[发明专利]利用中间气体再压缩的车辆热泵系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及利用中间气体再压缩的车辆热泵系统，其允许系统在冷的环境温度下有效地操作。

背景技术

混合电动车辆选择性地使用内燃机，作为给变速器的输入扭矩源，单独或与牵引马达（一个或多个）结合地，同时，增程式电动车辆仅在需要时使用较小的发动机，且仅仅为发电机提供动力。电池电动车辆不使用小气体发动机，且替代地利用被存储的电能或再生制动能量操作。所有三种车辆构造可仅依靠电力操作，称为电动车辆（EV）模式。

在一些上述车辆实施例中，可再充电能量存储系统（RESS）用于替换地存储和发送驱动牵引马达（一个或多个）所需的电能的大部分量。RESS可包括具有多个电池模块的电池组，每个电池模块包含多个柱形或平/扁平的电池单元。电池组在操作中产生热。有效地耗散所产生的热对于优化车辆性能是重要的。因此，热管理系统结合电池组一起使用，以使一定量的适当冷却流体循环通过1）电池组和任何相关的功率电子器件；和2）活动加热回路和冷却回路，以控制乘客舱的温度。

在一些热管理系统中，系统可独立或同时地在两个操作模式中操作，即加热模式和冷却模式。在加热模式期间，系统使用在HVAC模块内或在车辆发动机罩下的热泵冷凝器，和用作热泵蒸发器的RESS冷却器。另外，加热回路可包括车舱蒸发器，其可构造为对传送至乘客舱的空气进行冷却和除湿。在冷却模式中，系统使用在HVAC模块之外的独立AC冷凝器，和车舱蒸发器。

在这样的系统中，不是必需要求在改变操作模式时使制冷剂流反向。不需要使系统反向，限定在多个膨胀装置中的一个和压缩机之间的系统低压侧的位置在所有操作模式中保持恒定，在加热模式中减小或消除为外部热交换器除冰的需要，并允许乘客舱的不间断加热。但是，这样的基本系统设计为在EV模式中在中等环境温度时有效地操作。

发明内容

提供了一种利用中间气体再压缩的车辆热泵系统。热泵系统用于在具有电池和乘客舱的车辆中使用。热泵系统包括加热回路和冷却回路。加热回路构造为，当乘客舱需要加热时，使制冷剂循环通过热泵系统。冷却回路构造为，当乘客舱需要冷却时，使制冷剂循环通过热泵系统。热泵系统除了制冷剂环路之外可选地包括，冷却剂环路，冷却剂环路构造为利用第一冷凝器和冷却剂加热器芯部循环冷却剂并加热乘客舱。

加热回路和冷却回路每个包括具有第一入口和第二入口的压缩机，其被构造为压缩流动通过加热回路和冷却回路中的一个的制冷剂。加热回路和冷却回路每个还可包括蒸气-液体分离器，蒸气-液体分离器构造为将通过第一膨胀装置供应的中间压力制冷剂分离为流动通过其中的气态制冷剂和流动通过其中的液态制冷剂。

蒸气-液体分离器构造为将气态制冷剂选择性地在第二入口处注射到压缩机中，以增加制冷剂的质量流速，并相应地增加流动通过压缩机的制冷剂的压力。这允许系统在冷的环境温度下有效地操作。

还提供了一种操作热泵系统的方法。该方法包括步骤：用第一流动控制阀和第一膨胀装置的一个将中间压力制冷剂提供至蒸气-液体分离器；用蒸气-液体分离器将中间压力制冷剂分离为气体制冷剂和液体制冷剂；用控制器评估在压缩机内的制冷剂的压力；和当进入压缩机的制冷剂压力达到最小临界值时，将来自蒸气-液体分离器的气体制冷剂注射到压缩机中，以增加进入压缩机的制冷剂的质量流速。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如所附的权利要求中定义的本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是车辆热泵系统的第一实施例的第一构造的示意图；

图2是车辆热泵系统的第一实施例的第二构造的示意图；

图3是车辆热泵系统的第二实施例的第一构造的示意图；

图4是车辆热泵系统的第二实施例的第二构造的示意图；

图5是详细显示操作利用中间气体再压缩的热泵系统所需的步骤的流程图。

具体实施方式

以下描述和附图参考示例实施例，且本身只是说明性的，且不意图限制本发明、其应用或用途。贯穿附图，一些部件通过标准化或基本符号示出。这些符号仅是展示性和说明性的，且不以任何方式限制所示的任何特定构造、所示不同构造之间的组合、或权利要求。部件的所有描述是可扩充的，且部件的任何例子不是排他的。