于最佳的轉(zhuǎn)速。在制熱模式下，壓縮機出口處的壓力傳感器將采集到的信號送入控制系統(tǒng)中，當(dāng)排氣壓力高于某一值時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使變頻電機停止運行。有益效果本實用新型的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)能同時實現(xiàn)制熱與制冷功能，在制熱模式下能有效的利用環(huán)境中的一部分熱量，與傳統(tǒng)的電加熱方式相比，具有能效比較高，不存在安全隱患等特點；且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在使用的過程中控制方便，能耗低；同時，能根據(jù)車室內(nèi)/外溫度傳感器采集到的信號，隨時調(diào)節(jié)變頻電機及車室內(nèi)/外換熱器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而使系統(tǒng)一直處在最優(yōu)的工況下進(jìn)行工作。

圖1為本實用新型的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為具體實施方式
中電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制冷模式下，工質(zhì)的流動方向示意圖；圖3為具體實施方式
中電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制熱模式下，工質(zhì)的流動方向示意圖；圖4為具體實施方式
中電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制熱模式運行時，車室內(nèi)平均溫度與時間的關(guān)系；圖5為具體實施方式
中電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在制冷模式運行時，車室內(nèi)平均溫度與時間的關(guān)系。標(biāo)號說明:1-壓縮機，2-壓力傳感器，3-四通換向閥，4-車室外換熱器風(fēng)扇，5-車室外換熱器，6-第一三通閥，7-第一單向閥，8-第一膨脹閥，9-第二單向閥，10-第二三通閥，11-第三三通閥，12-第三單向閥，13-第二膨脹閥，14-第四單向閥，15-第四三通閥，16-車室內(nèi)換熱器，17-車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇，18-車室內(nèi)溫度傳感器，19-控制系統(tǒng)，20-氣液分離器、21-車室外溫度傳感器，22-變頻電機。
具體實施方式
為了更好的說明本實用新型的目的和優(yōu)點，
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明。在本實施例的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，采用的是活塞式變排量壓縮機，車室外使用的是微通道換熱器，車室內(nèi)使用的是管翅式換熱器，在制冷/制熱模式下分別使用兩個不同型號的膨脹閥，并且使用銅管及空調(diào)軟管等將各部分連接起來。本系統(tǒng)的制冷/制熱功能是通過下述措施來實現(xiàn):基于變頻電機驅(qū)動的蒸汽壓縮循環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括1-壓縮機，2-壓力傳感器，3-四通換向閥，4-車室外換熱器風(fēng)扇，5-車室外換熱器，6-第一三通閥，7-第一單向閥，8-第一膨脹閥，9-第二單向閥，10-第二三通閥，11-第三三通閥，12-第三單向閥，13-第二膨脹閥，14-第四單向閥，15-第四三通閥，16-車室內(nèi)換熱器，17-車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇，18-車室內(nèi)溫度傳感器，19-控制系統(tǒng)，20-氣液分離器、21-車室外溫度傳感器，22-變頻電機。由以上主要部件構(gòu)成的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)處于制冷模式時，四通換向閥3不通電，其內(nèi)部ac 口相通，bd 口相通，工質(zhì)的流動方向如附圖2所示。在壓縮機I的“抽吸”作用下，車室內(nèi)換熱器16中的氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)四通換向閥3的bd 口和氣液分離器20進(jìn)入壓縮機I中，壓縮后變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)工質(zhì)，通過四通換向閥3的ac 口排入車室外換熱器5中，在室外換熱器風(fēng)扇4的作用下與環(huán)境進(jìn)行強制對流換熱，變?yōu)橹袦氐囊簯B(tài)工質(zhì)，此時車室外換熱器5中可認(rèn)為是近似等壓冷凝，接著工質(zhì)經(jīng)第一三通閥6、第一單向閥7、第二三通閥10、第三三通閥11、第三單向閥12進(jìn)入第二膨脹閥13中，在第二膨脹閥13的節(jié)流降壓作用下，工質(zhì)的溫度和壓力進(jìn)一步降低，變成霧狀后經(jīng)過第四單向閥15進(jìn)入車室內(nèi)換熱器16中進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，從而降低車室內(nèi)的溫度，最后工質(zhì)經(jīng)四通換向閥3的bd 口、氣液分離器20進(jìn)入壓縮機I中，完成制冷循環(huán)。在此模式下，車室外換熱器5做冷凝器使用，車室內(nèi)換熱器16做蒸發(fā)器使用，并且工質(zhì)不流過第一膨脹閥8、第二單向閥9和第四單向閥14。當(dāng)系統(tǒng)處于制熱模式時，四通換向閥3通電，其內(nèi)部ab 口相通，cd 口相通，工質(zhì)的流動方向如附圖3所示。首先從壓縮機I排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)過四通換向閥3的ab口進(jìn)入車室內(nèi)換熱器16中，在車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇17的作用下，工質(zhì)將攜帶的熱量傳遞給車室內(nèi)的空氣，從而實現(xiàn)取暖的功能，接著工質(zhì)進(jìn)入第四三通閥15、第四單向閥14、第三三通閥11、第二三通閥10、第二單向閥9，然后經(jīng)第一膨脹閥8的節(jié)流降壓后進(jìn)入車室外換熱器5中進(jìn)行蒸發(fā)吸熱，將環(huán)境中的熱量帶入系統(tǒng)中，最后在壓縮機I的抽吸作用下，工質(zhì)經(jīng)四通換向閥3的Cd 口和氣液分離器20回到壓縮機I中，完成制熱循環(huán)。在此模式下，車室外換熱器5做蒸發(fā)器使用，車室內(nèi)換熱器16做冷凝器使用，并且工質(zhì)不流過第一單向閥7、第三單向閥12和第二膨脹閥13。當(dāng)系統(tǒng)處于制冷/制熱模式的初始階段，為了使電動汽車室內(nèi)的溫度盡快達(dá)到舒適的范圍，此時控制系統(tǒng)向車室外換熱器風(fēng)扇4、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇17和變頻電機22發(fā)出控制信號，使其轉(zhuǎn)速最高，從而使制冷量或制熱量最大；當(dāng)車室內(nèi)的溫度達(dá)到一定范圍時，控制系統(tǒng)的目標(biāo)是使熱泵空調(diào)系統(tǒng)處于最優(yōu)的模式下工作，此時控制系統(tǒng)根據(jù)車室內(nèi)溫度傳感器18及車室外溫度傳感器21的信號自動控制變頻電機22、車室外換熱器風(fēng)扇4和車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇17的轉(zhuǎn)速。當(dāng)壓縮機排氣壓力過高時，控制系統(tǒng)使變頻電機停止工作，從而保護(hù)系統(tǒng)。針對變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，在環(huán)境溫度為1.6和5.5°C時進(jìn)行了制熱試驗，在環(huán)境溫度為30.1°C和36.5°C時進(jìn)行了制冷試驗。在制熱模式下，壓縮機的轉(zhuǎn)速保持在1700RPM，車室內(nèi)/外換熱器風(fēng)扇保持在2000RPM，圖4為車室內(nèi)平均溫度隨時間的變化關(guān)系。在制冷模式下，壓縮機轉(zhuǎn)速保持在3400RPM，車室內(nèi)/外換熱器風(fēng)扇也保持在2000RPM，圖5為車室內(nèi)平均溫度隨時間的變化關(guān)系。由圖4和圖5可知:該系統(tǒng)在冬天可以較好的實現(xiàn)制熱功能，夏天可以較好的實現(xiàn)制冷功能。以上所述僅為本系統(tǒng)的較佳實施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是依本系統(tǒng)所作的均等變化與修飾皆屬于本系統(tǒng)涵蓋的權(quán)利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:包括變頻電機，壓縮機，四通換向閥，車室外換熱器風(fēng)扇，車室外換熱器，第一膨脹閥，第一單向閥，第二單向閥，第三單向閥，第四單向閥，第二膨脹閥，第一三通閥，第二三通閥，第三三通閥，第四三通閥，車室內(nèi)溫度傳感器，車室內(nèi)換熱器，車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇，控制系統(tǒng)，氣液分離器，車室外溫度傳感器和壓力傳感器； 變頻電機的帶輪與壓縮機的帶輪通過多楔帶相連接；壓縮機的排氣口連接四通換向閥的入口，二者中間安裝壓力傳感器，壓縮機的吸氣口連接氣液分離器的出口 ；四通換向閥的其余三口分別與車室內(nèi)換熱器的出口、車室外換熱器的出口及氣液分離器的入口相連接；車室外換熱器的入口與第一三通閥相連，第一三通閥的其余兩口分別連接第一單向閥的入口和第一膨脹閥的出口，同時將第一膨脹閥的入口與第二單向閥的出口連接，第一單向閥的出口和第二單向閥的入口分別與第二三通閥的兩口相連；車室內(nèi)換熱器的入口與第四三通閥的其中一 口相連，其余兩口分別與第二膨脹閥的出口及第四單向閥的入口相連，第二膨脹閥的入口與第三單向閥的出口相連，第三單向閥的入口和第四單向閥的出口分別與第三三通閥的兩口相連接，第二三通閥與第三三通閥相連接，形成封閉的回路系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)與車室外溫度傳感器、車室內(nèi)溫度傳感器及壓縮機排氣口處的壓力傳感器通過屏蔽線相連，其輸出分別連接變頻電機、四通換向閥、車室外換熱器風(fēng)扇、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊和對象控制模塊；數(shù)據(jù)采集模塊采集車室內(nèi)溫度、車室外溫度、壓縮機排氣壓力的信號，并將其送入控制系統(tǒng)中；控制系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)生成相關(guān)的控制信號，控制變頻電機、四通換向閥、車室外換熱器風(fēng)扇、車室內(nèi)換熱器風(fēng)扇，使其在最佳的狀態(tài)下工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一膨脹閥、第二膨脹閥為內(nèi)平衡式膨脹閥，分別在制冷、制熱時節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)流量。
專利摘要本實用新型涉及一種變頻電機驅(qū)動的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，屬于空調(diào)技術(shù)和汽車技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)能同時實現(xiàn)制熱與制冷功能，在制熱模式下能有效的利用環(huán)境中的一部分熱量，與傳統(tǒng)的電加熱方式相比，具有能效比較高，不存在安全隱患等特點；且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，在使用的過程中控制方便，能耗低；同時，能根據(jù)車室內(nèi)/外溫度傳感器采集到的信號，隨時調(diào)節(jié)變頻電機及車室內(nèi)/外換熱器風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而使系統(tǒng)一直處在最優(yōu)的工況下進(jìn)行工作。
文檔編號F24F11/02GK202938438SQ201220659508
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者魏名山, 彭發(fā)展, 李麗, 黃海圣, 張虹 申請人:北京理工大學(xué)