利用電池散熱的純電動汽車空調系統的制作方法

本實用新型屬于暖通技術領域，涉及一種利用電池散熱的純電動汽車空調系統，特別涉及空調的制熱部分。

背景技術：

隨著電動汽車技術的發展，電動汽車空調對其發展的制約性越來越明顯，究其原因：由于缺少了內燃發動機，冬季制熱受到很大的制約。目前很多汽車廠商都采用專用加熱裝置來實現暖風功能，用的較多的是PTC加熱電阻制熱，然而PTC電阻將電能轉化為熱能，加熱效率低于1，且PTC電阻加熱耗能很大，相關資料顯示，單純靠PTC加熱實現暖風功能會使純電動汽車的續航里程減少50％。有采用普通熱泵空調系統結構的，需要開發允許雙向流動的閥，即四通換向閥，四通換向閥在汽車上運行時性能很不穩定，在工作時存在換向延遲、換向不到位等問題，從而容易導致制冷劑在空調系統中發生內漏所引起的串流問題。并且在熱泵工況下，系統從融霜模式轉為制熱模式時，風道內換熱器上的冷凝水將迅速蒸發，在擋風玻璃上結霜，會影響汽車駕駛的安全性。其次，純電動汽車正常運行過程中，鋰離子動力電池組伴隨著充放電、爬坡等工作電流提高時會產生大量的熱，如果這些熱量不能夠及時散失掉將導致電池組內部溫度不斷升高及溫度分布不均勻，從而影響電池的使用性能、循環壽命及安全性。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種利用電池散熱的純電動汽車空調系統，將鋰離子電池組產生的大量熱量轉化用于空調系統制熱。以往的空調制熱模式嚴重影響純電動汽車的續航里程，現在結合電池產生的熱量之后，空調更節能，能量得到更加合理、有效地利用，續航里程也更長；沒有四通換向閥，結構簡單、可靠，同時也減少了成本；而以往的電池組風冷散熱模式不能有效地散熱，本實用新型結合之后散熱效果更佳，從而電池得到更好地保護，使用性能得到增強，壽命更高，也更安全。

本實用新型為解決上述問題通過下述技術方案來實現：

本實用新型包括風機、輔助加熱器、制冷劑循環制冷系統和冷卻液循環制熱系統。所述的制冷劑循環制冷系統包括壓縮機、室外冷凝器、制冷劑儲液罐、膨脹閥和室內蒸發器；壓縮機的出口端與室外冷凝器的進口端相連，室外冷凝器的出口端與制冷劑儲液罐的進口端相連，制冷劑儲液罐的出口端與膨脹閥的進口端相連，膨脹閥的出口端與室內蒸發器的進口端相連，室內蒸發器的出口端與壓縮機的進口端相連。

所述的冷卻液循環制熱系統包括集熱散熱器、冷卻液儲液箱、電池散熱集熱系統和智能測溫傳感器；電池散熱集熱系統包括冷卻液進水管路、導熱板和冷卻液出水管路；電池組的每塊電池兩側分別與一塊導熱板接觸，導熱板內設有冷卻液水路；冷卻液進水管路布置在兩列電池組中間，且與各個冷卻液水路的進口端連通；兩個冷卻液出水管路設置在兩列電池組外側，各個冷卻液水路的出口端分別與對應側的冷卻液出水管路連通。兩個冷卻液出水管路通過三通管接頭與集熱散熱器的進口端相連，集熱散熱器的出口端與冷卻液儲液箱的進口端相連，所述冷卻液儲液箱的出口端與智能電動泵的輸入端相連，智能電動泵的輸出端連接到電池散熱集熱系統的冷卻液進水管路。智能測溫傳感器將監測到的電池溫度傳給ECU，ECU通過控制智能電動泵的輸入、輸出量來控制電池溫度。所述的室外冷凝器、風機、室內蒸發器和輔助加熱器均由ECU控制。

所述的風機、室內蒸發器、輔助加熱器和集熱散熱器均設置在進風口到出風口之間，且沿進風口至出風口方向依次布置。輔助加熱器輔助電池散熱集熱系統對電池組加熱。

所述的壓縮機為斜盤式壓縮機、曲軸連桿式壓縮機、擺盤式壓縮機、旋葉式壓縮機、滾動活塞式壓縮機或渦旋式壓縮機。

所述的室內蒸發器為管片式蒸發器、管帶式蒸發器或層疊式蒸發器。

所述的膨脹閥為電子膨脹閥或熱力膨脹閥。

所述的導熱板采用導熱材料，冷卻液水路嵌入在導熱板的槽內；或導熱板采用兩塊可拆卸的扣板連接，冷卻液水路嵌入在兩塊扣板之間。

所述的集熱散熱器為管片式散熱器、管帶式散熱器或層疊式散熱器。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型使用獨立的制熱系統進行制熱，避免了大量使用電能取暖,提高了續航里程；同時有效地控制了電池組的溫度，從而電池組得到更好地保護，其使用性能得到增強，壽命更高，也更安全。本實用新型結構簡單，容易制造，使用成本低。

附圖說明

圖1為本實用新型的總體結構示意圖；

圖2為本實用新型中導熱板的內部結構圖；

圖3為本實用新型中電池散熱集熱系統的結構示意圖；

圖4為高溫制冷工況示意圖；

圖5為低溫制熱工況示意圖；

圖6為常溫制冷制熱工況示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，現結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步說明。

如圖1所示，利用電池散熱的純電動汽車空調系統，包括風機6、輔助加熱器8、制冷劑循環制冷系統和冷卻液循環制熱系統。制冷劑循環制冷系統用于在高溫制冷工況及常溫制冷工況下對車內空氣進行制冷；冷卻液循環制熱系統用于低溫制熱工況及常溫制熱工況下通過將電池組產生的熱量傳遞到通風口循環對車內空氣制熱。冷卻液循環制熱系統同時也是對電池組的智能溫度管理系統。制冷劑循環制冷系統和冷卻液循環制熱系統在各自工況下制冷劑或冷卻液流向不變，始終朝著一個方向循環流動。

制冷劑循環制冷系統包括壓縮機1、室外冷凝器2、制冷劑儲液罐3、膨脹閥4和室內蒸發器7；壓縮機1的出口端與室外冷凝器2的進口端相連，室外冷凝器2的出口端與制冷劑儲液罐3的進口端相連，制冷劑儲液罐3的出口端與膨脹閥4的進口端相連，膨脹閥4的出口端與室內蒸發器7的進口端相連，室內蒸發器7的出口端與壓縮機1的進口端相連。

如圖1、2和3所示，冷卻液循環制熱系統是一個冷卻液循環回路，包括集熱散熱器9、冷卻液儲液箱12、電池散熱集熱系統14和智能測溫傳感器(圖中未畫出，其布置在電池組內)；電池散熱集熱系統14包括冷卻液進水管路20、導熱板17和冷卻液出水管路21；電池組19的每塊電池兩側分別與一塊導熱板17接觸，導熱板內設有冷卻液水路16；冷卻液進水管路20布置在兩列電池組中間，且與各個冷卻液水路16的進口端15連通；兩個冷卻液出水管路21設置在兩列電池組外側，各個冷卻液水路16的出口端18分別與對應側的冷卻液出水管路21連通。兩個冷卻液出水管路21通過三通管接頭11與集熱散熱器9的進口端相連，集熱散熱器9的出口端與冷卻液儲液箱12的進口端相連，冷卻液儲液箱12的出口端與智能電動泵13的輸入端相連，智能電動泵13的輸出端連接到電池散熱集熱系統14的冷卻液進水管路20。智能測溫傳感器將監測到的電池溫度傳給ECU(車載電腦)，ECU通過控制智能電動泵的輸入、輸出量來控制電池溫度。室外冷凝器2、風機6、室內蒸發器7和輔助加熱器8均由ECU控制。

風機6、室內蒸發器7、輔助加熱器8和集熱散熱器9均設置在進風口5到出風口10之間，且沿進風口5至出風口10方向依次布置。輔助加熱器8為ptc加熱器，輔助電池散熱集熱系統14對電池組19加熱。

壓縮機1為斜盤式壓縮機、曲軸連桿式壓縮機、擺盤式壓縮機、旋葉式壓縮機、滾動活塞式壓縮機或渦旋式壓縮機。

室內蒸發器7為管片式蒸發器、管帶式蒸發器或層疊式蒸發器。

膨脹閥4為電子膨脹閥或熱力膨脹閥，優選電子膨脹閥。膨脹閥4的作用是將中溫高壓的液態制冷劑轉變為低溫低壓的液態制冷劑。

導熱板17采用導熱系數較高的材料，冷卻液水路16嵌入在導熱板的槽內；或導熱板采用兩塊可拆卸的扣板連接，冷卻液水路16嵌入在兩塊扣板之間。

集熱散熱器9為管片式散熱器、管帶式散熱器或層疊式散熱器。

如圖4至圖6所示，該利用電池散熱的純電動汽車空調系統的工作原理如下：包括三種工況，即高溫制冷工況、低溫制熱工況和常溫制冷制熱工況。上述三種工況通過旋轉車內的空調模式按鈕觸發。

(1)高溫制冷工況(如圖4所示)

當空調開啟制冷模式時，壓縮機1開始工作，驅使制冷劑在密封的空調系統中循環流動，壓縮機1將氣態制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出壓縮機，并流入室外冷凝器2散熱、降溫后，冷凝成高溫高壓的液態制冷劑進入制冷劑儲液罐3內，經過干燥、過濾后流進膨脹閥4節流，變成低溫低壓的液態制冷劑進入室內蒸發器7，在室內蒸發器7內吸收流經室內蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，風機6吹出冷風，產生制冷效果，制冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態制冷劑經管路被壓縮機1吸入，再進行壓縮，進入下一個循環。壓縮機1連續工作，制冷劑在空調系統中連續循環，持續制冷。制冷工況下室內蒸發器7吹出冷風吹過集熱散熱器9將電池散熱集熱系統14發出的熱量帶走，達到給電池散熱的目的，同時ECU發出指令驅動智能電動泵13從冷卻液儲液箱12中抽出冷卻劑給電池組散熱，電池組溫度在智能測溫傳感器監控下可以更好地控制，散熱效果更好，更佳有效地保護電池。

(2)低溫制熱工況(如圖3、5所示)

當空調開啟制熱模式時，智能電動泵13工作，驅動冷卻液循環流動；冷卻液從冷卻液儲液箱12中抽出后依次經過冷卻液進水管路20、導熱板17內的冷卻液水路16、冷卻液出水管路21、三通管接頭11和集熱散熱器9，再回到冷卻液儲液箱12，將電池組的熱量帶到集熱散熱器9，風機6再將熱量吹入車內，冷卻液持續循環流動，持續制熱。一方面，若電池組19工作在最適工作溫度范圍，且電池組產生的熱量不足以滿足空調設定溫度，則輔助加熱器8打開，輔助制熱提供車內熱量，以達到空調設定溫度要求；同時智能電動泵13關閉。ECU檢測到電池組19的溫度超過最適工作溫度范圍才會驅動智能電動泵13工作，此時輔助加熱器8又關閉；另一方面，若電池組19的溫度低于最適工作溫度范圍，輔助加熱器8通過集熱散熱器9給電池組19加熱，此時輔助加熱器8與電池散熱集熱系統14同時工作，使電池組19工作在正常工作的最適溫度范圍內。

(3)常溫制冷制熱工況(如圖5、6所示)，空調制冷制熱模式協調工作，具體分為兩種情況。

第一種情況：電池組溫度超過最適工作溫度范圍。此時，智能電動泵13工作，驅動冷卻液循環流動，冷卻液從冷卻液儲液箱12中抽出后依次經過冷卻液進水管路20、導熱板17內的冷卻液水路16、冷卻液出水管路21、三通管接頭11和集熱散熱器9，再回到冷卻液儲液箱12，此循環將電池組的熱量帶到集熱散熱器9；若車內需要制熱，則風機6直接將集熱散熱器9的熱量吹入車內，給電池組19散熱，同時提供車內熱量；若車內不需要制熱也不需要制冷，則通風口開啟外循環，風機6直接將集熱散熱器9的熱量帶入外部環境中；若車內需要制冷，則此時制冷劑循環制冷系統工作，壓縮機1將氣態制冷劑壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體后排出壓縮機，并流入室外冷凝器2散熱、降溫后，冷凝成高溫高壓的液態制冷劑進入制冷劑儲液罐3內，經過干燥、過濾后流進膨脹閥4節流，變成低溫低壓的液態制冷劑進入室內蒸發器7，在室內蒸發器7內吸收流經室內蒸發器的空氣熱量，使空氣溫度降低，風機6吹出冷風，產生制冷效果，制冷劑本身因吸收了熱量而蒸發成低溫低壓的氣態制冷劑經管路被壓縮機1吸入，再進行壓縮，進入下一個循環。室內蒸發器7吹出冷風吹過集熱散熱器9將電池散熱集熱系統14發出的熱量帶走，達到給電池組19散熱的目的，保證電池組19工作在最適溫度范圍內。

第二種情況：電池組19工作在最適工作溫度范圍內。此時，智能電動泵13關閉，若車內需要制熱開啟輔助加熱器8，需要制冷則開啟壓縮機1。

特別地，汽車行駛過程中以上兩種情況都可能隨時遇到，因此兩種模式是隨時智能轉換，協調工作的。

以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的基本原理之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。