一种汽车用空调系统的制作方法

本申请涉及车用空调的技术领域，具体而言，涉及一种汽车用空调系统。

背景技术：

近年来，随着绿色环保理念越来越深入人心，纯电动汽车因具有节能减排的优势而发展迅速。数据显示，2018年我国新能源汽车产销量达到127万辆，其中，纯电动汽车销售125.6万辆。纯电动汽车技术的发展对全球各个国家的新能源汽车行业发展具有重要意义。

纯电动汽车区别于传统燃油汽车的一个重要特征在于其未配备发动机，这也导致纯电动汽车在使用时没有发动机冷却液的高温余热，所以传统汽车空调制热采用发动机冷却液的余热作为热源的方式在纯电动汽车上难以适用。

目前，纯电动汽车空调制热系统有以下几种类型：ptc热敏电阻加热系统、热泵制热系统和混合制热系统。

ptc热敏电阻型加热系统靠电流通过电阻生热，具有结构简单、成本低、制热快等特点，目前已被纯电动汽车(尤其是中低端车型)广泛采用。然而ptc加热器的热能利用率低，耗电量大，对纯电动汽车续航里程有很大影响，直接导致用户对纯电动汽车的使用体验较差。

热泵制热系统的功能是将低温热源的热能转移到高温热源，工作原理与空调制冷系统类似，通常与空调制冷系统融合在一起，通过阀门控制热量的转移路径。热泵制热系统能有效利用动力电池冷却系统的预热，与ptc加热器相比热效率更高、能耗更低，对续航里程的影响较小。但其缺点是结构复杂、成本高、制热速度慢，尤其是在低温条件下的加热效果较差。

采用热泵和ptc的混合制热系统，在起步阶段通过ptc加热器升温，待冷却液温度上升后再启动热泵制热系统，在降低耗电量的同时可有效维持车厢内温度。然而这种混合模式仍存在结构复杂、成本高的问题，因此仅在一些中高端汽车中使用。

若电动汽车仍采用现有能效比较低的空调系统，将耗费10％以上的电功率，这就意味着要在增加电池的制造成本和降低电动汽车的驱动性能指标之间进行选择。与燃油汽车相比，对电动汽车空调系统的节能高效提出了更高的要求。同基于以上背景，空调制热系统的设计和开发对纯电动汽车的进一步发展和推广意义重大。

技术实现要素：

本申请的目的在于：提供一种适用于纯电动汽车的空调系统，使用碳系电热复合材料制备而成的电热元件作为热源，取代传统汽车上的暖风芯体，即可直接制备成通风管(出风口)，也可以通过嵌入方法置入通风管的内壁。通电之后电热元件发热，通过鼓风机工作使空气经过该电热元件加热后直接送入车内。该空调系统结构简单，制热效率高，耗电量小，制作成本低，可直接应用于纯电动汽车温控系统，在降低能耗和成本的同时，显著改善纯电动汽车的采暖性能，有利于纯电动汽车的发展和进一步普及使用。

本申请的技术方案是：提供了一种汽车用空调系统，适用于纯电动汽车车内制热，纯电动汽车内设置有汽车中控台、鼓风机和空调出风口，汽车中控台控制鼓风机鼓风，鼓风机鼓入的风经过空调出风口进入纯电动汽车内，该空调系统包括：控制单元和电热元件；控制单元设置于汽车中控台内，控制单元用于控制施加在电热元件上的加热电压，电热元件铺设于空调出风口的内壁上，电热元件由外至内依次为固定框架层、隔热反射层以及产热层；固定框架层上依次固定铺设有隔热反射层和产热层，其中，产热层的内侧设置有温度传感器，温度传感器的数据输出端连接于控制单元；产热层获取加热电压后能够产生热量，产热层包括碳系电热复合材料，隔热反射层用于隔离并反射热量至空调出风口内。

上述任一项技术方案中，进一步地，该空调系统还包括：固定件；固定件设置于固定框架层的两端，固定件用于将固定框架层固定于空调出风口的内壁上。

上述任一项技术方案中，进一步地，电热元件还包括：散热保护层；散热保护层设置于产热层的内侧，散热保护层用于吸收并传递热量至空调出风口内，散热保护层还用于隔离产热层和空调出风口内的风。

上述任一项技术方案中，进一步地，控制单元包括：igbt模块，电压采集模块以及中央处理器模块；igbt模块设置于供电电源和电热元件之间，igbt模块的第一控制端连接于中央处理器模块的第一输出端，igbt模块导通时，产热层获取加热电压；电压采集模块的电压采集端连接于供电电源，电压采集模块的电压输出端连接于中央处理器模块的电压接收端；中央处理器模块用于根据电压采集模块采集到的供电电源的电压，向igbt模块发送导通或关断指令。

上述任一项技术方案中，进一步地，控制单元还包括：电流采集模块以及过载保护模块；电流采集模块的电流采集端连接于产热层，电流采集模块的电流输出端连接于中央处理器模块的电流接收端，电流采集模块7的短路指令输出端连接于igbt模块5的短路控制端；过载保护模块的数据输入端连接于中央处理器模块的第二输出端，过载保护模块的数据输出端连接于igbt模块的第二控制端，过载保护模块用于根据中央处理器模块发送的过载保护指令关断igbt模块。

上述任一项技术方案中，进一步地，控制单元还包括：故障反馈模块和状态显示模块；故障反馈模块的输入端连接于中央处理器模块的第三输出端，故障反馈模块的输出端连接于状态显示模块的数据输入端。

上述任一项技术方案中，进一步地，固定框架层内至少设置有一层隔板，隔板上依次铺设有产热层和散热保护层。

本申请的有益效果是：

本实用新型中电热元件铺设于空调出风口的内壁上，并利用碳系复合材料作为加热源，使得电热元件发热均匀、提高了其热电转换效率，并提高了空气在空调出风口内的加热速率，减小了电热元件加热过程中的耗电量。所用碳系复合材料具有材质轻、防水、耐腐蚀、耐热、可拆换等特点。本实用新型结构简单，制热效率高，使用低压即可产生高热量，耗电量小，制作成本低，可直接应用于纯电动汽车温控系统，在降低能耗和成本的同时显著改善纯电动汽车的采暖性能，能保证空调制热时可靠性，便于推广应用。有利于纯电动汽车的发展和进一步普及使用。

本实用新型中，由电压采集模块对加热元件的工作电压进行采集，由电流采集模块对其工作电流进行采集，中央处理器模块接收的加热开关指令由汽车中控台的面板输入，各元件连接关系简单。中央处理器模块拾取到过压或过流信号后，立即驱动过载保护模块关闭igbt模块，能防止过压或过流损坏空调系统中的电路器件；本实用新型在加热的电路回路中有短路现象发生时，直接由电流采集模块快速关闭igbt模块，能防止烧毁汽车电源及电路。

本实用新型的电热元件可直接设于暖风机鼓风机的出风口处，用于车内温度的加热，可减小车用空调系统在车内辅助系统中所占空间。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的汽车用空调系统的示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的电热元件的示意图；

图3是根据本申请的另一个实施例的电热元件的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1，本实施例提供了一种汽车用空调系统，适用于纯电动汽车车内制热，纯电动汽车内设置有汽车中控台1、鼓风机和空调出风口3，汽车中控台1控制鼓风机鼓风，鼓风机鼓入的风经过风道2，由空调出风口3进入纯电动汽车内，该空调系统包括：控制单元和电热元件9，其中，控制单元设置于汽车中控台1内，控制单元用于控制施加在电热元件9上的加热电压，电热元件9铺设于空调出风口3的内壁上，环绕空调出风口的内侧壁形成筒状结构，电热元件9由外至内依次为固定框架层10、隔热反射层11以及产热层12，三层由外向内依次形成嵌套的三层筒形构造。

在本实施例的一种实现方式中，在产热层12的内侧设置散热保护层13，如图2所示，优选的，该空调系统还包括：固定件14。

固定框架层10上依次固定铺设有隔热反射层11、产热层12和散热保护层13，固定框架层10的两端设置有固定件14，固定件14用于将固定框架层10固定于空调出风口3的内壁上。

在本实施例的另一种实现方式中，为了增加电热元件9与流经空气的接触面积，提高汽车用空调系统的制热效果，如图3所示，固定框架层10的四周依次固定铺设有隔热反射层11、产热层12和散热保护层13，固定框架层10内至少设置有1层隔板15，即固定框架层10为多层结构，每一层隔板15上均依次固定铺设有产热层12和散热保护层13，其中，隔板15上铺设的产热层12和散热保护层13与固定框架层10边框上铺设的产热层12和散热保护层13连接同一供电电极。

优选地，固定框架层上设置有多层卡槽，由外之内的每一层卡槽用于依次固定隔热反射层11、产热层12和散热保护层13。

隔热反射层11用于隔离并反射热量至空调出风口3内，阻止热量外散，提高热利用率。隔热反射层11可以选用耐高温、防火、不燃的矿物纤维材料，或者不燃、防火的无机矿物类材料制备，其中，矿物纤维材料可以为硅酸铝纤维棉、矿渣纤维棉、延绵、玻璃纤维棉、海泡纤维棉中的一种或者多种，无机矿物类材料可以为蛭石、膨胀珍珠岩、硅酸钙保温绝热轻体材料中的一种或者多种，并在靠近固定框架层10的一侧涂有铝箔、银浆反射涂料、铝银浆反射涂料、陶瓷纤维等一系列反射材料，进一步减少热量外散。

产热层12获取加热电压后能够产生热量，产热层12包括碳系电热复合材料，该碳系电热复合材料可以为碳纤维加热材料(一维丝状、二维膜状)、石墨烯加热材料(包括一维石墨烯纤维/一维碳纳米管、二维石墨烯薄膜(纸)、三维石墨烯)、石墨烯纤维(一维丝状、二维膜状)等一系列碳基柔性加热材料。

优选的，为了准确的检测产热层12所产生热量的温度，在产热层12的内侧设置温度传感器，温度传感器的数据输出端连接于控制单元；

散热保护层13用于吸收并传递热量至空调出风口3内，散热保护层13还用于隔离产热层12和空调出风口3内的风，可以选用耐高温的黑色导热橡胶、黑色导热布或黑色导热涂层。

在本实施例的一种实现方式中，控制单元包括：中央处理器模块4，igbt模块5，电压采集模块6，电流采集模块7以及过载保护模块8，其中，中央处理器模块4可以为cpu、mcu、dps等具有数据处理功能的电子元件及其附属电路。

igbt模块5中包括igbt开关，设置于供电电源和电热元件9之间，igbt模块5的第一控制端连接于中央处理器模块4的第一输出端，电压采集模块6的电压采集端连接于供电电源，电压采集模块6的电压输出端连接于中央处理器模块4的电压接收端。

具体的，空调系统接收到制热指令后，控制鼓风机向车内鼓风，电压采集模块6采集供电电源处的电压信息，并将该电压信息发送至中央处理器模块4，中央处理器模块4根据接收到的电压信息，向igbt模块5发送闭合指令，控制igbt开关闭合(导通)，此时，供电电源与产热层12导通，产热层12得到加热电压，开始产热，对鼓风机鼓入的空气进行加热，实现车内制热。同时，中央处理器模块4根据产热层12上的温度传感器采集到的温度，对igbt开关进行控制，调整施加在产热层12上的加热电压，进而实现对空调系统制热温度的控制。

进一步的，电流采集模块7的电流采集端连接于产热层12，电流采集模块7的电流输出端连接于中央处理器模块4的电流接收端，电流采集模块7的短路指令输出端连接于igbt模块5的短路控制端；过载保护模块8的数据输入端连接于中央处理器模块4的第二输出端，过载保护模块8的数据输出端连接于igbt模块5的第二控制端，过载保护模块8用于根据中央处理器模块4发送的过载保护指令关断igbt模块5。

具体的，电流采集模块7采集产热层12中的电流信息，并将改电流信息反馈至中央处理器模块4，由中央处理器模块4根据采集到的电压信息、电流信息，以及预设安全阈值，判断空调系统是否产生过电压和/或过电流现象，即过载现象，当判定出现过载现象时，中央处理器模块4通过过载保护模块8对igbt模块5发送过载保护指令，断开igbt开关，使得产热层12停止加热，阻止危险和烧毁器件情况的发生。特别是当中央处理器模块4判定发生短路现象时，电流采集模块7直接向igbt模块5发送短路指令，控制igbt开关断开，再将短路信息发送至中央处理器模块4。

优选的，控制单元还包括：故障反馈模块和状态显示模块；故障反馈模块的输入端连接于中央处理器模块4的第三输出端，故障反馈模块的输出端连接于状态显示模块的数据输入端。

具体的，当中央处理器模块4判定产热层12发生过载或者短路现象时，将相应的故障信息发送至故障反馈模块，由故障反馈模块对故障信息进行解析，并将解析结果发送至状态显示模块，以便于将空调系统的故障状态及时提示给车内用户。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种汽车用空调系统，该空调系统包括：控制单元和电热元件；控制单元设置于汽车中控台内，控制单元用于控制施加在电热元件上的加热电压，电热元件铺设于空调出风口的内壁上，电热元件由外至内依次为固定框架层、隔热反射层以及产热层；固定框架层上设置有多层卡槽，多层卡槽内依次固定铺设有隔热反射层和产热层，其中，产热层的内侧设置有温度传感器，温度传感器的数据输出端连接于控制单元；产热层获取加热电压后能够产生热量，产热层包括碳系电热复合材料，隔热反射层用于隔离并反射热量至空调出风口内。通过本申请中的技术方案，空调系统发热均匀、制热效率高，可减小车用空调系统所占空间。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。