电动汽车蓄热除霜热泵系统及除霜方法与流程

1.本发明属于电动汽车空调领域，涉及一种电动汽车蓄热除霜热泵系统及除霜技术。


背景技术：

2.电动汽车以电能为驱动力，在使用过程中不会产生废气污染环境，是实现“碳达峰”和“碳中和”的关键。传统燃油车发动机热效率低，发动机工作是产生的热量被合理的利用以满足汽车乘客舱的供暖需求。电动汽车电机热效率高达90％左右，电机、逆变器等电器设备工作时产热相较于发动机显著的较少，冬季时节利用这部分热量难以满足乘客舱的供暖需求，因此需要设置额外的供暖结构。
3.目前电动汽车冬季有两种供暖方案，一种为ptc制热，该方案结构简单但热效率低，对电动汽车的续航里程影响较大。另外一种为热泵系统，该方案供暖cop即制热性能系数大于1，比ptc制热方案耗能低，成为上市车型的大卖点，受到消费者的追捧。热泵系统运行过程中，高温高压的冷媒从压缩机出来后流经室内冷凝器放热，再通过膨胀阀进入室外蒸发器吸收空气的热量。膨胀阀出口冷媒温度很低，若车外空气温度较低且湿度较高(湿度大于50％)，热泵运行一段时间后室外蒸发器可能会出现结霜现象，进而影响热泵性能。因此，设计合适的除霜方案和策略对汽车热泵空调系统的应用具有重要作用。
4.为此，名称为“无需停机的电动汽车热泵除霜系统及其运行方法”(cn111780465a)提供了除霜方案，除霜方案是在压缩机持续工作的情况下通过板式换热器吸收电机等电器或电池包的热量来实现逆循环化霜。
5.申请人为解决除霜问题提交了名称为“蒸发器除霜机构、控制系统及其控制方法”(cn114526574a)的在先申请，虽然该在先采用了与文献不同的方案，相同是借助了电机等电气设备工作的热能对蒸发器除霜作业。
6.由此可见，现有技术中的除霜方案均是建立在电机、电池等动力设备工作的状态下实现的除霜作业。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种电动汽车蓄热除霜热泵系统，本系统在电机、电池及逆变器等动力电器设备尚未工作或工作初期无法提供有效热能时能够保证正常除霜作业。
8.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电动汽车蓄热除霜热泵系统，压缩机泵出的第一介质a依次经由冷凝器、膨胀阀、蒸发器回流至压缩机，其特征在于：冷凝器两端并联有第一介质a旁通支路，第一介质a旁通支路穿置通过蓄热器，第二介质b旁通支路穿置通过蓄热器，流经第二介质b旁通支路的与电机系统实施换热的第二介质b流经除霜换热器，除霜换热器与蒸发器临近布置。
9.针对上述系统本发明还提供了相应的除霜方法：
10.a、采集温度和湿度参数
11.提供温度和湿度传感器检测采集车外空气温度和湿度参数；
12.b、处理温度和湿度参数并输出控制指令
13.处理器收集温度和湿度传感器检测采集车外空气温度和湿度参数，判断采集到的温度和湿度参数的环境条件下蒸发器是否存在结霜可能，若存在结霜可能则选用除霜模式，车辆尚未行驶或行驶时间短则选择蓄热除霜模式，车辆正常行驶阶段选择电机系统余热除霜模式；若不存在结霜可能，当下任务结束，间隔一定时段后重复步骤a。
14.上述系统及方法具有的显著的技术效果体现在既解决了热泵系统室外蒸发器结霜问题，同时确保除霜过程不影响乘员舱的供暖，尤其在当车辆尚未行驶时，电机系统无法提供热能对蒸发器结霜实施除霜处理，本发明借助热泵系统的供热外溢热能对蒸发器实施除霜作业。
附图说明
15.图1是本发明的系统示意图；
16.图2是电机系统余热除霜模式的示意图；
17.图3是供热和为蓄热器蓄热工况的示意图；
18.图4是蓄热器除霜模式的示意图；
19.图5是除霜方法的流程图。
具体实施方式
20.实施例1
21.结合图1，一种电动汽车蓄热除霜热泵系统，压缩机10泵出的第一介质a依次经由冷凝器40、膨胀阀50、蒸发器60回流至压缩机10，冷凝器40两端并联有第一介质a旁通支路31，第一介质a旁通支路31穿置通过蓄热器30，第二介质b旁通支路32穿置通过蓄热器30，流经第二介质b旁通支路32的与电机系统20实施换热的第二介质b流经除霜换热器80，除霜换热器80与蒸发器60临近布置。
22.本发明提供的上述方案，包括第一介质a、第二介质b的流通路径，旨在实现各种工况下的蒸发器60的除霜。
23.以下详细说明第一介质a、第二介质b的流通路径的构成。
24.压缩机10的出液端连接有第三三通阀23，膨胀阀50的进液端连接有第四三通阀24，所述的第一介质a旁通支路31的两端分别连通至第三三通阀23、第四三通阀24上，冷凝器40的两端分别连通至第三三通阀23、第四三通阀24上，第四三通阀24的出液端与膨胀阀50的进液端相连。
25.第二介质b旁通支路32的两端与第一三通阀21、第二三通阀22相连，第一三通阀21、第二三通阀22之间的第二介质旁通支路32上布置有电机系统20。
26.所述的蒸发器60的进气端、出气端分别连接有第六三通阀26、第五三通阀25，第五三通阀25的出气口与压缩机10的进气端相连，膨胀阀50的出气端与第六三通阀26连通，第六三通阀26、第五三通阀25之间设置有深冷器支路71，深冷器支路71上连接深冷器70。
27.第二介质b流经深冷器70后回流至第一三通阀21。
28.除霜换热器80的出液端回流的第二介质b流经深冷器70后回流至第一三通阀21。
29.深冷器70所连的深冷器通路72的两端分别连接在第二四通阀12上，自除霜换热器80的出液端回流的第二介质b通过第二四通阀12流经深冷器70后回流至第二四通阀12再回流至第一三通阀21。
30.第三四通阀13的一个进液端接第二三通阀22的出液端，第三四通阀13的一个出液端回流至第一三通阀21，第三四通阀13的另一个进液端接第二四通阀12的一个出液端，第三四通阀13的另一个出液端接第一四通阀11，第一四通阀11的一个出液端输出的第二介质b流经除霜换热器80后流出的第二介质b接第一四通阀11的一个进液端，第一四通阀11的另一个出液端输出的第二介质b接第二四通阀12的一个进液端。
31.本发明中，第一介质a即制冷剂从膨胀阀50流出后经过第六三通阀26分别流入蒸发器60和经由深冷器支路71进入chiller即深冷器70，流入蒸发器60的第一介质a与车外空气进行热交换来吸收热量，流入chiller深冷器70的第一介质a与冷却液进行热交换来吸收热量。
32.针对低温高湿度环境下空气源热泵系统蒸发器易结霜并引起系统制热效果变差的问题，将散热器80布置在蒸发器60的前端，除霜逻辑触发后，第二介质b流经散热器80并加热后吹向蒸发器60的迎面风，来完成蒸发器60的除霜。
33.根据除霜过程可利用的热源介质，本发明提供了两种基本的除霜模式，其一是利用电机系统余热除霜，其二是蓄热器蓄热除霜。
34.参见图2，车辆在行驶过程中，电机系统20包括电机、mcu、cdu等设备会产生废热，利用电机系统20的废热加热冷却液来完成除霜任务即除霜模式一，作为换热介质的第二介质b的流经路径是：电机系统20、第二三通阀22、第三四通阀13、第一四通阀11、散热器80、第一四通阀11、第二四通阀12、第三四通阀13、第一三通阀21、电机系统20。
35.在驻车阶段或电机系统无法提供余热，采用蓄热器30蓄热除霜即除霜模式二，制热模式前期未结霜阶段，通过提高压缩机10的转速以及第三三通阀23和第四三通阀24的切换，第一介质a即制冷剂从压缩机10流出后分别流向蓄热器30和冷凝器40，在供暖的同时的完成蓄热器30蓄热，蓄热过程如附图3所示，蓄热器30获得热能后可以对流经蓄热器30的第二介质b实施加热，加热后的第二介质b按模式一的流通路径对散热器80加热，同时参见图4。
36.上述两种基本可以实现除霜作业之外，在车辆运行初期，电机系统无法提供足够的热能却也可以提供部分热能时，也可以将两者的热能一同利用，即自第一三通阀21流出的第二介质b分为两路，其一路经由电机系统20、另一路经由蓄热器30获得热能后抵达第二三通阀22排出的第二介质b再经由模式一的路径对散热器80加热，此模式可以称之为混合模式。
37.实施例2
38.电动汽车热泵系统的除霜方法包括以下步骤：
39.a、采集温度和湿度参数
40.提供温度和湿度传感器检测采集车外空气温度和湿度参数；
41.b、处理温度和湿度参数并输出控制指令
42.处理器收集温度和湿度传感器检测采集车外空气温度和湿度参数，判断采集到的
温度和湿度参数的环境条件下蒸发器60是否存在结霜可能，若存在结霜可能则选用除霜模式，车辆尚未行驶或行驶时间短则选择蓄热除霜模式，车辆正常行驶阶段选择电机系统余热除霜模式；若不存在结霜可能，当下任务结束，间隔一定时段后重复步骤a。
43.作为优选方案，在步骤b中，选定除霜模式后采用定时除霜模式，计算出除霜间隔时间t1和除霜运行时间t2，输出除霜指令。
44.步骤b执行完毕后，在需要除霜的环境条件下，判断上次除霜结束后的时间是否大于t1分钟，若否则进入蓄热器蓄热模式，若是则开启除霜模式。
45.步骤b中的确定进入除霜模式后，进一步判断车速是否大于0km/h，车速大于0km/h、时长大于t时，说明电动汽车处于正常行驶状态，此时利用电机系统20余热除霜，即进入除霜模式一；
46.反之，车速为0km/h意味着为怠速阶段，此时利用蓄热器30进行除霜，即进入除霜模式二，提高压缩机10转速为蓄热器30蓄热，这样可以提高蓄热器30的蓄热及升温效率。
47.根据运行工况综合判断，采用电机系统余热和蓄热器混合除霜的模式。因此，本发明为驾乘者提供了车辆处于各种工况的供热及除霜的选择方案，提高车辆的使用效率、驾乘的舒适性以及车辆行驶的安全性。