一种带有空气换向型HVAC的车用热管理系统及其控制方法与流程

技术特征：
1.一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统，其特征在于，包括：空气换向型hvac、压缩机(8)、室外换热器(9)、四通换向阀(11)、气液分离器(12)、回热器(13)、第一三通(14)、第二三通(15)和电池冷却器(16)；其中，所述空气换向型hvac包括：风道、ptc(5)、除霜换热器(6)和室内换热器(7)；所述风道设置有进风口和出风口；所述ptc(5)设置于所述风道的进风口处；所述除霜换热器(6)和所述室内换热器(7)的进风风向与所述风道的进风口的进风风向垂直；所述风道的进风口处可旋转的设置有进风风门(1)，所述风道的出风口处可旋转的设置有出风风门(2)；所述压缩机(8)的出口与所述四通换向阀(11)的a口相连通；所述四通换向阀(11)的b口依次经室外换热器(9)、回热器(13)的第一换热通道之后连通第一三通(14)并分为两路输出，一路输出依次经第一电子膨胀阀(10)、室内换热器(7)的第一换热通道与除霜换热器(6)的第一换热通道相连通，另一路输出经第二电子膨胀阀(17)与电池冷却器(16)的第一换热通道相连通；所述除霜换热器(6)的第一换热通道的出口与所述电池冷却器(16)的第一换热通道的出口经第二三通(15)并联后与所述四通换向阀(11)的d口相连通；所述四通换向阀(11)的c口依次经气液分离器(12)、回热器(13)的第二换热通道与所述压缩机(8)的进口相连通；所述压缩机(8)为变频压缩机(8)；所述第一电子膨胀阀(10)、第二电子膨胀阀(17)的开度可调节；所述ptc(5)的功率可调节。2.根据权利要求1所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统，其特征在于，所述风道的进风口处可旋转的设置有进风风门(1)，所述风道的出风口处可旋转的设置有出风风门(2)具体包括：所述进风风门(1)旋转时包括第一旋转位置和第二旋转位置；所述出风风门(2)旋转时包括第一旋转位置和第二旋转位置；所述进风风门(1)、所述出风风门(2)均处于第一旋转位置时，所述进风风门(1)靠近所述室内换热器(7)的一侧打开，所述出风风门(2)靠近所述除霜换热器(6)的一侧打开，空气能够经进风风门(1)开口侧通入，再依次经室内换热器(7)的第二换热通道、除霜换热器(6)的第二换热通道以及出风风门(2)开口侧通出；所述进风风门(1)、所述出风风门(2)均处于第二旋转位置时，所述进风风门(1)靠近所述除霜换热器(6)的一侧打开，所述出风风门(2)靠近所述室内换热器(7)的一侧打开，空气能够经进风风门(1)开口侧通入，再依次经除霜换热器(6)的第二换热通道、室内换热器(7)的第二换热通道以及出风风门(2)开口侧通出。3.一种权利要求1所述的带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，车厢制冷模式时：压缩机出口的高温高压气体流经四通换向阀的a口至b口连通通道进入室外换热器，释放热量后经回热器过冷；过冷之后进入第一电子膨胀阀节流至低温低压的两相流状态，再依次流经室内换热器与除霜换热器吸收空气中的热量；低压的制冷剂经过四通换向阀的d口至c口连通通道，依次经气液分离器与回热器回到压缩机；车厢制冷模式下的控制方法包括：以除霜换热器中制冷剂的出口过热度δt
superheat
作为改变空气流向的判定依据，δt
superheat
的计算公式为，δt
superheat
＝t
dhx，out-t
dhx，in
；式中，t
dhx，out
是除霜换热器出口制冷剂
温度，t
dhx，in
是除霜换热器进口制冷剂温度；当δt
dhx，out
＝0℃时，进风风门靠近室内换热器的一侧开启，靠近除霜换热器的一侧关闭，出风风门靠近除霜换热器的一侧开启，靠近室内换热器的一侧关闭；空气依次流经室内换热器和除霜换热器并与制冷剂发生顺流换热；当δt
dhx，out
＞0℃时，进风风门靠近除霜换热器的一侧开启，靠近室内换热器的一侧关闭，出风风门靠近室内换热器的一侧开启，靠近除霜换热器的一侧关闭，空气依次流经除霜换热器和室内换热器并与制冷剂发生逆流换热。4.一种权利要求1所述的带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，车厢与电池制热并联模式时：压缩机出口的高温高压气体流经四通换向阀的a口至d口连通通道进入第二三通分为两路，一路依次流经除霜换热器与室内换热器，释放热量后进入第一电子膨胀阀节流至低温低压的两相流状态，另二路进入电池冷却器，释放热量后进入第二电子膨胀阀节流；第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的出口连接至第一三通，流经回热器进入室外换热器吸收环境中的热量；低压的制冷剂经过四通换向阀的b口至c口连通通道，再流经气液分离器与回热器回到压缩机；此模式下，空气换向型hvac内室内换热器和除霜换热器中的制冷剂与空气保持逆流换热的流向。5.根据权利要求4所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，车厢与电池制热并联模式下，使用电池最低温度t
bat，min
作为判断ptc开启的依据；其中，当t
bat，min
低于预设电池安全温度下限时，车用热管理系统维持制热并关闭第一电子膨胀阀，开启ptc以维持车厢制热。6.根据权利要求4所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，车厢与电池制热并联模式下的控制方法包括：压缩机转速和第二电子膨胀阀的开度分别根据电池最低温度t
bat，min
与排气压力进行动态调节；ptc功率根据目标车厢温度与环境温度的温差δt确定，同时使用电池最低温度t
bat，min
作为ptc关闭的判定依据。7.根据权利要求6所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，所述压缩机转速和第二电子膨胀阀的开度分别根据电池最低温度t
bat，min
与排气压力进行动态调节；ptc功率根据目标车厢温度与环境温度的温差δt确定，同时使用电池最低温度t
bat，min
作为ptc关闭的判定依据的步骤包括：第二电子膨胀阀的开度定义为v2，调节梯度δv2＝1，v2能够按梯度在0～565范围内调节开度；压缩机转速定义为f，排气压力定义为p
dis
，开启ptc后，设定压缩机转速和电子膨胀阀的开度分别为，f＝3000rpm，v2＝565；使用pid控制器对压缩机转速进行调节来实现对t
bat，min
的控制，其pid参数设置为：k
p
＝12，k
i
＝3，k
d
＝0；根据排气压力对第二电子膨胀阀的开度进行控制，若p
dis
＜8mpa，则按δv2梯度调节减小v2值，若p
dis
＞8mpa，则按δv2梯度调节增大v2值，使p
dis
＝8mpa；温差δt和ptc功率的计算公式分别为，δt＝t
cabin，target-t
ambient
；p
ptc
＝δt*166.7；式中，t
cabin，target
是设定的目标车厢温度，t
ambient
是环境温度，p
ptc
为ptc运行的功率；当
t
bat，min
≥10℃时，ptc关闭。8.一种权利要求1所述的带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，化霜模式时：出风风门关闭，压缩机出口的高温高压气体流经四通换向阀的a口至b口连通通道进入室外换热器，释放热量化霜，再进入第一电子膨胀阀节流至低温低压的两相流状态，依次流经室内换热器与除霜换热器吸收热量，低压的制冷剂经过四通换向阀的d口至c口连通通道，最后经气液分离器与回热器回到压缩机。9.根据权利要求8所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，化霜模式下的控制方法包括：化霜模式时使用ptc供给热能，使用室外换热器出口温度过热度δt
out
作为判断化霜模式开始的依据，过热度计算表达式为，δt
out
＝t
ohx，out-t
ohx，in
；式中，t
ohx，out
是室外换热器出口制冷剂温度，t
ohx，in
是室外换热器进口制冷剂温度；当δt
out
＜7℃时，四通换向阀的a口至b口通道连通，d口至c口通道连通，第二电子膨胀阀关闭，出风风门关闭，ptc满功率运行加热空气换向型hvac内部空气；制冷剂在室内换热器与除霜换热器中吸收ptc供给的热量；制冷剂经压缩机升压后温度升高，在室外换热器释放热量融化霜层。10.根据权利要求9所述的一种带有空气换向型hvac的车用热管理系统的控制方法，其特征在于，化霜模式下的控制方法还包括：在化霜过程中，压缩机转速和第一电子膨胀阀的开度分别根据室外换热器的出口温度t
ohx，out
与空气换向型hvac内的空气温度t
hvac
动态调节，使用t
ohx，out
作为化霜结束的判定依据；其中，第一电子膨胀阀的开度定义为v1，调节梯度δv1＝1，v1能够按梯度在0～565范围内调节开度，开始化霜模式后，设定压缩机转速和第一电子膨胀阀的开度分别为，f＝2500rpm，v1＝565；若t
ohx，out
＞1℃，则降低压缩机转速f，使t
ohx，out
＝1℃；若t
ohx，out
＜1℃，则按δv梯度调节减小v1值，使t
ohx，out
＝1℃；当调节压缩机转速f与第一电子膨胀阀的开度v1使t
ohx，out
＝1℃后，继续化霜并停止调节压缩机转速和第一电子膨胀阀的开度；当室外换热器的出口温度t
ohx，out
＞10℃时，化霜结束。

技术总结
本发明公开了一种带有空气换向型HVAC的车用热管理系统及其控制方法，所述车用热管理系统中，压缩机的出口与四通换向阀的A口相连通；四通换向阀的B口依次经室外换热器、回热器的第一换热通道之后进入第一三通并分为两路输出，一路依次经第一电子膨胀阀、室内换热器的第一换热通道与除霜换热器的第一换热通道相连通，另一路经第二电子膨胀阀与电池冷却器的第一换热通道相连通，除霜换热器的第一换热通道的出口与电池冷却器的第一换热通道的出口经第二三通并联后与四通换向阀的D口相连通；四通换向阀的C口依次经气液分离器、回热器的第二换热通道与压缩机的进口相连通。本发明可有效地提高系统的换热性能以及减少空调能耗。耗。耗。


技术研发人员：曹锋 乔义友 殷翔 方健珉 孙西峰
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/8/26