一种新能源汽车的空调/热泵系统及基于该系统的热管理方法

本发明公开了一种新能源汽车热泵/空调系统。其热源可随意组合变换,具有多种运行工况,可适用于混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车或任意冷热源需组合变换、工况多样复杂的情形。通过阀门调节,其内部换热器、外部换热器及热交换器可相互组合充当热源或冷源,在满足乘员舱内的制热、制冷需求的同时,不影响其对动力系统进行散热/余热回收或加热等功能,并可以合理分配车内的热管理需求。整套热泵/空调系统可调控为6种运行模式,满足12种使用工况,其灵活性、集成度、适应工况以及热量调控分配能力相比于现有系统更强,使得车辆能够随意调控热管理系统以适应多变的工况,提升整车能量利用效率,具有较大的应用价值。

专利类型: 发明专利
申请(专利)号: CN201911163394.1
申请日期: 2019年11月25日
公开(公告)日: 2020年4月14日
公开(公告)号: CN111002782A
主分类号: B60H1/00,B,B60,B60H,B60H1
分类号: B60H1/00,B,B60,B60H,B60H1,B60H1/00
申请(专利权)人: 西安交通大学
发明(设计)人: 席奂,郝艺伟,李明佳,王金华,马卓
主申请人地址: 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
专利代理机构: 西安智大知识产权代理事务所
代理人: 段俊涛
国别省市代码: 陕西;61
主权项: 1.一种新能源汽车的空调/热泵系统,其特征在于,包括四通换向阀(10),四通换向阀(10)的B端口接压缩机(11)的出口,D端口接压缩机(11)的入口,A端口通过阀八(8)接热交换器(14)的一侧入口,通过阀九(9)接外部换热器(12)的入口,D端口通过阀五(5)接内部换热器(13)的入口,通过阀六(6)接热交换器(14)的一侧入口,内部换热器(13)的入口通过阀四(4)接外部换热器(12)的入口,内部换热器(13)的出口通过阀三(3)接外部换热器(12)的出口,通过阀二(2)接膨胀阀(15)的出口,热交换器(14)的一侧出口通过阀七(7)接外部换热器(12)的出口,通过阀一(1)接膨胀阀(15)的出口,膨胀阀(15)的入口接外部换热器(12)的出口。 2.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统,其特征在于,所述外部换热器(12)采用风冷换热器,置于车辆前部风道。 3.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统,其特征在于,所述内部换热器(13)置于乘员舱内。 4.根据权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统,其特征在于,所述热交换器(14)另一侧入口/出口与车辆热载荷流通工质相连通,用于对动力载荷进行额外热管理。 5.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,内部换热器(13)与热交换器(14)使用同一热源,从而满足两种车辆运行工况: 当热载荷回路及乘员舱内皆需制冷时,从热载荷回路及乘员舱内吸收热量,并放热至环境中,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀九(9)—外部换热器(12)—膨胀阀(15)—分流于阀一(1)、阀二(2)—内部换热器(13)、热交换器(14)—阀五(5)、阀六(6)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11); 当热载荷回路及乘员舱内皆需制热时,吸收环境热量,放给动力载荷及乘员舱,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—分流于阀五(5)、阀六(6)—内部换热器(13)、热交换器(14)—阀一(1)、阀二(2)—膨胀阀(15)—外部换热器(12)—阀九(9)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11)。 6.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,外部换热器(12)与热交换器(14)使用同一热源,从而满足两种车辆运行工况: 当热载荷回路需要制热而乘员舱内需要制冷时,将乘员舱内热量向热载荷回路转移,若此时乘员舱内热量大于热载荷所需热量,则通过外部换热器回路分流一部分热量,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—分流于阀九(9)、阀八(8)—外部换热器(12)、热交换器(14)与阀七(7)—膨胀阀(15)—阀二(2)—内部换热器(13)—阀五(5)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11); 当热载荷需要制冷而乘员舱需要制热时,将热载荷热量传递至乘员舱,若此时热载荷散热量不足以满足乘员舱所需热量,则通过外部换热器使用外部环境作为热源,提供额外热量,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀五(5)—内部换热器(13)—阀二(2)—膨胀阀(15)—分流于外部换热器(12)、阀七(7)—阀九(9)、热交换器(14)与阀八(8)—合流于四通换向阀(10)—压缩机(11)。 7.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,内部换热器(13)与外部换热器(12)使用同一热源,从而满足两种车辆运行工况: 当乘员舱需要制热而热载荷需要制冷时,将热载荷散热量转移至乘员舱内,若热载荷散热量大于乘员舱所需热量,使用外部换热器(12)分流一部分热载荷散热量,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀九(9)—分流于阀四(4)与内部换热器(13)与阀三(3)、外部换热器(12)—合流于膨胀阀(15)—阀一(1)—热交换器(14)—阀六(6)—四通换向阀(10)—压缩机(11); 当乘员舱需要制冷而热载荷需要加热时,将乘员舱热量向热载荷转移,若此时乘员舱内热量不足以满足热载荷所需加热量,通过外部换热器(12)从外部环境获取额外热量,循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀六(6)—热交换器(14)—阀一(1)—膨胀阀(15)—分流于阀三(3)与内部换热器(13)与阀四(4)、外部换热器(12)—合流于阀九(9)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。 8.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,当乘员舱无热管理需求,仅热载荷有热管理需求,使用外部环境对热载荷进行加热或散热。其中对热载荷进行散热的循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀九(9)—外部换热器(12)—膨胀阀(15)—阀一(1)—热交换器(14)—阀六(6)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。对热载荷进行预加热的循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀六(6)—热交换器(14)—阀一(1)—膨胀阀(15)—外部换热器(12)—阀九(9)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。 9.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,当热载荷无额外热管理需求,仅乘员舱有热管理需求,使用外部环境为热源对乘员舱制热或制冷。其中为乘员舱制冷的循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀九(9)—外部换热器(12)—膨胀阀(15)—阀二(2)—内部换热器(13)—阀五(5)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。为乘员舱供暖的循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀五(5)—内部换热器(13)—阀二(2)—膨胀阀(15)—外部换热器(12)—阀九(9)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。 10.基于权利要求1所述新能源汽车的空调/热泵系统的热管理方法,其特征在于,当乘员舱热管理需求刚好与热载荷的热管理需求互补,则直接利用热载荷热量为乘员舱供暖或利用乘员舱热量为动力载荷预热。其中利用热载荷热量为乘员舱供暖循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀五(5)—内部换热器(13)—阀二(2)—膨胀阀(15)—阀七(7)—热交换器(14)—阀八(8)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。利用乘员舱热量为动力载荷预热循环回路为:压缩机(11)—四通换向阀(10)—阀八(8)—热交换器(14)—阀七(7)—膨胀阀(15)—阀二(2)内部换热器(13)—阀五(5)—四通换向阀(10)—压缩机(11)。
法律状态: 公开,公开