电动车辆的空调装置以及电动车辆的空调系统的制作方法

1.本公开涉及一种用于电动车辆的空调装置，其中蒸发器、空气加热器和正温度系数(ptc)加热器被串联布置，而温度调节门已被省略。本公开还涉及一种用于使用该空调装置的电动车辆的空调系统。蒸发器、空气加热器和ptc加热器的串联定位减小了空调装置的总体尺寸。


背景技术：

2.近年来，随着环保技术的进步，减少燃料消耗的电动车辆的功能和普及度不断提高。这种电动车辆使用电池驱动的电动机来驱动，该电动机输出动力。因此，电动车辆不产生二氧化碳排放并且产生的噪音很小。电动机比发动机具有能源效率高的优点。正因如此，电动车辆被公认为环保车辆。
3.实现这些电动车辆的核心技术包括与电池模块相关联的技术。近年来，对电池的减重小型化、缩短充电时间等进行了积极的研究。当在最佳环境中使用时，电池模块可具有长寿命并可执行最佳功能。然而，由于运行过程中产生的热量和环境温度的变化，很难在最佳环境中使用该模块。
4.电动车辆没有在诸如内燃机的独立发动机中燃烧时产生的废热源。电动车辆通过电加热装置产生暖气用于冬季取暖。此外，在电动车辆中，电池的预热对于改善电池在寒冷天气中的充放电性能是必要的。为此，电动车辆各自配备有单独的冷却液式电加热器。换言之，用于调节电池模块的温度以保持电池模块的最佳温度环境的制冷和加热系统与用于电动车辆内部的空气调节的制冷和加热系统分开操作。
5.为此，在电动车辆内部用于空气调节的空调系统中，采用了用于最小化用于加热的能耗以增加里程的热泵技术，以最小化能耗。空调系统配备有温度调节门以用于选择性地调节冷却空气和暖风的供给量。诸如蒸发器和空气加热器的部件彼此相隔一定距离定位。因此，增加了空调系统的总体尺寸。
6.前述内容仅仅是为了帮助理解本公开的背景。前述内容并不意味着本公开落入本领域普通技术人员已知的相关技术的范围内。


技术实现要素：

7.本公开的目的是提供一种用于电动车辆的空调装置，其中蒸发器、空气加热器和正温度系数(ptc)加热器串联定位，同时省略了温度调节门。本公开的另一个目的是提供一种用于使用所述空调装置的电动车辆的空调系统。蒸发器、空气加热器和ptc加热器的串联定位减小了空调装置和空调系统的总体尺寸。
8.根据本公开的一个方面，提供了一种用于电动车辆的空调装置。该装置包括：壳体，该壳体具有将进气口连接到排气口的空气调节通道；蒸发器、空气加热器和电加热器，串联地定位在壳体中的空气调节通道中；以及旁路门，布置在壳体中的空气调节通道中的蒸发器之后，并且被配置为选择性地允许通过蒸发器的部分空气绕过空气加热器以及电加
热器而到达排气口。
9.在空调装置中，空气调节通道可以将进气口连接到排气口。该空气调节通道可以包括第一流道和第二流道，该第一流道中安装有旁路门并且该第二流道将所述第一流道连接到排气口。
10.在空调装置中，蒸发器可以以蒸发器连接到第一流道和第二流道的方式安装。空气加热器和电加热器可以串联安装在第二流道中的蒸发器之后。
11.根据本公开的另一方面，提供了一种用于使用该空调装置的电动车辆的空调系统。该系统包括：第一制冷剂管线，该第一制冷剂管线将压缩机连接到该空气加热器；第二制冷剂管线，该第二制冷剂管线将该空气加热器通过第一膨胀器连接到外部热交换器；第三制冷剂管线，该第三制冷剂管线将该外部热交换器通过第二膨胀器连接到该蒸发器；以及第四制冷剂管线，该第四制冷剂管线将该蒸发器连接到该压缩机。
12.该空调系统还可包括：将该第一制冷剂管线连接到该第二制冷剂管线的第一旁通管线。在压缩机中压缩的制冷剂绕过空气加热器而到达第一旁通管线。第一阀可以设置在第一制冷剂管线和第一旁通管线之间。
13.该空调系统还可包括：将该第三制冷剂管线连接到该第四制冷剂管线的第二旁通管线。制冷剂绕过第二膨胀器和蒸发器而到达第二旁通管线。第二阀可以设置在第二旁通管线中。
14.该空调系统还可以包括控制器，该控制器被配置为根据预设的制冷模式、加热模式、以及温度调节和除湿模式来控制该第一膨胀器、该第二膨胀器、该第一阀以及该第二阀。
15.在空调系统中，在制冷模式下，控制器可以在允许制冷剂流向第一旁通管线的方向上打开第一阀并且可以关闭第二阀，以使第一膨胀器完全打开并且第二膨胀器膨胀制冷剂。
16.在空调系统中，在制冷模式下，控制器可以不操作电加热器并且可以打开旁路门。
17.在空调系统中，在加热模式下，控制器可以在允许制冷剂流向空气加热器的方向上打开第一阀并且可以打开第二阀，以使第一膨胀器膨胀制冷剂而第二膨胀器关闭。
18.在空调系统中，在加热模式下，控制器可以操作电加热器并且可以关闭旁路门。
19.在空调系统中，在调温和除湿模式下，控制器可以在允许制冷剂流向空气加热器的方向上打开第一阀并且可以关闭第二阀，以使第一膨胀器完全打开并且第二膨胀器膨胀制冷剂。
20.在空调系统中，在调温和除湿模式下，控制器可以确定经调节空气的温度，该温度由空气加热器和蒸发器调节。控制器可以执行接通或断开电加热器的控制和打开或关闭第一阀的控制，以使经调节空气的温度保持在目标温度的水平，该目标温度随电动车辆内部的所需温度而变化。
21.在空调系统中，在温度调节和除湿模式下，当经调节空气的温度高于目标温度时，控制器可以不操作电加热器并可以在允许制冷剂流向第一旁通管线的方向上打开第一阀。
22.在空调系统中，在温度调节和除湿模式中，当经调节空气的温度低于目标温度时，控制器可操作电加热器并可在允许空气流向空气加热器和电加热器的方向上打开旁路门以增加空气流量。
23.如上所述，在电动车辆用空调装置和使用该空调装置的电动车辆用空调系统中，蒸发器、空气加热器和ptc加热器串联布置以进行温度调节以及旁路门代替温度调节门。通过这种紧凑的结构，可以减小空调装置和空调系统的总体尺寸。在一个实施例中，通过在循环通过蒸发器的制冷剂流和循环通过空气加热器的制冷剂流之间切换来执行制冷和加热操作。从而提高了热泵的制冷和制热性能。
附图说明
24.结合附图，本公开的上述和其它目的、特征以及其它优点应从以下详细描述中更清楚地理解，在附图中：
25.图1是根据本公开的用于电动车辆的空调装置的示意图；
26.图2是使用图1中的空调装置的电动车辆空调系统的电路图；
27.图3是电动车辆空调系统运行在制冷模式下的电路图；
28.图4是车辆空调装置运行在制冷模式下的示意图，；
29.图5是车辆空调系统运行在加热模式下的电路图；
30.图6是电动车辆空调装置运行在加热模式下的示意图；
31.图7是车辆空调系统运行在调温和除湿模式电路图；
32.图8是电动车辆空调装置运行在调温和除湿模式的示意图；以及
33.图9是现有技术中用于电动车辆的空调装置的示意图。
具体实施方式
34.下面参照附图描述根据本公开的优选实施例的用于电动车辆的空调装置和使用该空调装置的用于电动车辆的空调系统。当本公开的组件、设备、元件等被描述为具有目的或执行操作、功能等时，在此应认为组件、设备或元件被“配置”以满足该目的或执行该操作或功能。此外，这里描述的控制器可以包括被编程为执行所述操作、功能、操作等的处理器。
35.图1是根据本公开的用于电动车辆的空调装置的示意图。图2是使用图1中的空调装置的电动车辆空调系统的电路图。图3是电动车辆空调系统运行在制冷模式下的电路图。图4是车辆空调装置运行在制冷模式下的示意图。图5是车辆空调系统运行在加热模式下的电路图。图6是电动车辆空调装置运行在加热模式下的示意图。图7是车辆空调系统运行在调温和除湿模式的电路图。图8是电动车辆空调装置运行在调温和除湿模式的示意图。图9是现有技术中用于电动车辆的空调装置的示意图。
36.根据本公开的用于电动车辆的空调装置，如图1所示，包括壳体100、蒸发器200、空气加热器300、电加热器400以及旁路门500。壳体100具有连接进气口110和排气口120的空气调节通道130。蒸发器200、空气加热器300和电加热器400串联布置在壳体100中的空气调节通道130中。旁路门500布置在壳体100中的空气调节通道130中的蒸发器200之后。旁路门500选择性地允许通过蒸发器200的部分空气绕过空气加热器300和电加热器400以到达排气口120。
37.壳体100在一侧具有进气口110。通过空气调节通道130的空气流经排气口120。引入空气的温度由蒸发器200或通过空气加热器300和电加热器400调节并作为经调节空气供应到车辆内部。各种通气孔(例如除霜通气孔和脚通气孔)，用作壳体100的排气口120。通风
孔具有一个门，通过该门控制通风孔的开度。电加热器400的示例是正温度系数(ptc)加热器。
38.在一个实施例中，蒸发器200、空气加热器300和电加热器400设置在壳体100的空气调节通道130中，并且蒸发器200、空气加热器300和电加热器400彼此相邻地串联布置。因此，通过蒸发器200、加热器300和电加热器400产生冷却空气和暖空气。下面描述了一种热泵系统，该系统除了蒸发器200和空气加热器300之外还包括压缩机10、外部热交换器30以及膨胀器。
39.旁路门500位于壳体100中的空气调节通道130中的蒸发器200之后。这使得一部分空气可以通过蒸发器200以绕过空气加热器300和电加热器400到达排气口120，或者空气可以通过空气加热器300和电加热器400。如图9所示，在现有技术的壳体中，蒸发器1和空气加热器2彼此相隔一定距离定位，并且用于调节调节后空气的温度的温度门3设置在蒸发器1和空气加热器2之间。根据本公开，如图1所示，省略了现有技术中的温度门3，而将旁路门500设置在部分空气通过的通道中。因此，减小了总体布局面积。
40.旁路门500在提供冷却空气时打开。因此，通过蒸发器200的空气通过空气加热器300和电加热器400，并且一部分空气通过旁路门500。因此，保证了一定数量的冷却空气。
41.旁路门500在提供暖风时关闭。因此，空气仅通过空气加热器300和电加热器400。这导致提高了产生暖空气的效率。
42.以这种方式，根据本公开，蒸发器200、空气加热器300和电加热器400的串联定位减小了用于电动车辆的空调装置的总体尺寸。利用这种紧凑的结构，产生了冷却的空气和暖空气。
43.具体地说，如图1所示，空气调节通道130将进气口110连接到排气口120。空气调节通道130包括其中安装有旁路门500的第一流道131和将第一流道131连接到排气口120的第二流道132。
44.蒸发器200以将蒸发器200连接到第一流道131和第二流道132的方式安装。空气加热器300和电加热器400串联定位在第二流道132中的蒸发器200之后。
45.以这种方式，空气调节通道130包括第一流道131和第二流道132。第一流道131和第二流道132由分隔壁分隔。换言之，第一流道131将进气口110与排气口120连接，因此通过进气口110引入的空气仅通过蒸发器200并流向排气口120。第二流道132与第一流道131连接，因此通过进气口110导入的空气通过位于蒸发器200之后的空气加热器300和电加热器400，并流向排气口120。
46.以这种方式，第一流道131用于在提供冷却空气时确保冷却空气的流量。一部分空气流绕过空气加热器300和电加热器400，并流向排气口120。在第二流道132中，空气在通过空气加热器300和电加热器400的同时被加热，由此产生的暖空气流向排气口120。第一流道131和第二流道132中的每一个的开度通过旁路门500控制。用于确定开度的旁路门500的位置根据要提供冷却空气和暖空气中的哪一个而变化。
47.使用该空调装置的电动车辆的空调系统如下所述。
48.如图2所示，根据本公开的用于电动车辆的空调系统包括第一制冷剂管线l1、第二制冷剂管线l2、第三制冷剂管线l3和第四制冷剂管线l4。第一制冷剂管线l1将压缩机10连接到空气加热器300。第二制冷剂管线l2将空气加热器300通过第一膨胀器20连接到外部热
交换器30。第三制冷剂管线l3将外部热交换器30通过第二膨胀器40连接到蒸发器200。第四制冷剂管线l4将蒸发器200连接到压缩机10。
49.制冷剂沿着第一制冷剂管线l1、第二制冷剂管线l2、第三制冷剂管线l3和第四制冷剂管线l4流动。根据制冷剂流动的方向产生冷却空气或暖空气。以这种方式，实现了热泵。
50.压缩机10压缩制冷剂并排出压缩后的制冷剂。因此，产生的制冷剂沿着制冷剂管线流动。膨胀器使制冷剂膨胀或完全打开以允许制冷剂通过、或者关闭以不允许制冷剂通过，这取决于将提供冷却空气和暖空气中的哪一种。设置了多个膨胀器。膨胀器的打开和关闭是根据制冷剂流动的方向来控制的，这取决于将提供冷却空气和暖空气中的哪一种。
51.外部热交换器30可以位于空调系统的外部并且通过旋转散热器风扇来调节制冷剂的温度。
52.用于电动车辆的空调系统还可以包括将第一制冷剂管线l1连接到第二制冷剂管线l2的第一旁通管线l5。在压缩机10中压缩的制冷剂绕过空气加热器300而到达第一旁通管线l5。第一阀50设置在第一制冷剂管线l1和第一旁通管线l5之间。
53.因此，在压缩机10中压缩的制冷剂沿着第一制冷剂管线l1流动并在空气加热器300中循环，或者绕过空气加热器300并且沿着第一旁通管线l5和第二制冷剂管线l2流动，这取决于第一阀50的打开或关闭。当第一阀50选择制冷剂要沿其流动的制冷剂管线时，空气加热器300选择性地利用在压缩机10中压缩的高温制冷剂加热空气。
54.用于电动车辆的空调系统还可以包括将第三制冷剂管线l3连接到第四制冷剂管线l4的第二旁通管线l6。制冷剂绕过第二膨胀器40和蒸发器200而到达第二旁通管线l6。第二阀60可以设置在第二旁通管线l6中。
55.因此，通过外部热交换器30的制冷剂根据第二膨胀器40和第二阀60的打开或关闭，在蒸发器200内循环或绕过蒸发器200到第二旁通管线l6，并流向压缩机10。因此，确定制冷剂是否在蒸发器200中循环。因此，第二阀60切换循环流动的方向，并且因此空气被选择性地冷却。
56.电动车辆用空调系统使用控制器70提供温度经调节的经调节空气，该控制器70根据预设的制冷模式、加热模式、以及温度调节和除湿模式来控制第一膨胀器20、第二膨胀器40、第一阀50和第二阀60。
57.控制器70根据针对车辆内部所需温度水平的条件确定特定模式，并控制第一膨胀器20、第二膨胀器40、第一阀50和第二阀60。使用沿着多个制冷剂管线和多个旁通管线流动的制冷剂而产生的冷却空气或暖空气被提供到车辆内部。
58.在一个实施例中，在制冷模式下，控制器70在允许制冷剂流向第一旁通管线l5的方向上打开第一阀50并且关闭第二阀60。因此，第一膨胀器20完全打开，并且第二膨胀器40使制冷剂膨胀。
59.因此，图3所示，在压缩机10中压缩的制冷剂绕过空气加热器300而到达第一旁通管线l5，并然后沿着第二制冷剂管线l2流动并且在第一膨胀器20中循环。因此，高温制冷剂不在空气加热器300中循环，并因此空气不被空气加热器300加热。
60.第一膨胀器20被完全打开以允许制冷剂通过。制冷剂流向外部热交换器30，并且制冷剂的热由外部热交换器30散发。此后，制冷剂通过第二膨胀器40膨胀，并且因此制冷剂
在蒸发器200中蒸发。因此，通过蒸发器200的空气被冷却。制冷剂的热量在制冷剂流向第二膨胀器40之前被外部热交换器30散发。这可以提高由热泵蒸发制冷剂的效率。
61.如图4所示，控制器70不操作电加热器400、并且打开旁路门500。因此，通过进气口110引入的空气的一部分绕过空气加热器300和电加热器400、并沿着旁路门500流向排气口120。因此，冷却空气的量可以被确保。
62.当向车辆内部提供冷却空气时，可以通过实现热泵来提高制冷效率并且可以通过打开旁路门500来确保冷却空气的量。
63.在加热模式下，控制器70在允许制冷剂流向空气加热器300的方向上打开第一阀50并且打开第二阀60。因此，第一膨胀器20使制冷剂膨胀并且第二膨胀器40关闭。
64.因此，如图5所示，在压缩机10中压缩的制冷剂沿着第一制冷剂管线流动并在空气加热器300中循环，并且因此空气加热器300通过制冷剂的热量的散发来加热空气。通过这样的结构，产生了暖空气。
65.第一膨胀器20使制冷剂膨胀。冷凝的制冷剂在通过空气加热器300的同时膨胀。膨胀的制冷剂流向外部热交换器30并且在外部热交换器30中蒸发。通过这样的结构，外部的热量被吸收。此后，第二阀60打开，并且第二膨胀器40关闭。因此，制冷剂沿着第二旁通管线l6流动并在压缩机10内循环。在制冷剂流向压缩机10之前，外部热量被外部热交换器30吸收，并且因此制冷剂的温度升高。制冷剂的升高的温度通过压缩机10额外地升高。当压缩机10中压缩的高温制冷剂在空气加热器300中循环时，热泵的这种实现提高了空气加热器300的制冷效率。
66.此外，如图6所示，控制器70操作电加热器400并关闭旁路门500。由于旁路门500关闭，因此通过进气口110引入的空气流向空气加热器300和电加热器400。仅通过空气加热器300未能达到的空气温度水平通过电加热器400而达到。因此，在车辆内部产生所需温度水平的暖空气。
67.当向车辆内部提供冷却空气时，可以通过实现热泵来提高制冷效率并且可以通过关闭旁路门500来确保足够量的冷却空气。
68.在温度调节和除湿模式下，控制器70在允许制冷剂流向加热器300的方向上打开第一阀50并且关闭第二阀60。因此，第一膨胀器20完全打开并且第二膨胀器40使制冷剂膨胀。
69.因此，如图7所示，在压缩机10中压缩的制冷剂沿着第一制冷剂管线l1流动并在空气加热器300中循环，并且因此空气加热器300通过制冷剂的热量的散发来加热空气。通过这样的结构，产生了暖空气。第一膨胀器20完全打开以允许制冷剂通过。因此，制冷剂流向外部热交换器30，并且制冷剂的热被外部热交换器30散发。此后，制冷剂通过第二膨胀器40膨胀，并且因此制冷剂在蒸发器200中蒸发。因此，通过蒸发器200的空气被冷却。
70.以这种方式，当调节温度时，制冷剂在空气加热器300和蒸发器200两者中循环，从而产生冷却空气和暖空气。然后，将冷却空气和暖空气混合，从而调节了空气的温度。此外，控制器70控制压缩机10的每分钟转数(rpm)从而调节制冷剂的温度。通过这样的结构，调节了空气的温度。此外，空气中的水分在蒸发器200中除去，从而完成除湿。
71.此时，控制器70以精确地调节空气温度的方式执行以下控制。
72.换句话说，控制器70确定通过空气加热器300和蒸发器200调节的经调节空气的温
度。控制器70执行接通或断开电加热器400的控制以及打开或关闭第一阀50的控制，以使经调节空气保持在车辆内所需的温度水平。
73.关于通过空气加热器300和蒸发器200调节的经调节空气的温度，通过蒸发器200和空气加热器300的空气的温度基于蒸发器200中的制冷剂的温度和空气加热器300中的制冷剂的温度来确定。目标温度是由车辆内部的乘员设定的温度，或者是自动设定的针对车辆内部优化的温度。
74.因此，控制器70将经调节空气的温度与目标温度进行比较并且以使经调节空气保持在目标温度水平的方式控制每个相关部件。
75.在一个实施例中，在经调节空气的温度高于目标温度的情况下，控制器70不操作电加热器400并且在允许制冷剂流向第一旁通管线l5的方向上打开第一阀50。
76.当在提供暖的经调节空气的同时经调节空气的温度高于目标温度时，电加热器400不运行，并且第一阀50在允许制冷剂流向第一旁通管线l5的方向上打开。因此，在压缩机10中压缩的高温制冷剂不在空气加热器300中循环，并且因此空气不被加热。通过蒸发器200的冷却空气被提供，并且因此经调节空气的温度被保持在目标温度的水平。此时，第一膨胀器20打开，第二膨胀器40使制冷剂膨胀，并且第二阀60关闭。此外，控制器70以使通过蒸发器200的空气量被确保为空气流量的方式控制旁路门500。
77.在经调节空气的温度低于目标温度的情况下，控制器70操作电加热器400，并且沿允许空气流向空气加热器300和电加热器400的方向打开旁路门500。因此，增加了流向空气加热器300和电加热器400的空气流量。
78.以这种方式，在提供冷却空气并且因此经调节空气的温度低于目标温度的情况下，使电加热器400运行并且因此加热经调节空气。因此，通过蒸发器200和空气加热器300的经调节空气的温度由电加热器400升高，并且因此经调节空气被保持在目标温度的水平。此外，旁路门500在允许空气流向空气加热器300和电加热器400的方向上打开。因此，确保了流向空气加热器300和电加热器400的空气量并且有效地将经调节空气保持在目标温度水平。
79.以这种方式，控制器70控制通过进气口110引入的空气的流量。换言之，根据旁路门500的打开程度，调节仅通过蒸发器200的冷却空气的流量，并且调节通过空气加热器300和电加热器400的暖空气的流量。选择打开或关闭第一阀50的方向以选择性地允许制冷剂通过空气加热器300。电加热器400的操作被控制以调节流动空气的温度。
80.如上所述，在如上所述构造的电动车辆用空调装置和使用该空调装置的电动车辆用空调系统中，蒸发器200、空气加热器300以及ptc加热器串联定位。利用这种紧凑的结构，减小了空调装置和空调系统的尺寸，并通过热泵改善了制冷和制暖性能。
81.虽然为了说明目的描述了本公开的具体实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求书中所公开的本公开的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。