CN108725137A - 一种新能源汽车的热交换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车的热交换模块，包括外壳，外壳内设置有相互套装并固定的外管和内管，内管的内腔形成了冷媒流动通道，内管和外管之间的空间形成了换热介质流动通道，外管上贴覆有PTC加热组件，外壳上设置有冷媒入口、冷媒出口、换热介质入口和换热介质出口，冷媒流动通道分别与冷媒入口和冷媒出口相连通，换热介质流动通道分别与换热介质入口和换热介质出口相连通，外壳上还设置有控制器，该控制器与PTC加热组件电联接。该热交换模块结构合理，可以通过低温冷媒与换热介质进行降温或者利用PTC加热组件对换热介质进行加热，该换热介质可以用于汽车电池的加热或冷却，也可以用于新能源汽车的电机、电控散热。

Description

一种新能源汽车的热交换模块
技术领域
本发明涉及一种热交换模块，尤其涉及一种新能源汽车的热交换模块。
背景技术
随着社会对环保和节能的要求越来越高，混合动力汽车和纯电动汽车越来越受到政府和汽车厂商的重视。然新能源汽车由于是利用电池和电机、电控作为驱动动力和驱动控制单元，在实际的研发过程中始终存在一些技术难点：1.电池的使用寿命和使用效率受到温度的影响比较严重，温度过高和过低都将严重影响的电池使用寿命和续航能力，因此，电池需要进行降温或者加热。2.新能源汽车利用电机、电控作为驱动动力和驱动控制单元，电机、电控运行时需要散热，而新能源汽车的车内冬天需要供暖，夏天需要降温。
针对上述的技术难点，业内也做了大量的研发和改进，比如对于电池的加热是通过电加热吹热风的方式实现，或者利用电加热的方式将水加热后导热板对电池进行加热。而电池冷却是通过空调产生的冷风引入到电池组中进行冷却；电机、电控的散热常用的方式是采用自然风冷却，随着对汽车的舒适度的提高，电机、电控的功率逐渐增大，电机、电控也采用水冷的方式冷却，通过冷却水循环运行带走电机、电控的热量后还需要热交换器和风扇将循环水中的热量散出，这样才能保证长期有效对电机、电控进行散热，也就是说，目前的新能源汽车中使用了空调系统、电池散热系统和电机、电控散热系统中均需要使用若干个热交换器，该热交换器只能对一种介质进行散热或吸热，例如，在空调系统中使用的冷凝器是将压缩机产生的高温气态冷媒中的热量散发到车外；电机、电控散热系统中的热交换器是将循环水中的热量释放。综上所述，目前的热交换器功能非常单一，一般包括介质管道和固定在介质管道外部的散热翘片并通过风扇对热交换器进行吹风热交换，也就是目前的热交换装置不具备加热功能，一般只能将介质通道内的介质进行风冷。这种单一的结构导致新能源汽车的电池散热系统、空调系统和电机、电控散热系统无法有机的整合，系统庞大复杂，成本高，对安装空间要求大，程序控制也比较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种新能源汽车的热交换模块，该热交换模块结构合理，可以通过低温冷媒与换热介质进行降温或者利用PTC加热组件对换热介质进行加热，该换热介质可以用于汽车电池的加热或冷却，也可以用于新能源汽车的电机、电控散热。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新能源汽车的热交换模块，包括外壳，所述外壳内设置有相互套装并固定的外管和内管，所述内管的内腔形成了冷媒流动通道，所述内管和外管之间的空间形成了换热介质流动通道，该冷媒流动通道和换热介质流动通道相互独立，所述外管上贴覆有对外管内的换热介质加热的PTC加热组件，所述外壳上设置有冷媒入口、冷媒出口、换热介质入口和换热介质出口，所述冷媒流动通道分别与冷媒入口和冷媒出口相连通，所述换热介质流动通道分别与换热介质入口和换热介质出口相连通，所述外壳上还设置有控制器，该控制器与PTC加热组件电联接。
作为一种优选的方案，所述内管和外管均为盘管，该盘管的每个直线管段之间均设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质入口接头和换热介质出口接头，换热介质入口设置在换热介质入口接头上，换热介质出口设置在换热介质出口接头上，所述外管的入口端固定在换热介质入口接头上并与换热介质入口连通，所述外管的出口端固定在换热介质出口接头上并与换热介质出口连通，所述外壳上固定有冷媒入口接头和冷媒出口接头，所述内管的入口端从外管的入口端伸出并贯通换热介质入口接头，所述内管的出口端从外管的出口端伸出并贯通换热介质出口接头，所述内管的入口端与冷媒入口接头固定，内管的出口端与冷媒出口接头固定。
作为一种优选的方案，所述内管和外管的数量为多个且均为直管，相邻直管之间设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管，所述换热介质入口、换热介质出口、冷媒入口和冷媒出口分别设置在换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管上，所述外管的两端分别固定在换热介质流入主管和换热介质流出主管上，所述内管的两端分别从外管两端伸出且贯穿换热介质流入主管和换热介质流出主管，该内管的两端分别与冷媒流入主管和冷媒流出主管固定。
作为一种优选的方案，所述内管的外壁上或者外管的内壁上设置有若干个支撑加强筋，该支撑加强筋支撑所述内管和外管之间。
作为一种优选的方案，所述内管的内壁上设置有将冷媒流动通道分隔成若干个小流道的分隔筋板。
作为一种优选的方案，所述内管和外管为一体成型结构。
作为一种优选的方案，所述换热介质入口接头和换热介质出口接头的结构相同，所述换热介质入口接头包括接头本体，该接头本体上设置有外管连接插口、内管贯通插口和连接头安装口，所述外管连接插口和内管贯通插口同心设置，所述外管的入口端插入外管连接插口且焊接固定，所述内管贯穿内管贯通插口后并与接头本体焊接固定，所述接头本体内设置有将换热介质流动通道与连接头安装口相连通的连通腔室，该连接头安装口处安装有连接头。
作为一种优选的方案，所述内管和外管均为扁管，设定该内管的宽度为W，小流道的数量为N，宽度W与数量N的比值处于1.2-5之间。
作为一种优选的方案，内管的厚度D为1.5-5mm，支撑加强筋的高度H为0.25-1.5mm。
作为一种优选的方案，所述PTC加热组件包括导热管，该导热管内设置有PTC加热陶瓷片，该PTC加热陶瓷片与导热管之间设置有绝缘导热层，该导热管通过导热胶贴覆在外管的外部。
采用了上述技术方案后，本发明的效果是：由于热交换模块，包括外壳，所述外壳内设置有相互套装并固定的外管和内管，所述内管的内腔形成了冷媒流动通道，所述内管和外管之间的空间形成了换热介质流动通道，该冷媒流动通道和换热介质流动通道相互独立，所述外管上贴覆有对外管内的换热介质加热的PTC加热组件，所述外壳上设置有冷媒入口、冷媒出口、换热介质入口和换热介质出口，所述冷媒流动通道分别与冷媒入口和冷媒出口相连通，所述换热介质流动通道分别与换热介质入口和换热介质出口相连通，所述外壳上还设置有控制器，该控制器与PTC加热组件电联接，因此，空调系统中的冷媒可以通过冷媒入口进入到冷媒流动通道中，而换热介质则进入到换热介质流动通道中，这样由于内管和外管的存在，两种介质进行充分的换热，换热介质的温度降低，换热介质的温度降低，该换热介质从换热介质出口流出可以用于电池的冷却，也可以用于电机、电控的冷却；当需要电池加热时，利用PTC加热组件对外管进行加热，该热量就会被换热介质所吸收而使换热介质的温度升高，这样温度较高的换热介质同样流向电池壳对电池进行加热，同时，也可利用被加热的换热介质中的热量给车内供暖，这样，该热交换模块结构紧凑，可使空调系统、电池温控系统和电机、电控散热系统进行整合，减少散热器的使用，满足电池的加热或冷却、电机、电控的散热、以及车内的制热。
又由于所述内管和外管均为盘管，该盘管的每个直线管段之间均设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质入口接头和换热介质出口接头，换热介质入口设置在换热介质入口接头上，换热介质出口设置在换热介质出口接头上，所述外管的入口端固定在换热介质入口接头上并与换热介质入口连通，所述外管的出口端固定在换热介质出口接头上并与换热介质出口连通，所述外壳上固定有冷媒入口接头和冷媒出口接头，所述内管的入口端从外管的入口端伸出并贯通换热介质入口接头，所述内管的出口端从外管的出口端伸出并贯通换热介质出口接头，所述内管的入口端与冷媒入口接头固定，内管的出口端与冷媒出口接头固定，采用上述的结构使内管和外管端部固定非常可靠，不易出现泄漏情况，加工简单，在同样的空间下尽可能的延长了换热介质和冷媒之间的换热时间，同样，也使PTC能充分的加热外管，提高了热交换效率。
又由于所述内管和外管的数量为多个且均为直管，相邻直管之间设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管，所述换热介质入口、换热介质出口、冷媒入口和冷媒出口分别设置在换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管上，所述外管的两端分别固定在换热介质流入主管和换热介质流出主管上，所述内管的两端分别从外管两端伸出且贯穿换热介质流入主管和换热介质流出主管，该内管的两端分别与冷媒流入主管和冷媒流出主管固定，该热交换模块的冷媒流动是通过冷媒流入主管再进入到直管中，最后冷媒流出主管流出，这样可减少流动阻力，进而可增加流速和流量，与盘管的结构相比，盘管是通过增加换热时间(换热流动路径长度)来提高换热效率，而该方案是通过增加单位时间的流量同样也可提高热交换效率。
又由于所述内管的外壁上或者外管的内壁上设置有若干个支撑加强筋，该支撑加强筋支撑所述内管和外管之间，这样通过支撑加强筋可以有效的支撑并定位内管，实现内管和外管的准确套装，也加强了整个外管和内管所形成的管状结构的强度。
又由于所述内管的内壁上设置有将冷媒流动通道分隔成若干个小流道的分隔筋板，该分隔筋板可以加强内管的强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是实施例1的内管和外管套装后的横向剖视图；
图3是实施例1中其中一种形式的外管横向剖视图；
图4是实施例1中其中一种形式的内管的横向剖视图；
图5是实施例1中另一种形式的外管的横向剖视图；
图6是实施例1中另一种形式的内管的横向剖视图；
图7是换热介质入口接头的剖视图；
图8是内管、外管与换热介质入口接头连接状态下的剖视图；
图9是PTC加热组件的剖视图；
图10是本发明实施例2的结构示意图；
附图中：1.外壳；2.外管；21.支撑加强筋；3.内管；31.分隔筋板；32.支撑加强筋；4.换热介质入口接头；41.外管连接插口；42.连接头安装口；43.内管贯通插口；44.连通腔室；45.连接头；4`.换热介质流入主管；5.换热介质出口接头；5`.换热介质流出主管；6.PTC加热组件；61.导热管；62.PTC加热陶瓷片；63.端部绝缘导热胶；64.绝缘导热层；65.导热胶；7.控制器；8.冷媒入口接头；8`.冷媒流入主管；9.冷媒出口接头；9`.冷媒流出主管；10.导线；11.冷媒流动通道；111.小流道；12.换热介质流动通道。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1至图9所示，一种新能源汽车的热交换模块，包括外壳1，所述外壳1内设置有相互套装并固定的外管2和内管3，所述内管3的内腔形成了冷媒流动通道11，所述内管3和外管2之间的空间形成了换热介质流动通道12，该冷媒流动通道11和换热介质流动通道12相互独立，所述外管2上贴覆有对外管2内的换热介质加热的PTC加热组件6，所述外壳1上设置有冷媒入口、冷媒出口、换热介质入口和换热介质出口，所述冷媒流动通道11分别与冷媒入口和冷媒出口相连通，所述换热介质流动通道12分别与换热介质入口和换热介质出口相连通，所述外壳1上还设置有控制器7，该控制器7与PTC加热陶瓷片62通过导线10电联接。
本实施例中，换热介质可以选用水或者水与防冻剂的混合物，当然也可以采用其他的常用介质作为换热介质。
如图1所述内管3和外管2均为盘管，该盘管的截面为扁状，如图2所示，该盘管的每个直线管段之间均设置所述PTC加热组件6，所述外壳1上固定有换热介质入口接头4和换热介质出口接头5，换热介质入口设置在换热介质入口接头4上，换热介质出口设置在换热介质出口接头5上，所述外管2的入口端固定在换热介质入口接头4上并与换热介质入口连通，所述外管2的出口端固定在换热介质出口接头5上并与换热介质出口连通，所述外壳1上固定有冷媒入口接头8和冷媒出口接头9，所述内管3的入口端从外管2的入口端伸出并贯通换热介质入口接头4，所述内管3的出口端从外管2的出口端伸出并贯通换热介质出口接头5，所述内管3的入口端与冷媒入口接头8固定，内管3的出口端与冷媒出口接头9固定。
本实施例中，内管3和外管2之间设置有若干个支撑加强筋21、32，该支撑加强筋21可以是设置在外管2的内壁上，如图3所示，对应的内管3的外表面则为光滑状态，内管3可以塞入到外管2内并被支撑加强筋21定位支撑。
当然，该支撑加强筋32也可以是设置在内管3的外壁上，如图5和6所示，对应的，外管2的内壁为光滑状态，这样，内管3塞入到外管2中同样支撑加强筋32支撑并定位外管2。
外管2和内管3还可以一体成型，如图2所示，只需要挤压机和对应的模具挤压即可成型这种一体结构。当外管2和内管3为分体结构时，先在直管状态相互套装后，然后再进行弯管操作就可形成盘管结构。
在如图4和图6所示，所述内管3的内壁上设置有将冷媒流动通道11分隔成若干个小流道111的分隔筋板31。其中如图2所示，所述内管3和外管2均为扁管，设定该内管3的宽度为W，小流道111的数量为N，宽度W与数量N的比值处于1.2-5之间。优选的，W与N的比值处于2-4之间。
内管3的厚度D为1.5-5mm，支撑加强筋21、31的高度H为0.25-1.5mm。优选的，D处于1.8-3.5mm，H处于0.45-1.1mm之间。
该内管3和外管2的材质可为铝或者铜材质制成。
如图1、7和图8所示，所述换热介质入口接头4和换热介质出口接头5的结构相同，所述换热介质入口接头4包括接头本体，该接头本体上设置有外管连接插口41、内管贯通插口43和连接头安装口42，所述外管连接插口41和内管贯通插口43同心设置，所述外管2的入口端插入外管连接插口41且焊接固定，所述内管3贯穿内管贯通插口43后并与接头本体焊接固定，所述接头本体内设置有将换热介质流动通道12与连接头安装口42相连通的连通腔室44，由于外管2与接头本体焊接固定，内管3贯穿内管贯通插口43后也焊接固定，这样，连通腔室44就只与换热介质流动通道12连通，通过焊缝起到密封效果。该连接头安装口42处安装有连接头45，该连接头45用来与外部的管路进行连接。
如图9所示，该图中，所述PTC加热组件6包括导热管61，该导热管61的两端开口的金属管，导热管61也为扁管，可以更好的贴覆在外管2的外表面，该导热管61内设置有PTC加热陶瓷片65，该PTC加热陶瓷片65与导热管61之间设置有绝缘导热层64，PTC加热陶瓷片65的两端也设置端部绝缘导热胶63，进而确保两端绝缘导热，该绝缘导热层64不但可以导热，而且可以绝缘，避免漏电，确保安全，该导热管61通过导热胶65贴覆在外管2的外部，这样PTC加热陶瓷片65产生的热量通过导热管61传递给外管2，进而可以加热换热介质。
实施例2
如图10所示，本实施例的结构和实施例1的结构类似，只是内管3和外管2的布置形式存在区别，所述内管3和外管2的数量为多个且均为直管，其横界面也为实施例1中的扁管，也可以采用实施例1中的支撑加强筋21、32和分隔筋板31，相邻直管之间设置所述PTC加热组件6，所述外壳1上固定有换热介质流入主管4`、换热介质流出主管5`、冷媒流入主管8`和冷媒流出主管9`，所述换热介质入口、换热介质出口、冷媒入口和冷媒出口分别设置在换热介质流入主管4`、换热介质流出主管5`、冷媒流入主管8`和冷媒流出主管9`上，所述外管2的两端分别固定在换热介质流入主管4`和换热介质流出主管5`上，所述内管3的两端分别从外管2两端伸出且贯穿换热介质流入主管4`和换热介质流出主管5`，该内管3的两端分别与冷媒流入主管8`和冷媒流出主管9`固定，这样换热介质从换热介质入口进入到换热介质流入主管4`中，然后分配到各个换热流动通道中，最后汇集到换热介质流出主管5`中，从换热介质出口流出，同理冷媒从冷媒入口进入到冷媒流入主管8`后通过内管3内的冷媒流动通道11后进入到冷媒流出主管9`中，最终从冷媒出口流出，冷媒和换热介质通过内管3管壁进行换热，实现换热介质的降温。
当需要加热时，停止通入冷媒，然后启动PTC加热组件6进行加热，此时换热介质在流动的过程中吸收热量，从而提高温度。换热介质可以在新能源汽车中被使用到电池的加热或冷却中，也可以应用于电机、电控的冷却散热中，同时换热介质也可以用于汽车空调HVAC的暖风芯子中，用于给车内加热，因此，该热交换模块具备加热和降温功能，结构巧妙，应用在新能源汽车中，就给新能源汽车中的空调系统、电池温控系统和电机、电控散热系统整合提供了条件，减少散热器的使用，满足电池的加热或冷却以及电机、电控的冷却，同时解决车内加热的问题。大大提高效率、节约能源、降低成本。
本实施例中提到的PTC加热陶瓷片65和控制器7均为目前的常规部件，可以通过外购获取，其结构是清楚的，再次不详细描述。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：包括外壳，所述外壳内设置有相互套装并固定的外管和内管，所述内管的内腔形成了冷媒流动通道，所述内管和外管之间的空间形成了换热介质流动通道，该冷媒流动通道和换热介质流动通道相互独立，所述外管上贴覆有对外管内的换热介质加热的PTC加热组件，所述外壳上设置有冷媒入口、冷媒出口、换热介质入口和换热介质出口，所述冷媒流动通道分别与冷媒入口和冷媒出口相连通，所述换热介质流动通道分别与换热介质入口和换热介质出口相连通，所述外壳上还设置有控制器，该控制器与PTC加热组件电联接。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管和外管均为盘管，该盘管的每个直线管段之间均设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质入口接头和换热介质出口接头，换热介质入口设置在换热介质入口接头上，换热介质出口设置在换热介质出口接头上，所述外管的入口端固定在换热介质入口接头上并与换热介质入口连通，所述外管的出口端固定在换热介质出口接头上并与换热介质出口连通，所述外壳上固定有冷媒入口接头和冷媒出口接头，所述内管的入口端从外管的入口端伸出并贯通换热介质入口接头，所述内管的出口端从外管的出口端伸出并贯通换热介质出口接头，所述内管的入口端与冷媒入口接头固定，内管的出口端与冷媒出口接头固定。
3.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管和外管的数量为多个且均为直管，相邻直管之间设置所述PTC加热组件，所述外壳上固定有换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管，所述换热介质入口、换热介质出口、冷媒入口和冷媒出口分别设置在换热介质流入主管、换热介质流出主管、冷媒流入主管和冷媒流出主管上，所述外管的两端分别固定在换热介质流入主管和换热介质流出主管上，所述内管的两端分别从外管两端伸出且贯穿换热介质流入主管和换热介质流出主管，该内管的两端分别与冷媒流入主管和冷媒流出主管固定。
4.如权利要求1至3任一项所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管的外壁上或者外管的内壁上设置有若干个支撑加强筋，该支撑加强筋支撑所述内管和外管之间。
5.如权利要求4所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管的内壁上设置有将冷媒流动通道分隔成若干个小流道的分隔筋板。
6.如权利要求5所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管和外管为一体成型结构。
7.如权利要求2所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述换热介质入口接头和换热介质出口接头的结构相同，所述换热介质入口接头包括接头本体，该接头本体上设置有外管连接插口、内管贯通插口和连接头安装口，所述外管连接插口和内管贯通插口同心设置，所述外管的入口端插入外管连接插口且焊接固定，所述内管贯穿内管贯通插口后并与接头本体焊接固定，所述接头本体内设置有将换热介质流动通道与连接头安装口相连通的连通腔室，该连接头安装口处安装有连接头。
8.如权利要求5所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述内管和外管均为扁管，设定该内管的宽度为W，小流道的数量为N，宽度W与数量N的比值处于1.2-5之间。
9.如权利要求8所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：内管的厚度D为1.5-5mm，支撑加强筋的高度H为0.25-1.5mm。
10.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热交换模块，其特征在于：所述PTC加热组件包括导热管，该导热管内设置有PTC加热陶瓷片，该PTC加热陶瓷片与导热管之间设置有绝缘导热层，该导热管通过导热胶贴覆在外管的外部。
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