本技術(shù)涉及新能源汽車空調(diào)，具體涉及一種車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、制冷劑r134a因其高gwp(global?warming?potential，全球變暖潛勢)在汽車空調(diào)中使用受限，加上電動汽車采用電驅(qū)動制冷/制熱的特殊性，制熱性能更好的低gwp制冷劑成為發(fā)展的趨勢，目前主要有r744、r290，但其存在高壓易泄露、易燃易爆等缺陷還未正式應用，現(xiàn)有的多為直接蒸發(fā)式車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，需要考慮其泄露問題。

2、另一方面，采用熱泵空調(diào)代替ptc(positive?temperature?coefficient，正溫度系數(shù)熱敏電阻)元件制熱可減少系統(tǒng)能耗，但是，冬季極寒情況下熱泵制熱性能及制熱量大幅衰減，節(jié)流不可逆損失增加，能效比較低，同時，車用空調(diào)、動力電池系統(tǒng)相對獨立，系統(tǒng)廢熱無法有效利用，熱管理效率低，進而極大的影響了續(xù)航里程。

3、除此之外，現(xiàn)有的熱泵空調(diào)系統(tǒng)多為車內(nèi)換熱器直接加熱空氣，車內(nèi)換熱器出口狀態(tài)相對于環(huán)境溫度還存在余能，直接加熱新風或與循環(huán)風混合的空氣，換熱溫差大，造成系統(tǒng)不可逆損失增加。

4、因此，如何通過采用制熱性能好的低gwp制冷劑和優(yōu)化車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式，提高空調(diào)系統(tǒng)能效比，減少系統(tǒng)能耗，同時又能很好的避免制冷劑泄露問題是未來的發(fā)展趨勢和亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，可以有效利用電池余熱預熱新風再與回風混合后經(jīng)車內(nèi)換熱器二次加熱，提高能量利用率的同時提升空氣源溫度，進而減小采暖時換熱溫差，有效改善低溫制熱性能差問題，可以實現(xiàn)不同工作模式切換，有效避免制冷劑泄露，并有效回收車外換熱器模塊局部膨脹功和系統(tǒng)膨脹功，減少不可逆節(jié)流損失與能耗，降低壓縮機壓比，提高換熱效率以及極寒制熱cop(coefficient?of?performance，性能系數(shù))，進而提升電動汽車冬季續(xù)航能力。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型有如下的技術(shù)方案：

3、一種車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括：制冷劑循環(huán)回路、載冷劑循環(huán)回路、電池冷卻液循環(huán)回路以及換熱風道，制冷劑循環(huán)回路的熱開關(guān)換熱器、電池模塊和回熱器之間連接形成熱交換的第一流體通道與第二流體通道，第一流體通道與第二流體通道在壓縮機以及前后排平行分離式布置的車外換熱器之間形成制冷劑通路；回熱器與載冷劑循環(huán)回路中的水冷換熱器連通，載冷劑循環(huán)回路中設置車內(nèi)換熱器，車內(nèi)換熱器布置在換熱風道內(nèi)，利用電池模塊的余熱預熱新風再與回風混合經(jīng)過車內(nèi)換熱器二次加熱；電池冷卻液循環(huán)回路設置有與電池模塊連通的電池換熱器，電池換熱器與車內(nèi)換熱器的換熱工質(zhì)連通。

4、作為一種優(yōu)選的方案，所述制冷劑循環(huán)回路包括壓縮機，壓縮機的出口與四通換向閥的第一端口連通，壓縮機的入口與氣液分離器出口連通；四通換向閥的第二端口與前排高壓車外換熱器出口連通；熱開關(guān)換熱器的第一流體通道與電池模塊第一流體通道之間設有四通電磁閥，回熱器的第一流體通道出口經(jīng)過第二膨脹閥連接水冷換熱器，回熱器和第二膨脹閥之間設有第七三通電磁閥，第二膨脹閥和水冷換熱器之間設有第八三通電磁閥，水冷換熱器通過第九三通電磁閥流入回熱器的第二流體通道，并經(jīng)過回熱器第二流體通道連接到第十三通電磁閥，第十三通電磁閥與第二噴射器的第二噴射端口連通，第二噴射器的第三噴射端口依次通過第二三通電磁閥、第三三通電磁閥與電池模塊的第二流體通道連通，電池模塊的第二流體通道與熱開關(guān)換熱器第二流體通道之間設有第四三通電磁閥，熱開關(guān)換熱器第二流體通道出口與四通換向閥的第三端口連通，四通換向閥的第四端口與氣液分離器之間依次設有第五三通電磁閥與第六三通電磁閥；第五三通電磁閥與第六三通電磁閥分別引出分支管路與電池模塊循環(huán)連接，第五三通電磁閥的分支管路上設置有第六電磁閥，第六三通電磁閥的分支管路上設置有第五電磁閥。

5、作為一種優(yōu)選的方案，所述前后排平行分離式布置的車外換熱器包括前排高壓車外換熱器與后排低壓車外換熱器；

6、所述前排高壓車外換熱器出口與后排低壓車外換熱器出口之間設有第二電磁閥，后排低壓車外換熱器出口連接第三噴射器；

7、后排低壓車外換熱器入口與第一膨脹閥相連，后排低壓車外換熱器出口經(jīng)過第四電磁閥與第三噴射器第二端口連接，通過設置第三電磁閥的管路旁通噴射器并與前排高壓車外換熱器入口連通；第三噴射器第三端口與前排高壓車外換熱器連通，第三電磁閥入口、第三噴射器第一端口以及第一膨脹閥入口均與熱開關(guān)換熱器第一流道連通。

8、作為一種優(yōu)選的方案，所述四通換向閥的第二端口與前排高壓車外換熱器出口之間設置第一噴射器，第一噴射器第二端口與前排高壓車外換熱器出口和第二電磁閥入口連通，第一噴射器第三端口與四通換向閥的第二端口連通，第一噴射器第一端口經(jīng)過第一電磁閥與第八三通電磁閥第二端口連通；

9、四通電磁閥第一端口通過第一三通電磁閥與第二噴射器的第一噴射端口連通，四通電磁閥第四端口通過管路連接到第七三通電磁閥第二端口，將電池模塊與回熱器旁通，第一三通電磁閥第二端口與第二三通電磁閥第二端口連通，將第二噴射器旁通；

10、第九三通電磁閥第二端口與第十三通電磁閥第二端口通過管路連接，第三三通電磁閥第二端口與第四三通電磁閥第三端口通過管路連接，將電池模塊旁通；

11、第五三通電磁閥第一端口與電池模塊之間設有第六電磁閥，電池模塊與第六三通電磁閥第一端口之間設有第五電磁閥。

12、作為一種優(yōu)選的方案，所述的前排高壓車外換熱器、后排低壓車外換熱器以及車內(nèi)換熱器均為微通道換熱器；

13、所述第一噴射器、第二噴射器以及第三噴射器均為可調(diào)閥針式噴射器或多噴嘴噴射器；

14、所述壓縮機為變頻電動渦旋壓縮機。

15、作為一種優(yōu)選的方案，所述換熱風道中設有第一風機、第二風機和噴淋頭，電池換熱器與車內(nèi)換熱器的空氣流動呈串聯(lián)分布，新風入口和第二出風口位于電池換熱器一側(cè)，且新風入口較第二出風口遠離電池換熱器，第一回風入口位于電池換熱器與車內(nèi)換熱器之間，第二回風入口和第一出風口位于車內(nèi)換熱器一側(cè)；電池余熱利用模式下，車外新風通過新風入口進入換熱風道進行預加熱之后，車內(nèi)循環(huán)風通過第一回風入口進入換熱風道與經(jīng)過電池余熱加熱的新風混合后，通過車內(nèi)換熱器二次加熱，最后從第一出風口進入座艙環(huán)境中；座艙除濕模式下，車內(nèi)循環(huán)風通過第二回風入口進入換熱風道，在車內(nèi)換熱器處降溫除濕，再通過電池換熱器升溫，最后從第二出風口進入座艙環(huán)境中。

16、作為一種優(yōu)選的方案，所述第一風機、第二風機均為軸流風機且分別布置在新風入口與第二回風入口處；

17、所述新風入口、第一回風入口、第二回風入口、第一出風口、第二出風口處依次設有第一風門、第二風門、第三風門、第四風門及第五風門，風道與風門之間鉸接，風門均開度可調(diào)；所述第一回風入口處設有可調(diào)百葉窗結(jié)構(gòu)擋板，第一回風入口與可調(diào)百葉窗結(jié)構(gòu)擋板之間鉸接；所述噴淋頭布置在風道內(nèi)，且位于車內(nèi)換熱器的上方。

18、作為一種優(yōu)選的方案，所述制冷劑循環(huán)回路中的制冷劑采用r290、r744、r1234yf、r1234ze(e)、r125、r227ea中的任意二元或三元的混合物；

19、所述載冷劑循環(huán)回路中的載冷劑為水；

20、所述電池冷卻液循環(huán)回路中的換熱工質(zhì)為50％乙二醇與50％水溶液。

21、作為一種優(yōu)選的方案，所述電池冷卻液循環(huán)回路包括通過管路與電池模塊循環(huán)連通的第二水泵、電池換熱器以及第二膨脹水箱，所述電池模塊與第二水泵之間設置有第一開關(guān)閥，所述電池模塊與第二膨脹水箱之間設置有第二開關(guān)閥；

22、所述載冷劑循環(huán)回路包括通過管路循環(huán)連通的水冷換熱器、車內(nèi)換熱器、第一膨脹水箱以及第一水泵；

23、車內(nèi)設置有溫度傳感器、電池溫度傳感器、濕度傳感器、氧氣濃度傳感器及二氧化碳濃度傳感器，且均與控制模塊中的檢測器相連；

24、所述控制模塊包括依次連接的檢測器、判斷器、處理器與輸出器，所述檢測器通過各個傳感器采集對應信號，所述判斷器對檢測器采集到的信號與設定標準值進行比較判斷，輸出判斷結(jié)果發(fā)送給處理器，所述處理器根據(jù)判斷結(jié)果選擇對應的工作模式發(fā)送指令給輸出器，所述輸出器根據(jù)指令控制所述制冷劑循環(huán)回路、載冷劑循環(huán)回路、電池冷卻液循環(huán)回路以及換熱風道的運行方式。

25、作為一種優(yōu)選的方案，所述熱開關(guān)換熱器包括并列設置的第一步進電機和第二步進電機，第一步進電機和第二步進電機的輸出軸分別通過第一傳送帶和第二傳送帶與第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸相連，第一轉(zhuǎn)軸及第二轉(zhuǎn)軸分別與第一聯(lián)動隔熱裝置和第二聯(lián)動隔熱裝置相配合，第一聯(lián)動隔熱裝置和第二聯(lián)動隔熱裝置由隔熱材料壓制而成，第一聯(lián)動隔熱裝置和第二聯(lián)動隔熱裝置分別設置在第一制冷劑管路及第二制冷劑管路的外側(cè)，并與對應制冷劑管路同軸緊密相切，通過熱開關(guān)進而控制換熱器中換熱過程的開啟與停止。

26、一種車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)的控制方法，基于所述的車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括以下步驟：

27、根據(jù)檢測到的車內(nèi)溫度、濕度、氧氣濃度及二氧化碳濃度信號與設定標準值進行比較判斷，根據(jù)判斷結(jié)果選擇對應的工作模式發(fā)送指令，進而調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速與第一膨脹閥和第二膨脹閥開度以控制制冷劑流量，進而控制制冷量與制熱量；調(diào)節(jié)四通換向閥控制制冷劑流動方向，實現(xiàn)不同工作模式切換；調(diào)節(jié)第一水泵控制載冷劑流量，從而控制車內(nèi)換熱量；調(diào)節(jié)第二水泵控制電池換熱工質(zhì)流量，從而控制換熱量；調(diào)節(jié)第一步進電機和第二步進電機控制熱開關(guān)換熱器換熱過程的開啟與關(guān)閉；調(diào)節(jié)第一風門、第二風門、第三風門、第四風門及第五風門開度，調(diào)節(jié)第一風機與第二風機轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)可調(diào)百葉窗結(jié)構(gòu)擋板格柵開度，調(diào)節(jié)噴淋頭開關(guān)，控制換熱風道處于不同工作模式，進而實現(xiàn)送風、調(diào)節(jié)新風比、加濕、除濕及通風；調(diào)節(jié)四通電磁閥，調(diào)節(jié)第一電磁閥至第六電磁閥，調(diào)節(jié)第一三通電磁閥至第十三通電磁閥，以及，調(diào)節(jié)第一開關(guān)閥與第二開關(guān)閥控制系統(tǒng)流體的連通和關(guān)閉，實現(xiàn)普通制冷模式、增效制冷模式、增效制熱模式、余熱利用制熱模式、除濕模式、加濕模式或通風模式。

28、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型至少具有如下的有益效果：

29、制冷劑循環(huán)回路中設置熱開關(guān)換熱器、電池模塊和回熱器之間連接形成熱交換的第一流體通道與第二流體通道，第一流體通道與第二流體通道在壓縮機以及前后排平行分離式布置的車外換熱器之間形成制冷劑通路，采用二回路替代直接蒸發(fā)式熱泵，可以有效避免制冷劑泄露，同時可以有效回收車外換熱器模塊局部膨脹功和系統(tǒng)膨脹功，減少不可逆節(jié)流損失，降低壓縮機壓比，提高極寒制熱cop。制冷劑循環(huán)回路中的回熱器與載冷劑循環(huán)回路中的水冷換熱器連通，載冷劑循環(huán)回路中設置車內(nèi)換熱器，車內(nèi)換熱器布置在換熱風道內(nèi)，利用電池模塊的余熱預熱新風再與回風混合經(jīng)過車內(nèi)換熱器二次加熱，電池冷卻液循環(huán)回路設置有與電池模塊連通的電池換熱器，電池換熱器與車內(nèi)換熱器的換熱工質(zhì)連通，通過回收利用電池余熱，有效結(jié)合汽車換熱風道，進一步提高了熱源溫度，減小系統(tǒng)各項損失，有效改善低溫制熱性能。本實用新型的車外換熱器前后排平行分離式布置，形成梯級換熱增大傳熱溫差，提高換熱效率。本實用新型的車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過控制制冷劑循環(huán)回路、載冷劑循環(huán)回路、電池冷卻液循環(huán)回路、換熱風道進而實現(xiàn)車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)全天候低能耗的目標。

30、進一步的，本實用新型制冷劑循環(huán)回路中的制冷劑采用r290、r744、r1234yf、r1234ze(e)、r125、r227ea中的任意二元或三元的混合物，制熱性能得到提升的同時一定程度可改善制冷劑缺陷，不僅滿足低gwp環(huán)保要求，同時也可以很好地抑制制冷劑可燃性。

31、進一步的，本實用新型提出一種新型的換熱風道，通過引入電池換熱器、車內(nèi)換熱器布置于換熱風道內(nèi)，可以有效的利用電池余熱預熱新風再與回風混合，經(jīng)過車內(nèi)換熱器二次加熱，提高能量利用率與空氣熱源溫度，實現(xiàn)系統(tǒng)設計的高能效，同時減小座艙采暖時換熱溫差，減小不可逆損失，有效改善低溫制熱性能差問題。此外，通過控制風門開度、風機轉(zhuǎn)速、可調(diào)百葉窗結(jié)構(gòu)擋板格柵開度、噴淋頭開關(guān)可實現(xiàn)新型風道實現(xiàn)不同功能。

32、進一步的，本實用新型前排高壓車外換熱器與后排低壓車外換熱器之間設置的第三噴射器可以回收第一膨脹閥處局部膨脹功，減少不可逆節(jié)流損失，同時通過增加第一噴射器還可以回收第二膨脹閥處的膨脹功，進一步提高系統(tǒng)制熱cop，有效改善極寒情況制熱差問題。

33、進一步的，本實用新型控制模塊包括依次連接的檢測器、判斷器、處理器與輸出器，檢測器根據(jù)傳感器檢測到的溫度、濕度、濃度信號反饋給判斷器，判斷器將檢測到的溫度、濕度、濃度信號與設定溫度、濕度、濃度信號作對比，發(fā)送信號至處理器在工作模式中進行系統(tǒng)匹配，再將信號傳送到輸出器?？刂颇K通過控制壓縮機轉(zhuǎn)速與第一膨脹閥、第二膨脹閥開度控制制冷劑流量，進而控制制冷量與制熱量；控制四通換向閥控制制冷劑流動方向，實現(xiàn)不同工作模式切換；控制第一水泵控制載冷劑流量，從而控制車內(nèi)換熱量；控制第二水泵控制電池冷卻液流量，從而控制換熱量；控制步進電機控制熱開關(guān)換熱器換熱過程的開啟與關(guān)閉；控制風門開度、第一風機、第二風機轉(zhuǎn)速、可調(diào)百葉窗結(jié)構(gòu)擋板格柵開度及噴淋頭開關(guān)控制換熱風道處于不同工作模式，進而實現(xiàn)送風、調(diào)節(jié)新風比、加濕、除濕、通風等綜合功能；控制四通電磁閥、第一電磁閥至第六電磁閥、第一三通電磁閥至第十三通電磁閥、第一開關(guān)閥及第二開關(guān)閥控制系統(tǒng)流體的連通、關(guān)閉，實現(xiàn)車用熱泵空調(diào)系統(tǒng)進入普通制冷模式、增效制冷模式、增效制熱模式、余熱利用制熱模式、除濕模式、加濕模式或通風模式。