跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法技术方案

本发明专利技术属于二氧化碳系统技术领域，公开了一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法，所述系统：第一四通换向阀a口压缩机出口相连，b口与除霜换热器入口相连，除霜换热器出口通过全通节流阀与主换热器入口相连，第二四通换热阀a口与主换热器出口相连，c口通过双向节流阀与回热器d口相连，b口与回热器c口相连，第二四通换向阀d口与室外换热器入口相连，室外换热器出口与第一四通换向阀d口相连，第一四通换向阀c口与气液分离器入口相连，气液分离器出口与回热器b口相连，回热器a口与压缩机入口相连。还提出每种工况下的无霜控制方法。本发明专利技术能实现无霜运行，制热性能不易严重衰减；且热管理系统架构简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法


[0001]本专利技术属于跨临界二氧化碳系统
，特别涉及一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法。

技术介绍

[0002]热泵系统能够将环境和废热再循环回供热过程，具有高效，节能的优点。科学家和学者为了减轻能源短缺和环境污染的加剧做出了许多努力，电动汽车相关技术的逐渐成熟和电动汽车的普及是代表性的措施之一。然而，与电动汽车有关的其他隐患正逐渐被发现。例如，冬天制冷剂的加热能力不足，通常需要使用正温度系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient，简称PTC)来辅助加热车厢，消耗了大量的电池电量，导致电动汽车的驾驶里程骤减。独立的热泵系统的开发对于电动汽车的普及至关重要。自2017年1月1日起，禁止使用全球变暖潜能值(Global Warming Potential，简称GWP)高于150的制冷剂，R134a(1，1，1，2
‑
四氟乙烷)将逐渐被淘汰。寻找新的天然和环保替代制冷剂是当前新的研究热点。CO2的寿命期气候性能(Life Cycle Climate Performance，简称LCCP)比R134a低18％
‑
49％，作为天然制冷剂，CO2具有环境友好，低成本和制热性能优越等优势，将成为冬季汽车空调加热的最理想制冷剂之一。
[0003]但是，在低温制热时，制冷系统最大的潜在性能隐患是当蒸发温度低于空气的露点温度时蒸发器表面会结霜。蒸发器表面结霜会增大蒸发器中制冷剂和空气的换热热阻和风阻。随着霜层厚度的增加，传热性能逐渐降低。导致制热量迅速恶化，因此，研究除霜对于提高冬季采暖系统的性能非常重要。这一缺点严重的阻碍了跨临界CO2的全面的推广应用，拖累了绿色制冷剂发展的前进的步伐。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其无霜控制方法，以解决CO2作为天然制冷剂时，因蒸发器表面结霜会增大蒸发器中制冷剂和空气的换热热阻和风阻；随着霜层厚度的增加，传热性能逐渐降低，导致制热量迅速恶化的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，包括：压缩机、第一四通换向阀、除霜换热器、主换热器、室内风机、第二四通换向阀、回热器、室外换热器和气液分离器；
[0007]所述压缩机的出口连接第一四通换向阀的a口，第一四通换向阀的b口与除霜换热器的入口相连，除霜换热器的出口通过全通节流阀与主换热器的入口相连，第二四通换热阀的a口与主换热器的出口相连，第二四通换向阀的c口通过双向节流阀与回热器的d口相连，回热器的c口与第二四通换向阀的b口相连，第二四通换向阀的d口与室外换热器的入口相连，室外换热器的出口与第一四通换向阀的d口相连，第一四通换向阀的c口与气液分离器的入口相连，气液分离器的出口与回热器的b口相连，回热器的a口与压缩机的入口相连；回热器的a口连通回热器的b口；回热器的c口连通回热器的d口。
[0008]本专利技术进一步的改进在于：所述室外换热器旁侧设置有室外风机；所述室外换热器处设置有室外温度计和室外湿度计。
[0009]跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的无霜控制方法，包括：采集环境温度和相对湿度，根据环境温度和相对湿度控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的工作模式：
[0010](1)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：
[0011]T
env
≥5，或
[0012]T
env
<5，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
≥N
[0013]其中T
dew
为露点温度，N＝5；
[0014]此时为常规制热工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在常规制热模式；
[0015](2)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：
[0016]T
env
<5时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，M<T
env
‑
T
dew
<N,
[0017]N＝5，M＝3.5；
[0018]此时为轻度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在常规制热模式或低制热量需求无霜控制模式中的一种；
[0019](3)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：
[0020]Q<T
env
<5时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
<M
[0021]Q＝
‑
10；
[0022]此时为低制热需求重度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在低制热量需求无霜控制模式；
[0023](4)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：
[0024]T
env
≤Q时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
<M
[0025]此时为高制热需求重度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在高制热需求无霜控制模式。
[0026]本专利技术进一步的改进在于：所述常规制热模式时，控制第一四通换向阀的ab通道接通，cd通道接通，第二四通换向阀的ac通道连接，bd通道连接，回热器为小回热工作模式，双向节流阀后的制冷剂与气液分离器出口的制冷剂换热，换热量最小。
[0027]本专利技术进一步的改进在于：当热管理系统处于常规制热模式时，车厢的送风风量由室内风机的转速控制，车厢的送风温度由压缩机的转速控制，热管理系统存在最优的排气压力值使定制热量时的压缩机耗功最小；热管理系统的排气压力由双向节流阀的开度控制，室外换热器的风量由室外风机转速控制，其中，热量运行下的热管理系统的最优排气压力P
opt
与环境温度T
env
、车厢的进风温度T
air
和车厢的送风温度T
sup
相关：P
opt
＝f(T
env
,T
air
,T
sup
)。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、第一四通换向阀(2)、除霜换热器(3)、主换热器(5)、室内风机(6)、第二四通换向阀(7)、回热器(8)、室外换热器(10)和气液分离器(11)；所述压缩机(1)的出口连接第一四通换向阀(2)的a口，第一四通换向阀(2)的b口与除霜换热器(3)的入口相连，除霜换热器(3)的出口通过全通节流阀(4)与主换热器(5)的入口相连，第二四通换热阀(7)的a口与主换热器(5)的出口相连，第二四通换向阀(7)的c口通过双向节流阀(9)与回热器(8)的d口相连，回热器(8)的c口与第二四通换向阀(7)的b口相连，第二四通换向阀(7)的d口与室外换热器(10)的入口相连，室外换热器(10)的出口与第一四通换向阀(2)的d口相连，第一四通换向阀(2)的c口与气液分离器(11)的入口相连，气液分离器(11)的出口与回热器(8)的b口相连，回热器(8)的a口与压缩机(1)的入口相连；回热器(8)的a口连通回热器(8)的b口；回热器(8)的c口连通回热器(8)的d口。2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，其特征在于，所述室外换热器(10)旁侧设置有室外风机(12)；所述室外换热器(10)处设置有室外温度计(13)和室外湿度计(14)。3.权利要求1所述的跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的无霜控制方法，其特征在于，包括：采集环境温度和相对湿度，根据环境温度和相对湿度控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的工作模式：(1)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：T
env
≥5，或T
env
<5，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
≥N其中T
dew
为露点温度，N＝5；此时为常规制热工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在常规制热模式；(2)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：T
env
<5时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，M<T
env
‑
T
dew
<N,N＝5，M＝3.5；此时为轻度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在常规制热模式或低制热量需求无霜控制模式中的一种；(3)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：Q<T
env
<5时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
<MQ＝
‑
10；此时为低制热需求重度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在低制热量需求无霜控制模式；(4)当环境温度T
env
和相对湿度H
env
满足：T
env
≤Q时，T
dew
＝f(T
env
,H
env
)，T
env
‑
T
dew
<M此时为高制热需求重度结霜工况，控制所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统运行在高制热需求无霜控制模式。4.根据权利要求3所述的无霜控制方法，其特征在于，所述常规制热模式时，控制第一四通换向阀(2)的ab通道接通，cd通道接通，第二四通换向阀(7)的ac通道连接，bd通道连
接，回热器(8)为小回热工作模式，双向节流阀(9)后的制冷剂与气液分离器(11)出口的制冷剂换热，换热量最小。5.根据权利要求4所述的无霜控制方法，其特征在于，当热管理系统处于常规制热模式时，车厢的送风风量由室内风机(6)的转速控制，车厢的送风温度由压缩机(1)的转速控制，热管理系统存在最优的排气压力值使定制热量时的压缩机(1)耗功最小；热管理系统的排气压力由双向节流阀(9)的开度控制，室外换热器(10)的风量由室外风机(12)转速控制，其中，制热运行下的热管理系统的最优排气压力P
opt
与环境温度T
env
、车厢的进风温度T
air
和车厢的送风温度T
sup
相关：P
opt
＝f(T
env
,T
air
,T
sup
)。6.根据权利要求3所述的无霜控制方法，其特征在于，所述低制热量需求无霜控制模式时，控制第一四通换向阀(2)的ab通道接通，cd通道接通，第二四通换向阀(7)的ab通道连接，cd通道连接，回热器(8)为大回热工作模式，主换热器(5)出口的制冷剂与气液分离器(11)出口的制冷剂换热，换热大于常规制热模式时的换热量。7.根据权利要求6所述的无霜控制方法，其特征在于，当热管理系统处于低制热量需求无霜控制模式时，热管理系统为性能损失下定制热量运行，启动无霜控制，车厢的送风风量由室内风机(6)的转速控制，车厢的送风温度由压缩机(1)的转速控制，对蒸发温度进行实时判断，同时全通节流阀(4)的开度用来控制高压值实时逼近最优排气压力值，其中蒸发温度的目标值T
eva0
由环境温度和湿度决定，具体的确定步骤如下：第一步：由室外...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，王谙词，贾凡，刘宇轩，殷翔，方健珉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：