一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置的制作方法

本实用新型涉及电动汽车空调技术领域，具体涉及一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置。

背景技术：

汽车空调hvac内部的换热器由于受限于hvac体积、重量等要求，其体积相较于家用空调换热器来说都比较小，因此其换热面积也比较小，特别是对热泵汽车空调来说，换热面积不足就会导致其内侧换热器出口制冷剂过冷度一般都比较小，这样空调系统的制热模式能效很低，虽然仍然比ptc制热能效高，但无法充分凸显热泵空调的能效优势。

现有的电动汽车热泵空调系统都没有行之有效的方案来解决低温下车外换热器化霜的问题，同时保证化霜期间车内温度不波动；常用的热泵系统的化霜逻辑基本采用切换制冷模式依靠压缩机做功提供热量用来化霜，化霜过程为了不影响车内舒适性，采用低温制冷剂不进入车内换热器或者低温制冷剂不进入车内换热器但车内内风机不吹风等方案，但这些化霜方案基本没有蒸发吸收的热量来保证系统制冷剂循环量，化霜周期长、效果差，还会造成化霜完成后恢复供热时间长车内温度波动且影响系统可靠性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置，包括制冷剂循环系统、冷却液循环系统和中间换热器，所述制冷剂循环系统通过中间换热器与冷却液循环系统建立联系，所述制冷剂循环系统实现制冷剂不同方向的流动，所述冷却液循环系统实现冷却液不同方向的流动。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法，通过运行模式的判断，进而选择不同的循环模式，所述循环模式包括制冷剂循环系统和冷却液循环系统，所述制冷剂循环系统和冷却液循环系统之间通过中间换热器建立联系，所述不同的循环模式具体为制冷剂或冷却液的循环流动方向不同，在不同的循环模式下判断是否满足进入化霜条件，若满足化霜条件而进入化霜模式，反之维持原运行模式。控制制冷剂和冷却液的流动方向，以达到不同的技术效果，可以提高制冷剂的过冷度，减小化霜期间车内温度的波动幅度，缩短了化霜周期，提高化霜效率。

进一步的，所述循环模式包括第一模式、第二模式和第三模式，所述第一模式为空调制冷和电池强制冷却同时运行循环，所述第二模式为空调制热和电池加热同时运行循环，所述第三模式为空调制热和冷却液蓄热同时运行循环。通过空调制冷和电池强制冷却同时运行循环可以有效提高制冷剂循环系统的过冷度，提高制热模式能效；通过空调制热和电池加热同时运行循环利用制冷剂的热量加热电池，保证电池始终保持在最佳工作温度，确保电动汽车稳定可靠运行；通过空调制热和冷却液蓄热同时运行循环可以将热量预先储存起来便于化霜时利用，可以缩短化霜周期提高化霜效率。

进一步的，所述第一模式利用低温制冷剂通过冷却液循环将电池的热量转移走，使得电池处于最佳工作温度。避免电池的温度过高而损坏电池，保证电池始终处于最佳工作温度，即保障了电动汽车的稳定运行，同时可以延长电池的使用寿命。

进一步的，所述第二模式通过中间换热器将制冷剂的热量转移到冷却液循环系统中对电池进行加热，使得电池处于最佳工作温度。避免电池处于低温状态无法正常为电动汽车提供动力的情况，确保电池及电动汽车的可靠性。

进一步的，所述第三模式通过中间换热器将制冷剂的热量转移到冷却液循环系统中对储液罐中的冷却液进行加热。将制冷剂的热量转移到冷却液中，通过预先将热量储存起来，保证化霜过程系统制冷剂循环量，有效对车外换热器进行化霜。

进一步的，所述通过运行模式的判断，进而选择不同的循环模式具体为：判断是否为制热运行模式，若不是则继续当前模式运行，若是制热模式，进一步判断电池是否需要加热，若电池需要加热，则进入电池加热相关逻辑控制，若电池不需要加热，则判断冷却液是否需要蓄热，若不需要则维持当前运行状态，若需要则进入冷却液蓄热相关逻辑控制。通过正确判断运行模式达到准确控制的目的，加热的电池的判断是为了保证电池保持在最佳工作温度，冷却液的蓄热判断则是为了后续的化霜做预先准备，可以保证电动汽车内的温度调控准确，电动汽车的运行稳定可靠，以及提高化霜的效率。

进一步的，所述判断是否满足进入化霜条件具体为：判断外环温度t外环是否小于a℃，若t外环≥a℃，则不进入化霜条件判定；若t外环＜a℃，则进入制热模式下压缩机连续运行时间判断：若运行时间h＜h分钟，则不进入化霜条件判定，若运行时间h≥h分钟，则进入化霜条件判定；外环温度进行分区判断，在不同温度区域结合时间进行判断是否进入化霜运行模式，a为预设温度值，h为预设时间值。准确判断是否进入化霜运行模式，相较于通过简单判断即进入化霜运行模式而言，可以有效地利用各部分的能耗，避免不必要的资源浪费，保证系统运转正常。

进一步的，所述化霜模式中制冷剂的循环不经过hvac，而是全部进入中间换热器蒸发。低温制冷剂无需经过hvac，可保证低温下热泵化霜的车内舒适性和系统可靠性，并且热泵除霜完毕后可马上恢复车内供热，化霜时间短且恢复供热时间短，车内温度无波动。

一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置，装置在工作是使用如以上任一项所述的电动汽车热泵空调的化霜控制方法。

进一步的，所述制冷剂循环系统包括汽液分离器、压缩机、第一三通阀、第一二通阀、车外换热器、外风机、第一膨胀阀、第二膨胀阀、第二二通阀、hvac、第一温度传感器和第二温度传感器，所述hvac包括内风机、蒸发器、混合风门和冷凝器，所述压缩机出口端连接冷凝器入口端，所述冷凝器出口端通过第一三通阀连接车外换热器入口端，所述车外换热器出口端通过第二膨胀阀连接中间换热器入口端，所述车外换热器出口端还通过第一膨胀阀连接至蒸发器入口端，所述中间换热器出口端并联至车外换热器入口端，所述中间换热器出口端还通过第二二通阀连接至汽液分离器入口端，所述汽液分离器出口端连接压缩机入口端，所述汽液分离器入口端通过第一二通阀并联至车外换热器入口端，所述蒸发器出口端并联至汽液分离器入口端，所述第一温度传感器设置于车外换热器出口端，所述第二温度传感器设置于中间换热器出口端，所述外风机设置于车外换热器一侧，所述内风机设置于蒸发器一侧，所述混合风门设置于蒸发器和冷凝器之间。

进一步的，所述冷却液循环系统包括电子水泵、ptc水暖电加热器、第二三通阀、电池冷却末端、储液罐和第三温度传感器，所述电子水泵出口端连接中间换热器入口端，所述中间换热器出口端连接ptc水暖电加热器入口端，所述ptc水暖电加热器出口端通过第二三通阀分别连接至储液罐和电池冷却末端入口端，所述储液罐和电池冷却末端出口端并联至电子水泵入口端，所述第三温度传感器设置于中间换热器出口端。

当循环模式处于第一模式时，制冷剂循环系统的制冷剂流动情况具体为：制冷剂通过压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，此时冷凝器为一个稳定热源，通过hvac内部温度混合风门控制气流经过、不经过或部分经过冷凝器而形成不同的出风温度，从而达到对车内温度的调节；制冷剂经过冷凝器之后，经过第一三通阀进入到车外换热器进行冷凝，接着制冷剂分流：一部分制冷剂通过第一膨胀阀进行节流，然后进入蒸发器蒸发吸热；另一部分制冷剂通过第二膨胀阀进行节流，进入中间换热器蒸发吸热，然后通过第二二通阀，并与通过蒸发器的制冷剂汇合，接着制冷剂进入汽液分离器，最后回到压缩机完成循环；

冷却液循环系统的冷却液流动情况具体为：冷却液通过电子水泵进入中间换热器换热，冷却液被冷却成较低温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器(此时不工作)进入第二三通阀,然后进入电池冷却末端将电池组发出的热量带走，接着回到电子水泵完成循环。

第一模式下，利用低温制冷剂通过冷却液循环将电池的热量转移走，保证电池处于最佳工作温度；同时制冷剂循环仍需满足车内温度舒适性。

当循环模式处于第二模式时，制冷剂循环系统的制冷剂流动情况具体为：制冷剂通过压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，此时冷凝器为一个稳定热源，通过hvac内部温度混合风门控制气流全部经过冷凝器，给车内供热；制冷剂经过冷凝器之后，经过第一三通阀进入到中间换热器继续冷凝，制冷剂在中间换热器中进行再次冷却，其过冷度增加，冷凝器和中间换热器是串联关系，第二二通阀关闭，然后制冷剂通过第二膨胀阀进行节流，进入车外换热器进行吸热蒸发，然后经过第一二通阀(开启状态)进入汽液分离器，最后回到压缩机完成循环。

冷却液循环系统的冷却液流动情况具体为：冷却液通过电子水泵进入中间换热器换热，冷却液被加热成较高温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器(选择性的开或关)进入第二三通阀,然后进入电池冷却末端给电池组加热，接着回到电子水泵完成循环。

第二模式下，在车内空间制热的同时，通过中间换热器将制冷剂的热量转移到冷却液循环中，保证电池保持在最佳工作温度。

当循环模式处于第三模式时，制冷剂循环系统的制冷剂流动情况具体为：制冷剂通过压缩机压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器，此时冷凝器为一个稳定热源，通过hvac内部温度混合风门控制气流全部经过冷凝器，给车内供热；制冷剂经过冷凝器之后，经过第一三通阀进入到中间换热器继续冷凝，制冷剂在中间换热器中进行再次冷却，其过冷度增加，冷凝器和中间换热器是串联关系，第二二通阀关闭，然后制冷剂通过第二膨胀阀进行节流，进入车外换热器进行吸热蒸发，然后经过第一二通阀(开启状态)进入汽液分离器，最后回到压缩机完成循环。

冷却液循环系统的冷却液流动情况具体为：此循环中冷却液作为蓄热材料，通过中间换热器将制冷剂中热量储存在冷却液中。冷却液通过电子水泵进入中间换热器换热，冷却液被加热成较高温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器(关闭状态)进入第二三通阀,然后进入储液罐，接着回到电子水泵完成循环。

第三模式下，将制冷剂的热量转移到冷却液中，通过预先将热量储存起来，保证化霜过程系统制冷剂循环量，有效对车外换热器进行化霜。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器调用时实现以上任一项所述的电动汽车热泵空调的化霜控制方法。

本实用新型提供的一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置的有益效果在于：在汽车空调制热模式下可以结合现有冷却液系统将内冷凝器余热储存起来，无需再增加其他复杂设备，一方面提高制冷剂系统的过冷度，另一方面可以将热量储存起来便于化霜时利用；低温下通过对系统热量的综合利用，利用冷却液的余热和ptc辅助加热的方案，保证化霜过程系统制冷剂循环量，有效对车外换热器进行化霜，而且由于热泵化霜过程低温制冷剂无需经过hvac，可保证低温下热泵化霜的车内舒适性和系统可靠性，并且热泵除霜完毕后可马上恢复车内供热，化霜时间短且恢复供热时间短，车内温度无波动。

附图说明

图1为本实用新型实施例2制冷剂和冷却液流向示意图；

图2为本实用新型实施例1制冷剂和冷却液流向示意图；

图3为本实用新型实施例3制冷剂和冷却液流向示意图；

图4为本实用新型实施例1化霜模式下制冷剂和冷却液流向示意图。

图中：10、汽液分离器；11、压缩机；12、第一三通阀；13、第一二通阀；14、车外换热器；15、外风机；16、第一膨胀阀；17、第二膨胀阀；18、中间换热器；19、第二二通阀；20、hvac；21、内风机；22、蒸发器；23、混合风门；24、冷凝器；25、第一温度传感器；26、第二温度传感器；30、电子水泵；31、ptc水暖电加热器；32、第二三通阀；33、电池冷却末端；34、储液罐；35、第三温度传感器；细实线箭头为制冷剂循环；空心箭头为冷却液循环。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型的保护范围。

实施例1：一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法。

一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法，具体步骤如下：

首先判断运行模式，当判断为制热模式时，进一步判断是否需要对电池加热，当需要对电池加热时，制冷剂循环系统的工作情况具体为：制冷剂通过压缩机11压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器24，此时冷凝器24为一个稳定热源，通过hvac20内部温度混合风门23控制气流全部经过冷凝器24，给车内供热；制冷剂经过冷凝器24之后，经过第一三通阀12进入到中间换热器18继续冷凝，制冷剂在中间换热器18中进行再次冷却，其过冷度增加，冷凝器24和中间换热器18是串联关系，第二二通阀19关闭，然后制冷剂通过第二膨胀阀17进行节流，进入车外换热器14进行吸热蒸发，然后经过第一二通阀13(开启状态)进入汽液分离器10，最后回到压缩机11完成循环。

冷却液循环系统的工作情况具体为：冷却液通过电子水泵30进入中间换热器18换热，冷却液被加热成较高温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器31(选择性的开或关)进入第二三通阀32,然后进入电池冷却末端33给电池组加热，接着回到电子水泵30完成循环。

接着判断是否进入化霜模式，具体判断外环温度t外环是否小于一定的温度a℃：若t外环≥a℃，则不进入化霜条件判定；若t外环＜a℃，则进入制热模式下压缩机连续运行时间：若运行时间h＜h分钟，则不进入化霜条件判定，若运行时间h≥h分钟，则进入化霜条件判定；将外环温度分区：b℃≤t外环＜a℃、c℃≤t外环＜b℃、d℃≤t外环＜c℃、t外环＜d℃，在每一个温度区间内，分别对t外管温度进行判定，分别对应上面温度区间，其判定条件为：t外管≤t外环-m℃、t外管≤t外环-n℃、t外管≤t外环-p℃、t外管≤t外环-q℃，同时有时间限制，需要连续3min检测到判定条件满足要求才能进入化霜运行模式，此处判断为进入化霜运行模式。

化霜运行模式具体为：压缩机11、外风机15、电子水泵30断电停止，第二膨胀阀17转至化霜开度；第一膨胀阀16转至全关闭状态；hvac20内的内风机21转至最小风挡运行；hvac20混合风门23转至全冷模式；hvac20出风模式转至吹脚模式，hvac20相关动作都是为了减少车内吹风冷感；

20秒后进入一下不：第一二通阀13切换为断开的状态；第二二通阀19切换为开启的状态；第一三通阀12切换为制冷模式；冷却液系统第二三通阀31保持a-b接通；这里间隔20秒是为了使压缩机停机后使系统高低压力平衡，这样制冷剂换向后不会出现制冷剂冲击的噪音；

5秒后进入下一步：压缩机11启动，运行至化霜频率；电子水泵30启动；开始化霜；

在化霜过程中，时刻检测t水温(第三温度传感器35检测到的温度)，将水温分为三个档位：t水温≥x℃、y℃≤t水温＜x℃、t水温＜y℃；同时对应三种不同的处理方法：

当t水温≥x℃，第二膨胀阀17保持开度1；此时冷却液的温度最高，其储存的热量最多能够支持足够过的制冷剂用以蒸发，因此第二膨胀阀开度1设置为最大值，使系统循环量达到最大，此时处于化霜初期，霜层最厚需要最多的热量；这样通过调节第二膨胀阀开度使化霜初期对能量的需求和系统制冷剂流量达到匹配，以达到最快的化霜效果；

当y℃≤t水温＜x℃，第二膨胀阀17保持开度2；随着化霜过程延续，冷却液中储存的热量不断被消耗，冷却液温度降低，其所能提供给制冷剂蒸发的热量减小，所以系统制冷剂流量也要相应的减小，因此第二膨胀阀开度2设置为小于开度1的某一个值，该阶段霜层已经减少，也不需要太多的制冷剂参与循环即可满足整个化霜的进程；

通常情况下，较薄或中等厚度的霜层一般通过上面两个阶段即可满足化霜需求；若霜层较厚，冷却液中储存的热量继续被消耗，冷却液温度降低则进入下一阶段；

当t水温＜y℃，进入下一阶段，此时冷却液系统中的热量已经不足以支持化霜的蒸发过程，此时就会强制开启ptc水暖电加热器31，利用电加热发热加热冷却液，再传递给制冷剂维持化霜进程，直至化霜结束；

化霜过程中一直检测t外管(第一温度传感器25的检测值)，若连续k秒检测到t外管≥w℃，则表示车外换热器化霜完成，可退出化霜过程，进入下一步，压缩机11的频率直接调到目标频率，外风机15、电子水泵30、第一二通阀、第二二通阀、第一三通阀、第二三通阀均恢复到常规控制，hvac20中的内风机21、混合风门23、出风模式等均转为常规控制；至此，完成整个化霜过程。

实施例2：一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法。

与实施例1不同之处在于，判断运行模式为制冷模式，制冷剂循环系统的工作情况具体为：制冷剂通过压缩机11压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器24，此时冷凝器24为一个稳定热源，通过hvac20内部温度混合风门23控制气流经过、不经过或部分经过冷凝器24而形成不同的出风温度，从而达到对车内温度的调节；制冷剂经过冷凝器24之后，经过第一三通阀12进入到车外换热器14进行冷凝，接着制冷剂分流：一部分制冷剂通过第一膨胀阀16进行节流，然后进入蒸发器22蒸发吸热；另一部分制冷剂通过第二膨胀阀17进行节流，进入中间换热器18蒸发吸热，然后通过第二二通阀19，并与通过蒸发器22的制冷剂汇合，接着制冷剂进入汽液分离器10，最后回到压缩机11完成循环；

冷却液循环系统的工作情况具体为：冷却液通过电子水泵30进入中间换热器18换热，冷却液被冷却成较低温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器31(此时不工作)进入第二三通阀32,然后进入电池冷却末端33将电池组发出的热量带走，接着回到电子水泵30完成循环。

实施例3：一种电动汽车热泵空调的化霜控制方法。

与实施例1不同之处在于，判断电池没有加热需求，则需要判断t水温和t内冷出(第二温度传感器26的检测值)，当t水温＞t内冷出，则制冷剂温度不满足给冷却液加热的条件，维持当前运行状态；当t水温≤t内冷出时，满足蓄热运行条件，则进入下一步，进行蓄热运行相关操作，制冷剂循环系统的工作情况具体为：制冷剂通过压缩机11压缩成高温高压蒸汽进入冷凝器24，此时冷凝器24为一个稳定热源，通过hvac20内部温度混合风门23控制气流全部经过冷凝器24，给车内供热；制冷剂经过冷凝器24之后，经过第一三通阀12进入到中间换热器18继续冷凝，制冷剂在中间换热器18中进行再次冷却，其过冷度增加，冷凝器24和中间换热器18是串联关系，第二二通阀19关闭，然后制冷剂通过第二膨胀阀17进行节流，进入车外换热器14进行吸热蒸发，然后经过第一二通阀13(开启状态)进入汽液分离器10，最后回到压缩机11完成循环。

冷却液循环系统的工作情况具体为：此循环中冷却液作为蓄热材料，通过中间换热器18将制冷剂中热量储存在冷却液中。冷却液通过电子水泵30进入中间换热器18换热，冷却液被加热成较高温度的液体，然后经过ptc水暖电加热器31(关闭状态)进入第二三通阀32,然后进入储液罐34，接着回到电子水泵30完成循环。

实施例4：一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置。

一种电动汽车热泵空调的化霜控制装置，具体的所述制冷剂循环系统包括汽液分离器10、压缩机11、第一三通阀12、第一二通阀13、车外换热器14、外风机15、第一膨胀阀16、第二膨胀阀17、第二二通阀19、hvac20、第一温度传感器25和第二温度传感器26，所述hvac20包括内风机21、蒸发器22、混合风门23和冷凝器24，所述压缩机11出口端连接冷凝器24入口端，所述冷凝器24出口端通过第一三通阀12连接车外换热器14入口端，所述车外换热器14出口端通过第二膨胀阀17连接中间换热器18入口端，所述车外换热器14出口端还通过第一膨胀阀16连接至蒸发器22入口端，所述中间换热器18出口端并联至车外换热器14入口端，所述中间换热器14出口端还通过第二二通阀19连接至汽液分离器10入口端，所述汽液分离器10出口端连接压缩机11入口端，所述汽液分离器10入口端通过第一二通阀13并联至车外换热器14入口端，所述蒸发器22出口端并联至汽液分离器10入口端，所述第一温度传感器25设置于车外换热器14出口端，所述第二温度传感器26设置于中间换热器18出口端，所述外风机15设置于车外换热器14一侧，所述内风机21设置于蒸发器22一侧，所述混合风门23设置于蒸发器22和冷凝器24之间。

所述冷却液循环系统包括电子水泵30、ptc水暖电加热器31、第二三通阀32、电池冷却末端33、储液罐34和第三温度传感器35，所述电子水泵30出口端连接中间换热器18入口端，所述中间换热器18出口端连接ptc水暖电加热器31入口端，所述ptc水暖电加热器31出口端通过第二三通阀32分别连接至储液罐34和电池冷却末端33入口端，所述储液罐34和电池冷却末端33出口端并联至电子水泵30入口端，所述第三温度传感器35设置于中间换热器18出口端。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。