一种基于电热耦合的跨临界CO2热泵管理系统

本发明属于电动客车热管理，涉及一种基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统。

背景技术：

1、高品位热能，节能环保且之热效率高，可以弥补ptc电加热导致电动车里程减小的缺点。而co2制冷剂作为一种天然工质，具有很好的环境效益，因而被认为是最有前景的替代制冷剂之一。由于其临界温度较低(31.1℃)，当热源温度较高时，传统的亚临界蒸汽压缩循环将变成跨临界co2循环。

2、目前现有的跨临界co2系统及跨临界co2客车空调系统，虽然具有高效、环保、低能耗等优点，在电动客车空调系统中具有广阔的应用前景。跨临界co2热泵系统可以通过提高热泵储能系统性能效率、降低co2排放量、提高间歇性可再生能源在综合能源系统中的渗透率以及降低综合能源系统运行成本等方式，实现电动客车空调系统的优化升级。但是其不能进行余热的回收及续航能力低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，包括热管理系统，所述热管理系统包括压缩机、室外换热器、车内除湿换热器、第一四通阀、第二四通阀、第三四通阀；

4、压缩机的出口连接第三四通阀的c端，第三四通阀的b端分别连接有第二板换和室内换热器，第二板换的b端与室内换热器的另一端相连后接第二四通阀的b端，第二四通阀的a端接有回热器，第二四通阀的c端与第一四通阀的b端连接，第二四通阀的d端与第一四通阀的c端连接，第一四通阀的a端与回热器的c端相连，室外换热器的一端、车内除湿换热器的一端和第一板换的c端与第一四通阀的d端相连，室外换热器的另一端、车内除湿换热器的另一端及第一板换的d端均与第三四通阀的d端相连，回热器的d端连接有气液分离器，气液分离器另一端与第三四通阀的a端相连，回热器的a端与压缩机的入口连接；在第一板换的a端和b端之间，及第四板换的c端与d端之间均并联有电控元件一体化热管理系统。

5、优选地，所述电控元件一体化热管理系统包括电驱热管理系统、动力电池热管理系统和低压蓄电池系统；

6、在所述第一板换的b端连接有第一水泵，在所述第一板换的a端连接有第一双通阀，第一板换、第一水泵与第一双通阀串联后分别与电驱热管理系统、动力电池热管理系统和低压蓄电池系统并联；

7、在所述第四板换的c端连接有第二水泵，在所述第四板换的d端连接有第二双通阀，第四板换、第二水泵与第二双通阀串联后分别与电驱热管理系统、动力电池热管理系统和低压蓄电池系统并联。

8、优选地，所述第一双通阀与电驱热管理系统之间设有第三双通阀，所述第一双通阀与电池热管理系统之间设有第四双通阀，所述第一双通阀与低压蓄电池系统之间设有第五双通阀。

9、优选地，所述第二水泵与电驱热管理系统之间设有第十一双通阀，所述第二水泵与电池热管理系统之间设有第十二双通阀，所述第二水泵与低压蓄电池系统之间设有第十三双通阀。

10、优选地，在所述低压蓄电池系统上连接有风能模块和太阳能模块。

11、优选地，所述风能模块包括dc/dc变换器、整流器和风力发电机；

12、dc/dc变换器的一端与低压蓄电池系统相连，dc/dc变换器的另一端与整流器相连，整流器的另一端与风力发电机相连。

13、优选地，所述太阳能模块包括mppt控制器和太阳能板；

14、mppt控制器的一端与低压蓄电池系统相连，mppt控制器的另一端与太阳能板相连。

15、优选地，在所述低压蓄电池系统上连接有用于为室内换热器提供风能的风机。

16、优选地，在所述室外换热器与第三四通阀之间设有第六双通阀，在第一板换与第三四通阀之间设有第七双通阀，在第二板换与第三四通阀之间设有第八双通阀，在室内换热器与第三四通阀之间设有第九双通阀，车内除湿换热器与第三四通阀之间设有第十双通阀，在第一四通阀与第二四通阀之间设有电子膨胀阀。

17、优选地，在压缩机出口设有第一温度传感器和第一压力传感器，在座舱内设有第一湿度传感器和第二温度传感器，在风机处设有第三温度传感器，在动力电池上设有第四温度传感器，在电机上设有第五温度传感器，在低压蓄电池上设有第六温度传感器，在气液分离器进口设有第二压力传感器。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、本发明提出的一种基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，通过精确控制第一四通阀、第二四通阀、第三四通阀的切换，实现制冷剂在不同换热器之间的有效循环，特别是在制热模式下，确保尽可能多的热量从室外换热器传递到室内，并减少过程中的热量损失。将压缩机等部件产生的热量回收并用于车内供暖或热水供应，减少额外能耗。通过电控元件一体化热管理系统与热泵系统的有效集成，可以回收动力电池在充放电过程中产生的热量和电机工作产的热量，用于提高车内温度或作为热泵系统的辅助热源。热管理系统中并联了车内除湿换热器，可以实现一体化自动除湿，从而提高客车系统的耐久度和座舱乘客的舒适度。

20、进一步地，基于低压蓄电池对间歇性、不稳定供电的柔性接纳程度很高的特性，采用太阳能和风能发电为电动客车上辅助能源低压蓄电池供电，为车内的热管理系统以及车内照明、点火和信号灯等低压系统提供电能，同时将风光发电的核心板块低压蓄电池加入到整车热管理系统中，实现电热耦合利用管理，不仅可以对电动客车车内零件温度实现精细化、智能化、一体化控制，提高热管理系统的效率，同时太阳能和风能发电也可以减少动力电池以及热管理系统的能源消耗，实现能源利用的多重环保化，提升电动客车续航里程。

21、进一步地，将动力电池、电机换热板与室内换热回路并联。当动力电池或电机产生余热时，可以将其回收至乘员舱进行热管理，实现系统的余热回收，提高能量利用率。电控元件一体化热管理系统用水进行换热，可以减少co2铜制管路的使用量。采用低耐压需求的循环冷却液管路，不仅可以降低客车热管理系统的经济成本，同时在出现管理故障等偶然事故时，乘员舱冷却液泄露对乘客造成的危险性也大大降低，提高了车辆的安全性能。

22、进一步地，利用客车顶部空间大的优势，加入太阳能发电模块，能提高风光发电板块的发电量，进一步减小整车系统的耗电功率，节约更多能源。将风光发电与热管理模块耦合起来，利用风光发电系统为车内低压用电器件供电，同时低压蓄电池系统可以为热管理系统中的风机、水泵等器件供电，可以减少热管理系统的整体能耗，提高整车热管理系统的效率，提升整车的能源利用效率，达到节能环保的目的。

技术特征：

1.一种基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，包括热管理系统，所述热管理系统包括压缩机(6)、室外换热器(8)、车内除湿换热器(9)、第一四通阀(13)、第二四通阀(14)、第三四通阀(15)；

2.根据权利要求1所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，所述电控元件一体化热管理系统包括电驱热管理系统(1)、动力电池热管理系统(2)和低压蓄电池系统(28)；

3.根据权利要求2所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，所述第一双通阀(18)与电驱热管理系统(1)之间设有第三双通阀(20)，所述第一双通阀(18)与电池热管理系统(2)之间设有第四双通阀(21)，所述第一双通阀(18)与低压蓄电池系统(28)之间设有第五双通阀(22)。

4.根据权利要求2所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，所述第二水泵(17)与电驱热管理系统(1)之间设有第十一双通阀(29)，所述第二水泵(17)与电池热管理系统(2)之间设有第十二双通阀(30)，所述第二水泵(17)与低压蓄电池系统(28)之间设有第十三双通阀(31)。

5.根据权利要求2所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，在所述低压蓄电池系统(28)上连接有风能模块和太阳能模块。

6.根据权利要求5所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，所述风能模块包括dc/dc变换器(32)、整流器(33)和风力发电机(34)；

7.根据权利要求6所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，所述太阳能模块包括mppt控制器(35)和太阳能板(36)；

8.根据权利要求2所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，在所述低压蓄电池系统(28)上连接有用于为室内换热器(10)提供风能的风机(11)。

9.根据权利要求1所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，在所述室外换热器(8)与第三四通阀(15)之间设有第六双通阀(23)，在第一板换(3)与第三四通阀(15)之间设有第七双通阀(24)，在第二板换(4)与第三四通阀(15)之间设有第八双通阀(25)，在室内换热器(10)与第三四通阀(15)之间设有第九双通阀(26)，车内除湿换热器(9)与第三四通阀(15)之间设有第十双通阀(27)，在第一四通阀(13)与第二四通阀(14)之间设有电子膨胀阀(12)。

10.根据权利要求1所述的基于电热耦合的跨临界co2热泵管理系统，其特征在于，在压缩机出口设有第一温度传感器和第一压力传感器，在座舱内设有第一湿度传感器和第二温度传感器，在风机处设有第三温度传感器，在动力电池上设有第四温度传感器，在电机上设有第五温度传感器，在低压蓄电池上设有第六温度传感器，在气液分离器进口设有第二压力传感器。

技术总结本发明公开了一种基于电热耦合的跨临界CO<subgt;2</subgt;热泵管理系统，包括热管理系统包括座舱热管理系统和电控元件一体化热管理系统，设有压缩机，回热器，气液分离器，室外换热器，车内除湿换热器，室内换热器，电子膨胀阀，电驱热管理系统，动力电池热管理系统，低压蓄电池系统，所述两种热管理回路组成不同回路模式以对应座舱和车内电控元件的热管理需求。本发明提供的技术方案，能够实现利用风能和太阳能为客车上的低压用电器件供电，还能实现电动客车电池和电驱系统的一体化余热回收，有节能环保的效果，同时可以减小电动客车跨临界CO<subgt;2</subgt;热泵系管理系统的能源成本，提高使用的安全性。技术研发人员：宋昱龙,陈莹,王博文,杨牧天,汤兴敏,周定文,赵天宇,王瑞年,曹锋受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15