CN108705912A - 一种电动汽车热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路及冷却液回路，所述制冷剂回路包括低压储液器、压缩机、冷凝器及第一蒸发器与第二蒸发器；冷却液回路包括电池组、电机逆变器、电机三者的冷却管路、冷却液水箱、电子水泵、PTC水加热器及第二蒸发器、第一换热器与第二换热器，PTC水加热器的出口端分别连接第二蒸发器、第二三通调节阀，第二三通调节阀的另两路分别连接第一换热器、第二换热器；第一蒸发器、第一换热器设于空调箱体内。本发明可以根据环境温度自动判断运行模式，并实现自动切换，可以根据不同季节使用不同的热管理运行模式，实现电动汽车热管理的能源综合利用，最大限度的增大电动车的续航里程。

Description

一种电动汽车热管理系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车热管理系统，属于电动汽车空调技术领域。
背景技术
随着环境污染及石油资源的日益紧张，传统燃油汽车的发展越来越受到制约，新型电动汽车是目前最有前景的替代方案，电动汽车正在发展为重要的道路交通工具之一。
电动汽车不同于传统的燃油汽车，当前，电动汽车还存在着几个技术挑战，1)电动汽车没有发动机余热，空调的冬季采暖缺少好的热源选择，使用电热采暖会大大影响电动车的续航里程；2)电池在充放电过程中，会产生大量的热量，为了保证电池的安全，需要将这些及时排出，即需要保证电池安全工作的温度环境；3)电动汽车的其他耗能设备，比如电机及其逆变驱动器，都需要很好的冷却才能保证良好工作。
目前电动汽车的空调系统和电池冷却通常是独立设计的，这样会大大影响电动车的续航里程。跟传统汽车独立的空调系统不同，只有对电动汽车的各种设备的热进行综合管理，才能既能保证电动汽车的安全运行，又能最大限度的增加电动车的续航里程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何综合电动汽车的空调/采暖，电池包的冷却，电机及其逆变器的冷却，对这些设备进行综合热管理，最大限度的提高能源的利用效率，增大电动汽车的续航里程。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电动汽车热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路及冷却液回路，所述制冷剂回路依次包括低压储液器、压缩机、冷凝器及并联连接的第一蒸发器气路与第二蒸发器气路，第一蒸发器与冷凝器之间设有第一膨胀阀、第一电磁阀，第二蒸发器与冷凝器之间设有第二膨胀阀、第二电磁阀；所述冷却液回路依次包括电池组的冷却管路、电机逆变器的冷却管路、电机的冷却管路、冷却液水箱、电子水泵、PTC水加热器及并联连接的第二蒸发器水路、第一换热器与第二换热器，PTC水加热器的出口端通过第一三通调节阀分别连接第二蒸发器、第二三通调节阀，第二三通调节阀的另两路分别连接第一换热器、第二换热器；第二换热器、冷凝器的一侧设有冷凝风机，第二换热器、冷凝器、冷凝风机按气体流动方向依次排列；第一蒸发器、第一换热器设于空调箱体内，空调箱体设有新风入口、回风入口及出风口，新风入口与回风入口之间设有调节风门，空调箱体内按气体流动方向依次设有空调风机、第一蒸发器、第一换热器及PTC加热器。
优选地，所述低压储液器的入口端设有压力传感器；空调箱体的新风入口处设有新风温度传感器，回风入口处设有回风温度传感器；电池组冷却管路的入口端设有第一温度传感器；电池组冷却管路内设有第二温度传感器；点知足冷却管路与电机逆变器冷却管路之间设有第三温度传感器；电机冷却管路的出口端设有第四温度传感器。这些传感器用于电子水泵、第一三通调节阀、第二三通调节阀、压缩机转速的调节。
优选地，如权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述第二膨胀阀采用热力膨胀阀，热力膨胀阀的感温包设于第二蒸发器的出口端，用于控制第二蒸发器出口端的过热度。
优选地，夏季模式运行时，所述第一三通调节阀的状态为仅PTC水加热器与第二蒸发器之间连通，第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、第二膨胀阀均为打开状态；冬季模式运行时，第一三通调节阀的状态为仅PTC水加热器与第二三通调节阀之间连通，第二三通调节阀的三路均连通，第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、第二膨胀阀均为关闭状态；过渡季模式运行时，第一三通调节阀的状态为仅PTC水加热器与第二三通调节阀之间连通，第二三通调节阀的状态为仅第一三通调节阀与第二换热器之间连通，第一电磁阀、第一膨胀阀为关闭状态，第二电磁阀、第二膨胀阀为打开状态。
优选地，所述空调箱体内第一换热器与PTC加热器之间设有两个通道，其中一个通道内设有内部冷凝器，两个通道通过调节风门切换；压缩机与冷凝器之间接有第三三通调节阀，第三三通调节阀的第三路与内部冷凝器的入口端连通，内部冷凝器的出口端通过第三膨胀阀与冷凝器的入口端连通，冷凝器的出口端通过第三电磁阀与低压储液器的入口端连通。
更优选地，所述第三膨胀阀为电子膨胀阀。
更优选地，夏季模式运行时，所述第一三通调节阀的状态为仅PTC水加热器与第二蒸发器之间连通，第三三通调节阀的状态为仅压缩机与冷凝器之间连通，第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、第二膨胀阀均为打开状态，第三膨胀阀、第三电磁阀为关闭状态，调节风门使气体从不设有内部冷凝器的通道经过；冬季模式运行时，第一三通调节阀的状态为仅PTC水加热器与第二三通调节阀之间连通，第二三通调节阀的三路均连通，第三三通调节阀的状态为仅压缩机与内部冷凝器之间连通，第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、第二膨胀阀均为关闭状态，第三膨胀阀、第三电磁阀为打开状态，调节风门使气体从设有内部冷凝器的通道经过；过渡季模式运行时，第一三通调节阀的状态为三路均连通，第二三通调节阀的状态为仅第一三通调节阀与第二换热器之间连通，第三三通调节阀的状态为仅压缩机与冷凝器之间连通，第一电磁阀、第一膨胀阀、第三膨胀阀、第三电磁阀为关闭状态，第二电磁阀、第二膨胀阀为打开状态，调节风门使气体从不设有内部冷凝器的通道经过。
本发明根据电动汽车各部件工作的温度范围特点，结合电动汽车的空调系统，设计了一种电动汽车的热管理系统，既实现了电动汽车的空调/采暖需要，又能较好的对电池包和电机及逆变器进行冷却。
本发明的热管理系统可以根据环境温度自动判断运行模式，并实现自动切换，可以根据不同季节使用不同的热管理运行模式，实现电动汽车热管理的能源综合利用，最大限度的增大电动车的续航里程。
附图说明
图1为实施例1提供的单冷型电动汽车热管理系统的示意图；
图2为单冷型电动汽车热管理系统夏季模式运行时的有效管路示意图；
图3为单冷型电动汽车热管理系统冬季模式运行时的有效管路示意图；
图4为单冷型电动汽车热管理系统过渡季模式运行时的有效管路示意图；
图5为实施例2提供的热泵型电动汽车热管理系统的示意图；
图6为热泵型电动汽车热管理系统夏季模式运行时的有效管路示意图；
图7为热泵型电动汽车热管理系统冬季模式运行时的有效管路示意图；
图8为热泵型电动汽车热管理系统过渡季模式运行时的有效管路示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
如图1所示，为本实施例提供的一种单冷型电动汽车热管理系统，其包括单冷型制冷剂回路及冷却液回路。单冷型制冷剂回路包括电动压缩机1、冷凝器2、第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第一蒸发器6、低压储液器7、第二电磁阀8、第二膨胀阀9及第二蒸发器10，第二蒸发器10为板式蒸发器。电动压缩机1的出口端与冷凝器2的入口端连接，冷凝器2的出口端分成两路，分别与第一电磁阀4、第二电磁阀8的入口端连接，第一电磁阀4的出口端与第一膨胀阀5的入口端连接，第一膨胀阀5的出口端与第一蒸发器6气路的入口端连接；第二电磁阀8的出口端与第二膨胀阀9的入口端连接，第二膨胀阀9的出口端与第二蒸发器10气路的入口端连接；第一蒸发器6与第二蒸发器10气路的出口端汇合后与低压储液器7的入口端连接，低压储液器7的出口端与电动压缩机1的吸气口连接。
冷却液回路包括电子水泵21、PTC水加热器22、第一三通调节阀23、第二蒸发器10水回路、第二三通调节阀24、位于空调箱内的第一换热器25、与冷凝器2并列的第二换热器12、电池组14冷却管路、电机逆变器17冷却管路、电机18冷却管路及冷却液水箱20，冷凝器2与第二换热器12共用一个冷凝风机3。电子水泵21的出口端与PTC水加热器22的入口端连接，PTC水加热器22的出口端与第一三通调节阀23的入口端连接，第一三通调节阀23的出口端分成两路，一路跟第二蒸发器10水路的入口端连接，另一路与第二三通调节阀24的入口端连接，第二三通调节阀24的出口端同样分成两路，一路与第一换热器25的入口端连接，另一路与第二换热器12的入口端连接，第二换热器12的出口端、第一换热器25的出口端、第二蒸发器10水路的出口端汇集在一起，然后与电池组14冷却管路的入口端连接，电池组14冷却管路的出口端与电机逆变器17的冷却管路的入口端连接，电机逆变器17冷却管路的出口端与电机18冷却管路的入口端连接，电机18冷却管路的出口端与冷却液水箱20的入口端连接，冷却液水箱20的出口端与电子水泵21的入口端连接。
第一蒸发器6、第一换热器25设于空调箱体内，空调箱体设有新风入口、回风入口及出风口(包括吹头风口及吹脚风口)，新风入口与回风入口之间设有调节风门29，调节风门29可以调节回风和新风的比例。空调箱体内按气体流动方向依次设有空调风机30、第一蒸发器6、第一换热器25及PTC加热器26。
本发明的热管理系统还设置多个温度和压力传感器，用于电子水泵21、第一三通调节阀23、第二三通调节阀24、压缩机1转速的调节：低压储液器7的入口端设有压力传感器11；空调箱体的新风入口处设有新风温度传感器28，回风入口处设有回风温度传感器27；电池组14冷却管路的入口端设有第一温度传感器13；电池组14冷却管路内设有第二温度传感器15；点知足14冷却管路与电机逆变器17冷却管路之间设有第三温度传感器16；电机18冷却管路的出口端设有第四温度传感器19。
上述系统有三种模式：
夏季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为仅PTC水加热器22与第二蒸发器10之间连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第二电磁阀8、第二膨胀阀9均为打开状态(如图2所示)；
冬季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为仅PTC水加热器22与第二三通调节阀24之间连通，第二三通调节阀24的三路均连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第二电磁阀8、第二膨胀阀9均为关闭状态(如图3所示)；
过渡季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为仅PTC水加热器22与第二三通调节阀24之间连通，第二三通调节阀24的状态为仅第一三通调节阀23与第二换热器12之间连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5为关闭状态，第二电磁阀8、第二膨胀阀9为打开状态(如图4所示)。
实施例2
如图5所示，本实施例提供的热泵型电动汽车热管理系统，其包括热泵型制冷剂回路及冷却液回路。热泵型制冷剂回路不仅夏季可以为电动汽车乘务舱提供空调，冬季还可以为乘务舱提供采暖需求，实现冬季节能运行，增大电动车续航里程。热泵型制冷剂回路与实施例1中的单冷型制冷剂回路的不同之处在于，电动压缩机1的出口端通过第三三通调节阀31分成两路，一路与冷凝器2的入口端连接，另一路与位于空调箱体内的内部冷凝器34的入口端连接，内部冷凝器34的出口端与第三膨胀阀32的入口端连接，第三膨胀阀32的出口端与冷凝器2的入口端连接，冷凝器2的出口端通过第三电磁阀33与低压储液器7的入口端连接。内部冷凝器34位于空调箱体内第一换热器25与PTC加热器26之间，两者之间的通道分成两部分，内部冷凝器34位于其中一个通道内，两个通道通过调节风门35实现转换。
上述系统有三种模式：
夏季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为仅PTC水加热器22与第二蒸发器10之间连通，第三三通调节阀31的状态为仅压缩机1与冷凝器2之间连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第二电磁阀8、第二膨胀阀9均为打开状态，第三膨胀阀32、第三电磁阀33为关闭状态，调节风门35使气体从不设有内部冷凝器34的通道经过(如图6所示)；
冬季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为仅PTC水加热器22与第二三通调节阀24之间连通，第二三通调节阀24的三路均连通，第三三通调节阀31的状态为仅压缩机1与内部冷凝器24之间连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第二电磁阀8、第二膨胀阀9均为关闭状态，第三膨胀阀32、第三电磁阀33为打开状态，调节风门35使气体从设有内部冷凝器34的通道经过(如图7所示)；
过渡季模式运行时，第一三通调节阀23的状态为三路均连通，第二三通调节阀24的状态为第一三通调节阀23与第二换热器12之间连通，第三三通调节阀31的状态为仅压缩机1与冷凝器2之间连通，第一电磁阀4、第一膨胀阀5、第三膨胀阀32、第三电磁阀33为关闭状态，第二电磁阀8、第二膨胀阀9为打开状态，调节风门35使气体从不设有内部冷凝器34的通道经过(如图8所示)。

Claims (7)

1.一种电动汽车热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路及冷却液回路，所述制冷剂回路依次包括低压储液器(7)、压缩机(1)、冷凝器(2)及并联连接的第一蒸发器(6)气路与第二蒸发器气路(10)，第一蒸发器(6)与冷凝器(2)之间设有第一膨胀阀(5)、第一电磁阀(4)，第二蒸发器(10)与冷凝器(2)之间设有第二膨胀阀(9)、第二电磁阀(8)；所述冷却液回路依次包括电池组(14)的冷却管路、电机逆变器(17)的冷却管路、电机(18)的冷却管路、冷却液水箱(20)、电子水泵(21)、PTC水加热器(22)及并联连接的第二蒸发器(10)水路、第一换热器(25)与第二换热器(12)，PTC水加热器(22)的出口端通过第一三通调节阀(23)分别连接第二蒸发器(10)、第二三通调节阀(24)，第二三通调节阀(24)的另两路分别连接第一换热器(25)、第二换热器(12)；第二换热器(12)、冷凝器(2)的一侧设有冷凝风机(3)，第二换热器(12)、冷凝器(2)、冷凝风机(3)按气体流动方向依次排列；第一蒸发器(6)、第一换热器(25)设于空调箱体内，空调箱体设有新风入口、回风入口及出风口，新风入口与回风入口之间设有调节风门(29)，空调箱体内按气体流动方向依次设有空调风机(30)、第一蒸发器(6)、第一换热器(25)及PTC加热器(26)。
2.如权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述低压储液器(7)的入口端设有压力传感器(11)；空调箱体的新风入口处设有新风温度传感器(28)，回风入口处设有回风温度传感器(27)；电池组(14)冷却管路的入口端设有第一温度传感器(13)；电池组(14)冷却管路内设有第二温度传感器(15)；点知足(14)冷却管路与电机逆变器(17)冷却管路之间设有第三温度传感器(16)；电机(18)冷却管路的出口端设有第四温度传感器(19)。
3.如权利要求1所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述第二膨胀阀(9)采用热力膨胀阀，热力膨胀阀的感温包设于第二蒸发器(10)的出口端。
4.如权利要求1或2所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，夏季模式运行时，所述第一三通调节阀(23)的状态为仅PTC水加热器(22)与第二蒸发器(10)之间连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)、第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)均为打开状态；冬季模式运行时，第一三通调节阀(23)的状态为仅PTC水加热器(22)与第二三通调节阀(24)之间连通，第二三通调节阀(24)的三路均连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)、第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)均为关闭状态；过渡季模式运行时，第一三通调节阀(23)的状态为仅PTC水加热器(22)与第二三通调节阀(24)之间连通，第二三通调节阀(24)的状态为仅第一三通调节阀(23)与第二换热器(12)之间连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)为关闭状态，第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)为打开状态。
5.如权利要求1或2所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述空调箱体内第一换热器(25)与PTC加热器(26)之间设有两个通道，其中一个通道内设有内部冷凝器(34)，两个通道通过调节风门(35)切换；压缩机(1)与冷凝器(2)之间接有第三三通调节阀(31)，第三三通调节阀(31)的第三路与内部冷凝器(34)的入口端连通，内部冷凝器(34)的出口端通过第三膨胀阀(32)与冷凝器(2)的入口端连通，冷凝器(2)的出口端通过第三电磁阀(33)与低压储液器(7)的入口端连通。
6.如权利要求5所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述第三膨胀阀(32)为电子膨胀阀；第二蒸发器(10)为板式蒸发器。
7.如权利要求5所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，夏季模式运行时，所述第一三通调节阀(23)的状态为仅PTC水加热器(22)与第二蒸发器(10)之间连通，第三三通调节阀(31)的状态为仅压缩机(1)与冷凝器(2)之间连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)、第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)均为打开状态，第三膨胀阀(32)、第三电磁阀(33)为关闭状态，调节风门(35)使气体从不设有内部冷凝器(34)的通道经过；冬季模式运行时，第一三通调节阀(23)的状态为仅PTC水加热器(22)与第二三通调节阀(24)之间连通，第二三通调节阀(24)的三路均连通，第三三通调节阀(31)的状态为仅压缩机(1)与内部冷凝器(24)之间连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)、第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)均为关闭状态，第三膨胀阀(32)、第三电磁阀(33)为打开状态，调节风门(35)使气体从设有内部冷凝器(34)的通道经过；过渡季模式运行时，第一三通调节阀(23)的状态为三路均连通，第二三通调节阀(24)为仅第一三通调节阀(23)与第二换热器(12)之间连通，第三三通调节阀(31)的状态为仅压缩机(1)与冷凝器(2)之间连通，第一电磁阀(4)、第一膨胀阀(5)、第三膨胀阀(32)、第三电磁阀(33)为关闭状态，第二电磁阀(8)、第二膨胀阀(9)为打开状态，调节风门(35)使气体从不设有内部冷凝器(34)的通道经过。
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