[发明专利]一种高效余热利用的热泵系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种高效余热利用的热泵系统及其控制方法，包括依次通过管路循环连接的电动压缩机、水冷冷凝器、室外换热器、止回阀、电池冷却板换热器和气液分离器，所述室外换热器和水冷冷凝器之间的管路与止回阀和电池冷却板换热器之间的管路通过并联管路连接，所述室外换热器和止回阀之间的管路与气液分离器之间通过管路连接；本发明具有以下有益效果：本发明解决当前的热泵空调系统存在运行边界窄低温能效比低的缺点；本发明也解决当前余热利用方式仅能通过温差低效率换热，运行工况受限且仅能利用电机热对电池加热的使用场景限制的问题，本发明还解决当前余热回收热泵的系统设计冗余问题，总体上系统零部件数量减少，使得重量减少和成本降低。

技术领域

本发明涉及热泵系统技术领域，特别是涉及一种高效余热利用的热泵系统及其控制方法。

背景技术

续航里程是新能源汽车行业现阶段一个主要痛点，特别是冬季低温，一方面电池活性下降导致续航里程降低，另一方面冬季制热开空调消耗大量电能，目前热管理行业的主流做法是通过能效比较高的热泵空调系统，对电池加热保温对乘员舱升温采暖。

现有热泵空调系统的缺点为：1、当前的热泵空调系统存在运行边界窄、低温能效比低的缺点(低温下探到-10℃左右，稳定运行COP仅为1.4左右)，主要原因在于：相变制冷剂的蒸发压力一般控制在1-2bar左右，-10℃下的制冷剂蒸发压力已经接近1bar，系统循环流量较低，导致较低温下制热单循环的热吸收效比制冷时的单循环效率低；2、电机热量的利用效率低，利用的环境条件等苛刻，仅能通过温差进行保温，不能通过热泵将热量进行转移到乘员舱利用；3、部分采用余热回收热泵的系统增加了核心零部件数量，使得成本增加和重量增加，系统总体可靠性下降，设计验证的开发工作量增加。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高效余热利用的热泵系统及其控制方法，用于解决现有技术中运行边界窄和低温能效比低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高效余热利用的热泵系统，包括依次通过管路循环连接的电动压缩机、水冷冷凝器、室外换热器、止回阀、电池冷却板换热器和气液分离器，所述室外换热器和水冷冷凝器之间的管路与止回阀和电池冷却板换热器之间的管路通过并联管路连接，所述室外换热器和止回阀之间的管路与气液分离器之间通过管路连接，所述止回阀和电池冷却板换热器之间的管路与气液分离器之间通过管路连接且管路上设有蒸发器；

还包括依次通过管路循环连接的采暖水泵、水冷冷凝器、水暖加热器、暖风芯体、三通比例阀和电池加热板换热器，所述三通比例阀的第三端口与采暖水泵之间设有循环支路；

还包括第一四通换向阀、第二四通换向阀、电池水泵、电池、电机水泵、电驱装置和低温散热器，所述第一四通换向阀的第一端口依次通过管路与电池加热板换热器、电池冷却板换热器和第二四通换向阀的第一端口连接，所述第二四通换向阀的第二端口依次通过管路与电池水泵、电池和第一四通换向阀的第二端口连接，所述第二四通换向阀的第三端口依次通过管路与电机水泵、电驱装置、三通换向阀、低温散热器和第一四通换向阀的第三端口连接，所述第一四通换向阀的第四端口与第二四通换向阀的第四端口通过管路连接，所述低温散热器和第一四通换向阀之间的管路与三通换向阀的第三端口之间通过管路连接。

于本发明的一实施例中，还包括水壶、用于使气流流过低温散热器和室外换热器进行热交换的风扇和用于使气流流过蒸发器和暖风芯体的鼓风机和水壶，所述水壶的第一端口与电池加热板换热器的一端口通过管路连接，所述水壶的第二端口分别与低温散热器和水暖加热器的一端口通过管路连接，所述水壶的第三端口与电池水泵的一端口通过管路连接，所述水壶的第四端口与电池和电池水泵之间的管路、第一四通换向阀和第二四通换向阀之间的管路连接，所述水壶的第四端口还与采暖水泵的一端口通过管路连接。

于本发明的一实施例中，所述水冷冷凝器和室外换热器之间的管路上依次设有压力温度传感器和热泵电子膨胀阀，所述并联管路上设有并联截止阀，所述室外换热器和止回阀之间的管路上设有外换出口压力温度传感器。