CN110816213B - 汽车热泵系统及燃料电池汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种汽车热泵系统及燃料电池汽车，其中汽车热泵系统包括电堆换热回路、电池换热回路、电机冷却回路以及冷媒循环回路，冷媒循环回路包括热泵循环单元以及与热泵循环单元连通的电堆换热支路、电池换热支路和电机冷却支路，电堆换热支路与电堆换热回路换热，电池换热支路与电池换热回路换热，电机冷却支路与电机冷却回路换热。本发明技术方案中，通过冷媒循环回路将电机、电堆及动力电池三个冷却回路联系起来，实现系统间的热量传递。既可以去除电机散热器和电堆散热器部件，提高空间利用率，消除电机散热器和电堆散热器部件的安装带来的不利影响；提高热能的利用率，达到节能的目的。

Description

汽车热泵系统及燃料电池汽车
技术领域
本发明涉及汽车热效循环领域，尤其涉及一种汽车热泵系统及燃料电池汽车。
背景技术
随着国家法规对汽车节能环保理念的大力倡导，电动汽车占有的汽车市场份额逐年增加。相比于传统燃油车，续航里程短是纯电动汽车主要问题，混合动力汽车则应时而生。其中火热研究的氢燃料汽车便是氢-电混动，其原理是通过氢气与氧气(空气)在电堆中反应发电给动力电池充电，然后动力电池带动电机转动；或者电堆反应发电用于直接驱动电机。从而驱动汽车，实现增程。
由于具备电堆反应发电驱动系统和动力电池驱动系统使得汽车部件增多，整车热管理系统结构设计复杂，从而使得整车部件繁多，换热器等部件(冷凝器、电机散热器和电堆散热器)布置空间被占用。且整个热循环系统内热量得不到充分利用，导致能源浪费。
因此，有必要提供一种新的汽车热泵系统及燃料电池汽车来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种汽车热泵系统及燃料电池汽车，旨在解决现有热循环系统结构繁杂，热量得不到充分利用以及能源浪费的问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种汽车热泵系统，包括电堆换热回路、电池换热回路、电机冷却回路以及冷媒循环回路，所述冷媒循环回路包括热泵循环单元以及与所述热泵循环单元连通的电堆换热支路、电池换热支路和电机冷却支路，所述电堆换热支路与所述电堆换热回路换热，所述电池换热支路与所述电池换热回路换热，所述电机冷却支路与所述电机冷却回路换热。
优选地，所述热泵循环单元包括热泵和散热回路，所述热泵包括第一接口和第二接口；所述散热回路包括车内散热支路和车外散热支路，所述第一接口、所述车内散热支路、所述车外散热支路和所述第二接口依次连通；所述电堆换热支路包括电堆换热器和第一膨胀阀，所述第一接口、电堆换热器、第一膨胀阀、以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电堆换热器与所述电堆换热回路换热；所述电池换热支路包括电池换热器和第二膨胀阀，所述第一接口、电池换热器、第二膨胀阀、以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电池换热器与所述电池换热回路换热；所述电机冷却支路包括电机换热器和第一调节组件，所述第一接口、所述电机换热器、所述第一调节组件，以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电机换热器与所述电机换热回路换热。
优选地，所述车内散热支路包括蒸发器和第二调节组件，所述车外散热支路包括冷凝器，所述第一接口、所述蒸发器、所述第二调节组件、所述冷凝器和所述第二接口依次连通。
优选地，所述车内散热支路还包括设于连通所述蒸发器与所述第一接口的管路上的第一开关，所述车外散热支路还包括设于连通所述冷凝器与所述第二接口的管路上的第二开关，所述散热回路还包括第一换向管和设于所述第一换向管上的第三开关，所述换向管的一端与连通所述蒸发器与所述第一开关的管路连通，另一端与连通所述第二开关与所述第二接口的管路连通。
优选地，所述电机冷却支路还包括第二换向管、第四开关以及设于所述第二换向管上第五开关，所述第四开关设于连通所述电机换热器与所述第一接口的管路上；所述第二换向管的一端与连通所述第二开关与所述第二接口的管路连通，另一端与连通所述电机换热器与所述第四开关的管路连通。
优选地，所述第一调节组件为并联设置的第三膨胀阀和第六开关；所述第二调节组件为并联设置的第四膨胀阀和第七开关。
优选地，所述电堆换热回路包括第一水泵、第一管路、第二管路、第一加热器、去离子器和电堆，所述第一水泵的出水口与所述第一管路连通，所述第一管路依次经过所述第一加热器和所述电堆换热器，所述第二管路连通所述第一水泵的进水口和所述第一管路，所述第二管路经过所述电堆和所述去离子器。
优选地，所述电池换热回路包括第二水泵、第三管路、第四管路、动力电池和第二加热器，所述第二水泵的出水口与所述第三管路连通，所述第三管路经过所述电池换热器，所述第四管路连通所述第三管路和所述第二水泵的进水口，所述第四管路经过所述第二加热器和所述动力电池。
优选地，所述电机冷却回路包括第三水泵、第五管路、第六管路、DC/DC转换器、电机控制器和电机，所述第三水泵的出水口与所述第五管路连通，所述第五管路经过所述DC/DC转换器、所述电机控制器和所述电机，所述第六管路连通所述第三水泵的进水口和第五管路，第六管路流经电机换热器。
另外，本发明还提供了一种燃料电池汽车，所述燃料电池汽车包括如上述所述的汽车热泵系统。
本发明技术方案中，通过冷媒循环回路分别与电堆换热支路、电池换热支路以及电机冷却支路进行换热，将电机、电堆及动力电池三个冷却回路联系起来，实现系统间的热量传递。既可以去除电机散热器和电堆散热器部件，提高空间利用率，消除电机散热器和电堆散热器部件安装带来的不利影响；并且可以将电机等所有冷却回路发热部件散出的热量搬运到驾驶舱、电堆等需要热量的地方，实现热能的高效合理利用，达到节能的目的。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明中汽车热泵系统一实施例的示意图；
图2为本发明中汽车热泵系统另一实施例的示意图；
图3为本发明一实施例中汽车热泵系统夏季行车状态的示意图；
图4为本发明一实施例中汽车热泵系统冬季行车状态的示意图；
图5为本发明又一实施例中汽车热泵系统的冬季启动状态示意图；
图6为本发明又一实施例中汽车热泵系统的冬季行车状态示意图；
图7为本发明又一实施例中汽车热泵系统的冬季充电状态示意图；
图8为本发明又一实施例中汽车热泵系统的夏季行车状态示意图；
图9为本发明又一实施例中汽车热泵系统的夏季充电状态示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 汽车热泵系统 522b 第七开关
1 电堆换热回路 523 第一开关
11 第一水泵 53 车外散热支路
12 第一加热器 531 冷凝器
13 去离子器 532 第二开关
14 电堆 54 第一换向管
2 电池换热回路 55 第三开关
21 第二水泵 6 电堆换热支路
22 动力电池 61 电堆换热器
23 第二加热器 62 第一膨胀阀
3 电机冷却回路 7 电池换热支路
31 第三水泵 71 电池换热器
32 DC/DC转换器 72 第二膨胀阀
33 电机控制器 8 电机冷却支路
34 电机 81 电机换热器
4 冷媒循环回路 82 第一调节组件
5 热泵循环单元 821 第三膨胀阀
51 热泵 822 第六开关
52 车内散热支路 83 第二换向管
521 蒸发器 84 第四开关
522 第二调节组件 85 第五开关
522a 第四膨胀阀
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如无特别说明，在以下实施例中，附图中的虚线表示管路断开连通或信号连接。
如图1所示，本发明一具体实施例中，汽车热泵系统100包括电堆换热回路1、电池换热回路2、电机冷却回路3以及冷媒循环回路4，冷媒循环回路4包括热泵循环单元5以及与热泵循环单元5连通的电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8，电堆换热支路6与电堆换热回路1换热，电池换热支路7与电池换热回路2换热，电机冷却支路8与电机冷却回路3换热。
上述技术方案中，通过冷媒循环回路4分别与电堆换热支路6、电池换热支路7以及电机冷却支路8进行换热，将电机34、电堆14及动力电池22三者对应的冷却回路联系起来，实现系统间的热量传递。既可以去除电机散热器和电堆散热器部件，提高空间利用率，消除电机散热器和电堆散热器部件安装带来的不利影响；并且可以将电机34等所有冷却回路发热部件散出的热量搬运到驾驶舱、电堆14等需要热量的地方，实现热能的高效合理利用，达到节能的目的。
其中，如图1和图2所示，热泵循环单元5包括热泵51和散热回路，热泵51包括第一接口和第二接口；散热回路包括车内散热支路52和车外散热支路53，第一接口、车内散热支路52、车外散热支路53和第二接口依次连通；电堆换热支路6包括电堆换热器61和第一膨胀阀62，第一接口、电堆换热器61、第一膨胀阀62、以及车外散热支路53和第二接口依次连通，电堆换热器61与电堆换热回路1换热；电池换热支路7包括电池换热器71和第二膨胀阀72，第一接口、电池换热器71、第二膨胀阀72、以及车外散热支路53和第二接口依次连通，电池换热器71与电池换热回路2换热；电机冷却支路8包括电机换热器81和第一调节组件82，第一接口、电机换热器81、第一调节组件82以及车外散热支路53和第二接口依次连通，电机换热器81与电机换热回路3换热。
在冬季行车时，换热介质从热泵51流出经车内散热支路52向车内的乘员舱供热，换热介质降温；冷却的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8吸热后均流向热泵51，由此形成循环。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经第一调节组件82和电机换热器81，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却。
由于冬季车辆行驶过程中，电堆14、动力电池22、电机34需要制冷，乘员舱需要制热。上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量带到乘员舱以实现热能的高效合理利用。
在夏季行车时，换热介质从热泵51流出经车外散热支路53向车外散热，使换热介质降温；冷却后的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7、电机冷却支路8和车内散热支路52后均流向热泵51的第一接口，由此形成循环。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经第一调节组件82和电机换热器81，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却；换热介质在流经车内散热支路52时对乘员舱制冷。
由于夏季车辆运行中，电堆14、动力电池22、电机34需要制冷，乘员舱也需要制冷。上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量以及乘员舱的热量散发到车外。
具体地，车内散热支路52包括蒸发器521和第二调节组件522，车外散热支路53包括冷凝器531，第一接口、蒸发器521、第二调节组件522、冷凝器531和第二接口依次连通。
在夏季行车时，换热介质从热泵51的第二接口流出经冷凝器531向车外散热，使换热介质降温；冷却后的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7、电机冷却支路8和车内散热支路52后均流向热泵51的第一接口，由此形成循环。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经第一调节组件82和电机换热器81，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却；换热介质在车内散热支路52依次流经第二调节组件522和蒸发器521，换热介质流经蒸发器521时质蒸发吸热，对车内乘员舱进行降温。
上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量以及乘员舱的热量散发到车外。
此外，如图3和图4所示，车内散热支路52还包括设于连通蒸发器521与第一接口的管路上的第一开关523，车外散热支路53还包括设于连通冷凝器531与第二接口的管路上的第二开关532，散热回路还包括第一换向管54和设于第一换向管54上的第三开关55，第一换向管54的一端连通于蒸发器521与第一开关523之间，另一端连通于第二开关532与第二接口之间。
请参阅图3，在夏季行车时，第一开关523和第二开关532打开，第三开关55关闭，则换热介质在冷媒循环系统中的流向与前述夏季行车状态的实施例一致；换热介质能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量以及乘员舱的热量通过冷凝器531散发到车外。
请参阅图4，在冬季行车时，第一开关523和第二开关532关闭，第三开关55打开，换热介质从热泵51的第二接口流出经第一换向管54、蒸发器521和第二调节组件522后的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8后均流向热泵51的第一接口，由此形成循环。换热介质在流经蒸发器521时冷凝散热为乘员舱供热，并使换热介质降温。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经第一调节组件82和电机换热器81，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却。
并且当换热介质与电堆换热支路6、电池换热支路7、电机冷却支路8换热后，换热介质自身的热量过高时，可以将第二开关532打开，则换热介质从热泵51的第二接口流出分为两条支路，一条支路上的换热介质经第一换向管54、蒸发器521和第二调节组件522后分别流向电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8后；另一条支路上换热介质经冷凝器531后分别流向电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8后。即打开第二开关532，利用车外散热支路53上地冷凝器531协助散热，将换热介质的部分热量在车外散出，以保持车内乘员舱维持在适宜温度。
由于冬季车辆运行中，电堆14、动力电池22、电机34需要制冷，乘员舱需要制热。热泵51的第二接口流出的换热介质直接流向蒸发器521时，蒸发器521并不能实现蒸发功能，而是实现冷凝功能，即换热介质冷凝散热为乘员舱供热，上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量带到乘员舱以实现热能的高效合理利用。
请参阅图6和图8，其中，第一调节组件82为并联设置的第三膨胀阀821和第六开关822，在夏季行车状态和冬季行车状态均为第三膨胀阀821打开、第六开关822关闭。
第二调节组件522为并联设置的第四膨胀阀522a和第七开关522b。在夏季行车时，第四膨胀阀522a打开、第七开关522b关闭，则从冷凝器531流出的换热介质经第四膨胀阀522a后流向蒸发器521，使换热介质在蒸发器521内蒸发吸热；在冬季行车时，第七开关522b打开、第四膨胀阀522a关闭，经蒸发器521散热后的换热介质流经第七开关522b后分为三条支路分别与电堆换热回路1、电池换热回路2以及电机冷却回路3换热。
在另一实施例中，如图5至图8所示，电机冷却支路8还包括第二换向管83、第四开关84以及设于第二换向管83上第五开关85，第四开关84设于连通电机换热器81与第一接口的管路上；第二换向管83的一端设于连通第二开关532与第二接口的管路上，另一端设于连通电机换热器81与第四开关84的管路上。
冬季汽车启动时，如图5所示，第一开关523、第二开关532、第五开关85和第六开关822均打开，第三开关55、第四开关84和第七开关522b均关闭；第一膨胀阀62、第二膨胀阀72和第四膨胀阀522a均打开，第三膨胀阀821关闭。
此时，换热介质从热泵51的第一接口流出分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7和车内散热支路52后再次分别流经车外散热支路53和电机冷却支路8后流向热泵51的第二接口，由此实现循环。换热介质在电堆换热支路6依次流经电堆换热器61和第一膨胀阀62，换热介质在流经电堆换热器61时散热，使电堆换热回路1内的冷媒升温；换热介质在电池换热支路7依次流经电池换热器71和第二膨胀阀72，换热介质在流经电池换热器71时散热，使电池换热回路2内的冷媒升温；换热介质在车内散热支路52依次经过蒸发器521和第四膨胀阀522a，换热介质在流经蒸发器521时，换热介质冷凝散热，为车内乘员舱制热，由电堆换热支路6、电池换热支路7和车内散热支路52流出的低温换热介质再次分别流经车外散热支路53和电机冷却支路8后流向热泵51的第二接口，换热介质在车外散热支路53上依次经过冷凝器531和第五开关85，换热介质流经冷凝器531实现蒸发作用，从外部吸热使换热介质升温；换热介质在电机冷却回路3上依次流经第六开关822和电机换热器81，并在流经电机换热器81时吸热，使自身升温，使电机冷却回路3内的冷媒冷却。
由于冬季环境气温低，汽车启动时，电堆换热回路1、电池换热回路2和乘员舱均需要制热，而发动机在运行状态，则需要冷却散热，上述技术方案中，冷媒循环回路4内换热介质在车外散热支路蒸发吸热，在电机冷却支路8吸热，升温后的换热介质经热泵51输送至电堆换热回路1、电池换热回路2和车内散热回路，为电堆换热回路1内的冷媒、电池换热回路2的冷媒和乘员舱制热。
在冬季行车时，如图6所示，第一开关523、第二开关532、第五开关85和第六开关822均关闭，第三开关55和第七开关522b打开；第一膨胀阀62、第二膨胀阀72和第三膨胀阀821均打开，第四膨胀阀522a关闭。
此时，换热介质从热泵51的第二接口流出经第一换向管54、蒸发器521和第七开关522b后的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7和电机冷却支路8后均流向热泵51的第一接口，由此形成循环。换热介质在流经蒸发器521时冷凝散热为乘员舱供热，并使换热介质降温。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经第三膨胀阀821和电机换热器81，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却。
与上述实施例相同地，当换热介质与电堆换热支路6、电池换热支路7、电机冷却支路8换热后，换热介质自身的热量过高时，可以将第二开关532打开，利用车外散热支路53上地冷凝器531协助散热，将换热介质的部分热量在车外散出，以保持车内乘员舱维持在适宜温度。
由于冬季车辆运行中，电堆14、动力电池22、电机34需要制冷，乘员舱需要制热。热泵51的第二接口流出的换热介质直接流向蒸发器521时，蒸发器521并不能实现蒸发功能，而是实现冷凝功能，即换热介质冷凝散热为乘员舱供热，上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量带到乘员舱以实现热能的高效合理利用。
在冬季电池充电时，如图7所示，第一开关523、第三开关55、第四开关84、第五开关85、第六开关822和第七开关522b均关闭，第二开关532打开；第一膨胀阀62、第三膨胀阀821、第四膨胀阀522a均关闭，第二膨胀阀72打开。
此时，换热介质从热泵51的第一接口流出依次流经电池换热回路2和车外散热支路53后流向第二接口，由此实现循环。换热介质在电池换热回路2上依次流经电池换热器71和第二膨胀阀72，换热介质流经电池换热器71时与电池换热回路2内的冷媒换热，使自身温度降低，电池换热回路2内的冷媒升高；换热介质在车外散热支路53上依次流经冷凝器531和第二开关532，换热介质流经冷凝器531时蒸发，换热介质从外部吸热。
由于冬季车辆在充电状态时，外部环境温度低，车辆未启动且车内没有乘客，则电机34与电堆14均无需运行，整个冷媒循环回路4只需换热介质在外部蒸发，使换热介质升温，然后利用换热介质为电池换热回路2内的冷媒升温即可。即上述技术方案能够吸收环境热量，加热电池换热回路2内的冷媒，由此将热量带入动力电池22内部。
在夏季行车时，如图8所示，第一开关523、第二开关532、第四开关84均打开，第三开关55、第五开关85、第六开关822和第七开关522b均关闭；第一膨胀阀62、第二膨胀阀72、第三膨胀阀821、第四膨胀阀522a均打开。
换热介质从热泵51的第二接口流出经车外散热支路53向车外散热，使换热介质降温；冷却后的换热介质分别流经电堆换热支路6、电池换热支路7、电机冷却支路53和车内散热支路52后均流向热泵51的第一接口，由此形成循环。换热介质在电堆换热支路6依次流经第一膨胀阀62和电堆换热器61，换热介质在流经电堆换热器61时吸热，使电堆换热回路1内的冷媒冷却；换热介质在电池换热支路7依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质在流经电池换热器71时吸热，使电池换热回路2内的冷媒冷却；换热介质在电机冷却支路8依次流经电机换热器81和第三膨胀阀821，换热介质在流经电机换热器81时吸热，使电机冷却回路3内的冷媒冷却；换热介质在车内散热支路52依次流经第四膨胀阀522a和蒸发器521，换热介质流经蒸发器521时质蒸发吸热，对车内乘员舱进行降温。
上述技术方案能够将电堆14、动力电池22、电机34散出的热量以及乘员舱的热量散发到车外。
在夏季电池充电时，如图9所示，第一开关523、第三开关55、第四开关84、第五开关85、第六开关822和第七开关522b均关闭，第二开关532打开；第一膨胀阀62、第三膨胀阀821、第四膨胀阀522a均关闭、第二膨胀阀72打开。
此时，换热介质从热泵51的第二接口流出依次流经车外散热支路53和电池换热回路2后流向第一接口，由此实现循环。换热介质在车外散热支路53上依次流经第二开关532和冷凝器531，换热介质流经冷凝器531时冷凝散热，换热介质向外部散热；换热介质在电池换热回路2上依次流经第二膨胀阀72和电池换热器71，换热介质流经电池换热器71时与电池换热回路2内的冷媒换热，使电池换热回路2内的冷媒降低，自身温度升高。
由于夏季外部环境温度高，车辆驻车充电时，则电池充电时需要散热，电机34和电堆14均不工作，且由于车内无乘客，则无需为车内乘员舱制冷。上述技术方案中，冷媒循环系统中能够为动力电池22内部降温，且由冷凝器531散发到外部空气中。
如图1所示，电堆换热回路1包括第一水泵11、第一管路、第二管路、第一加热器12、去离子器13和电堆14，第一水泵11的出水口与第一管路连通，第一管路依次经过第一加热器12和电堆换热器61，第二管路连通第一水泵11的进水口和第一管路，第二管路经过电堆14和去离子器13。第一水泵11的出水口泵出高温冷媒，冷媒经第一加热器12后流向电堆换热器61，并在在流经电堆换热器61时与电堆14冷却支路内的换热介质换热，以使电堆换热回路1内的冷媒降温，冷媒分别流经电堆14和去离子器，在流经电堆14时吸热，为电堆14散热，最后汇入第一水泵11的进水口，由此实现循环。
具体地，电堆换热器61的出水口与第一水泵11之间的电堆14和去离子器的设置顺序并不影响其换热功能的实现。
电池换热回路2包括第二水泵21、第三管路、第四管路、动力电池22和第二加热器23，第二水泵21的出水口与第三管路连通，第三管路经过电池换热器71，第四管路连通第三管路和第二水泵21的进水口，第四管路经过第二加热器23和动力电池22。动力电池22工作时，第二水泵21的出水口泵出冷媒，冷媒在流经电池换热器71时与电池换热支路7内的换热介质换热，降低自身温度，然后流向动力电池22和第二加热器23为其降温，最后汇入第二水泵21的进水口实现循环。但是在冬季电池充电时，由于外部环境温度低，且要保持电池处于相对高的温度，则冷媒在流经电池换热器71时与电池换热支路7内的换热介质换热时升高自身温度，流向动力电池22和第二加热器23时为其加热。
具体地，电池换热器71的出水口与第二水泵21的进水口之间第二加热器23和动力电池22的设置顺序并不影响其换热功能的实现。
电机冷却回路3包括第三水泵31、第五管路、第六管路、DC/DC转换器32、电机控制器33和电机34，第三水泵31的出水口与第五管路连通，第五管路经过DC/DC转换器32、电机控制器33和电机34，第六管路连通第三水泵31的进水口和第五管路，第六管路流经电机换热器81。冷媒经第三水泵31的出水口泵出，在流经DC/DC转换器32、电机控制器33和电机34吸热，为电机34散热，之后在电机换热器81处与电机冷却支路8内的换热介质换热，降低自身温度，然后自电机换热器81的出水口流向第三水泵31的进水口，由此实现循环。
具体地，第三水泵31的出水口与电机换热器81之间的电机34、电机控制器33和DC/DC转换器32的设置顺序并不影响其换热功能的实现。DC/DC转换器32为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。
电堆换热器61包括进液管、出液管、多条冷凝管以及具有容腔的壳体，壳体上开设有与容腔连通且相对设置的防冻液入口和防冻液出口，多条冷凝管并排间隔设置于容腔内且多条冷凝管用于连通进液管与出液管，进液管穿过壳体的防冻液出口所在侧，出液管穿过壳体的防冻液入口所在侧。由此能够增大换热面积，提高换热效率。可以理解的，电池换热器71和电机换热器81的结构与电堆换热器61的结构相同。
可以理解的，汽车热泵系统100还包括控制器，控制器用于根据汽车实时所处的状态调节第一开关523、第二开关532、第三开关55、第四开关84、第五开关85、第六开关822和第七开关522b打开或关闭，以及第一膨胀阀62、第二膨胀阀72、第三膨胀阀821和第四膨胀阀522a打开或关闭，以调节换热介质在冷媒循环回路4内的流向，从而实现针对汽车不同的状态提供不同的换热介质流向以将电机冷却回路3、电堆换热回路1、电池换热回路2以及乘员舱内的热量进行相互间的搬运利用，将汽车热泵系统100产生的热量又用回到汽车热泵系统100中，实现节能和环保。在本实施例中，控制器为FCU控制器，热泵可采用现有空调器结构实现制冷和制热功能，具体可包括四通阀、与四通阀匹配管路等。
本发明还提出一种燃料电池汽车、燃料电池汽车包括如上述的汽车热泵系统100。由于该燃料电池汽车包括如上述所述的汽车热泵系统100，因此该燃料电池汽车具备上述汽车热泵系统100的所有有益效果，再此不一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种汽车热泵系统，其特征在于，包括电堆换热回路、电池换热回路、电机冷却回路以及冷媒循环回路，所述冷媒循环回路包括热泵循环单元以及与所述热泵循环单元连通的电堆换热支路、电池换热支路和电机冷却支路，所述电堆换热支路与所述电堆换热回路换热，所述电池换热支路与所述电池换热回路换热，所述电机冷却支路与所述电机冷却回路换热；
其中，所述热泵循环单元包括热泵和散热回路，所述热泵包括第一接口和第二接口；所述散热回路包括车内散热支路和车外散热支路，所述第一接口、所述车内散热支路、所述车外散热支路和所述第二接口依次连通；
所述车内散热支路包括蒸发器和第二调节组件，所述车外散热支路包括冷凝器，所述第一接口、所述蒸发器、所述第二调节组件、所述冷凝器和所述第二接口依次连通；
所述冷媒循环回路内的换热介质在所述车内散热支路的所述蒸发器冷凝放热，或在所述车内散热支路的所述蒸发器蒸发吸热并在所述车外散热支路的冷凝器冷凝散热；
所述车内散热支路还包括设于连通所述蒸发器与所述第一接口的管路上的第一开关，
所述车外散热支路还包括设于连通所述冷凝器与所述第二接口的管路上的第二开关，
所述散热回路还包括第一换向管和设于所述第一换向管上的第三开关，所述换向管的一端与连通所述蒸发器与所述第一开关的管路连通，另一端与连通所述第二开关与所述第二接口的管路连通。
2.如权利要求1所述的汽车热泵系统，其特征在于
所述电堆换热支路包括电堆换热器和第一膨胀阀，所述第一接口、电堆换热器、第一膨胀阀、以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电堆换热器与所述电堆换热回路换热；
所述电池换热支路包括电池换热器和第二膨胀阀，所述第一接口、电池换热器、第二膨胀阀、以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电池换热器与所述电池换热回路换热；
所述电机冷却支路包括电机换热器和第一调节组件，所述第一接口、所述电机换热器、所述第一调节组件，以及所述车外散热支路和第二接口依次连通，所述电机换热器与所述电机换热回路换热。
3.如权利要求2所述的汽车热泵系统，其特征在于，
所述电机冷却支路还包括第二换向管、第四开关以及设于所述第二换向管上的 第五开关，
所述第四开关设于连通所述电机换热器与所述第一接口的管路上；
所述第二换向管的一端与连通所述第二开关与所述第二接口的管路连通，另一端与连通所述电机换热器与所述第四开关的管路连通。
4.如权利要求2所述的汽车热泵系统，其特征在于，所述第一调节组件为并联设置的第三膨胀阀和第六开关；所述第二调节组件为并联设置的第四膨胀阀和第七开关。
5.如权利要求1至4中任一项所述的汽车热泵系统，其特征在于，所述电堆换热回路包括第一水泵、第一管路、第二管路、第一加热器、去离子器和电堆，所述第一水泵的出水口与所述第一管路连通，所述第一管路依次经过所述第一加热器和所述电堆换热器，所述第二管路连通所述第一水泵的进水口和所述第一管路，所述第二管路经过所述电堆和所述去离子器。
6.如权利要求1至4中任一项所述的汽车热泵系统，其特征在于，所述电池换热回路包括第二水泵、第三管路、第四管路、动力电池和第二加热器，所述第二水泵的出水口与所述第三管路连通，所述第三管路经过所述电池换热器，所述第四管路连通所述第三管路和所述第二水泵的进水口，所述第四管路经过所述第二加热器和所述动力电池。
7.如权利要求1至4中任一项所述的汽车热泵系统，其特征在于，所述电机冷却回路包括第三水泵、第五管路、第六管路、DC/DC转换器、电机控制器和电机，所述第三水泵的出水口与所述第五管路连通，所述第五管路经过所述DC/DC转换器、所述电机控制器和所述电机，所述第六管路连通所述第三水泵的进水口和第五管路，第六管路流经电机换热器。
8.一种燃料电池汽车，其特征在于，所述燃料电池汽车包括如权利要求1至7中任一项所述的汽车热泵系统。
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