本發(fā)明涉及一種純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，具體涉及一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽車空調(diào)調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動(dòng)性，給駕乘人員提供舒適的車內(nèi)環(huán)境。完善的汽車空調(diào)系統(tǒng)一般由制冷系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)四大部分組成。

在汽車空調(diào)的諸多功能中最重要的是維持舒適的室內(nèi)溫度。目前大多數(shù)轎車取暖使用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱，以發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水為熱源進(jìn)行取暖。純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，由于缺少了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水作為供熱熱源，如何向車內(nèi)供熱成為純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵，為其研究開發(fā)提出了新的課題與挑戰(zhàn)。因此許多供熱方式被提出，主要有電加熱供熱、熱電半導(dǎo)體供熱、小型燃油加熱器供熱和熱泵系統(tǒng)供熱。

熱電半導(dǎo)體供熱，即熱電制冷技術(shù)的特征是利用半導(dǎo)體材料組成熱電偶，熱電偶中p-n結(jié)在兩端通以直流電之后產(chǎn)生溫差。根據(jù)p-n結(jié)兩端施加直流電的流向?qū)崿F(xiàn)制冷或者制熱。實(shí)際的熱電制冷芯片是由一系列n型和p型熱電材料構(gòu)成。將熱電制冷芯片接上直流電源，并在熱電制冷芯片的冷、熱端接上散熱片后即構(gòu)成典型的熱電制冷器。

采用熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)正是利用了半導(dǎo)體材料的熱電性，將含有半導(dǎo)體材料的熱電換熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，除去熱空氣中的熱量和水分。同時(shí)采用熱電元件的散熱器可吸收熱電“蒸發(fā)器”排出的熱量，最終將熱量散發(fā)到大氣中。熱電空調(diào)系統(tǒng)無制冷劑，不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路，因此具有無噪聲、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車的制冷和制熱。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，包括散熱片、多級(jí)熱電制冷芯片、熱電控制器、汽車室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器及調(diào)溫器，汽車供電系統(tǒng)輸出電源經(jīng)過穩(wěn)壓電路后連接到多級(jí)熱電制冷芯片，散熱片接在多級(jí)熱電制冷芯片的冷端及熱端，經(jīng)過多級(jí)熱電制冷芯片后的氣流通過配氣系統(tǒng)流向出風(fēng)口進(jìn)入車室，汽車室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器以及調(diào)溫器分別與熱電控制器連接，熱電控制器控制多級(jí)熱電制冷芯片的電流大小及電流方向。

進(jìn)一步地，所述多級(jí)熱電制冷芯片選用2—3級(jí)熱電制冷芯片，熱電控制器控制每一級(jí)熱電制冷器兩側(cè)的溫度差。

進(jìn)一步地，所述多級(jí)熱電制冷芯片采用串聯(lián)型電聯(lián)接方式。

進(jìn)一步地，所述多級(jí)熱電制冷芯片和散熱片接觸的表面涂覆有導(dǎo)熱硅脂材料。

本發(fā)明提供一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，以室外溫度作為基準(zhǔn)溫度，通過多級(jí)熱電制冷芯片實(shí)現(xiàn)車內(nèi)制冷和取暖。

附圖說明

圖1為熱電制冷芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為多級(jí)熱電制冷芯片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1-散熱片，2-多級(jí)熱電制冷芯片，3-熱電控制器，4-汽車室外溫度傳感器，5-室內(nèi)溫度傳感器，6-調(diào)溫器，7-經(jīng)過多級(jí)熱電制冷芯片后的氣流，8-車室。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例在本發(fā)明技術(shù)方案下給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

需要說明的是，本說明書中附圖的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用于配合說明書中所述內(nèi)容，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件。

一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，如圖3所示，由散熱片1、多級(jí)熱電制冷芯片2、熱電控制器3、汽車室外溫度傳感器4、室內(nèi)溫度傳感器5及調(diào)溫器6組成，多級(jí)熱電制冷芯片2以供電系統(tǒng)輸出電源為動(dòng)力源。供電系統(tǒng)輸出電源經(jīng)過穩(wěn)壓電路后連接到多級(jí)熱電制冷芯片2，散熱片1接在多級(jí)熱電制冷芯片2的冷、熱端。經(jīng)過多級(jí)熱電制冷芯片后的氣流7通過配氣系統(tǒng)流向出風(fēng)口進(jìn)入車室8。熱電控制器3采集汽車室外溫度傳感器4、室內(nèi)溫度傳感器5以及調(diào)溫器6的信息，控制多級(jí)熱電制冷芯片2的電流大小及電流方向。

打開純電動(dòng)汽車空調(diào)開關(guān)時(shí)，熱電控制器3采集汽車室外溫度傳感器4、室內(nèi)溫度傳感器5及調(diào)溫器6信號(hào)，以室外溫度作為基準(zhǔn)溫度實(shí)現(xiàn)車內(nèi)制冷或制熱，根據(jù)需要調(diào)節(jié)的溫度大小，計(jì)算出多級(jí)熱電制冷芯片2的驅(qū)動(dòng)直流電流大小和電流方向，熱電控制器3控制每一級(jí)熱電制冷器兩側(cè)的溫度差，使其處于較高的效率區(qū)。

如圖1所示，熱電制冷芯片通常是由n、p兩種類型不同的半導(dǎo)體熱電材料經(jīng)電導(dǎo)率較高的導(dǎo)流片串聯(lián)而構(gòu)成。若電流方向從空穴半導(dǎo)體(p)流向電子半導(dǎo)體(n)時(shí)，接頭處溫度升高并放出熱量；反之，接頭處溫度降低并從外界吸收能量。

如圖2所示，多級(jí)熱電制冷芯片和散熱片接觸的表面用導(dǎo)熱硅脂被涂覆，以降低接觸熱阻。環(huán)境溫度范圍大致為-40℃～40℃。研究發(fā)現(xiàn)人類的熱舒適性溫度為22℃～25℃。那么冷、熱端溫差范圍為18℃～65℃左右。若擬獲得需要的制冷或制熱量，需要較多對熱電偶。對于冷、熱端需要實(shí)現(xiàn)較大溫差或較大制冷量的工況，若僅用單級(jí)熱電模塊則很難滿足要求。同時(shí)，單級(jí)熱電片即使在較大溫差下工作，其制冷系數(shù)也會(huì)顯著降低，制冷運(yùn)行工況隨之嚴(yán)重惡化。故采用多級(jí)熱電制冷芯片2組成熱電不失為解決問題的一個(gè)方案。

多級(jí)熱電制冷芯片2推薦選用2—3級(jí)，因其表現(xiàn)的性能最佳。為了保證每一級(jí)熱電制冷芯片均處于最佳工作電流工況，選擇上一級(jí)熱電偶元件長度比下一級(jí)熱電偶元件長度略長。

通過多級(jí)熱電制冷芯片2實(shí)現(xiàn)制冷和取暖。熱電制冷系統(tǒng)實(shí)際工作時(shí)主要包括四個(gè)基本效應(yīng)，分別為塞貝克效應(yīng)、帕爾貼效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)。塞貝克效應(yīng)指的是，由兩種性質(zhì)不同材料組成的電路，如果兩個(gè)材料結(jié)點(diǎn)之間存在溫差，則在電路中產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象。帕爾貼效應(yīng)指的是，直流電通過兩種不同性質(zhì)導(dǎo)電材料構(gòu)成的電路回路時(shí)，結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生吸熱或放熱的現(xiàn)象。對于半導(dǎo)體熱電偶，帕爾貼效應(yīng)特別顯著。當(dāng)電流方向從空穴半導(dǎo)體(p)流向電子半導(dǎo)體(n)時(shí)，接頭處溫度升高并放出熱量；反之，接頭處溫度降低并從外界吸收能量。湯姆遜效應(yīng)指的是若電流流過有溫度梯度的導(dǎo)體，則在導(dǎo)體和周圍環(huán)境之間將進(jìn)行能量交換的現(xiàn)象?；谶@四個(gè)效應(yīng)，可以制造出實(shí)現(xiàn)熱能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的熱電器件。

多級(jí)熱電制冷芯片2采用串聯(lián)型電聯(lián)接方式。對于串聯(lián)型熱電堆的電聯(lián)接方式，前一級(jí)和后一級(jí)電堆的電聯(lián)接要求在同溫層下聯(lián)接，以減小損失溫差。熱電控制器3控制每一級(jí)熱電制冷器兩側(cè)的溫度差，使其處于較高的效率區(qū)。

多級(jí)熱電制冷芯片和散熱片接觸的表面用導(dǎo)熱硅脂被涂覆，以降低接觸熱阻。

由于不同熱電材料費(fèi)米能級(jí)不同，當(dāng)載流子從低能級(jí)向高能級(jí)輸運(yùn)時(shí)，對應(yīng)的熱電元件端面表現(xiàn)為需要從外界吸收能量，即為冷端；相反，當(dāng)載流子從高能級(jí)向低能級(jí)輸運(yùn)時(shí)，對應(yīng)的熱電元件端面表現(xiàn)為需要向外界釋放多余的能量,即為熱端。在p-n結(jié)交替聯(lián)接的同一側(cè)接觸界面以熱的形式吸收或釋放熱量，并通過配氣系統(tǒng)風(fēng)門將冷、熱風(fēng)送到駕駛室內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種采用多級(jí)熱電制冷器的純電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，包括散熱片、多級(jí)熱電制冷芯片、熱電控制器、汽車室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器及調(diào)溫器，汽車供電系統(tǒng)輸出電源經(jīng)過穩(wěn)壓電路后連接到多級(jí)熱電制冷芯片，散熱片接在多級(jí)熱電制冷芯片的冷端及熱端，經(jīng)過多級(jí)熱電制冷芯片后的氣流通過配氣系統(tǒng)流向出風(fēng)口進(jìn)入車室，汽車室外溫度傳感器、室內(nèi)溫度傳感器以及調(diào)溫器分別與熱電控制器連接，熱電控制器控制多級(jí)熱電制冷芯片的電流大小及電流方向。本發(fā)明以室外溫度作為基準(zhǔn)溫度，通過多級(jí)熱電制冷芯片實(shí)現(xiàn)車內(nèi)制冷和取暖。

技術(shù)研發(fā)人員：高金武;尹海;胡云峰;陳虹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.11
技術(shù)公布日：2017.11.17