一种二氧化碳热泵系统及控制方法与流程

1.本发明涉及电动车的技术领域，特别涉及一种二氧化碳热泵系统及控制方法。


背景技术：

2.随着汽车业电动化潮流，纯电车型已经在逐步扩大市占率，客户对纯电车型的接纳度越来越高。但是目前纯电车型面临着冬季续航里程衰减严重的问题，引起客户极大抱怨。而空调系统作为冬季耗能大户，也成为了各大主机厂重点攻克的高地。目前各大主机厂正在预研二氧化碳热泵，以降低冬季采暖功耗，提升车辆续航里程。但二氧化碳热泵系统压力高，系统常规密封泄露以及在发生碰撞时的泄压，成为了一个需要解决的问题。因目前除大众外，暂无二氧化碳热泵系统解决方案，故暂无类似解决方案。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种二氧化碳热泵系统及控制方法，用于解决在电动汽车发生碰撞时的二氧化碳泄露问题。
4.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.第一方面，本发明提供的一种二氧化碳热泵系统，用于电动汽车，包括：碰撞传感器、控制模块、集成模块、空调管路组件、空调主机和二氧化碳传感器；
6.用于获取所述电动汽车的加速度变化量的所述碰撞传感器与所述控制模块连接，所述控制模块与所述集成模块连接，所述集成模块通过所述空调管路组件与所述空调主机相连接，所述二氧化碳传感器设置在所述空调主机上，用于获取二氧化碳的含量；
7.其中，所述集成模块包括安全气囊和泄压阀，所述安全气囊与所述空调管路组件连通，所述泄压阀设置在所述安全气囊与所述空调管路组件之间，所述控制模块与所述泄压阀连接，通过控制所述泄压阀实现所述安全气囊与所述空调管路组件之间的通断。
8.当电动汽车发生碰撞时，电动汽车将会减速，电动汽车由快速行驶状态急剧停止，电动汽车减速度急剧增加，碰撞传感器中的小球由相对静止状态，因车辆突然停止，惯性前冲，产生一个加速度，使得碰撞传感器加速度加大，碰撞传感器获取电动汽车的加速度变化量，并将电动汽车的加速度变化量由控制模块接收，控制模块与集成模块连接，集成模块通过空调管路组件与空调主机连接，经控制模块处理后，将空调管路组件处于连通状态，并控制泄压阀打开将本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统中的二氧化碳快速排入处于真空状态的安全气囊中，将安全气囊迅速充满，安全气囊充满二氧化碳气体后，在防火墙前或者前防撞梁后形成一道柔性缓冲防护。因碰撞导致后移的机舱部件如高低压转换器、电动机及其固定支架等，与安全气囊接触后，冲击力逐步减小，可以避免入侵乘员舱，对乘客造车伤害。同时，在空调主机上设置有用于获取二氧化碳含量的二氧化碳传感器，当检测到二氧化碳浓度超标时，将电动汽车的车窗打开，从而保证乘客的安全。
9.可选地，还包括：压缩机，所述压缩机与所述控制模块相连接，所述控制模块用于控制所述压缩机打开或关闭。
10.可选地，所述控制模块包括：安全控制器和整车控制器；
11.其中，所述安全控制器与所述碰撞传感器连接，所述安全控制器与所述整车控制器相连接；所述整车控制器与所述压缩机连接，用于控制所述压缩机的打开或关闭。
12.可选地，所述空调主机包括蒸发器；
13.所述集成模块还包括蒸发器进口、蒸发器出口和膨胀阀；
14.其中，所述蒸发器进口和所述蒸发器出口分别与所述蒸发器连通，所述膨胀阀设置在所述蒸发器进口，根据制冷需求调整节流面积；
15.通过所述泄压阀控制所述蒸发器内回路，以将所述蒸发器中的冷媒排入所述安全气囊中。
16.可选地，所述空调主机还包括内部冷凝器；
17.所述集成模块还包括内部冷凝器进口和内部冷凝器出口；
18.其中，所述内部冷凝器进口和所述内部冷凝器出口分别与所述内部冷凝器连通。
19.可选地，所述集成模块还包括压缩机进口和压缩机出口；
20.所述压缩机进口和压缩机出口分别与所述压缩机连通。
21.可选地，所述集成模块还包括：第一电子通断阀和第二电子通断阀；
22.所述第一电子通断阀和所述第二电子通断阀均位于所述压缩机出口和所述内部冷凝器进口之间的管路上。
23.第二方面，本发明提供的一种二氧化碳热泵系统控制方法，应用于第一方面任一项所述的二氧化碳热泵系统，包括：
24.当电动汽车发生碰撞时，获取电动汽车的加速度变化值，根据所述电动汽车的加速度变化值确定安全气囊的工作状态，根据确定的所述安全气囊的工作状态，开启所述安全气囊与所述空调管路组件之间的所述泄压阀；
25.获取所述空调主机中的二氧化碳含量，根据二氧化碳含量，在确定需要对电动汽车车窗需要打开时，将车窗打开。
26.可选地，在满足下列条件中的部分或全部后，确定需要打开车窗：
27.条件一、二氧化碳变化量大于第一阈值；
28.条件二、设定时间内的二氧化碳变化量大于第二阈值。
29.可选地，在根据二氧化碳含量，在确定需要对电动汽车车窗需要打开时，将车窗打开后，还包括控制所述集成模块进入泄压状态。
附图说明
30.图1为本发明实施例提供的一种二氧化碳热泵系统的结构示意图；
31.图2为本发明实施例提供的集成模块的结构示意图；
32.图3为本发明实施例提供的一种二氧化碳热泵系统的集成模块的泄压路径示意图；
33.图4为本发明实施例提供的一种二氧化碳热泵系统控制方法的流程示意图；
34.图5为本发明实施例提供的一种二氧化碳热泵系统控制方法的判断流程示意图。
35.图标：1-碰撞传感器；2-控制模块；21-安全控制器；22-整车控制器；3-集成模块；31-安全气囊；32-泄压阀；33-蒸发器进口；34-蒸发器出口；35-膨胀阀；36-内部冷凝器进
口；37-内部冷凝器出口；38-压缩机进口；39-压缩机出口；310-第一电子通断阀；311-第二电子通断阀；312-气液分离器高压进口；313-气液分离器高压出口；314-气液分离器低压出口；315-气液分离器低压进口；4-空调管路组件；5-空调主机；51-蒸发器；52-内部冷凝器；6-二氧化碳传感器；7-压缩机；8-高低压转换器；9-电动机。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
37.如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种二氧化碳热泵系统，用于电动汽车，包括：碰撞传感器1、控制模块2、集成模块3、空调管路组件4、空调主机5和二氧化碳传感器6；
38.用于获取电动汽车的加速度变化量的碰撞传感器1与控制模块2连接，控制模块2与集成模块3连接，集成模块3通过空调管路组件4与空调主机5相连接，二氧化碳传感器6设置在空调主机5上，用于获取二氧化碳的含量；
39.其中，集成模块3包括安全气囊31和泄压阀32，安全气囊31与空调管路组件4连通，泄压阀32设置在安全气囊31与空调管路组件4之间，所述控制模块2与所述泄压阀32连接，通过控制所述泄压阀32实现所述安全气囊31与所述空调管路组件4之间的通断。
40.需要说明的是，当电动汽车发生碰撞时，电动汽车将会减速，电动汽车由快速行驶状态急剧停止，电动汽车减速度急剧增加，碰撞传感器中的小球由相对静止状态，因车辆突然停止，惯性前冲，产生一个加速度，使得碰撞传感器加速度加大，碰撞传感器1获取电动汽车的加速度变化量，并将电动汽车的加速度变化量由控制模块2接收，控制模块2与集成模块3连接，集成模块3通过空调管路组件4与空调主机5连接，经控制模块2处理后，将空调管路组件4处于连通状态，并控制泄压阀32打开将本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统中的二氧化碳快速排入处于真空状态的安全气囊31中，将安全气囊31迅速充满，安全气囊31充满二氧化碳气体后，在防火墙前或者前防撞梁后形成一道柔性缓冲防护。因碰撞导致后移的机舱部件如高低压转换器8、电动机9及其固定支架等，与安全气囊31接触后，冲击力逐步减小，可以避免入侵乘员舱，对乘客造车伤害。同时，在空调主机5上设置有用于获取二氧化碳含量的二氧化碳传感器6，当检测到二氧化碳浓度超标时，将电动汽车的车窗打开，从而保证乘客的安全。
41.在一些具体的实施方式中，本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统还包括：压缩机7，压缩机7与控制模块2相连接，控制模块2用于控制压缩机7打开或关闭。
42.当控制模块2接收到碰撞传感器1的加速度变化量，如果本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统为工作状态时，为了避免本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统持续在电动汽车碰撞发生时，系统压力持续上升，首先控制压缩机7停机。
43.具体地，控制模块2包括：安全控制器21和整车控制器22；
44.其中，安全控制器21与碰撞传感器1连接，安全控制器21与整车控制器22相连接；整车控制器22与压缩机7连接，用于控制压缩机7的打开或关闭。
45.当发生碰撞时，碰撞传感器1因为发生位移，将位移信号转换成电信号，并由安全
控制器21接收。经安全控制器21处理后，发出两条信号，其一，安全控制器21处理后的信号直接控制整车控制器22，整车控制器22控制电动汽车对应的安全气囊31爆破。其二，发送到can(controller area network，控制器局域网络)网络。
46.在一些具体的实施方式中，空调主机5包括蒸发器51；
47.集成模块3还包括蒸发器进口33、蒸发器出口34和膨胀阀35；
48.其中，蒸发器进口33和蒸发器出口34分别与蒸发器51连通，膨胀阀35设置在蒸发器进口33，根据制冷需求调整节流面积；通过泄压阀控制蒸发器内回路，以将蒸发器中的冷媒排入安全气囊中。
49.整车控制器22接收到碰撞信号后，当控制模块2接收到碰撞传感器1的加速度变化量，如果本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统为工作状态时，在电动汽车碰撞发生时，系统压力持续上升，首先控制压缩机7停机。同时控制集成模块3上蒸发器51膨胀阀35打开，避免二氧化碳高压气体伤人。
50.具体地，空调主机5还包括内部冷凝器52；
51.集成模块3还包括内部冷凝器进口36和内部冷凝器出口37；
52.其中，内部冷凝器进口36和内部冷凝器出口37分别与内部冷凝器52连通。
53.也就是说，空调主机5包括内部冷凝器52和蒸发器51，并且将蒸发器51的进出口和内部冷凝器52的进出口均集成在集成模块3上。
54.另外，集成模块3还包括压缩机7进口38和压缩机7出口39；
55.压缩机7进口38和压缩机7出口39分别与压缩机7连通。集成模块3还包括：第一电子通断阀310和第二电子通断阀311；
56.第一电子通断阀310和第二电子通断阀311均位于压缩机7出口39和内部冷凝器进口36之间的管路上。
57.碰撞传感器1因为发生位移，将位移信号转换成电信号，并由安全控制器21接收。经安全控制器21处理后，安全控制器21处理后的信号直接控制整车控制器22，整车控制器22接收到碰撞信号后，控制本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统中的压缩机7停止运作，同时控制集成模块3上蒸发器51膨胀阀35打开，第一电子通断阀310打开，第二电子通断阀311打开。此状态下，空调管路组件4中的所有通路连通。再打开泄压阀32，本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统中二氧化碳冷媒快速排入处于真空状态的安全气囊31中，将安全气囊31迅速充满。其泄压过程路径具有两路，如图3所示：其中第一路径的泄压过程为：高压侧冷媒从压缩机7出口39经第一电子通断阀310、第二电子通断阀311、内部冷凝器进口36、内部冷凝器出口37、气液分离器高压进口312、气液分离器高压出口313、蒸发器51膨胀阀35、蒸发器进口33和蒸发器出口34，以将第一路径的冷媒经泄压阀32流入安全气囊31中。
58.第二路径的泄压过程为：低压侧冷媒由压缩机7进口38、气液分离器低压进口315、气液分离器低压出口314，以将第二路径的冷媒经泄压阀32流入安全气囊31中。
59.最终使得第一路径和第二路径的两路冷媒最终经泄压阀32流入安全气囊31。
60.气囊充满二氧化碳气体后，在前机舱防火墙前或者前防撞梁后形成一道柔性缓冲防护。因碰撞导致后移的机舱部件如高低压转换器8、电动机9及其固定支架等，与安全气囊31接触后，冲击力逐步减小，可以避免入侵乘员舱，对乘客造车伤害。
61.如图4所示，第二方面，本发明实施例提供一种二氧化碳热泵系统控制方法，应用
于第一方面任一项所述的二氧化碳热泵系统，包括：
62.s401：当电动汽车发生碰撞时，获取电动汽车的加速度变化值；
63.s402：根据电动汽车的加速度变化值确定安全气囊31的工作状态；
64.s403：根据确定的安全气囊31的工作状态，开启安全气囊31与空调管路组件4之间的泄压阀32；
65.s404：获取空调主机5中的二氧化碳含量，根据二氧化碳含量，在确定需要对电动汽车车窗需要打开时，将车窗打开。
66.当发生碰撞时，碰撞传感器1因为发生位移，将位移信号转换成电信号，并由安全控制器21接收。经安全控制器21处理后，安全控制器21处理后的信号直接控制整车控制器22，整车控制器22将空调管路组件4处于连通状态，并控制泄压阀32打开将本发明实施例提供的二氧化碳热泵系统中的二氧化碳快速排入处于真空状态的安全气囊31中，将安全气囊31迅速充满，安全气囊31充满二氧化碳气体后，在防火墙前或者前防撞梁后形成一道柔性缓冲防护。因碰撞导致后移的机舱部件如高低压转换器8、电动机9及其固定支架等，与安全气囊31接触后，冲击力逐步减小，可以避免入侵乘员舱，对乘客造车伤害。
67.同时，在空调主机5上设置有用于获取二氧化碳含量的二氧化碳传感器6，当检测到二氧化碳浓度超标时，将电动汽车的车窗打开，从而保证乘客的安全。
68.在满足下列条件中的部分或全部后，确定需要打开车窗：
69.条件一、二氧化碳变化量大于第一阈值；
70.在通过二氧化碳传感器6获取二氧化碳含量浓度检测过程中，二氧化碳变化量例如，为二氧化碳浓度，第一阈值为1000ppm，当二氧化碳浓度大于第一阈值1000ppm时，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。
71.条件二、设定时间内的二氧化碳变化量大于第二阈值。
72.在通过二氧化碳传感器6获取二氧化碳含量浓度检测过程中，设定时间内的二氧化碳变化量，例如，为二氧化碳上升速率，第二阈值为50ppm/min，如检测到单位时间二氧化碳气体分子上升速率大于50ppm/min，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。
73.如果二氧化碳的含量还在持续上升，在根据二氧化碳含量，在确定需要对电动汽车车窗需要打开时，将车窗打开后，还包括控制集成模块3进入泄压状态。
74.当在通过二氧化碳传感器6获取二氧化碳含量浓度检测过程中，例如，二氧化碳变化量为二氧化碳浓度，如检测到单位时间二氧化碳气体浓度，大于1500ppm，远远大于第一阈值，则判定空调系统存在严重泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
75.当在通过二氧化碳传感器6获取二氧化碳含量浓度检测过程中，例如，设定时间内的二氧化碳变化量，为二氧化碳上升速率，如检测到单位时间二氧化碳气体分子上升速率大于100ppm/min，远远大于第二阈值，则判定空调系统存在严重泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
76.关于本发明实施例提供的一种二氧化碳热泵系统控制方法的判断方法，如图5所示：
77.当二氧化碳传感器6获取到的是二氧化碳浓度时，则执行以下步骤：
78.s501：当电动汽车发生碰撞时，获取电动汽车的加速度变化值；
79.s502：判断电动汽车的加速度变化值是否大于安全值，如果大于安全值，则执行s503；否则，则执行s501；
80.s503：开启泄压阀32，安全气囊31内充入二氧化碳气体；
81.s504：获取空调主机5中的二氧化碳含量；
82.s505：判断二氧化碳浓度是否大于第一阈值，如果是，则执行s506；否则，执行s504；当二氧化碳浓度小于第一阈值1000ppm时，并且此过程中车窗均处于关闭状态，此时判定车内有余留生命体，二氧化碳浓度增加为呼吸导致。当二氧化碳浓度超过设定值1000ppm时，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。
83.s506：车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳；
84.s507：判断二氧化碳浓度是否大于第三阈值，如果是，则执行s508；否则，则执行s506；当二氧化碳浓度超过第三阈值1500ppm时，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
85.s508：判定空调系统存在严重泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
86.当二氧化碳传感器6获取到的是二氧化碳上升速率时，则执行以下步骤：
87.s501：当电动汽车发生碰撞时，获取电动汽车的加速度变化值；
88.s502：判断电动汽车的加速度变化值是否大于安全值，如果大于安全值，则执行s503；否则，则执行s501；
89.s503：开启泄压阀32，安全气囊31内充入二氧化碳气体；
90.s504：获取空调主机5中的二氧化碳含量；
91.s509：判断二氧化碳上升速率是否大于第二阈值，如果是，则执行s510；否则，执行s504；单位时间二氧化碳气体分子上升速率小于第二阈值50ppm/min时，并且此过程中车窗均处于关闭状态，此时判定车内有余留生命体，二氧化碳浓度增加为呼吸导致。在二氧化碳浓度检测过程中，如检测到单位时间二氧化碳气体分子上升速率大于第二阈值50ppm/min，小于第四阈值100ppm/min时，则判定空调系统存在轻微泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。
92.s510：车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳；
93.s511：判断二氧化碳上升速率是否大于第四阈值，如果是，则执行s512；否则，则执行s510；单位时间二氧化碳气体分子上升速率大于第四阈值100ppm/min，则判定空调系统存在严重泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
94.s512：判定空调系统存在严重泄露，车辆发出警报，车窗全部打开，车内进行通风，排出车内二氧化碳。同时控制集成模块3进入泄压状态，排出空调系统二氧化碳冷媒。
95.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。