CN104110911B - 一种电动车喷射热泵空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电动车喷射热泵空调系统及其控制方法，该种热泵空调系统具有低能耗，高效率的优点，可以在保证乘员的舒适性的前提下，提高冬天低温条件下电动车的续驶里程。该电动车喷射热泵空调系统包括电动二级压缩机、四通阀、车外换热器、电子阀、储液器、喷射器、车内换热器、气液分离器；电动二级压缩机的高压端口依次经过四通阀、车内换热器、电子阀、储液器后与喷射器的主流体进口相连；电动二级压缩机的中压端口与喷射器的引射流体出口相连；电动二级压缩机的低压端口依次通过气液分离器、四通阀、车外换热器（低压不经过喷射器，删除）相连。相比于传统的汽车空调，本发明的电动车喷射热泵空调系统的热泵系统效率较高，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车空调系统，特别涉及一种电动车喷射热泵空调系统及其控制方法。
背景技术
传统车用空调系统属于单制冷空调系统，冬天采暖来源于发动机的循环热水，而电动车使用电池作为驱动动力,使得它的空调系统也不同于燃油汽车。目前电动车的电动空调系统一般采用电动热泵空调系统，也是属于单制冷空调系统，其在低温情况（-5℃以下）热泵工作失效，因此采暖热源使用PTC制热，而PTC的耗电功率很高，同时传统热泵空调的制热能效比难以进一步提高，这些都不利于提高电动车的续驶里程。电动车完全采用以电为能源的电动空调系统进行制热和热冷，电动空调系统的能耗占电池容量的15-20%，电动空调系统对电动车行程有很大的影响。因此，开发低能耗，高效率的电动车空调系统具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种新型的电动车喷射热泵空调系统及其控制方法，该种热泵空调系统具有低能耗，高效率的优点，可以在保证乘员的舒适性的前提下，提高冬天低温条件下电动车的续驶里程。
本发明的电动车喷射热泵空调系统包括电动二级压缩机、四通阀、车外换热器、电子阀、储液器、喷射器、车内换热器、气液分离器；所述电动二级压缩机的高压端口依次经过四通阀、车外换热器、电子阀、储液器后与喷射器的主流体进口相连；所述电动二级压缩机的中压端口与喷射器的引射流体出口相连；所述电动二级压缩机的低压端口依次通过气液分离器、四通阀、车内换热器后与喷射器的主流体出口相连。
上述电动车喷射热泵空调系统与原有汽车热泵空调系统相比，引入了喷射器、二级压缩技术。上述二级压缩技术可以用涡旋式压缩机实现，具有力矩变化小、振动小、噪音低等优点，其二次增加补气的开始与结束是随涡旋盘的旋转自动打开、关闭的，控制方便可靠。研究表明，电动车喷射热泵空调系统的制热量和功耗随着喷射器温度（压力）的增大而增大的，通过调试，可以在某一中间开度（温度压力）获得最佳的制热量和能效比（COP）。
进一步地，所述车内换热器处设有PTC加热器，以弥补在低温状态下（-15℃以下）热泵采暖量不足的问题。
上述电动车喷射热泵空调系统的控制方法包括制热过程和制冷过程，其中：
制热过程如下：打开电动二级压缩机，并通过四通阀控制冷媒的流向，使得冷媒自电动压缩机的高压端口经过四通阀依次流经车内换热器、喷射器后分成两路，一路依次经过储液器、电子阀、车外换热器后，再经过四通阀、气液分离器流回电动二级压缩机的低压端，另一路直接流回至电动二级压缩机的中压端，形成闭路循环。
所述制热过程中打开PTC加热器，进行辅助加热。
制冷过程如下：打开电动二级压缩机，并通过四通阀控制冷媒的流向，使得冷媒自电动压缩机的高压端口经过四通阀依次流经车外换热器、电子阀、储液器、喷射器、车内换热器后，再经过四通阀、气液分离器流回至电动二级压缩机的低压端口，形成闭路循环。
本发明通过四通换向阀使冷媒能够按照控制的方向进行流动，与喷射器、车内换热器、车外换热器及压缩机配合，实现了冬季低温采暖、夏季制冷功能的自如转换；二级压缩机能够改变压缩机里冷媒工质的压力流速，增加压缩机出口冷媒的排气量、压力，提高压缩机的排气温度和制热量；而喷射器对不同压力温度的冷媒进行分流压缩，以便二级压缩机分流压缩，提高了热泵系统效率。
附图说明
图1是本发明的电动车喷射热泵空调系统的原理图。
图2是本发明的电动车喷射热泵空调系统的制热原理图。
图3是本发明的电动车喷射热泵空调系统的制冷原理图。
图4是2℃环境下本发明的电动车喷射热泵空调系统的采暖曲线图。
图5是2℃环境下传统PTC的采暖曲线图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图所示，本实施例的电动车喷射热泵空调系统包括电动二级压缩机1、四通阀2、车外换热器3、电子阀4、储液器5、喷射器6、车内换热器7、气液分离器8；所述电动二级压缩机1的高压端口依次经过四通阀2、车外换热器3、电子阀4、储液器5后与喷射器6的主流体进口相连；所述电动二级压缩机1的中压端口与喷射器6的引射流体出口相连；所述电动二级压缩机1的低压端口依次通过气液分离器8、四通阀2、车内换热器7后与喷射器6的主流体出口相连。
车内换热器7处设有PTC加热器9，以弥补在低温状态下（-15℃以下）热泵采暖量不足的问题。
上述电动车喷射热泵空调系统的控制方法包括制热过程和制冷过程，其中：
制热过程如下：打开电动二级压缩机1，并通过四通阀2控制冷媒的流向，使得冷媒自电动压缩机1的高压端口经过四通阀2依次流经车内换热器7、喷射器6后分成两路，一路依次经过储液器5、电子阀4、车外换热器3后，再经过四通阀2、气液分离器8流回电动二级压缩机1的低压端，另一路直接流回至电动二级压缩机1的中压端，形成闭路循环。当然，根据具体的条件，例如说高于预定温度时（-5℃），喷射器6的引射流体出口还可以关闭，以节省能量。
所述制热过程中打开PTC加热器9，进行辅助加热。
制冷过程如下：打开电动二级压缩机1，并通过四通阀2控制冷媒的流向，使得冷媒自电动压缩机1的高压端口经过四通阀2依次流经车外换热器3、电子阀4、储液器5、喷射器6、车内换热器7后，再经过四通阀2、气液分离器8流回至电动二级压缩机1的低压端口，形成闭路循环。
如图4、5所示，在2℃的低温环境下，喷射热泵系统的出风口平均温度比常规热泵系统相对高5～6℃，且两者升温速率相似。从变化可以看出，环境温度越低，喷射热泵系统相对制热作用更明显，即其相对热效率更高。在相同的消耗功率情况下，喷射热泵的制热量要比常规热泵高0.6KW。
本实施例的电动车喷射热泵空调系统与传统单PTC制热空调的制热性能指标对比表：
1）环境温度-5～7℃
假设PTC的效率为97%， 给车内供暖3.6kW：
| 压缩机1功耗（KW） | PTC加热功耗（KW） | 热泵制热量（KW） | 节省能耗（KW） |
| 1.3 | 3.7 | 3.6 | 2.4 |
2）环境温度-15～-5℃
假设PTC的效率为97%，给车内供暖3.0kw：
| 压缩机1功耗（KW） | PTC加热功耗（KW） | 热泵制热量（KW） | 节省能耗（KW） |
| 1.5 | 3.2 | 3.25 | 1.7 |
从上述性能对比表可以看出，本实施例的电动车喷射热泵空调系统的采暖能效比是传统单PTC采暖加热空调的约2.5～3倍，节省电动率2.0KW左右，冬季环境下增加电动车15%的续驶里程。
Claims (5)
1.一种电动车喷射热泵空调系统，其特征在于包括电动二级压缩机、四通阀、车外换热器、电子阀、储液器、喷射器、车内换热器、气液分离器；所述电动二级压缩机的高压端口依次经过四通阀、车外换热器、电子阀、储液器后与喷射器的主流体进口相连；所述电动二级压缩机的中压端口与喷射器的引射流体出口相连；所述电动二级压缩机的低压端口依次通过气液分离器、四通阀、车内换热器后与喷射器的主流体出口相连。
2.根据权利要求1所述的电动车喷射热泵空调系统，其特征在于所述车内换热器处设有PTC加热器。
3.根据权利要求1所述的电动车喷射热泵空调系统的控制方法，包括制热过程和制冷过程，其特征在于所述制热过程如下：打开电动二级压缩机，并通过四通阀控制冷媒的流向，使得冷媒自电动二级压缩机的高压端口经过四通阀依次流经车内换热器、喷射器后分成两路，一路依次经过储液器、电子阀、车外换热器后，再经过四通阀、气液分离器流回电动二级压缩机的低压端，另一路直接流回至电动二级压缩机的中压端，形成闭路循环。
4.根据权利要求3所述的电动车喷射热泵空调系统的控制方法，其特征在于所述制热过程中打开PTC加热器，进行辅助加热。
5.根据权利要求3或4所述的电动车喷射热泵空调系统的控制方法，其特征在于所述制冷过程如下：打开电动二级压缩机，并通过四通阀控制冷媒的流向，使得冷媒自电动二级压缩机的高压端口经过四通阀依次流经车外换热器、电子阀、储液器、喷射器、车内换热器后，再经过四通阀、气液分离器流回至电动二级压缩机的低压端口，形成闭路循环。
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