利用中间气体再压缩的车辆热泵系统和方法技术方案

提供了一种利用中间气体再压缩的车辆热泵系统。热泵系统用于在具有电池和乘客舱的车辆中使用。热泵系统可包括加热回路和冷却回路，其每个包括具有第一入口和第二入口的压缩机，和蒸气-液体分离器，蒸气-液体分离器构造为将通过第一膨胀装置供应的中间压力制冷剂分离为流动通过其中的气态制冷剂和流动通过其中的液态制冷剂。蒸气-液体分离器可构造为将气态制冷剂在第二入口处选择性地注射到压缩机中，以增加制冷剂的质量流速。这允许热泵系统在冷的环境温度下有效地操作。还提供了一种操作利用中间气体再压缩的热泵系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
利用中间气体再压缩的车辆热泵系统和方法
本公开涉及利用中间气体再压缩的车辆热泵系统，其允许系统在冷的环境温度下有效地操作。
技术介绍
混合电动车辆选择性地使用内燃机，作为给变速器的输入扭矩源，单独或与牵引马达（一个或多个）结合地，同时，增程式电动车辆仅在需要时使用较小的发动机，且仅仅为发电机提供动力。电池电动车辆不使用小气体发动机，且替代地利用被存储的电能或再生制动能量操作。所有三种车辆构造可仅依靠电力操作，称为电动车辆（EV）模式。在一些上述车辆实施例中，可再充电能量存储系统（RESS）用于替换地存储和发送驱动牵引马达（一个或多个）所需的电能的大部分量。RESS可包括具有多个电池模块的电池组，每个电池模块包含多个柱形或平/扁平的电池单元。电池组在操作中产生热。有效地耗散所产生的热对于优化车辆性能是重要的。因此，热管理系统结合电池组一起使用，以使一定量的适当冷却流体循环通过1）电池组和任何相关的功率电子器件；和2）活动加热回路和冷却回路，以控制乘客舱的温度。在一些热管理系统中，系统可独立或同时地在两个操作模式中操作，即加热模式和冷却模式。在加热模式期间，系统使用在HVAC模块内或在车辆发动机罩下的热泵冷凝器，和用作热泵蒸发器的RESS冷却器。另外，加热回路可包括车舱蒸发器，其可构造为对传送至乘客舱的空气进行冷却和除湿。在冷却模式中，系统使用在HVAC模块之外的独立AC冷凝器，和车舱蒸发器。在这样的系统中，不是必需要求在改变操作模式时使制冷剂流反向。不需要使系统反向，限定在多个膨胀装置中的一个和压缩机之间的系统低压侧的位置在所有操作模式中保持恒定，在加热模式中减小或消除为外部热交换器除冰的需要，并允许乘客舱的不间断加热。但是，这样的基本系统设计为在EV模式中在中等环境温度时有效地操作。
技术实现思路
提供了一种利用中间气体再压缩的车辆热泵系统。热泵系统用于在具有电池和乘客舱的车辆中使用。热泵系统包括加热回路和冷却回路。加热回路构造为，当乘客舱需要加热时，使制冷剂循环通过热泵系统。冷却回路构造为，当乘客舱需要冷却时，使制冷剂循环通过热泵系统。热泵系统除了制冷剂环路之外可选地包括，冷却剂环路，冷却剂环路构造为利用第一冷凝器和冷却剂加热器芯部循环冷却剂并加热乘客舱。加热回路和冷却回路每个包括具有第一入口和第二入口的压缩机，其被构造为压缩流动通过加热回路和冷却回路中的一个的制冷剂。加热回路和冷却回路每个还可包括蒸气-液体分离器，蒸气-液体分离器构造为将通过第一膨胀装置供应的中间压力制冷剂分离为流动通过其中的气态制冷剂和流动通过其中的液态制冷剂。蒸气-液体分离器构造为将气态制冷剂选择性地在第二入口处注射到压缩机中，以增加制冷剂的质量流速，并相应地增加流动通过压缩机的制冷剂的压力。这允许系统在冷的环境温度下有效地操作。还提供了一种操作热泵系统的方法。该方法包括步骤：用第一流动控制阀和第一膨胀装置的一个将中间压力制冷剂提供至蒸气-液体分离器；用蒸气-液体分离器将中间压力制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；用控制器评估在压缩机内的制冷剂的压力；和当进入压缩机的制冷剂压力达到最小临界值时，将来自蒸气-液体分离器的气体制冷剂注射到压缩机中，以增加进入压缩机的制冷剂的质量流速。本专利技术的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本专利技术的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。附图说明图1是车辆热泵系统的第一实施例的第一构造的示意图；图2是车辆热泵系统的第一实施例的第二构造的示意图；图3是车辆热泵系统的第二实施例的第一构造的示意图；图4是车辆热泵系统的第二实施例的第二构造的示意图；图5是详细显示操作利用中间气体再压缩的热泵系统所需的步骤的流程图。具体实施方式以下描述和附图参考示例实施例，且本身只是说明性的，且不意图限制本专利技术、其应用或用途。贯穿附图，一些部件通过标准化或基本符号示出。这些符号仅是展示性和说明性的，且不以任何方式限制所示的任何特定构造、所示不同构造之间的组合、或权利要求。部件的所有描述是可扩充的，且部件的任何例子不是排他的。参考附图，其中，相同的附图标记在几幅图中对应于相同或相似的部件，提供了一种热泵系统100、200，用于在具有乘客舱122和电池115的车辆中使用。热泵系统100构造为控制乘客舱122和电池115的温度。热泵系统100、200可利用中间气体再压缩，以增加循环穿过其中的制冷剂的质量流速，以允许系统在冷的环境温度中操作。热泵系统100、200在此被描述，且相对于各种构造和操作模式显示在图1-4中。热泵系统100、200可以两种模式中的一种操作：冷却模式和加热模式。热泵系统100、200可还同时以冷却模式和加热模式操作。当以相应加热模式和冷却模式中的每种操作时，热泵系统100、200使制冷剂循环通过制冷剂环路167。制冷剂可以是R-134a、R-1234yf、R-744、R-152a等中的一种。在加热模式中，制冷剂可沿加热回路125引导通过多个部件，以使车辆乘客舱122加热和除湿和/或冷却车辆电池115。在冷却模式中，制冷剂可沿冷却回路124引导通过多个部件，以使车辆乘客舱122冷却和除湿和/或冷却车辆电池115。参考图1，热泵系统100的制冷剂环路167可具有加热回路125和冷却回路124，该加热回路在加热模式中使制冷剂循环，该冷却回路在冷却模式中使制冷剂循环。加热回路125可构造为在加热模式中使制冷剂循环通过热泵系统100，以便加热乘客舱122和冷却电池115。冷却回路124可构造为使制冷剂循环通过热泵系统100，以便使乘客舱122冷却和除湿以及冷却车辆电池115。加热回路125可独立地包括压缩机102、第一冷凝器111a。冷却回路可独立地包括压缩机102和第二冷凝器103。加热回路125和冷却回路124的每个可还包括：第一流动控制阀120；接收器干燥器105；第一膨胀装置150；蒸气-液体分离器152；第二膨胀装置108；第三膨胀装置107；RESS冷却器110；车舱蒸发器113；和至少一个控制模块123。压缩机102可通过电马达（未示出）驱动，所述电马达可以是单速度或可变速度类型。压缩机102可还是通过带驱动的泵，该带连接至发动机曲轴（未示出）。压缩机102可具有第一入口126、第二入口155和出口127，且可构造为在第一入口126和第二入口155的每个处接收制冷剂气体。压缩机102将制冷剂气体加压为高压状态。压缩机102还构造为，在出口127处，将被压缩制冷剂气体在加热模式期间沿加热回路125排出到第一冷凝器111a，和在冷却模式期间沿冷却回路124排出到第二冷凝器103。加热回路125可还包括第一冷凝器111a，该第一冷凝器可构造为从压缩机102接收制冷剂，还构造为冷却和冷凝制冷剂。如在图1和2中示出的，第一冷凝器111a可以是制冷剂-空气热泵冷凝器，其定位在HVAC模块121中。第一冷凝器111a可构造为，在流动通过第一冷凝器111a的制冷剂和跨过第一冷凝器111a流动的空气之间进行热交换，以加热乘客舱122。第一冷凝器还可以是制冷剂-冷却剂热交换器111c，定位在车辆发动机罩160中，如图3和4所示并在下面详细所述的。第一冷凝器111a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热泵系统，用于在具有电池和乘客舱的车辆中使用，热泵系统包括：加热回路，构造为在第一操作模式中使制冷剂循环，以加热乘客舱并冷却电池；冷却回路，构造为在第二操作模式中使制冷剂循环，以调节被乘客舱接收的空气并冷却电池；压缩机，具有第一入口和第二入口，被并入到加热回路和冷却回路中的每一个中，所述压缩机构造为压缩制冷剂；蒸气‑液体分离器，在加热回路和冷却回路中的每一个中，所述蒸气‑液体分离器构造为将流动通过其中的气态制冷剂和流动通过其中的液态制冷剂分离；第一膨胀装置，在加热回路和冷却回路中的每一个中，在蒸气‑液体分离器上游，所述第一膨胀装置构造为为蒸气‑液体分离器提供气态制冷剂和液态制冷剂；并且其中，蒸气‑液体分离器构造为将气态制冷剂在第二入口处传送并注入压缩机中，以增加进入压缩机的制冷剂的质量流速。

【技术特征摘要】
2013.01.25 US 13/750,4261.一种热泵系统，用于在具有电池和乘客舱的车辆中使用，热泵系统包括：加热回路，构造为在第一操作模式中使制冷剂循环，以加热乘客舱并冷却电池，其中加热回路还包括第一冷凝器，使得第一冷凝器是制冷剂-冷却剂冷凝器，其具有制冷剂腔室和冷却剂腔室；冷却回路，构造为在第二操作模式中使制冷剂循环，以调节被乘客舱接收的空气并冷却电池，其中冷却回路还包括第二冷凝器；冷却剂环路，构造为让冷却剂流动通过，冷却剂环路包括所述第一冷凝器和沿其设置的冷却剂加热器；压缩机，具有第一入口和第二入口，其中压缩机被并入到加热回路和冷却回路中的每一个中，且被构造为在第一入口和第二入口每一个处接收制冷剂并进一步构造为压缩制冷剂；蒸气-液体分离器，在加热回路和冷却回路中的每一个中，所述蒸气-液体分离器构造为将气态制冷剂和液态制冷剂分离，且进一步构造为将气态制冷剂传递到压缩机，用于在第二入口处注射；第一膨胀装置，并入到加热回路中，并设置在蒸气-液体分离器上游，其中所述第一膨胀装置构造为从第一冷凝器的制冷剂腔室接收制冷剂；第一流动控制阀，并入到加热回路和冷却回路每一个中，其中第一流动控制阀构造为从第一膨胀装置和第二冷凝器中的一个接收制冷剂，并进一步构造为将制冷剂传递到蒸汽-液体分离器；第二流动控制阀，并入到加热回路和冷却回路每一个中，其中第二流动控制阀构造为从蒸汽-液体分离器接收气态制冷剂并在第二入口处将制冷剂传递到压缩机，其中第二流动控制阀计量蒸汽-液体分离器和压缩机之间的气态制冷剂的流量；控制器，至少与压缩机、第一流动控制阀和第二流动控制阀通信，且配置为：评估进入压缩机的制冷剂的压力；和在评估的压力在最小临界值以下时，将第二流动控制阀促动到打开位置，使得来自蒸气-液体分离器的制冷剂在第二入口处注入压缩机中，以增加流动通过压缩机的制冷剂的质量流速；并且其中，蒸气-液体分离器构造为将气态制冷剂在第二入口处传送并注入压缩机中，以增加进入压缩机的制冷剂的质量流速。2.如权利要求1所述的热泵系统，其中，所述第一冷凝器配置为在制冷剂腔室处接收来自压缩机的制冷剂，且进一步配置为在冷却剂腔室处接收来自冷却剂加热器芯部的冷却剂，使得流动通过制冷剂腔室的制冷剂与流动通过冷却剂腔室冷却剂处于热交换关系。3.如权利要求1所述的热泵系统，其中，冷却剂加热器芯部与流动通过冷却剂加热器芯部的冷却剂和跨过冷却剂加热器芯部并流动至乘客舱的空气处于热交换关系，所述冷却剂加热器芯部还构造为从第一冷凝器的冷却剂腔室接收冷却剂。4.如权利要求3所述的热泵系统，其中，在冷却剂环路内循环的冷却剂从第一冷凝器的冷却剂腔室引导到冷却剂加热器芯部并回到第一冷凝器的冷却剂腔室。5.如权利要求1所述的热泵系统，其中冷却剂加热器芯部与流动通过冷却剂加热器芯部的冷却剂和流动经过冷却剂加热器芯部并进入乘客车厢的空气成热交换关系，冷却剂加热器芯部进一步配置为从第一冷凝器的冷却剂腔室接收冷却剂。6.如权利要求1所述的热泵系统，其中蒸汽-液体分离器是接收器干燥器和蒸汽-液体分离器的组合。7.如权利要求6所述的热泵系统，其中加热回路进一步包括：第一膨胀装置，其配置为从第一冷凝器的制冷剂腔室接收制冷剂；第一流动控制阀，其配置为经由第一膨胀装置从第一冷凝器的制冷剂腔室接收制冷剂和将制冷剂传送到蒸汽-液体分离器；蒸汽-液体分离器，其配置为从第一流动控制阀接收制冷剂且进一步配置为将气态制冷剂与液态制冷剂分开并从制冷剂中移除湿气；和其中蒸汽-液体分离器配置为通过加热回路排出液态制冷剂，和经由第二流动控制阀在第二入口处将气态制冷剂排出到压缩机。8.如权利要求7所述的热泵系统，其中加热回路进一步包括:第二膨胀装置，配置为从蒸汽-液体分离器接收制冷剂；RESS冷却器，配置为用作与电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：BM斯泰尔斯，MD内梅施，HE尤斯蒂斯，MS万克赫德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US