一种纯电动工程机械冷暖空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种纯电动工程机械冷暖空调系统及其控制方法，属于电动车技术领域。

背景技术

纯电动车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，同时以电机作为动力驱动液压系统做功的车辆。目前驾驶室温度控制采用两种方案：一、制冷时采用空调系统，制热时采用PTC暖风系统，这是两个独立的系统，空调系统制冷剂回路只对驾驶室进行制冷，PTC暖风系统只对驾驶室制热，双系统成本高，布置复杂，制热的时候能效比低，大大影响车辆的续航里程。二、采用热泵系统，热泵系统是通过四通阀的换向实现了冷凝器和蒸发器的互换，进而实现了驾驶室的制冷和制热的需求，该系统冬季制热时受环境温度影响较大，低温环境下制热能效比低，或者无法制热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能有效控制纯电动工程机械驾驶室温度，布置简单，节约成本的冷暖空调系统及其控制方法。

为解决以上技术问题，本发明首先公开了一种纯电动工程机械冷暖空调系统，该系统包括依次连接并形成制冷剂循环回路的压缩机、第一板式换热器、电子膨胀阀、冷凝器、热力膨胀阀和第二板式换热器；该系统还包括驾驶室水空调芯体，该驾驶室水空调芯体出液口分别连通第一板式换热器和第二板式换热器的进液口，驾驶室水空调芯体的进液口连通水泵，水泵分别通过第一截止阀连通第一板式换热器的出液口，通过第二截止阀连通第二板式换热器的出液口。

进一步地，所述第一板式换热器和第二板式换热器均包括防冻液层和制冷剂层。

进一步地，所述第二板式换热器还依次连接液压系统和比例阀并形成回路。

进一步地，所述第二板式换热器依次包括防冻液层、制冷剂层和液压油层。即第二板式换热器是三支路三种介质共存的板式换热器，和液压系统、比例阀形成液压油循环回路。

本发明各部件通过控制器控制，控制器可以通过对阀件的控制，来实现制冷制热的转换、以及系统余热回收利用。包括通过控制比例阀来控制液压油的循环与否，按比例开启时实现余热回收利用，全部关断时不回收余热；通过控制第一、第二截止阀的通断控制两路防冻液的循环与否进而实现驾驶室的制冷和制热的切换；通过控制电子膨胀阀的全开与否实现第一板式换热器在制冷剂回路中实现的功能，全开时为通道，整个制冷剂循环为制冷循环，制冷剂在冷凝器处冷凝，第二板式换热器处蒸发，制冷剂和防冻液热交换，为驾驶室制冷提供冷却；按照冷凝器内制冷剂的蒸发温度调节开度时，第一板式换热器为冷凝器，低温的防冻液和高温制冷剂进行热交换，防冻液被升温，制冷剂被降温冷凝，制冷剂循环中的冷凝器和第二板式换热器为蒸发器，制冷剂在冷凝器处和环境温度换热，在第二板式换热器处和液压油换热，环境温度和高温液压油为制冷剂的蒸发提供热源，同时环境温度和液压油得到进一步降温)的控制分别实现液压油余热回收利用，制冷剂的二次蒸发，驾驶室水空调循环回路的制冷。

本发明还公开了一种前述纯电动工程机械冷暖空调系统的控制方法，该控制方法包括制冷控制和制热控制，

制冷控制：控制器控制电子膨胀阀全开，热力膨胀阀根据第二板式换热器的蒸发温度调节开度，此时第一板式换热器仅为通道，经压缩机压缩后的高温高压的气态制冷剂依次经第一板式换热器、电子膨胀阀，到达冷凝器，经冷凝器冷凝，再经热力膨胀阀，到达第二板式换热器蒸发，再回到压缩机，形成制冷剂循环；同时，控制器控制第一截止阀关闭，第二截止阀开启，吸收了驾驶室环境热量升温后的防冻液循环至第二板式换热器处与制冷剂热交换得到冷却降温，再依次经过第二截止阀和水泵循环至驾驶室水空调芯体为驾驶室制冷。以上过程中，防冻液在驾驶室吸收了环境中的热量，第二板式换热器中液态的制冷剂与防冻液进行热交换，制冷剂吸热蒸发，防冻液则得到冷却。在制冷过程中，控制器根据驾驶室的空调调节器指令以及检测到的第二板式换热器的进液(防冻液)温度和制冷剂回路中的高低压压力值，相应调节压缩机、冷凝器的冷凝风扇、水泵的工作状态；

制热控制：控制器根据冷凝器内制冷剂的蒸发温度控制电子膨胀阀的开度，热力膨胀阀根据第二板式换热器内制冷剂的蒸发温度调节开度，经压缩机压缩后的高温高压的气态制冷剂在第一板式换热器中冷凝后经电子膨胀阀到达冷凝器，此时冷凝器作为蒸发器对制冷剂进行一次蒸发(环境温度低时蒸发不完全)后经热力膨胀阀达到第二板式换热器，第二板式换热器对制冷剂进行二次蒸发，再回到压缩机，形成制冷剂循环；同时，控制器控制第一截止阀开启，第二截止阀关闭，驾驶室放热冷却后的防冻液循环至第一板式换热器吸热升温，升温后的防冻液再依次经过第一截止阀和水泵循环至驾驶室水空调芯体使驾驶室制热。以上过程中，第一板式换热器中气态的制冷剂与防冻液进行热交换，制冷剂降温冷凝，防冻液则吸热升温。

进一步地，制热时，通过比例阀按照设计要求调节液压油流量，液压油带来液压系统的余热后在第二板式换热器中对制冷剂进行二次蒸发。在冷凝器中一次蒸发不完全的制冷剂在第二板式换热器中吸收液压油带来的余热，由液态变成气态，完成制冷剂的相变，余热被制冷剂携带，作为潜热进入压缩机，保证进压缩机之前制冷剂全部是气态然后进行下一个循环，在第一板式换热器处气态制冷剂冷凝变成液态时，放出这部分热量。

该整个冷暖空调系统由控制器控制，控制器读取防冻液循环系统中的防冻液温度和制冷剂回路的高低压压力、控制压缩机的转速、冷凝器中冷凝风扇的转速、第一截止阀和第二截止阀的通断、水泵的流量、电子膨胀阀的开度、和空调控制面板通讯从而接收工作指令并反馈系统工作状态。

本发明把驾驶室的制冷制热系统有机地整合到了一起，通过控制电子膨胀阀的状态(全开或者按照冷凝器的蒸发温度温度调节)进而实现了第一板式换热器的状态切换，夏季制冷时电子膨胀阀全开，第一板式换热器为制冷剂通道；水泵、驾驶室水空调芯体、第二板式换热器、第二截止阀、连接形成第二防冻液循环回路为驾驶室提供制冷需求。冬季制热时，电子膨胀阀按照冷凝器(此时冷凝器作为蒸发器使用)的蒸发温度调节开度，此时第一板式换热器即为冷凝器；水泵、驾驶室水空调芯体、第一板式换热器、第一截止阀、连接形成第一防冻液循环回路，为驾驶提供制热需求。以上结构取代了原来的驾驶室空调系统，整体构造巧妙，大大简化了结构，降低了成本，节约了布置空间，简化了整车布置；通过控制截止阀以及电子膨胀阀的工作状态即可实现制冷和制热需求的切换，控制简单，且制冷和制热效果好，弥补了目前两种方案的缺陷。

另外，本发明的第二板式换热器采用三支路，三种介质，与比例阀和液压系统形成余热回收利用液压油循环回路。车辆液压系统在车辆工作过程中会产生一定余热，因此冬季该冷暖空调系统进行制热时，液压系统可以为制冷剂蒸发提供热量。即在冬季低温环境下解决了现存的从环境中摄取热量能效比低，或者无法摄取热量的问题，并且把车辆的费余热量进行了有效的回收利用，提高了冬季驾驶室制热的舒适性，降低了因制热需求所耗费的电能增加了车辆的续航里程。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明第二板式换热器三介质层的排列示意图。

图中标号：1-压缩机；2-第一板式换热器；3-电子膨胀阀；4-冷凝器；5-热力膨胀阀；6-第二板式换热器；7-第一截止阀；8-第二截止阀；9-水泵；10-驾驶室水空调芯体；11-比例阀；12-液压系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做更进一步的解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。

实施例1

如图1所示，该纯电动工程机械冷暖空调系统包括依次连接的压缩机1、第一板式换热器2、电子膨胀阀3、冷凝器4、热力膨胀阀5、第二板式换热器6，形成制冷剂循环回路，即制冷剂从压缩机1出发，依次经过第一板式换热器2、电子膨胀阀3、冷凝器4、热力膨胀阀5、第二板式换热器6，再回到压缩机1。该系统还包括驾驶室水空调芯体10，该驾驶室水空调芯体10的出液口分别连通第一板式换热器2和第二板式换热器6的进液口，驾驶室水空调芯体10的进液口连通水泵9，水泵9分别通过第一截止阀7连通第一板式换热器2的出液口，通过第二截止阀8连通第二板式换热器6的出液口。

在所述第一板式换热器2和第二板式换热器6里均设置有防冻液层和制冷剂层，即采用两进两出，两种介质层相互交错布置排列。

该系统的冷暖控制如下：

制冷控制：控制器控制电子膨胀阀3全开，热力膨胀阀5根据第二板式换热器6内制冷剂的蒸发温度调节开度，此时第一板式换热器2仅为通道，经压缩机1压缩后的高温高压的气态制冷剂依次经第一板式换热器2、电子膨胀阀3，到达冷凝器4，经冷凝器4冷凝，再经热力膨胀阀5，到达第二板式换热器6蒸发，再回到压缩机1，形成制冷剂循环；同时，控制器控制第一截止阀7关闭，第二截止阀8开启，防冻液循环至第二板式换热器6处与制冷剂热交换后得到冷却降温，再依次经第二截止阀8、水泵9循环至驾驶室水空调芯体10为驾驶室制冷；

制热控制：控制器根据冷凝器4内制冷剂的蒸发温度控制电子膨胀阀3的开度，热力膨胀阀5根据第二板式换热器6内制冷剂的蒸发温度调节开度，经压缩机1压缩后的高温高压的气态制冷剂在第一板式换热器2中冷凝后经电子膨胀阀3到达冷凝器4，此时冷凝器4作为蒸发器对制冷剂进行一次蒸发后经热力膨胀阀5达到第二板式换热器6，第二板式换热器6对制冷剂进行二次蒸发，再回到压缩机1，形成制冷剂循环；同时，控制器控制第一截止阀7开启，第二截止阀8关闭，防冻液循环至第一板式换热器2吸热升温，升温后的防冻液再依次经第一截止阀7、经水泵9循环至驾驶室水空调芯体10使驾驶室制热。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，第二板式换热器6还依次连接车辆的液压系统12和比例阀11，并形成回路。第二板式换热器6采用三支路三种介质，如图3所示，依次包括防冻液层、制冷剂层和液压油层。第二板式换热器6、比例阀11和液压系统12形成余热回收利用液压油循环回路。液压系统12带有车辆工作产生的余热，该回路可以通过阀件的控制分别实现液压油余热回收利用，制冷剂的二次蒸发，驾驶室水空调循环回路的制冷。

在制热过程中，制冷剂在第一板式换热器2处与防冻液热交换而降温冷凝，电子膨胀阀3根据冷凝器4内制冷剂的蒸发温度调节开度，制冷剂在冷凝器4中吸收环境温度得到一次蒸发，此时冷凝器变为了制冷剂循环中的蒸发器，冬季环境温度低一次蒸发为不完全蒸发。热力膨胀阀5根据第二板式换热器6内制冷剂的蒸发温度调节开度，比例阀11按照设计要求调节液压油流量，液压油吸收液压系统的余热后在第二板式换热器6对制冷剂进行二次蒸发，使制冷剂保证气态回到压缩机1。

其余未提及部分，同实施例1，不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。