热泵系统的低温运行控制方法与流程

1.本发明涉及电动汽车热泵空调系统技术领域，具体地，涉及一种热泵系统的低温运行控制方法。


背景技术：

2.热泵空调系统已经成为电动汽车热管理系统的重要组成部分。也是电动汽车热管理系统技术发展的重要方向。但受制于当前主流制冷剂(r134a与r1234yf)的物性参数，当环境温度达到-20℃甚至更低的时候，热泵系统无法从环境空气中吸热。
3.经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为cn202420020u，公开了一种汽车热泵空调系统，包括压缩机的制冷剂流出口经冷疑器芯子、制热膨胀阀的阀门部、第一电磁截止阀与车外机总成进液口连接，所述制冷剂流出口还经第三电磁截止阀与车外机总成进液口连接；所述车外机总成出液口经第二截止阀、制冷膨胀阀的阀门部、蒸发器芯体、制冷膨胀阀的感温部与压缩机的制冷剂流入口连接，所述车外机总成出液口还经第四电磁截止阀、制热膨胀阀的感温部与压缩机的制冷剂流入口连接；所述冷凝器芯子及蒸发器芯体位于鼓风电机及风门之间。该发明就存在当环境温度达到-20℃甚至更低的时候，热泵系统无法从环境空气中吸热，以及空调箱出风温度不够高，不能提升乘员舱舒适性，不能满足整车低温除霜要求的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热泵系统的低温运行控制方法。
5.根据本发明提供的一种热泵系统的低温运行控制方法，包括空调系统，所述空调系统包括压缩机、第一换热器、蒸发器、气液分离器、截止阀以及车内冷凝器；
6.所述气液分离器的出口通过管路连接所述压缩机的进口，所述压缩机的出口一侧设置有三通阀，所述压缩机的出口通过所述制冷剂三通阀连接所述车内冷凝器的进口以及所述第一换热器的进口，且所述车内冷凝器的进口一侧设置有空调箱出风温度传感器；
7.所述第一换热器的出口一侧设置有第一节流阀，所述第一换热器的出口通过所述第一节流阀连接所述蒸发器的进口，且所述车内冷凝器的出口一侧设置有单向阀，所述车内冷凝器的出口通过所述单向阀以及所述第一节流阀连接所述蒸发器的进口；
8.所述气液分离器的进口通过管路连接所述蒸发器的出口，所述截止阀的进口连接所述第一换热器与所述制冷剂三通阀之间的管路，且所述气液分离器的进口通过管路连接所述截止阀的出口；
9.所述气液分离器的出口通过管路连接所述压缩机的进口，且所述压缩机的进口一侧管路上设置有压缩机进口压力传感器。
10.一种低温运行控制方法，应用于所述的热泵系统，包括控制方法一与控制方法二；
11.当气体从所述气液分离器进入所述压缩机变为高温高压气体，所述高温高压气体
通过所述三通阀进入所述车内冷凝器后变为中温高压液体，所述中温高压液体依次通过所述单向阀以及所述第一节流阀变为低温低压气液两相混合物，所述低温低压气液两相混合物通过所述第一换热器变为低温低压气体，所述低温低压气体通过所述截止阀进入所述气液分离器内，通过所述车内冷凝器的放热实现制热效果，此时，所述制冷剂三通阀通往所述第一换热器的管路为关闭状态；
12.所述控制方法一：所述热泵系统包括驱动单元，所述驱动单元包括电控驱动单元和电机驱动单元，所述电控驱动单元与所述电机驱动单元加热制冷剂，用于改变制冷循环低压侧的气体工作压力，提升所述制冷循环高压侧的气体工作温度和压力，提升制热量；
13.所述控制方法二：所述热泵系统还包括空调箱温度风门和蒸发器，所述空调箱温度风门的开度改变对应所述蒸发器内进风风温的改变，所述进风风温变化用于改变所述蒸发器内所述制冷剂的温度和压力状态，提升所述制冷循环高压侧的气体工作温度和压力，提升制热量；
14.所述控制方法一与所述控制方法二同时或者单独进行应用。
15.一些实施方式中，所述空调系统还包括第一风扇，所述第一风扇设置在所述蒸发器一侧。
16.一些实施方式中，还包括冷却液回路系统，所述冷却液回路系统包括第一水泵、散热器以及所述驱动单元，所述第一水泵、所述散热器以及所述驱动单元依次通过管路与所述第一换热器连接。
17.一些实施方式中，所述冷却液回路系统还包括第一膨胀水壶，所述第一膨胀水壶的进口与所述第一换热器的出口连接，所述第一膨胀水壶的出口与所述第一水泵的进口连接。
18.一些实施方式中，所述冷却液回路系统还包括第二风扇，所述第二风扇设置在所述散热器一侧。
19.一些实施方式中，还包括电池温控系统，所述电池温控系统包括第二水泵、电加热器和电池，所述空调系统还包括第三节流阀和第二换热器，所述第二换热器、所述电加热器、所述第一水泵以及所述电池通过管路相互连接，所述第二换热器的进口通过所述第三节流阀与所述第一换热器连接，所述第二换热器的出口与所述气液分离器的进口连接。
20.一些实施方式中，所述电池温控系统还包括第二膨胀水壶，所述第二膨胀水壶的进口与所述电池的出口连接，所述第二膨胀水壶的出口与所述第二水泵的进口连接。
21.一种汽车，其特征在于，采用所述的热泵系统。
22.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
23.1、本发明通过设置电控驱动单元与电机驱动单元加热冷却液，冷却液加热制冷剂，可以改变制冷剂循环中低压侧制冷剂的温度和压力状态，进而提升压缩机排气的温度和压力，提升空调箱出风温度；
24.2、本发明通过设置空调箱温度风门，通过改变空调箱内外循环风门的开度，相应改变通过蒸发器的空气温度，减少低温环境中温度对制冷循环中低压侧制冷剂的温度和压力状态的影响，进而提升压缩机排气的温度和压力，提升空调箱出风温度；
25.3、本发明涉及的两种控制方法，在不改变硬件结构的情况下，可有效提升热泵空调系统的低温运行的性能，提升乘员舱舒适性，满足整车低温除霜要求；同时两种控制方法
相互之间基本不存在耦合情况，可以单独或者同时采用，控制逻辑简单可靠，抗干扰性强。
附图说明
26.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
27.图1为本发明热泵系统的低温运行控制方法对应的热管理系统回路示意图；
28.图2为本发明热泵系统的低温运行控制方法在低温环境下的水源热泵工作示意图；
29.图3为本发明热泵系统的低温运行控制方法的第一控制方法逻辑示意图；
30.图4为本发明热泵系统的低温运行控制方法的第二控制方法逻辑示意图。
31.附图标记：
32.压缩机1
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截止阀10
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第一膨胀水壶19
33.制冷剂三通阀2
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车内冷凝器11
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第二风扇20
34.第一换热器3
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单向阀12
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第二水泵21
35.第一节流阀4
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第一风扇13
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电加热器22
36.第二节流阀5
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空调箱温度风门14
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电池23
37.蒸发器6
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第一水泵15
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第二膨胀水壶24
38.第三节流阀7
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散热器16
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压缩机进口压力传感器25
39.第二换热器8
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电控驱动单元17
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空调箱出风温度传感器26
40.气液分离器9
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电机驱动单元18
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
42.如图3所示，当热管理控制系统进入水源热泵模式后，将触发启动第一控制方法；首先检测当前环境温度tambient是否小于等于设定温度tset；如果判定为是，再判断压缩机吸气压力pcomin是否小于等于设定压力pset；如果判定为是，则启动电机电控单元对冷却液进行加热。加热功率为控制变量，目标变量为压缩机吸气压力pcomin与设定压力pset差值的绝对值。
43.如图4所示，当热管理控制系统进入水源热泵模式后，将触发启动第二控制方法；首先检测当前环境温度tambient是否小于等于设定温度tset；如果判定为是，则判断当前空调箱内外循环风门的开度位置，简称开度；如果开度小于设定值，则对开度进行调整。控制变量为风门开度，第一目标变量是空调箱出风温度toutlet与设定值trec.set差值的绝对值；第二目标变量是车内湿度。
44.实施例1
45.当采用本发明泵系统的低温运行控制方法的汽车在低温环境进行启动时，热泵空调系统无法从环境中吸热，需要启动水源热泵运行模式，此时电加热器22打开，对流经第二
换热器8的冷却液进行加热。再第二换热器8内，冷却液与制冷剂进行换热，然后再经过压缩机1将制冷剂泵入车内冷凝器11，进而加热乘员舱环境。由于第一换热器3处在汽车前车舱低温环境内。该低温环境会限制第一换热器3的制冷剂饱和压力。由于该温度和压力小于系统运行所需正常压力和温度。此时第一换热器3将会存留较多的制冷剂，在限制系统低压无法提升的同时，也减少了可参与循环的制冷剂流量。通过电控驱动单元17与电机驱动单元18主动发热，加热流经第一换热器3的冷却液，进而加热第一换热器3内的制冷剂，提升其对应的饱和温度与压力。为保证系统安全运行，当通过电控驱动单元17与电机驱动单元18主动发热时，需要设定最大冷却液温度。
46.实施例2
47.当采用本发明泵系统的低温运行控制方法的汽车在低温环境进行启动时，热泵空调系统无法从环境中吸热，需要启动水源热泵运行模式，此时电加热器22打开，对流经第二换热器8的冷却液进行加热。再第二换热器8内，冷却液与制冷剂进行换热，然后再经过压缩机1将制冷剂泵入车内冷凝器11，进而加热乘员舱环境。由于第一换热器3处在汽车前车舱低温环境内。该低温环境会限制第一换热器3的制冷剂饱和压力。由于该温度和压力小于系统运行所需正常压力和温度。此时第一换热器3将会存留较多的制冷剂，在限制系统低压无法提升的同时，也减少了可参与循环的制冷剂流量。通过电控驱动单元17与电机驱动单元18正常运行产生的余热，加热流经第一换热器3的冷却液，进而加热第一换热器3内的制冷剂，提升其对应的饱和温度与压力。为保证系统安全运行，当通过电控驱动单元17与电机驱动单元18的余热加热冷却液时，需要设定最大冷却液温度。当超过设定的最大冷却液温度，可通过散热器16将多余的热量排出。
48.实施例3
49.当采用本发明泵系统的低温运行控制方法的汽车在低温环境进行启动或者运行时，由外界进入空调箱的低温空气，将首先通过蒸发器6，蒸发器6会存留有一定的制冷剂，该低温空气将蒸发器6内的制冷剂压力维持在较低的水平，从而拉低整个制冷剂循环的低压侧压力。通过调节空调箱内外循环风门，将车舱内高于外界低温环境的温度再次导入到蒸发器6的空气流道，提升蒸发器内制冷剂的温度，进而提升蒸发器内制冷剂的压力，改变制冷剂循环低压侧压力，提升热泵空调系统整体换热量。
50.实施例4
51.当采用本发明泵系统的低温运行控制方法的汽车在低温环境进行启动或者运行时，空调箱内外循环风门开度可通过两个控制目标进行调整；第一个控制目标是空调箱出风温度toutlet与设定值trec.set差值的绝对值；第二个控制目标变量是车内湿度。控制系统可采用这两个控制目标中的任意一个。
52.实施例5
53.当采用本发明泵系统的低温运行控制方法的汽车在低温环境进行启动或者运行时，空调箱内外循环风门开度的调节范围，会在预先设定的最大开度范围内进行调节。
54.工作原理：
55.气态制冷剂由压缩机1排出，通过制冷剂三通阀2，此时制冷剂三通阀2打开通向车内冷凝器11通道，关闭通向第一换热器3通道，制冷剂进入车内冷凝器11，制冷剂通过车内冷凝器11时与空气换热，然后通过单向阀12，到达第三节流阀7，此时第一节流阀4和第二节
流阀5处于关闭状态；经过第三节流阀7后，进入第二换热器8，制冷剂在第二换热器8内与冷却液进行换热；然后进入气液分离器9，再进入压缩机完成循环。
56.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
57.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。