二次回路空调热泵系统及其方法技术方案

本发明专利技术设计的是一种二次回路空调热泵系统及其方法，系统包括：制冷剂回路、冷端冷却液回路、热端冷却液回路。制冷剂回路包含有：电动压缩机、板式冷凝器、节流装置和板式蒸发器。冷端冷却液回路与板式蒸发器连接，蒸发器端将冷传给冷却液，冷却液通过泵输送给室内的冷却器，可实现制冷模式，此时冷凝器端的热量通过室外的散热器排到室外。热端冷却液回路与板式冷凝器连接，冷凝器端将热传给冷却液，冷却液通过泵输送给室内的加热器，实现加热模式，此时蒸发器端的冷量通过室外的散热器排到室外。同时通过切换冷却液回路可实现除湿功能。本发明专利技术可有效避免制冷剂与乘员舱接触，能够对电动汽车的电池包进行温度控制，同时可对多余热量进行回收利用。

【技术实现步骤摘要】
二次回路空调热泵系统及其方法
本专利技术属于电动汽车空调系统，尤其涉及了一种可使用可燃性制冷剂的电动汽车二次回路空调热泵系统及其方法。
技术介绍
考虑全球气候变暖和二氧化碳的排放，机动车排放法规日趋严格，新能源电动汽车也成为一个必然的趋势。由于温室效应越来越严重，在新能源汽车空调中，新型制冷剂ODP≤150的替代已成共同关注的焦点。下表1是具有潜力的制冷剂对比。可以看出，除了二氧化碳没有可燃性，其他的制冷剂均具有不同程度的可燃性。现阶段，二氧化碳由于存在高压的问题，空调系统在使用过程中会存在严重泄漏的问题，使得二氧化碳制冷剂在实际使用时受到限制。而其他可燃性制冷剂在使用时，也需要解决泄漏问题，它主要是针对一旦发生泄漏后怎么样才能不对乘员舱的乘客造成影响。表1具有替换潜力的制冷剂的对比利用二次回路系统使制冷剂回路不与乘员舱进行直接的接触，而是通过冷却液对空调箱内的空气进行温度的控制，可以有效避免在制冷剂发生泄漏时进入乘员舱，若乘员舱内有火源，此时就可以避免对乘员舱的人员造成人身安全。同时由于电动汽车的动力系统是由电池驱动，然而电池工作时，对温度特别敏感，温度过高或者过低都会在电池性能造成不好的影响。电池的工作范围一般为：10-30℃。图1表示电池和电子设备在温度区间内制冷和加热的示意图(参考文献WeustenfeldTA,Bauer-KugelmannW,MenkenJC,etal.Heatflowratebasedthermalmanagementforelectricvehiclesusingasecondaryloopheatingandcoolingsystem[C]//ConferenceVehicleThermalManagementSystemsSymposiumandExhibition,Nottingham(England).2015.)。由于电子设备中的产热较多，需要一直对其制冷进行温度控制，若在冬天能将这一部分的废热回收并加以利用，也将提高能源的使用率。图2为当前技术常用的直接制冷系统图，图中，1为空调箱，2为空调箱的加热器，3为空调箱的冷却器，4为膨胀阀，5为三通阀，6为压缩机，7为室外换热器。制冷剂直接进入空调箱中冷却器与空气进行换热。若制冷剂为可燃性制冷剂，空调箱制冷剂与乘员舱直接接触一旦发生泄漏，就会扩散乘员舱中，对乘客造成生命威胁。
技术实现思路
本专利技术是一种二次回路空调热泵系统，一方面是针对电动汽车空调系统的制冷剂替代时大多数是可燃性制冷剂，利用二次冷却液回路将制冷系统与乘员舱隔离，若可燃性制冷剂发生泄漏，制冷剂不会进入车厢危机乘员舱乘客的安全。另一方面，由于电动汽车的动力系统由电池驱动，温度对电池的性能有着很大的影响，利用二次冷却液的形式对电池进行温度控制，使得电池工作时能发挥最好的性能。同时通过切换二次冷却液中的四通阀和三通阀，可以实现制冷、制热、单蒸发器除霜和多蒸发器除霜。本专利技术系统设计方案二次回路空调热泵系统的组成如下：(1)制冷剂回路：包括热端的板式冷凝器，高温高压的气态制冷剂经过冷凝器释放热量之后变成高温高压的液态制冷剂，释放的热量通过换热器传递给热端冷却液。包括冷端的板式蒸发器，低温低压的气液态混合制冷剂经过蒸发器释放冷量之后变成低温低压的气态制冷剂，释放的冷量通过换热器传递给冷端冷却液。电动压缩机从蒸发器的出口的吸收气态制冷剂，经过压缩之后，排向冷凝器。(2)冷端冷却液回路：冷端的冷却液回路与蒸发器相连接，冷却液再通过泵输送给空调箱的中冷却器，进行乘员舱的温度控制。通过在电池需要制冷时，冷却液再通过电池包对电池进行温度控制。(3)热端冷却液回路：热端的冷却液回路与冷凝器相连接，冷却液再通过泵输送给空调箱的中加热器，进行乘员舱的温度控制。通过在电池需要加热时，冷却液再通过电池包对电池进行温度控制。进一步的，二次回路空调热泵系统制冷剂回路中的压缩机是电动压缩机。进一步的，二次回路空调热泵系统包括有电驱动的水泵，热端冷却液回路与冷端冷却液回路分别通过水泵完成一个完成的循环。进一步的，二次回路空调热泵系统的制冷剂回路中的节流装置的进口连接板式冷凝器的出口，节流装置的出口连接板式蒸发器的进口。进一步的，二次回路空调热泵系统的二次回路由第一四通阀、第二四通阀、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第一泵、第二泵、冷却器、加热器、室外散热器、空调箱组成，通过切换三通阀或四通阀的阀门位置可实现制冷、制热、除湿模式。进一步的，二次回路空调热泵系统切换成制冷模式时，冷端冷却液从板式蒸发器出来经过水泵，过第一三通阀到室内的冷却，通过第二三通阀之后到给电池包行冷却之后，经过第二四通阀和第三三通阀，给电动汽车中的电机冷却控温后，再回到板式蒸发器的冷却液进口；热端冷却液从板式冷凝器出来经过水泵，过第一四通阀到室外散热器，排除多余的热量之后，经过第二四通阀回到板式冷凝器的进口。这样在制冷模式下热端和冷端冷却液都完成一个完整的循环。进一步的，二次回路空调热泵系统切换成制热模式时，热端冷却液从板式出来，经过水泵和第一四通到空调箱中的加热器，此时，冷却液给电池包进行加热控温之后，再经过第二四通阀回到板式冷凝器的进口；冷端冷却液从板式蒸发器出来，经过第一泵和第一三通，过第一四通阀，此时，经过第二四通阀和第三三通阀，给电动汽车中电机冷却控温后，再回到板式蒸发器的冷却液进口。这样在制热模式下热端和冷端冷却液都完成一个完整的循环。进一步的，二次回路空调热泵系统切换成除湿模式时，可以实现单换热器除湿和双换热器除湿。(1)单换热器除湿模式时，热端冷却液回路的路径为：热端冷却液从板式冷凝器出来，经过第二泵和第一四通到空调箱中的加热器，此时，冷却液给电池包进行加热之后，再经过第二四通阀回到板式冷凝器的进口；冷端冷却液从板式蒸发器出来经过水泵和第一三通阀，此时冷却液全部到空调箱中的冷却器，冷却液经过第三三通阀，回到板式蒸发器的进口。(2)双换热器除湿模式时，热端冷却液回路的路径为与单换热器除湿模式的路径一样，不同的是冷端冷却液回路；冷端冷却液从板式蒸发器出来经过水泵和第一三通阀，此时，经过第一三通阀的冷却液一部分到空调箱中的冷却器进行除湿，一部分室外散热器排除多余的热量，两部分冷却液在第三三通阀汇合回到板式蒸发器的进口。本专利技术的有益效果在于：利用二次回路使得可燃性的制冷剂不会与乘员舱进行直接接触，可以避免制冷剂发生泄漏时，降低对乘客的危险程度。同时利用二次回路液冷的形式可实现对电池包温度的控制，同时冷却液可以回收电子设备中的热量。本二次回路空调热泵系统可以实现一个系统对多个需要控温点进行温度控制，方便控制与管理。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1表示电池和电子设备在温度区间内制冷和加热的示意图；图2为当前技术制冷模式的示意图；图3为一实施例中，本专利技术在制冷模式下的原理图；图4为一实施例中，本专利技术在制热模式下的原理图；图5为一实施例中，本专利技术在单换热器除湿(或除霜)模式下的原理图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次回路空调热泵系统，其特征在于，包括：制冷剂回路，包括首尾依次连接的压缩机(01)、板式冷凝器(02)、节流装置(03)、板式蒸发器(04)；空调箱(17)，包括冷却器(12)和加热器(13)，加热器(13)一端通过第一四通阀(10)连接板式冷凝器(02)和板式蒸发器(04)，在第一四通阀(10)和板式蒸发器(04)中间还设置有第一三通阀(07)，第一三通阀(07)连接冷却器(12)；电池包(15)，通过第二三通阀(08)分别连接冷却器(12)和加热器(13)；电机(16)，一端与板式蒸发器(04)相连，另一端通过第三三通阀(09)连接第二三通阀(08)，第三三通阀(09)的剩余一端口通过第二四通阀(11)连接电池包(15)；室外散热器(14)，一端连接第一四通阀(10)，另一端连接第二四通阀(11)，且该第二四通阀(11)与板式冷凝器(02)相连。

【技术特征摘要】
1.一种二次回路空调热泵系统，其特征在于，包括：制冷剂回路，包括首尾依次连接的压缩机(01)、板式冷凝器(02)、节流装置(03)、板式蒸发器(04)；空调箱(17)，包括冷却器(12)和加热器(13)，加热器(13)一端通过第一四通阀(10)连接板式冷凝器(02)和板式蒸发器(04)，在第一四通阀(10)和板式蒸发器(04)中间还设置有第一三通阀(07)，第一三通阀(07)连接冷却器(12)；电池包(15)，通过第二三通阀(08)分别连接冷却器(12)和加热器(13)；电机(16)，一端与板式蒸发器(04)相连，另一端通过第三三通阀(09)连接第二三通阀(08)，第三三通阀(09)的剩余一端口通过第二四通阀(11)连接电池包(15)；室外散热器(14)，一端连接第一四通阀(10)，另一端连接第二四通阀(11)，且该第二四通阀(11)与板式冷凝器(02)相连。2.如权利要求1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于，第一三通阀(07)和板式蒸发器(04)之间设置有第一泵(05)。3.如权利要求1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于，第一四通阀(10)和板式冷凝器(02)之间设置有第二泵(06)。4.如权利要求1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于，所述冷却器(12)的输出端设置在第二三通阀(08)和第三三通阀(09)之间。5.一种采用上述权利要求1-4任意一所述二次回路空调热泵系统的制热制冷方法，其特征在于，包括制冷模式、制热模式、单换热器除湿模式、双换热器除湿模式，其中，制冷模式的过程为：板式蒸发器(04)的冷端冷却液依次经第一三通阀(07)、冷却器(12)到电池包(15)以冷却电池包(15)，之后再经过第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰娇，苏林，朱悦，方奕栋，李康，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31