一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其控制方法，所述系统中，Chiller、膨胀水箱、电池包换热器和水泵依次串联连通；压缩机的出口连通四通换向阀的a口，四通换向阀的b口依次串联连通室外换热器、回热器的第一换热通道后的管路分为两路，一路依次连通第二电子膨胀阀、Chiller后与四通换向阀的d口相连通，另一路依次连通第一电子膨胀阀、室内换热器、全通膨胀阀、除霜换热器后与四通换向阀的d口相连通；四通换向阀的c口依次串联连通气液分离器、回热器的第二换热通道后与压缩机的进口相连通。本发明专利技术提供的系统，可防止电池低温容量衰减，能够有效提高电动汽车行驶里程。里程。里程。

【技术实现步骤摘要】
一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其控制方法


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

技术介绍

[0002]电动汽车不依赖传统化石燃料，随着全球各国对环境保护与可持续发展理念日益重视而受到广泛关注。相比于传统燃油车，电动汽车冬季缺少足够的发动机余热，故需要空调系统或额外的电加热设备为乘员舱提供热量。目前电动汽车热管理系统普遍采用的制冷剂R134a在低温下制热性能较差，而环保型的自然制冷剂CO2在低温环境下拥有出色的热工性能，逐渐成为研究焦点。
[0003]目前采用R134a制冷剂的电动汽车在启动时以全新风模式运行，特别是在冬季环境较低的情况下，换热量需求较大，为了使车内的温度达到适宜范围往往需要在使用热泵的基础上额外结合电加热设备，导致电动汽车耗电量增大，严重影响行驶里程；另外，动力电池是电动汽车唯一的能量来源，其在低温环境下存在剧烈的容量衰减问题(具体示例解释性的，
‑
20℃情况下的电池容量只有标称电量的75％)，目前一般采用乘员舱与电池同时热泵加热的方式使电池慢慢达到适宜的温度范围，然而这种方式并未特别关注电池的低温容量衰减问题，浪费了部分电池电量，一定程度上也会影响汽车续航里程。
[0004]综上所述，亟需一种新的快速启动跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的系统，能够在电动汽车启动时快速使车厢内温度接近目标温度，确保启动时的电池温度处于合适的范围，在快速稳定车厢温度的同时可降低电能的消耗，可防止电池低温容量衰减，能够有效提高电动汽车行驶里程。
[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跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，包括：膨胀水箱、电池包换热器、水泵、压缩机、四通换向阀、室外换热器、回热器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、Chiller、气液分离器、室内换热器、全通膨胀阀和除霜换热器；其中，四通换向阀设置有a、b、c、d口；室内换热器和除霜换热器设置于空调箱；
[0008]Chiller、膨胀水箱、电池包换热器和水泵依次串联连通，形成所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统中的冷却剂回路；压缩机的出口连通四通换向阀的a口，四通换向阀的b口依次串联连通室外换热器、回热器的第一换热通道后的管路分为两路，一路依次连通第二电子膨胀阀、Chiller后与四通换向阀的d口相连通，另一路依次连通第一电子膨胀阀、室内换热器、全通膨胀阀、除霜换热器后与四通换向阀的d口相连通；四通换向阀的c口依次串联连通气液分离器、回热器的第二换热通道后与压缩机的进口相连通，形成所述跨临界
二氧化碳电动汽车热管理系统中的制冷剂回路中；
[0009]其中，所述四通换向阀用于控制跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统在制冷模式与制热模式之间切换。
[0010]本专利技术系统的进一步改进在于，制冷模式时：压缩机出口处的高温高压蒸气通过四通换向阀的a、b口通道依次进入室外换热器和回热器的第一换热通道释放热量；然后制冷剂分为两路，一路通过第二电子膨胀阀节流后进入Chiller吸收冷却剂回路的热量，另一路通过第一电子膨胀阀节流后依次进入室内换热器、全通膨胀阀和除霜换热器吸热，两路在Chiller和除霜换热器的出口处汇合通过四通换向阀的d、c口通道依次进入气液分离器和回热器的第二换热通道后返回压缩机。
[0011]本专利技术系统的进一步改进在于，制热模式时：压缩机出口处的高温高压蒸气通过四通换向阀的a
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d通道后分为两路，一路通过Chiller释放热量到冷却剂回路，随后进入第二电子膨胀阀节流，另一路依次通过除霜换热器、全通节流阀和室内换热器放热后进入第一电子膨胀阀节流，两路在第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的出口处汇合后进入室外换热器吸热，最后依次通过四通换向阀的b、c口通道、气液分离器和回热器的第二换热通道后返回压缩机。
[0012]本专利技术系统的进一步改进在于，还包括：
[0013]回风温度传感器，用于测量获取所述空调箱的回风温度值；
[0014]电池温度传感器，用于测量获取初始电池温度值；
[0015]控制单元，用于基于所述回风温度传感器获取的回风温度值与目标温度值的接近程度以及回风温度的变化速率调节目标排气压力；用于在启动时，基于所述电池温度传感器获取的初始电池温度值控制第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的开度。
[0016]本专利技术提供的一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的控制方法，包括以下步骤：
[0017]接收到开机指令后，获取初始回风温度值以及初始电池温度值；
[0018]基于所述初始回风温度值确定压缩机启动时的预设排气压力值与预设排气温度值阈值；基于所述初始电池温度值确定制冷剂通过第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的流量分配；
[0019]压缩机以最大转速启动，按照所述预设排气压力值为目标排气压力值控制第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的开度，获取当前回风温度值与当前压缩机排气温度值；
[0020]控制空调箱的风门以全新风模式运行预定时间后，根据所述当前回风温度值与目标温度值的接近程度、所述当前回风温度值的变化速率设定当前目标排气压力值；
[0021]基于当前压缩机排气温度值与预设排气温度值阈值的比较，结束启动阶段。
[0022]本专利技术控制方法的进一步改进在于，所述基于所述初始回风温度值确定压缩机启动时的预设排气压力值与预设排气温度值阈值的步骤包括：
[0023]制冷模式下，当T
star
‑
up
≥45℃时，预设排气压力值为12～13MPa，预设排气温度阈值为135～145℃；当35≤T
star
‑
up
＜45℃时，预设排气压力值为11.5～12.5MPa，预设排气温度阈值为125～135℃；当T
star
‑
up
＜35℃时，预设排气压力值为11～12MPa，预设排气温度阈值为120～130℃；
[0024]制热模式下，当T
star
‑
up
≥0℃时，预设排气压力值为8～9MPa，预设排气温度阈值为
110～120℃；当
‑
20≤T
star
‑
up
＜0℃时，预设排气压力值为8.5～9.5MPa，预设排气温度阈值为120～130℃；当T
star
‑
up
＜
‑
20℃时，预设排气压力值为9～10MPa，预设排气温度阈值为130～140℃；
[0025]其中，T
star
‑
up
为初始回风温度值。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)、回热器(4)、第一电子膨胀阀(5)、第二电子膨胀阀(6)、Chiller(7)、气液分离器(9)、水泵(10)、电池包换热器(11)、膨胀水箱(12)、室内换热器(13)、全通膨胀阀(14)和除霜换热器(15)；其中，四通换向阀(2)设置有a、b、c、d口；室内换热器(13)和除霜换热器(15)设置于空调箱；Chiller(7)、膨胀水箱(12)、电池包换热器(11)和水泵(10)依次串联连通，形成所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统中的冷却剂回路；压缩机(1)的出口连通四通换向阀(2)的a口，四通换向阀(2)的b口依次串联连通室外换热器(3)、回热器(4)的第一换热通道后的管路分为两路，一路依次连通第二电子膨胀阀(6)、Chiller(7)后与四通换向阀(2)的d口相连通，另一路依次连通第一电子膨胀阀(5)、室内换热器(13)、全通膨胀阀(14)、除霜换热器(15)后与四通换向阀(2)的d口相连通；四通换向阀(2)的c口依次串联连通气液分离器(9)、回热器(4)的第二换热通道后与压缩机(1)的进口相连通，形成所述跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统中的制冷剂回路中；其中，所述四通换向阀(2)用于控制跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统在制冷模式与制热模式之间切换。2.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，其特征在于，制冷模式时：压缩机(1)出口处的高温高压蒸气通过四通换向阀(2)的a、b口通道依次进入室外换热器(3)和回热器(4)的第一换热通道释放热量；然后制冷剂分为两路，一路通过第二电子膨胀阀(6)节流后进入Chiller(7)吸收冷却剂回路的热量，另一路通过第一电子膨胀阀(5)节流后依次进入室内换热器(13)、全通膨胀阀(14)和除霜换热器(15)吸热，两路在Chiller(7)和除霜换热器(15)的出口处汇合通过四通换向阀(2)的d、c口通道依次进入气液分离器(9)和回热器(4)的第二换热通道后返回压缩机(1)。3.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，其特征在于，制热模式时：压缩机(1)出口处的高温高压蒸气通过四通换向阀(2)的a
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d通道后分为两路，一路通过Chiller(7)释放热量到冷却剂回路，随后进入第二电子膨胀阀(6)节流，另一路依次通过除霜换热器(15)、全通节流阀和室内换热器(13)放热后进入第一电子膨胀阀(5)节流，两路在第一电子膨胀阀(5)和第二电子膨胀阀(6)的出口处汇合后进入室外换热器(3)吸热，最后依次通过四通换向阀(2)的b、c口通道、气液分离器(9)和回热器(4)的第二换热通道后返回压缩机(1)。4.根据权利要求1所述的一种跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统，其特征在于，还包括：回风温度传感器(19)，用于测量获取所述空调箱的回风温度值；电池温度传感器(20)，用于测量获取初始电池温度值；控制单元(21)，用于基于所述回风温度传感器(19)获取的回风温度值与目标温度值的接近程度以及回风温度的变化速率调节目标排气压力；用于在启动时，基于所述电池温度传感器(20)获取的初始电池温度值控制第一电子膨胀阀(5)与第二电子膨胀阀(6)的开度。5.一种权利要求1所述的跨临界二氧化碳电动汽车热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：接收到开机指令后，获取初始回风温度值以及初始电池温度值；
基于所述初始回风温度值确定压缩机启动时的预设排气压力值与预设排气温度值阈值；基于所述初始电池温度值确定制冷剂通过第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的流量分配；压缩机以最大转速启动，按照所述预设排气压力值为目标排气压力值控制第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的开度，获取当前回风温...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，李升波，殷翔，宋昱龙，杨旭，孙西峰，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：