用于车辆的热泵系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的热泵系统，更具体涉及以下这种用于车辆的热泵系统，其通过选择性地使用制冷剂和冷却剂在其中彼此交换热量的制冷器(chiller)来调节电池模块的温度，并选择性地分别使用高温冷却剂和低温冷却剂以冷却或加热车辆的内部。

背景技术：

1、通常，用于车辆的空调系统包括使制冷剂循环以加热或冷却车辆内部的空调单元。

2、无论外部温度如何变化都可将车辆内部保持在适当温度以保持舒适的车内环境的空调单元，被构造成在通过驱动压缩机排出的制冷剂通过冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀和蒸发器循环回到压缩机的过程中，通过冷凝器和蒸发器的热交换来加热或冷却车辆的内部。

3、也就是说，空调单元通过冷凝器将从压缩机压缩的高温高压气相制冷剂冷凝，使制冷剂穿过贮液干燥器和膨胀阀，然后在夏季在冷却模式下使蒸发器中的制冷剂蒸发，从而使内部的温度和湿度降低。

4、同时，近来，随着人们对能源效率和环境污染问题的关注度不断提高，开发出能够基本上替代内燃机车辆的环保车辆，环保车辆分为使用燃料电池或电力作为动力源驱动的电动车辆和使用发动机和电池驱动的混合动力车辆。

5、在这些环保车辆中的电动车辆或混合动力车辆中，不像一般车辆的空调器那样使用单独的加热器，在环保车辆中使用的空调器通常被称为热泵系统。

6、同时，电动车辆通过将氧和氢之间的化学反应能转化为电能来产生驱动力。在本方法中，通过燃料电池中的化学反应产生热能。因此，为了确保燃料电池的性能，需要有效地去除所产生的热量。

7、此外，混合动力车辆通过使用从上述燃料电池或电池供应的电力与由普通燃料运行的发动机一起驱动电动机来产生驱动力。因此，从燃料电池或电池和电动机产生的热量可被有效地去除，以确保电动机的性能。

8、因此，在根据现有技术的混合动力车辆或电动车辆中，冷却装置、热泵系统和电池冷却系统可分别被构造成单独的闭合电路，以防止在电动机、电气部件以及包含燃料电池的电池中产生热量。

9、因此，增加了位于车辆前部的冷却模块的尺寸和重量，并且将制冷剂和冷却剂供应至热泵系统、冷却装置和电池冷却系统中的每一者的连接管的布局使发动机舱内变得复杂。

10、此外，由于根据车辆状态对电池进行预热或冷却的电池冷却系统是分开设置的以使电池表现出最佳性能，因此使用用于将各连接管彼此连接的多个阀，并且由于这些阀的频繁打开或关闭操作而产生的噪音和振动会被传递到车辆的内部，因而降低了乘坐舒适性。

11、此外，在对车辆内部进行加热时，存在因缺少热源而导致供暖性能下降，因使用电加热器而导致耗电量增加，压缩机耗电量增加等缺点。

12、本发明背景中包含的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，不能视为该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。

技术实现思路

1、本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的热泵系统，其被构造成通过使用冷却剂和制冷剂在其中彼此交换热量的一个制冷器来调节电池模块的温度，并且通过在车辆的加热模式下回收各种热源并将回收的热源用于室内加热。

2、本发明的各个方面旨在提供一种用于车辆的热泵系统，包括：第一阀，被构造成控制引入内部的冷却剂的流动；电气部件冷却装置，包括连接到第一阀的第一管路以及设置在第一管路上的散热器和第一泵，并被构造成使冷却剂在第一管路上循环以冷却设置在第一管路上的至少一个电气部件；电池冷却装置，包括连接到第一阀的第二管路以及设置在第二管路上的第二泵和电池模块，并被构造成使冷却剂循环到电池模块；室内加热装置，包括连接到第一阀以使用高温冷却剂加热车辆的内部的第三管路，以及通过第三管路互连的第三泵和加热器；室内冷却装置，包括通过第四管路互连的第四泵和冷却器，以使用低温冷却剂冷却车辆的内部；集中能量(ce)装置，通过使在制冷剂管路上循环的制冷剂的冷凝和蒸发过程中产生的热能与所引入的冷却剂交换热量来调节冷却剂的温度，以将高温冷却剂供应到室内加热装置，并将低温冷却剂供应到室内冷却装置；以及制冷器，通过制冷剂连接管路连接到集中能量装置，使得制冷剂选择性地循环，并设置在通过第一阀或第二阀连接到第一管路和第二管路的第五管路上，并且选择性地使所引入的冷却剂与制冷剂进行热交换以调节冷却剂的温度，其中，第一阀包括引入或排出冷却剂的至少一个端口。

3、至少一个端口包括：第一端口，与连接到至少一个电气部件的第一管路的第一端部相连；第二端口，与第六管路的第一端部相连，以将冷却剂供应到设置在集中能量装置中的冷凝器；第三端口，与第三管路的第一端部相连；第四端口，与第二管路的第一端部相连；以及第五端口，与第五管路的第一端部相连。

4、第一管路的第二端部连接到第二阀，第二管路的第二端部连接到第二阀，第三管路的第二端部通过设置在第六管路上的第三阀选择性地连接，并且第六管路通过第三阀连接到散热器连接管路，以通过第三阀的操作而选择性地连接到散热器。

5、散热器连接管路的第一端部连接到第三阀，并且散热器连接管路的第二端部连接到散热器。

6、热泵系统，还包括：供应管路，其第一端部连接到第三管路，第二端部连接到电池模块；以及旁通管路，其第一端部连接到第二阀，第二端部连接到散热器与第一泵之间的第一管路，使得冷却剂在绕过散热器的情况下循环到至少一个电气部件。

7、当在车辆的冷却模式下冷却电池模块时，在电气部件冷却装置中，冷却剂通过第一泵的操作而在第一管路上循环，第一管路和第六管路通过第一阀的操作而连接，连接散热器和第二阀的第一管路的一部分以及旁通管路通过第二阀的操作而关闭，第六管路与散热器连接管路通过第三阀的操作而连接，第三管路和供应管路通过第三阀的操作而关闭，沿第一管路流动的冷却剂被引入到第一端口中，然后通过第二端口排放到第六管路并供应至冷凝器，穿过冷凝器的冷却剂通过打开的散热器连接管路被引入到散热器中，在电气部件冷却装置中，冷却剂沿着打开的第一管路、第一阀、第六管路和散热器连接管路循环到散热器、至少一个电气部件和冷凝器，在电池冷却装置中，第二泵运行，第二管路和第五管路通过第一阀的操作而打开，第二管路和第五管路通过第二阀的操作而连接，沿第二管路流动的冷却剂被引入到第四端口中，然后通过第五端口排放到第五管路并供应至制冷器，穿过制冷器的冷却剂沿通过第二阀连接的第二管路被引入到电池模块中，在电池冷却装置中，冷却剂沿第二管路、第一阀和第五管路循环至电池模块和制冷器，在集中能量装置中，每个部件都运行以使制冷剂沿制冷剂管路循环，并且在室内冷却装置中，第四泵运行，使得冷却剂沿着连接蒸发器和冷却器的第四管路循环，以将穿过设置在集中能量装置中的蒸发器的冷却剂供应到冷却器。

8、当在车辆的加热模式下回收外部热源并使电池模块的温度升高时，在电气部件冷却装置和电池冷却装置中，第一泵和第二泵分别运行，第三泵在室内加热装置中运行，第一管路和第五管路通过第一阀的操作而连接，连接散热器和第二阀的第一管路的一部分通过第二阀的操作而打开，旁通管路通过第二阀的操作而关闭，沿第一管路流动的冷却剂被引入到第一端口中，然后通过第五端口排放到第五管路并供应至制冷器，穿过制冷器的冷却剂沿打开的第一管路被引入到散热器中，在电气部件冷却装置中，穿过至少一个电气部件的冷却剂沿第一管路、第一阀和第五管路穿过制冷器，然后在沿着打开的第一管路穿过散热器的同时从外部空气中回收热源，连接电池模块和第二阀的第二管路的一部分通过第二阀的操作而关闭，第二管路通过第一阀的操作而连接到第六管路，在散热器连接管路通过第三阀的操作而关闭的状态下，第三管路打开，供应管路连接到电池模块，穿过电池模块的冷却剂沿第二管路被引入到第四端口中，然后通过第二端口排放到第六管路并供应至冷凝器，穿过冷凝器的冷却剂沿打开的第三管路供应到加热器，穿过加热器的冷却剂沿第三管路被引入到第三端口中，然后从第一阀通过第二端口排回到第六管路并被引回到冷凝器中，穿过冷凝器的一部分冷却剂在沿着打开的供应管路被引回到电池模块的同时循环，并且在集中能量装置中，每个部件都运行以使制冷剂沿制冷剂管路循环。

9、当在车辆的加热模式下回收至少一个电气部件的废热并使电池模块的温度升高时，在电气部件冷却装置和电池冷却装置中，第一泵和第二泵分别运行，第三泵在室内加热装置中运行，第一管路和第五管路通过第一阀的操作而连接，连接散热器和第二阀的第一管路的一部分通过第二阀的操作而关闭，旁通管路通过第二阀的操作而打开，沿第一管路流动的冷却剂被引入到到第一端口中，然后通过第五端口排放到第五管路并供应至制冷器，穿过制冷器的冷却剂在沿打开的旁通管路被引回到连接到至少一个电气部件的第一管路的同时进行循环，在电气部件冷却装置中，在穿过至少一个电气部件的冷却剂沿打开的第一管路、第一阀和第五管路穿过制冷器之后，随着冷却剂沿着打开的旁通管路穿过至少一个电气部件而不穿过散热器，冷却剂的温度因至少一个电气部件的废热而升高，连接电池模块和第二阀的第二管路的一部分通过第二阀的操作而关闭，第二管路通过第一阀的操作连接到第六管路，在散热器连接管路通过第三阀的操作而关闭的状态下，第三管路打开，供应管路连接到电池模块，穿过电池模块的冷却剂沿第二管路被引入到第四端口中，然后通过第二端口排放到第六管路并供应到冷凝器，穿过冷凝器的冷却剂沿打开的第三管路供应到加热器，穿过加热器的冷却剂沿第三管路被引入到第三端口中，然后从第一阀通过第二端口排回到第六管路并被引回到冷凝器中，穿过冷凝器的一部分冷却剂在沿着打开的供应管路被引回到电池模块的同时进行循环，并且在集中能量装置中，每个部件都运行以使制冷剂沿制冷剂管路循环。

10、集中能量装置包括：第一膨胀阀，通过制冷剂管路连接到冷凝器；蒸发器，通过制冷剂管路连接到第一膨胀阀，连接到第四管路，并且在通过制冷剂与冷却剂的热交换使制冷剂蒸发的同时使冷却剂的温度降低；压缩机，设置在蒸发器与冷凝器之间的制冷剂管路上；以及蓄能器，设置在蒸发器与压缩机之间的制冷剂管路上，其中，制冷剂连接管路的第一端部连接到冷凝器与第一膨胀阀之间的制冷剂管路，并且制冷剂连接管路的第二端部连接到蒸发器与蓄能器之间的制冷剂管路。

11、在制冷器的前端部，制冷剂连接管路设置有第二膨胀阀以控制被引入到制冷器中的制冷剂的流动并且选择性地使制冷剂膨胀。

12、当使用与制冷剂进行热交换的冷却剂冷却电池模块时，或者当选择性地从至少一个电气部件和电池模块中回收废热时，第二膨胀阀使被引入到制冷剂连接管路的制冷剂膨胀并将制冷剂引入到制冷器中。

13、第一膨胀阀和第二膨胀阀是在控制制冷剂的流动的同时选择性地使制冷剂膨胀的电子膨胀阀。

14、室内加热装置还包括设置在第三阀与第三泵之间的第三管路上的冷却剂加热器。

15、在车辆的加热模式中，当供应到加热器的冷却剂的温度低于目标温度时或者当电池模块的温度升高时，冷却剂加热器运行。

16、第一阀是五通阀，第二阀是四通阀，而第三阀是三通阀。

17、制冷器可回收从至少一个电气部件或电池模块产生的废热或者根据车辆的冷却模式或加热模式调节电池模块的温度。

18、当在车辆的加热模式中需要除湿时，设置在室内冷却装置中的第四泵运行，并且将制冷剂供应到设置在能量集中装置中的蒸发器。

19、如上所述，根据根据本发明各种示例性实施例的用于车辆的热泵系统，可以通过在电动车辆中使用冷却剂和制冷剂在其中彼此交换热量的一个制冷器来简化系统，以根据车辆的模式调节电池模块的温度。

20、此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以通过在车辆的加热模式中选择性地回收从外部热源或电气部件产生的废热，并将回收的废热用于室内加热来提高加热效率。

21、此外，根据本发明的各种示例性实施例，通过在制冷剂的冷凝和蒸发期间在由制冷剂产生的热能与冷却剂之间选择性地交换热量，可以简化系统并简化制冷剂循环通过的连接管的布局，并分别使用经过热交换的低温或高温冷却剂来控制车辆的室内温度。

22、此外，根据本发明的各种示例性实施例，通过有效地控制电池模块的温度以表现出电池模块的最佳性能，并有效地管理电池模块以增加车辆的总行驶距离，可以增加车辆的总行驶距离。

23、此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以将通过制冷剂的冷凝和蒸发来模块化产生热能的集中能量装置，通过使用高性能制冷剂，与传统空调装置相比，减小尺寸和重量并防止发生噪音、振动和运行不稳定。

24、此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以通过使用应用于被构造成辅助室内加热的室内加热装置的冷却剂加热器来降低成本和重量。

25、此外，根据本发明的各种示例性实施例，可以通过简化整个系统来降低制造成本、减轻重量并提高空间利用率。

26、本发明的方法和器件具有其他特征和优点，这些特征和优点将从附图中变得明显或在附图中更详细地阐述，这些附图与本文相结合，并和以下详细描述一起用于解释本发明的某些原理。