CN102632790A - 电动汽车及其热控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车及其热控制系统，涉及电动汽车制造技术领域，用于提高车厢的制热效率，降低能耗。所述电动汽车热控制系统，包括第一热泵装置，第二热泵装置，和水冷式冷凝器，所述第一热泵装置包括通过管路连接的暖风芯体、电机和第一水泵；所述第二热泵装置包括通过管路连接的电动压缩机和蒸发冷凝器；所述水冷式冷凝器与所述第一热泵装置中的暖风芯体和电机相连，所述水冷式冷凝器与所述第二热泵装置中的电动压缩机和蒸发冷凝器相连。本发明适用于汽车制造。

Description

电动汽车及其热控制系统

技术领域

本发明涉及电动汽车制造技术领域，尤其涉及电动汽车整车热控制系统。

背景技术

与传统的内燃式汽车相比，电动汽车取消了燃油发动机，不能够采用燃油发动机冷却液的余热来为车厢取暖，必须寻找新的取暖方式。此外，电动汽车还增加如电池组、电机、充电器等的在高电压高电流工况下工作的发热部件，需要维持在最佳的工作温度范围，必须对其进行热控制。

现有技术中电动汽车车厢内的取暖方式主要采用独立热源，即利用PTC(Positive Temperature Coefficient，正的温度系数)加热；或者利用燃油加热器，通过汽油、煤油、乙醇等燃料加热。

然而，上述取暖方式中，若采用PTC进行加热，则需要消耗较多电池的能量，继而会减少汽车的行驶里程。若采用燃油加热器加热，不仅加热效率较低、对环境产生污染，同时考虑电动汽车的碰撞安全，燃料箱的布置也是一大难题。另一方面，对电动汽车内的发热部件采用独立的散热器进行散热，不仅热量没有得到较好的利用，而且环境温度较高的情况下，对发热部件的冷却效果也较差，不能控制发热部件在最佳的温度下工作。

发明内容

本发明的实施例提供一种电动汽车及其热控制系统，用于提高车厢的制冷制热效率，降低能耗。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供一种电动汽车热控制系统，包括第一热泵装置，第二热泵装置，和水冷式冷凝器，

所述第一热泵装置包括通过管路连接的暖风芯体、电机和第一水泵；

所述第二热泵装置包括通过管路连接的电动压缩机和蒸发冷凝器；

所述水冷式冷凝器与所述第一热泵装置中的暖风芯体和电机相连，所述水冷式冷凝器与所述第二热泵装置中的电动压缩机和蒸发冷凝器相连。

一方面，提供一种电动汽车，包括上述电动汽车热控制系统。

本发明实施例提供的电动汽车热控制系统，通过水冷式冷凝器对冷却液进行加热后，将加热的冷却液进入暖风芯体，通过鼓风机等将热风吹向车厢，实现对车厢制热。与现有技术中使用PTC或者燃油加热器对车厢制热相比，水冷式冷凝器具有更高的制热效率，同时还充分利用电机工作时产生的热量，降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第一工作模式示意图；

图3为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第二工作模式示意图；

图4为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第三工作模式示意图；

图5为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第四工作模式示意图；

图6为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第五工作模式示意图；

图7为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第六工作模式示意图；

图8为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第七工作模式示意图；

图9为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第八工作模式示意图；

图10为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第九工作模式示意图；

图11为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第十工作模式示意图；

图12为本发明实施例二提供的电动汽车的热控制系统的第十一工作模式示意图；

附图标记说明，1-HVAC系统，11-暖风芯体，12-蒸发器；2-水冷式冷凝器；31-电机，32-第一水泵；4-蒸发冷凝器；5-电动压缩机；6-散热器；71-第一换热器，72-第二水泵，73-第二换热器，74-电池组；81-水暖PTC，82-第三水泵；91-两通阀一，92-两通阀二，93-两通阀三，94-两通阀四，95-两通阀五；101-三通阀一，102-三通阀二，103-三通阀三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供的电动汽车热控制系统，包括第一热泵装置，第二热泵装置，和水冷式冷凝器。其中，第一热泵装置包括通过管路连接的暖风芯体、电机和第一水泵；第二热泵装置包括通过管路连接的电动压缩机和蒸发冷凝器；水冷式冷凝器与第一热泵装置中的暖风芯体和电机相连，从而第一热泵装置与水冷式冷凝器形成加热水循环回路；水冷式冷凝器与第二热泵装置中的电动压缩机和蒸发冷凝器相连，从而第二热泵装置与水冷式冷凝器形成制冷剂循环回路。

工作时，启动第一水泵，电机工作时产生的热量对流经电机的冷却液进行一次加热。启动电动压缩机，由电动压缩机排出的高温高压的制冷剂气体进入水冷式冷凝器，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，将流经水冷式冷凝器的冷却液进行二次加热。随后，经过加热的冷却液进入暖风芯体，通过鼓风机等将热风吹向车厢，实现对车厢制热。与现有技术中使用PTC或者燃油加热器对车厢制热相比，水冷式冷凝器具有更高的制热效率，同时还充分利用电机工作时产生的热量，降低功耗。

其中，电动压缩机为制冷剂的循环提供动力，由于电动压缩机的出口不可改变，因此，在回路中可以连接控制阀，通过控制阀的不同阀口之间的连接，实现制冷剂在制冷剂循环回路中流动方向的改变，满足制冷和制热的不同需求。此外，该系统还可以通过控制阀和相应的管路与电池组、散热器等部件连接。通过控制阀不同阀口之间的连接，还可以实现对电池组制冷和制热、电机散热、车厢和电池组同时制冷或同时制热，车辆驻车等待时车厢制热、车厢制热和电机散热、电池组制热和电机散热等不同的工况需求。其中，控制阀可以是两通阀、三通阀、四通阀等可以实现多路控制的装置。

实施例二

本发明实施例二提供的电动汽车热控制系统，如图1所示，该电动汽车热控制系统，包括第一热泵装置，第二热泵装置，和水冷式冷凝器2。水冷式冷凝器2与第一热泵装置通过管路相连形成加热水循环回路，水冷式冷凝器2与第二热泵装置通过管路相连形成制冷剂循环回路。

其中，第一热泵装置包括串联的暖风芯体11，水暖PTC81，第三水泵82，电机31和第一水泵32；水冷式冷凝器2设置在第三水泵82和电机31之间，第一水泵32和暖风芯体11之间设置两通阀四94。进一步的，第一热泵装置还包括，与电机31和第一水泵32并联的散热器6和两通阀一91，其中，两通阀一91通过管路直接与水冷式冷凝器2连接后通过三通阀一101与电机31，散热器6相连。这样，通过三通阀一101不同阀口之间的连接可以改变加热水的流动方向，满足不同的工况要求。

第二热泵装置包括串联的蒸发冷凝器4，电动压缩机5和蒸发器12；其中，水冷式冷凝器2一端与蒸发器12和蒸发冷凝器4之间的管路相连，另一端通过三通阀二102分别与电动压缩机5和蒸发冷凝器4相连。电动压缩机5的另一端通过三通阀三103连接于蒸发冷凝器4和三通阀二102之间。三通阀三103的第三个阀口通过管道直接与蒸发器12的一端相连。蒸发器12的另一端和蒸发冷凝器4之间设置有两通阀三93。

其中，第一热泵装置中的暖风芯体11和第二热泵装置中的蒸发器12构成HVAC(Heating Ventilation and Air Conditioning，供热通风与空气调节)系统1。

进一步的，该系统还包括，与第一热泵装置并联的电池组热控制装置。电池组热控制装置是由电池组74、第一换热器71、第二水泵72和第二换热器73串联组成的回路。其中，第一换热器71的一端通过两通阀五95连接于第一热泵装置中的暖风芯体11和水暖PTC81之间，另一端通过管路与第一热泵装置中的两通阀四94，两通阀一91，第一水泵32和散热器6相连。第一热泵装置与电池组热控制装置并联的结构可以使加热水同时到达暖风芯体11和电池组74，与现有技术中加热水先经过暖风芯体再经过电池组的串联结构相比，提高了对电池组74的制热效率高；在只为电池组74制热的工况下，该并联结构还可以减少热损失。此外，电池组热控制装置设置为一个封闭回路，利用第一换热器71和第二换热器73通过液体间的换热来实现对电池组74热控制装置内部水路的冷热管理，提高了电池组74热管理的安全性。进一步的，第二换热器73与第二热泵装置中的蒸发器12并联。具体的，第二换热器73的一端通过管路连接于第二热泵装置中的蒸发器12和三通阀三103之间，另一端通过两通阀二92连接于第二热泵装置中的蒸发器冷凝器4和两通阀三93之间。这样可以实现对电池组74的单独制冷，也可以对电池组74与车厢同时制冷。

车辆在行驶过程中，需要对车厢制热时，如图2所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开。将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀四94和三通阀一101中连接电机31和水冷式冷凝器2的两个阀口打开，另一个阀口关闭。将两通阀一91，两通阀五95关闭，加热水循环回路导通。启动第一水泵32，电机31工作时产生的热量对流经电机31的冷却液进行一次加热。启动电动压缩机5，由电动压缩机5排出的高温高压的制冷剂气体进入水冷式冷凝器2，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，将流经水冷式冷凝器2的冷却液进行二次加热，此时水暖PTC81有开启与关闭两种工况，若此时向车厢提供的热量不足，则开启水暖PTC81，对冷却液进行三次加热，否则关闭水暖PTC81。具体过程由ECU控制策略决定。这样，经过加热的冷却液进入暖风芯体11后，通过鼓风机等将热风吹向车厢，实现对车厢制热。同时还回收电机31的余热，提高车厢的制热效率，降低能耗。

车辆在驻车等待过程中，需要对车厢制热时，如图3所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，另一个阀口关闭。将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀四94和两通阀一91打开，将两通阀五95和三通阀一101关闭，加热水循环回路导通。此时，电机31和第一水泵32不工作，加热水循环回路不通过电机31和第一水泵32，而是通过两通阀一91导通。其对车厢进行制热的过程与图3中的过程相同，不再赘述。

车辆长时间行驶过程中，当由暖风芯体11流出的冷却液的温度超过电机31及其控制器的正常工作温度范围时，对车厢制热的同时需要对电机31进行散热。如图4，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，另一个阀口关闭。将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀四94和两通阀一91打开，将两通阀五95和三通阀一101中连接水冷式冷凝器2的阀口关闭，加热水循环回路导通。三通阀一101中连接电机31和散热器6的两个阀口打开，由电机31、第一水泵32和散热器6组成的电机散热回路导通。其中，制冷剂循环回路与加热水循环回路对车厢的制热过程与图3相同，不再赘述。在电机散热回路中，从电机31流出的冷却液流经散热器6，外界空气与冷却液通过散热器6进行热交换，实现电机31散热。

在夏天高温时，需要对车厢的制冷。如图5所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发器12的两个阀口打开，将两通阀三93打开，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀一91，两通阀四94，两通阀五95，和三通阀一101关闭，加热水循环回路截止。启动电动压缩机5，制冷剂在蒸发器12内发生相变，低温低压的雾状制冷剂液体蒸发成制冷剂气体，在蒸发过程中大量吸收周围的热量，实现车厢制冷。

当电池组74工作温度过高时，需要对电池组制冷。如图6所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发器12的两个阀口打开，将两通阀二92打开，两通阀三93关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀一91，两通阀四94，两通阀五95，和三通阀一101关闭，加热水循环回路截止。其中，第一换热器71，第二水泵72，第二换热器73和电池组74组成的电池组冷却液循环回路。启动第二水泵72，电池组冷却液流经第二换热器73，电池组74和第一换热器71，此时流经第一换热器71的电池组冷却液不参与系统热交换。启动电动压缩机5，制冷剂在第二热交换器73内发生相变，低温低压的雾状制冷剂液体蒸发成制冷剂气体，在蒸发过程中大量吸收周围的热量，将流经第二热交换器的冷却水制冷，进而实现电池组74制冷。

当需要同时对电池组74和车厢制冷时，如图7所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发器12的两个阀口打开，将两通阀二92，两通阀三93打开，制冷剂循环回路导通。将两通阀一91，两通阀四94，两通阀五95，和三通阀一101关闭，加热水循环回路截止。其中，第一换热器71，第二水泵72，第二换热器73和电池组74组成的电池组冷却液循环回路。此时流经第一换热器71的电池组冷却液不参与系统热交换。启动电动压缩机5，启动第二水泵721，制冷剂同时在蒸发器12和第二热交换器内发生相变，分别实现对车厢和电池组74制冷。

冬天低温，当电池组74温度较低影响其正常工作时，需要对电池组74制热。如图8所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀一91和两通阀五95打开，将两通阀四94和三通阀一101关闭，加热水循环回路导通。启动电动压缩机5、第二水泵72和第三水泵82，由电动压缩机5排出的高温高压的制冷剂气体进入水冷式冷凝器2，随着压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，将流经水冷式冷凝器2的冷却液进行加热，此时水暖PTC81有开启与关闭两种工况，若此时向电池组74提供的热量不足，则开启水暖PTC81，对冷却液进行二次加热，否则关闭水暖PTC81。具体过程由ECU控制策略决定。这样，被加热的冷却液流经第一换热器71，与电池组冷却回路中的冷却液在第一换热器71中进行热交换，实现电池组74制热。此时流经第二热交换器73的电池组冷却液不参与系统热交换。

当需要对车厢和电池组74同时制热时，如图9所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀一91、两通阀五95和两通阀四94打开，将三通阀一101关闭，加热水循环回路导通。启动电动压缩机5、第二水泵72和第三水泵82，由电动压缩机5排出的高温高压的制冷剂气体进入水冷式冷凝器2，随着压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，将流经水冷式冷凝器2的冷却液进行加热，此时水暖PTC81有开启与关闭两种工况，若此时向车厢和电池组74提供的热量不足，则开启水暖PTC81，对冷却液进行二次加热，否则关闭水暖PTC81，具体过程由ECU控制策略决定。这样，从水暖PTC81流出的冷却液一部分流向暖风芯体11，另一部分流向第一换热器71。此时流经第二换热器73的电池组冷却液不参与系统热交换。

可选的，对车厢和电池组74同时制热时还可以回收电机31余热，降低功耗。如图10所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀五95和两通阀四94打开，将两通阀一91关闭，三通阀一101中连接水冷式冷凝器2和电机31的两个阀口打开，加热水循环回路导通。启动电动压缩机5、第二水泵72、第三水泵82、和第一水泵32，电机31工作产生的热量，对流经电机31的冷却液进行一次加热，由电动压缩机5排出的高温高压制冷剂气体进入水冷式冷凝器2，由于压力及温度的降低，制冷剂气体冷凝成液体，并放出大量的热，将流经水冷式冷凝器的冷却液进行二次加热。此时水暖PTC81有开启与关闭两种工况，若此时对车厢和电池组74提供的热量不足，则开启水暖PTC81，对冷却液进行三次加热，否则关闭水暖PTC81，具体过程由ECU控制策略决定。这样，从水暖PTC81流出的冷却液一部分流向暖风芯体11，另一部份流向第一换热器71，实现对车厢和电池组同时制热。同时还回收电机31的余热，降低能耗。

可选的，对车厢和电池组74同时制热时还可以对电机31散热，延长电机31使用寿命。如图11所示，将三通阀二102中连接电动压缩机5和水冷式冷凝器2的两个阀口和三通阀三103中连接电动压缩机5和蒸发冷凝器4的两个阀口打开，将两通阀三93，两通阀二92关闭，制冷剂循环回路导通。将两通阀四94、两通阀五95和两通阀一91打开，将三通阀一101中连接水冷式冷凝器2的阀口关闭，加热水循环回路导通。三将通阀一101中连接电机31和散热器6的两个阀口打开，由电机31、第一水泵32和散热器6组成的电机散热回路导通。其中，制冷剂循环回路与加热水循环回路对车厢和电池组的制热过程与图9相同，不再赘述。在电机散热回路中，从电机31流出的冷却液流经散热器6，外界空气与冷却液通过散热器6进行热交换，实现电机31散热。

当电机温度过高需要单独对其散热时，如图12所示，将三通阀二102、三通阀三103、两通阀一91、两通阀二92、两通阀三93、两通阀四94、两通阀五95关闭，制冷剂循环回路和加热水循环回路截止。将三通阀一101中连接电机31和散热器6的两个阀口打开，另一个阀口关闭。由电机31、第一水泵32和散热器6组成的电机散热回路导通。启动第一水泵32，从电机31流出的冷却液流经散热器6，外界空气与冷却液通过散热器6进行热交换，实现电机31散热。

本发明实施例还提供一种电动汽车，包括上述任何一种电动汽车热控制系统。

可以理解的是，对本发明实施例中各个管路中所使用的控制阀(如两通阀、三通阀)的种类及连接位置所做的变形及其他依据本发明的思路可作的变形，均应纳入本发明的保护范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车热控制系统，其特征在于，包括第一热泵装置，第二热泵装置，和水冷式冷凝器，

所述第一热泵装置包括通过管路连接的暖风芯体、电机和第一水泵；

所述第二热泵装置包括通过管路连接的电动压缩机和蒸发冷凝器；

所述水冷式冷凝器与所述第一热泵装置中的暖风芯体和电机相连，所述水冷式冷凝器与所述第二热泵装置中的电动压缩机和蒸发冷凝器相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述第一热泵装置并联的电池组热控制装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二热泵装置中还包括一端与所述电动压缩机相连，另一端与所述蒸发冷凝器相连的蒸发器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池组热控制装置包括由管路连接并形成回路的电池组、第一换热器、第二水泵和第二换热器；所述第二热泵装置中还包括一端与所述电动压缩机相连，另一端与所述蒸发冷凝器相连的蒸发器；

所述电池组热控制装置中的第一换热器的两端与所述第一热泵装置中的暖风芯体并联；所述电池组热控制装置中的第二换热器与所述第二热泵装置中的蒸发器并联。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热泵装置还包括与所述电机和所述第一水泵并联的散热器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热泵装置还包括与所述电机和所述第一水泵并联的两通阀一。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一热泵装置还包括与所述电机和所述水泵并联的两通阀一；所述两通阀一通过管路直接与水冷式冷凝器连接后通过三通阀一分别与所述电机，散热器相连。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第二热泵装置中所述水冷式冷凝器一端与所述蒸发器和所述蒸发冷凝器之间的管路相连，另一端通过三通阀二分别与所述电动压缩机和所述蒸发冷凝器相连；所述电动压缩机的另一端通过三通阀三连接于所述蒸发冷凝器和所述三通阀二之间。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热泵装置中所述暖风芯体和所述水冷式冷凝器之间设有水暖PTC和第三水泵。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1～9任一所述的电动汽车热控制系统。

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