用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法，所述系统包括：压缩机、室外换热器、室内次换热器、室内主换热器、回热器、电池换热板、气液分离器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第一双向全通节流阀、第二双向全通节流阀、第三双向全通节流阀、第四双向全通节流阀、室外风机和室内鼓风机。本发明专利技术可以解决当前车辆跨临界CO2热管理系统中电池和乘员舱的能量匹配困难、水路大滞后导致系统稳定性差控制难的技术问题；本发明专利技术通过提出新的配置结构，彻底放开了电池回路能量分配问题，可大幅增加系统稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于新能源汽车热泵空调及热管理
，特别涉及一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]电动汽车的续航里程强依赖于电池的充放电特性，而电池的充放电特性又受电池温度场的影响，对新能源汽车电池、电机、电控设备的精细化温度管理是保障其综合续航的有效手段；另一方面，电动汽车冬季制热缺少余热可以利用，当前冬季制热效率低，耗能高，成为电动车续航的又一制约；此外，电动汽车热管理系统领域还面临着强温室效应工质替代的问题。针对以上三个问题，跨临界CO2热管理系统成为解决瓶颈问题的有效技术路线之一。
[0003]目前，现有车辆跨临界CO2热管理系统的技术方案中均采用室内两个蒸发器串联后与电池换热冷板并联的方案，或是采用一个换热器作为蒸发器再与电池换热冷板并联，以实现电池的加热、冷却和乘员舱的制冷制热功能。然而，上述这种现有布置方式会造成电池和乘员舱的能量匹配困难，依靠并联支路节流阀进行能量调节，而电池换热冷板多采用二次回路(示例性的，乙二醇水溶液)，其具有非常大的热惯性，导致系统稳定性差、能量分配控制难。
[0004]综上，亟需一种新的用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。具体的，本专利技术具体提供了一种跨临界CO2系统，以解决当前车辆跨临界CO2热管理系统中电池和乘员舱的能量匹配困难、水路大滞后导致系统稳定性差控制难的技术问题；本专利技术通过提出新的配置结构，彻底放开了电池回路能量分配问题，可大幅增加系统稳定性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，包括：压缩机、室外换热器、室内次换热器、室内主换热器、回热器、电池换热板、气液分离器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第一双向全通节流阀、第二双向全通节流阀、第三双向全通节流阀、第四双向全通节流阀、室外风机和室内鼓风机；
[0008]所述室内次换热器、室内主换热器和室内鼓风机置于空调箱内，所述空调箱设置有风门；所述室外风机用于乘员舱外提供室外换热器的强制对流风量；所述室内鼓风机用于空调箱内为乘员舱提供风量；
[0009]所述压缩机的出口经所述第一电磁阀、所述室外换热器与所述回热器的高压侧进口相连通；所述回热器的高压侧出口一路经所述电池换热冷板、所述第四双向全通节流阀与所述主换热器的进口相连通，所述回热器的高压侧出口另一路经所述第五电磁阀、所述
第一双向全通节流阀与所述室内次换热器的进口相连通，所述主换热器的出口与所述室内次换热器的出口汇合后，经所述第四电磁阀、所述气液分离器、所述回热器的低压侧与所述压缩机的进口相连通；其中，所述室内次换热器的出口与所述第四电磁阀之间设置有所述第二双向全通节流阀；
[0010]所述第二电磁阀一端连接在所述压缩机的出口和所述第一电磁阀中间，另一端连接在所述第五电磁阀和所述第一双向全通节流阀之间；所述第三电磁阀一端连接在所述室外换热器和所述第一电磁阀中间，另一端连接在所述气液分离器与所述第四电磁阀之间。
[0011]本专利技术系统的进一步改进在于，所述室内主换热器与所述室内次换热器之间设置有比例调节风门。
[0012]本专利技术系统的进一步改进在于，乘员舱制冷同时电池冷却模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀均打开，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均关闭；所述第二双向全通节流阀处于全通状态；
[0013]仅乘员舱制冷模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀均打开，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均关闭；所述第二双向全通节流阀处于全通状态；所述电池换热冷板的水路侧流量关闭；
[0014]仅电池冷却模式时，所述第一电磁阀和所述第四电磁阀均打开，所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第五电磁阀均关闭；所述第二双向全通节流阀处于全通状态；所述空调箱的风门以及所述室内鼓风机均关闭。
[0015]本专利技术系统的进一步改进在于，乘员舱制热同时电池加热模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀关闭，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均打开；所述第一双向全通节流阀、所述第二双向全通节流阀、所述第四双向全通节流阀均处于全通状态；
[0016]仅乘员舱制热模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀关闭，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均打开；所述第一双向全通节流阀、所述第二双向全通节流阀、所述第四双向全通节流阀均处于全通状态；所述电池换热冷板的水路侧流量关闭；
[0017]仅电池加热模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀关闭，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均打开；所述第一双向全通节流阀、所述第二双向全通节流阀、所述第四双向全通节流阀均处于全通状态；所述空调箱的风门以及所述室内鼓风机关闭。
[0018]本专利技术系统的进一步改进在于，除霜除雾模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀关闭，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均打开；所述第三双向全通节流阀基于预设情况处于全开或节流状态；所述第二双向全通节流阀处于节流状态；
[0019]化霜模式时，所述第一电磁阀和所述第四电磁阀均打开，所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第五电磁阀均关闭；所述第四双向全通节流阀处于全通状态；所述第三双向全通节流阀处于节流状态；所述空调箱的风门以及所述室内鼓风机关闭。
[0020]本专利技术系统的进一步改进在于，乘员舱制热同时电池余热回收模式时，所述第一电磁阀、所述第四电磁阀和所述第五电磁阀关闭，所述第二电磁阀和所述第三电磁阀均打开；所述第四双向全通节流阀处于节流状态。
[0021]本专利技术的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统的控制方法，包括以下步骤：
[0022]获取电池换热冷板靠近第四双向全通节流阀一端的CO2温度T1，空调箱的出风温度T2，室内主换热器制冷模式下的出口CO2温度T3，室内次换热器制冷模式下的出口温度T4，电池换热板的出水温度T5，压缩机的排气压力P；
[0023]乘员舱制冷同时电池冷却模式的控制方法为：第三双向全通节流阀与T1建立PID调节关系；第四双向全通节流阀与室内主换热器的预设出口过热度建立调节关系，保证T4的温度始终为当地压力对应保温温度加x度，x为预设出口过热度；第一双向全通节流阀与P建立PID调节关系，压缩机的转速与T2建立PID调节关系；
[0024]仅电池冷却模式的控制方法为：第三双向全通节流阀与P建立PID调节关系，压缩机与T5建立调节关系；
[0025]仅乘员舱制冷模式的控制方法为：第一双向全通节流阀与T2建立PID调节关系，压缩机与P建立PID调节关系，第三双向全通节流阀与室内主换热器的预设出口过热度建立调节关系，保证T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、室外换热器(2)、室内次换热器(3)、室内主换热器(4)、回热器(5)、电池换热板(6)、气液分离器(7)、第一电磁阀(8)、第二电磁阀(9)、第三电磁阀(10)、第四电磁阀(11)、第五电磁阀(13)、第一双向全通节流阀(12)、第二双向全通节流阀(14)、第三双向全通节流阀(15)、第四双向全通节流阀(19)、室外风机(17)和室内鼓风机(20)；所述室内次换热器(3)、室内主换热器(4)和室内鼓风机(20)置于空调箱(18)内，所述空调箱(18)设置有风门；所述室外风机(17)用于乘员舱外提供室外换热器(2)的强制对流风量；所述室内鼓风机(20)用于空调箱(18)内为乘员舱提供风量；所述压缩机(1)的出口经所述第一电磁阀(8)、所述室外换热器(2)与所述回热器(5)的高压侧进口相连通；所述回热器(5)的高压侧出口一路经所述电池换热冷板、所述第四双向全通节流阀(19)与所述主换热器的进口相连通，所述回热器(5)的高压侧出口另一路经所述第五电磁阀(13)、所述第一双向全通节流阀(12)与所述室内次换热器(3)的进口相连通，所述主换热器的出口与所述室内次换热器(3)的出口汇合后，经所述第四电磁阀(11)、所述气液分离器(7)、所述回热器(5)的低压侧与所述压缩机(1)的进口相连通；其中，所述室内次换热器(3)的出口与所述第四电磁阀(11)之间设置有所述第二双向全通节流阀(14)；所述第二电磁阀(9)一端连接在所述压缩机(1)的出口和所述第一电磁阀(8)中间，另一端连接在所述第五电磁阀(13)和所述第一双向全通节流阀(12)之间；所述第三电磁阀(10)一端连接在所述室外换热器(2)和所述第一电磁阀(8)中间，另一端连接在所述气液分离器(7)与所述第四电磁阀(11)之间。2.根据权利要求1所述的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，其特征在于，所述室内主换热器(4)与所述室内次换热器(3)之间设置有比例调节风门(21)。3.根据权利要求2所述的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，其特征在于，乘员舱制冷同时电池冷却模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)均打开，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均关闭；所述第二双向全通节流阀(14)处于全通状态；仅乘员舱制冷模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)均打开，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均关闭；所述第二双向全通节流阀(14)处于全通状态；所述电池换热冷板的水路侧流量关闭；仅电池冷却模式时，所述第一电磁阀(8)和所述第四电磁阀(11)均打开，所述第二电磁阀(9)、所述第三电磁阀(10)和所述第五电磁阀(13)均关闭；所述第二双向全通节流阀(14)处于全通状态；所述空调箱(18)的风门以及所述室内鼓风机(20)均关闭。4.根据权利要求3所述的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，其特征在于，乘员舱制热同时电池加热模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)关闭，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均打开；所述第一双向全通节流阀(12)、所述第二双向全通节流阀(14)、所述第四双向全通节流阀(19)均处于全通状态；仅乘员舱制热模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)关闭，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均打开；所述第一双向全通节流阀(12)、所述第二双向全通节流阀(14)、所述第四双向全通节流阀(19)均处于全通状态；所述电池换热冷板的水路侧流量关闭；
仅电池加热模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)关闭，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均打开；所述第一双向全通节流阀(12)、所述第二双向全通节流阀(14)、所述第四双向全通节流阀(19)均处于全通状态；所述空调箱(18)的风门以及所述室内鼓风机(20)关闭。5.根据权利要求4所述的一种用于车辆热管理的跨临界CO2系统，其特征在于，除霜除雾模式时，所述第一电磁阀(8)、所述第四电磁阀(11)和所述第五电磁阀(13)关闭，所述第二电磁阀(9)和所述第三电磁阀(10)均打开；所述第三双向全通节流阀(15)基于预设情况处于全开或...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷翔，曹锋，宋昱龙，杨旭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：