[发明专利]一种新能源汽车超低温热泵空调系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车空调领域，具体涉及一种新能源汽车超低温热泵空调系统及控制方法。

背景技术

目前有两种空调系统，第一种是燃油汽车使用的传统空调系统，第二种是电动汽车使用的热泵空调系统。

传统的汽车空调系统由蒸发器，膨胀阀，冷凝器，若干管路和压缩机组成，其中压缩机由发动机通过皮带轮带动。在气温较高的季节，通过HVAC的蒸发器吸收乘员舱内的热量来达到降温的目的；在温度较低季节，经通有发动机高温冷却液的芯体加热气体达到取暖的目的。

对电动车，由于没有发动机的高温冷却液，如果继续使用传统空调系统就要用高压PTC代替暖风芯体来持续供暖，这便加重了电池的能耗负担。于是有人提出在车上搭载热泵系统来满足降温制热要求，该系统主要由电动压缩机，气液分离器，蒸发器(部分系统没有)，车内换热器，车外换热器和若干管路以及阀构成；在高温天气下，蒸发器与车外换热器相连，在压缩机的推动下按照传统制冷模式进行降温；在低温天气下，由车外冷凝器与车内冷凝器联合完成舱内采暖，此时车外换热器扮演了蒸发器的角色。热泵系统的取暖方式相比于仅靠PTC更节能高效，提高了电动车的续航能力。

对于这样的热泵系统却存在以下不足：

1.在车外换热器当作蒸发器使用时容易结霜，会增加压缩机的功耗甚至损坏系统，单纯依靠运行停止系统或转换成AC模式来化霜时，不仅无法有效解决大面积化霜问题，还会造成乘员舱内的温度波动剧烈，严重影响舒适性。

2.在长期内循环模式下的制热容易出现挡风玻璃起雾问题，对空调箱内只有一个换热器设计的热泵系统，不能对舱内进行除湿处理，会严重影响行驶安全。

3.在一般低温环境下(0℃～-10℃)工作时，压缩机吸气温度低下，为了满足制热，又必须保持高温排气，这就加重了压缩机的负担，造成COP低下，不能满足快速取暖的需求；

4.一般地，(低温)热泵系统工作极限在-10℃左右，限制了搭载该系统电动车的使用区域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用范围宽、可轻松满足用户降温、制热需求的新能源汽车超低温热泵空调系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新能源汽车超低温热泵空调系统，包括压缩机、气液分离器、车内换热器、蒸发器、车外换热器以及蒸汽喷射器；所述蒸汽喷射器的一个入口端与TXVⅠ及两通阀Ⅱ出口端相串联，所述两通阀Ⅱ的入口端与蒸汽喷射器的另一入口端相并联；所述压缩机的高压端口通过三通换向阀Ⅰ与车内换热器相连接，所述车内换热器通过两通阀Ⅲ与两通阀Ⅱ的入口端相连接，所述蒸汽喷射器的一个出口端依次通过三通换向阀Ⅱ、Ⅲ与车外换热器的入口端相连接，所述车外换热器的出口端依次通过三通换向阀Ⅳ、气液分离器与压缩机的低压端口连接在一起，所述蒸汽喷射器的另一个出口端与压缩机的中压端口相连；所述三通换向阀Ⅳ的另一端口依次通过TXVⅡ、蒸发器、两通阀Ⅰ与气液分离器的入口端相连接，所述三通换向阀Ⅲ的另一端口通过EXV与车外换热器的入口端相连接。

进一步，所述三通换向阀Ⅰ的另一端口与两通阀Ⅲ的入口端相连接。

进一步，所述两通阀Ⅲ的入口端与三通换向阀Ⅱ的另一端口相连接。

进一步，所述车外换热器与气液分离器之间还设有热交换器。

进一步，所述车外换热器为双层芯体结构，其中一层芯体与外部循环冷却系统相连成循环回路，所述外部循环冷却系统主要由散热器及冷却装置组成。

一种适用于上述的新能源汽车超低温热泵空调系统的控制方法，主要包括以下步骤：

(1)制冷循环：关闭两通阀Ⅱ，压缩机做功，经三通换向阀Ⅰ流向三通换向阀Ⅱ、Ⅲ及车外换热器，然后冷媒通过三通换向阀Ⅳ流经TXVⅡ、蒸发器、两通阀Ⅰ与气液分离器后返回压缩机；

(2)制热循环：压缩机做功，经三通换向阀Ⅰ流向车内换热器，此时空气经鼓风机吸入空调系统被车内换热器加热，再送入乘员舱内取暖；然后冷媒经过两通阀Ⅲ流向蒸汽喷射器，打开两通阀Ⅱ，冷媒被分成两条路径，一条经由TXVⅠ节流降压后直接回到压缩机的中压端口，另一条则依次经过蒸汽喷射器、三通换向阀Ⅱ、Ⅲ后流入EXV节流降压，再通过车外换热器与气液分离器回到压缩机；