CN111251809A - 车辆的热管理系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆的热管理系统及车辆。热管理系统包括压缩机、第一室内换热器、第二室内换热器、室外换热器、电机和电池包。电池包包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路,冷媒适于在压缩机、第一室内换热器、第二室内换热器、室外换热器中的至少一个内流动。液冷回路适于与电机换热。冷媒冷却支路可选择地与冷媒循环流路连通,液冷冷却支路可选择地与液冷回路连通。冷媒冷却支路可选地与第一室内换热器并联。根据本发明的热管理系统,不仅可以实现对车辆内部、车辆的电机的温度调节,还可以实现电池包的温度调节,从而可以以更经济、更节能的方式满足车辆以及电池包在不同工况下的加热与冷却需求。

Description

车辆的热管理系统及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域,尤其是涉及一种车辆的热管理系统及车辆。
背景技术
为了提高电池充放电效率,需要有合适的工作温度,过高或过低都会对其性能及续航能力造成很大影响。相关技术中,通过设置独立的冷却口为电池进行降温,另外,还有一些纯电动车辆结合空调系统为电池进行控温,通过空调系统为流经电池的冷却液进行换热,以实现对电池的降温或升温。它们均采用电池液冷的技术,结构复杂且降温效率低,不能满足电池的温度需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种车辆的热管理系统,所述车辆的热管理系统具有结构简单、性能佳的优点。
本发明还提出一种具有上述车辆的热管理系统的车辆。
根据本发明实施例的车辆的热管理系统,所述车辆的电池包包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路,所述热管理系统包括:压缩机、第一室内换热器、第二室内换热器、室外换热器,所述压缩机包括吸气口和排气口,所述第一室内换热器包括第一端和第二端,所述第二室内换热器包括第三端和第四端,所述室外换热器包括第五端和第六端,冷媒适于在所述压缩机、所述第一室内换热器、所述第二室内换热器、所述室外换热器中的至少一个内流动以构造形成冷媒循环流路;散发热量的电机和用于与所述电机换热的液冷回路;所述冷媒冷却支路可选择地与所述冷媒循环流路连通,所述液冷冷却支路可选择地与所述液冷回路连通;所述冷媒冷却支路可选地与所述第一室内换热器并联;开度可调的第一控制阀组,所述第一控制阀组设于所述冷媒循环流路以控制至少部分所述冷媒循环流路的连通或断开。
根据本发明实施例的车辆的热管理系统,通过设置冷媒循环流路和液冷回路,它们均可以选择性地与电池包连通,不仅可以实现对车辆内部、车辆的电机的温度调节,还可以实现电池包的温度调节,从而可以以更经济、更节能的方式满足车辆以及电池包在不同工况下的加热与冷却需求,另外,这种以直冷的方式为电池包进行冷却或加热,相对于现有技术中通过液冷的方式为电池包进行温度调节具有调节效率高、调节范围广的优点,从而可以使得电池包保持在合适的温度范围内,进而可以提高电池包的续航能力及使用寿命。另外,冷媒冷却支路可选地与第一室内换热器并联,从而可以实现电池包与车辆内部空间同时制热。
根据本发明的一些实施例,所述冷媒循环流路包括:制冷回路,所述排气口、所述第五端、所述第六端、所述第三端、所述第四端以及所述吸气口依次连通以构造出所述制冷回路;制热回路,所述排气口、所述第一端、所述第二端、所述第五端、所述第六端以及所述吸气口依次连通以构造出所述制热回路。
根据本发明的一些实施例,所述热管理系统还包括:直热回路,所述排气口、所述冷媒冷却支路、所述第五端、所述第六端以及所述吸气口依次连通以构造出所述直热回路。
根据本发明的一些实施例,所述冷媒冷却支路可选地串联在所述吸气口和所述第六端之间。
根据本发明的一些实施例,所述热管理系统还包括:直冷回路,所述排气口、所述第五端、所述第六端、所述冷媒冷却支路以及所述吸气口依次连通以构造出所述直冷回路。
根据本发明的一些实施例,所述热管理系统还包括:除雾回路,所述排气口、所述第一端、所述第二端、所述第三端、所述第四端以及所述吸气口依次连通以构造出所述除雾回路。
根据本发明的一些实施例,所述冷媒冷却支路可选地与所述第二室内换热器并联。
根据本发明的一些实施例,所述冷媒冷却支路包括第一连通口和第二连通口,所述热管理系统还包括第一四通阀,所述第一四通阀连接在所述第一连通口和所述第二连通口之间,所述第一四通阀定时换向或者根据所述冷媒冷却支路进出口处流体的温度换向。
根据本发明的一些实施例,所述液冷冷却支路包括第三连通口和第四连通口,所述热管理系统还包括第二四通阀,所述第二四通阀连接在所述第三连通口和所述第四连通口之间,所述第二四通阀定时换向或者根据所述液冷冷却支路进出口处流体的温度换向。
在本发明的一些实施例中,所述热管理系统还包括散热支路,所述散热支路与所述液冷回路并联,所述散热支路可选择地对所述电机散热。
在本发明的一些实施例中,所述液冷回路上设有支路换热器,所述电机通过所述支路换热器与所述液冷回路换热。
根据本发明的一些实施例,还包括第二控制阀组,所述第二控制阀组设于所述冷媒冷却支路以控制流过所述冷媒冷却支路的冷媒量。
根据本发明的一些实施例,所述热管理系统还包括用于检测所述冷媒冷却支路内流体的温度或压力的传感器。
根据本发明的一些实施例,所述热管理系统还包括增焓装置,所述增焓装置与所述冷媒循环流路的部分管路并联。
根据本发明实施例的车辆,包括如上所述的车辆的热管理系统。
根据本发明实施例的车辆,通过设置热管理系统,热管理系统内的冷媒循环流路以及纯电动车辆内的液冷回路均可以选择性地与电池包连通,不仅可以实现对纯电动车辆内部、纯电动车辆的电机的温度调节,还可以实现电池包的温度调节,从而可以以更经济、更节能的方式满足纯电动车辆以及电池包在不同工况下的加热与冷却需求,另外,这种以直冷的方式为电池包进行冷却或加热,相对于现有技术中通过液冷的方式为电池包进行温度调节具有调节效率高、调节范围广的优点,从而可以使得电池包保持在合适的温度范围内,进而可以提高电池包的续航能力及使用寿命。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明实施例的热管理系统的结构示意图;
图2是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图3是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图4是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图5是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图6是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图7是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图8是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图9是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图10是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图11是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图12是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图13是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图14是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图15是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图16是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图17是根据本发明实施例的车辆的结构示意图。
附图标记:
热管理系统1,车辆2,
压缩机10,吸气口11,排气口12,气液分离器20,第一室内换热器30,第一端 31,第二端32,第二室内换热器40,第三端41,第四端42,室外换热器50,第五端 51,第六端52,
第一控制阀60,
第一三通阀80,第二三通阀110,第三三通阀120,第四三通阀130,
第一膨胀阀150,第二膨胀阀160,第三膨胀阀170,
第一传感器180,第二传感器190,第三传感器200,第四传感器210,第五传感器 220,第六传感器230,第七传感器240,
电池包250,第一四通阀260,第二四通阀270,
电机310,
液冷回路320,
散热支路330,散热器331,
支路换热器340,
电磁电子膨胀阀360,第八传感器361,第六四通阀362,第九传感器363,
增焓装置370,
水泵390,水壶400。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图13所示,根据本发明实施例的车辆的热管理系统1,包括压缩机10、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50、电池包250、电机310和开度可调的第一控制阀组,压缩机10包括吸气口11和排气口12,压缩机10内的冷媒从排气口12排出、从吸气口11返回至压缩机10内。第一室内换热器30包括第一端31和第二端32,第二室内换热器40包括第三端41和第四端42,室外换热器50包括第五端 51和第六端52。电池包250包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路。冷媒适于在压缩机10、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50中的至少一个内流动以构造形成冷媒循环流路。冷媒循环流路可以是冷媒的流动路径。冷媒循环流路可以通过管路构造形成。压缩机10、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50中的任意两个之间可以通过管路连接以实现连通。
电机310在工作过程中会产生热量,液冷回路320中流过的流体(如冷却水)可以与电机310进行换热。液冷回路320可以是流体的流动路径。液冷回路可以通过管路构造形成。例如,电机310可以设于液冷回路320上。冷媒冷却支路可选择地与冷媒循环流路连通,液冷冷却支路可选择地与液冷回路320连通。冷媒冷却支路可选地与第一室内换热器30并联。
可以理解的是,当冷媒循环流路与冷媒冷却支路连通时,冷媒循环流路中的冷媒可以流经冷媒冷却支路,以与冷媒冷却支路进行热交换,从而对电池包250的温度进行调节。其中,当冷媒循环流路流经第一室内换热器30且冷媒循环流路与冷媒冷却支路连通时,冷媒冷却支路可以与第一室内换热器30并联,当然,冷媒冷却支路也可以与第一室内换热器30不并联。当液冷回路与液冷冷却支路连通时,液冷回路中的流体可以流经液冷冷却支路,以与液冷冷却支路进行热交换,从而对电池包250的温度进行调节。第一控制阀组设于冷媒循环流路以控制至少部分冷媒循环流路的连通或断开。第一控制阀组可以包括多个控制阀,如电磁电子膨胀阀、热力膨胀阀或电子膨胀阀等。冷媒循环流路上可以设有多个控制阀,每个控制阀均可开度可调地控制其所在的冷媒管路上的冷媒流量。
根据本发明实施例的车辆的热管理系统1,通过设置冷媒循环流路和液冷回路320,它们均可以选择性地与电池包250连通,不仅可以实现对纯电动车辆内部、电机310的温度调节,还可以实现电池包250的温度调节,从而可以以更经济、更节能的方式满足纯电动车辆以及电池包250在不同工况下的加热与冷却需求,另外,这种以直冷的方式为电池包250进行冷却或加热,相对于现有技术中通过液冷的方式为电池包250进行温度调节具有调节效率高、调节范围广的优点,从而可以使得电池包250保持在合适的温度范围内,进而可以提高电池包250的续航能力及使用寿命。另外,冷媒冷却支路可选地与第一室内换热器30并联,从而可以实现电池包250与纯电动车辆内部空间同时制热。
如图4及图6所示,根据本发明的一些实施例,冷媒循环流路可以包括制冷回路和制热回路。排气口12、第五端51、第六端52、第三端41、第四端42以及吸气口11依次连通以构造出制冷回路,排气口12、第一端31、第二端32、第五端51、第六端52 以及吸气口11依次连通以构造出制热回路。
如图9及图10所示,根据本发明的一些实施例,热量管理系统1还包括直热回路,排气口12、冷媒冷却支路、第五端51、第六端52以及吸气口11依次连通以构造出直热回路。由此,直热回路4可以实现冷媒对电池包250的单独加热。
如图12所示,根据本发明的一些实施例,冷媒冷却支路可以与制热回路连通,且冷媒冷却支路串联在吸气口11和第六端52之间。由此,在实现热泵系统对室内制热的时候,可以同时实现对电池包250的制冷。
如图3所示,根据本发明的一些实施例,热量管理系统1还还可以包括直冷回路,排气口12、第五端51、第六端52、冷媒冷却支路以及吸气口11依次连通以构造出直冷回路。由此,热管理系统1可以单独给电池包250制冷。
如图13所示,根据本发明的一些实施例,热量管理系统1还还可以包括除雾回路,排气口12、第一端31、第二端32、第三端41、第四端42以及吸气口11依次连通以构造出除雾回路。由此,热管理系统1可以为纯电动车辆内进行除雾,从而可以提高纯电动车辆的驾驶安全性,也可以避免水汽对纯电动车辆内结构部件的侵蚀,从而可以提高纯电动车辆的使用性能,还可以提高纯电动车辆的用户体验性。
如图8及图11所示,根据本发明的一些实施例,冷媒冷却支路可以与制冷回路连通,冷媒冷却支路与第二室内换热器40可以并联。由此,热管理系统1可以为纯电动车辆内空间与电池包250的共同制冷。
如图1-图13所示,根据本发明的一些实施例,冷媒冷却支路包括第一连通口和第二连通口,热管理系统1还可以包括第一四通阀260,第一四通阀260连接在第一连通口和第二连通口之间,第一四通阀260定时换向或者根据冷媒冷却支路进出口处流体(冷媒)的温度换向,以控制冷媒在冷媒冷却支路内的流向。由此,通过设置第一四通阀260,第一四通阀260可以控制冷媒流经电池包250的流向,从而可以根据电池包250两端的温度高低,控制冷媒流向,以均衡电池包250两端的温度。
如图1-图13所示,根据本发明的一些实施例,液冷冷却支路包括第三连通口和第四连通口,热管理系统1还可以包括第二四通阀270,第二四通阀270连接在第三连通口和第四连通口之间,第二四通阀270定时换向或者根据冷媒冷却支路进出口处流体(冷却水)的温度换向,以控制冷媒在液冷冷却支路内的流向。由此,通过设置第二四通阀 270,第二四通阀270可以控制冷却液流经电池包250的流向,从而可以根据电池包250 两端的温度高低,控制冷却液流向,以均衡电池包250两端的温度。
如图1-图13所示,在本发明的一些实施例中,热管理系统1还可以包括散热支路 330,散热支路330与液冷回路320并联,散热支路330可选择地对电机310散热。由此,散热支路330可以根据实际需求对电机310进行散热,以提高电机310的使用性能、延长电机310的使用寿命。
如图1-图13所示,在本发明的一些实施例中,散热支路330上设有散热器331。由此,散热器331可以对散热支路330的管壁及散热支路330内的冷却液进行散热。例如,散热器331可以为风机。
如图1-图13所示,在本发明的一些实施例中,液冷回路320上可以设有支路换热器340,电机310通过支路换热器340与液冷回路320换热。
根据本发明的一些实施例,热管理系统1还可以包括第二控制阀组,第二控制阀组设于冷媒冷却支路以控制流过冷媒冷却支路的冷媒量。由此,第二控制阀组可以控制流经电池包250的冷媒量,从而可以根据电池包250的实时温度调节电池包250的温度,以使电池包250保持在合适的温度范围内。
如图1-图13所示,根据本发明的一些实施例,热管理系统1还可以包括用于检测冷媒冷却支路内流体的温度或压力的传感器。由此,根据温度或压力的传感器的检测值,以调节冷媒流经冷却支路的冷媒量,从而可以使得流经电池包250的冷媒可以与电池包 250进行适当换热,以使电池包250保持在合适的温度范围内。
如图13所示,根据本发明的一些实施例,热管理系统1还可以包括增焓装置370,增焓装置370与冷媒循环流路的部分管路并联。
增焓装置370可以为经济器,从第一室内换热器30流出的制冷剂在进入经济器后分为两部分,一部分通过节流,以热量膨胀的方式进行进一步冷却,去降低另一部分的温度,令其过冷,这被稳定下来的过冷液体可以流向第二室内换热器40、电池包250的冷媒冷却支路。而另一部分未冷却的气态制冷剂可以流向压缩机10,重新进入压缩机10 继续压缩,进入循环。它通过膨胀制冷的方式来稳定液态制冷介质,以提高系统容量和效率。
如图16所示,根据本发明实施例的车辆2,包括如上所述的车辆的热管理系统1。
根据本发明实施例的车辆2,通过设置热管理系统1,热管理系统1内的冷媒循环流路以及纯电动车辆2内的液冷回路320均可以选择性地与电池包250连通,不仅可以实现对纯电动车辆2内部、纯电动车辆2的电机310的温度调节,还可以实现电池包250 的温度调节,从而可以以更经济、更节能的方式满足纯电动车辆2以及电池包250在不同工况下的加热与冷却需求,另外,这种以直冷的方式为电池包250进行冷却或加热,相对于现有技术中通过液冷的方式为电池包250进行温度调节包括调节效率高、调节范围广的优点,从而可以使得电池包250保持在合适的温度范围内,进而可以提高电池包 250的续航能力及使用寿命。
下面参考图1-图15详细描述根据本发明实施例的车辆的热管理系统1。值得理解的是,下述描述仅是示例性说明,而不是对本发明的具体限制。
如图1-图13所示,根据本发明实施例的车辆的热管理系统1包括压缩机10、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50、电池包250、第一控制阀60、第一三通阀80、第二三通阀110、第三三通阀120、第四三通阀130、第一膨胀阀150、第二膨胀阀160、第三膨胀阀170、第一传感器180、第二传感器190、第三传感器200、第四传感器210、第五传感器220、第六传感器230、第七传感器240、电池包250、第一四通阀260、第二四通阀270、热源装置310、液冷回路320、散热支路330。
具体而言,如图1-图13所示,压缩机10包括吸气口11和排气口12,压缩机10内的冷媒从排气口12排出、从吸气口11返回至压缩机10内。第一室内换热器30包括第一端31和第二端32,第二室内换热器40包括第三端41和第四端42,室外换热器50 包括第五端51和第六端52。电池包250包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路。冷媒适于在压缩机10、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50和冷媒冷却支路内循环流动。
如图1-图13所示,压缩机10的排气口12与第二三通阀110的A口连通,第一传感器180位于压缩机10与第二三通阀110之间,第二三通阀110的B口与室外换热器 50的第五端51连通,第一膨胀阀150位于第二三通阀110与室外换热器50之间。室外换热器50的第六端52与气液分离器20的进口连通,第一控制阀60位于室外换热器 50与气液分离器20之间,第四传感器210位于第一控制阀60与室外换热器50之间,气液分离器20的出口与压缩机10的吸气口11连通。
第二三通阀110的C口与第三三通阀120的A口连通,第三三通阀120的B口与气液分离器20连通,第三三通阀120的C口与第一四通阀260的A口连通,第一四通阀 260的C口与电池包250的冷媒冷却支路的一端连通,第一四通阀260的B口与电池包 250的冷媒冷却支路的另一端连通,第一四通阀260的D口与第四三通阀130的C口连通,第二传感器190位于第三三通阀120与第一四通阀260之间,第三传感器200位于第一四通阀260与第四三通阀130之间。第四三通阀130的A口通过第一膨胀阀150与第五端51连通,第四三通阀130的B口与第六端52连通,第二膨胀阀160位于第四三通阀130与第四传感器210之间。
第一室内换热器30的第一端31与第二三通阀110的C口连通,第一室内换热器30 的第二端32通过第一膨胀阀150与第五端51连通。
第二室内换热器40的第三端41通过第三膨胀阀170与室外换热器50的第五端51 连通,第四传感器210位于第三膨胀阀170与室外换热器50之间,第二室内换热器40 的第四端42与气液分离器20连通,第五传感器220位于第二室内换热器40与气液分离器20之间。
如图1-图13所示,液冷回路320包括水泵390和电机310,电池包250的液冷冷却支路通过第二四通阀270可选择地与液冷回路320连通。液冷回路320设有第六传感器 230和第七传感器240,第六传感器230和第七传感器240分别位于第二四通阀270的两侧,通过调节第二四通阀270各个阀口之间的连通关系,可以改变冷却水流经电池包 250的流向。
其中,液冷回路320为冷却水循环管路,液冷回路320包括第一段、第二段,第一段的一端与第二四通阀270的B口连通,第一段的另一端与三通阀90的B口连通,三通阀90的A口与散热支路330的一端连通,散热支路330的另一端与第二四通阀270 的C口连通,散热支路330由散热器331和水壶400串联形成。第二段的一端与三通阀 90的C口连通,第二段流经电机310,第二段的另一端与第二四通阀270的C口连通。
对于第一四通阀260、第二四通阀270、而言,当A口与B口连通时,C口与D 口连通;当A口与C口连通时,B口与D口连通。
流入电池包250的冷媒换向结构:在电池包250冷媒冷却支路入口处连接第一四通阀260,通过读取第二传感器190与第三传感器200的差值(电池包250温差范围小于 5℃为好)来控制第一四通阀260的换向,由此来优化电池包250直冷与直热时的均温性。
流入电池包250的水换向结构:在电池包250液冷冷却支路入口处接第二四通阀 270,通过读取第六传感器230与第七传感器240的差值来控制第二四通阀270的换向,由此来优化电池包250加热与冷却时的均温性。
电机310出水口与第一三通阀80的C口相连,第一三通阀80出口分为两路,一路为第一三通阀80的A口与散热器331进水口相连,另一路为第一三通阀80的B口与的 A口相连,的C口与散热器331出口汇合连接水泵390的入口,水泵390出口与电机310 进水口相连,由此形成水循环系统。
1.电机310的散热器331为电池包250散热。
工况:电池包250需求的散热量小,水循环散热即可满足需求,此时可采用电机310 的散热器331为电池包250散热,原理如图2所示。
电控控制:电机310、水泵390运行,第一三通阀80为三通状态。
电池包250水循环散热系统原理:水壶400供水,电机310冷却液在水泵390的作用下进入电池包250进行换热,最后通过电机310的散热器331将热量散出。
2.电池包250直冷系统。
工况:电池包250插枪充电,电池包250会持续发热,此时室内并不需要制冷,用热泵为电池包250散热,原理图如图3所示。
电控控制:压缩机10运行,第一控制阀60关闭,第二三通阀110的A口与B口开通,第三三通阀120、第四三通阀130的C口与B口开通,第一膨胀阀150起通断作用为完全开通状态,第二膨胀阀160起膨胀阀作用。第一四通阀260起冷媒介质换向作用。
原理:从压缩机10排出高温高压的气态制冷剂经过室外换热器50冷凝,从室外换热器50出来的制冷剂经过第二膨胀阀160节流降温为低温低压的制冷剂,再经过电池包250进行热交换为低温低压的气态制冷剂,随后制冷剂经过进入气液分离器20流回到压缩机10内,由此完成一个高温制冷加电池包250冷却循环。
3.室内制冷循环系统。
工况:夏天,车刚刚启动或在驻车状态,此时乘客在车内,则只需为室内制冷。原理图如图4所示。
电控控制:压缩机10运行,第一控制阀60关闭,第二三通阀110的A口与B口开通,第三三通阀120、第四三通阀130的所有口都关闭,第一膨胀阀150起通断作用为完全开通状态,第三膨胀阀170起膨胀阀作用。
高温制冷运行原理:从压缩机10排出高温高压的气态制冷剂经过室外换热器50冷凝,从室外换热器50出来的制冷剂经过第三膨胀阀170节流降温为低温低压的制冷剂,再经过第二室内换热器40与空气进行热交换为低温低压的气态制冷剂,随后通过气液分离器20流回到压缩机10内,由此完成一个室内高温制冷循环。
4.热泵空调制冷与电池包250直冷循环系统。
工况:夏天,纯电动车辆长时间行驶过程中,车内以及电池包250均需要散热,此时用热泵为室内与电池包250同时制冷,原理图如图5所示。
电控控制:在工况2的基础上,同时开启热泵室内制冷即开启第三膨胀阀170,第三膨胀阀170起膨胀阀作用。
热泵制冷运行原理:从压缩机10排出高温高压的气态制冷剂经过室外换热器50冷凝后分为两路,一路经过第三膨胀阀170的节流降温为低温低压的制冷剂,再经过第二室内换热器40与空气进行热交换为低温低压的气态制冷剂,另一路经过第二膨胀阀160 的节流降温为低温低压的制冷剂,再经电池包250进行热交换为低温低压的气态制冷剂,从电池包250出来的制冷剂经过第三三通阀120并与从第二室内换热器40出来的制冷剂汇合进入气液分离器20,一起流回到压缩机10内,由此完成一个高温制冷加电池冷却循环。
5.热泵为室内制热循环系统。
工况:冬天纯电动车辆运行中,电池包250温度适中,自身产热在可接受范围内,此时热泵模式只需为室内制热。原理图如图6所示。
电控控制:压缩机10运行,第一控制阀60打开,第二三通阀110的A口与C口开通,第一膨胀阀150起膨胀阀作用。
热泵运行原理:从压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂经过第一室内换热器30 冷凝,再经过第一膨胀阀150的节流降温后进入室外换热器50(蒸发器)换热,从室外换热器50出来的低压低温制冷剂气体通过第一控制阀60进入气液分离器20并回到压缩机10,完成一个低温制热循环。
6.热泵系统为电池包250单制热循环系统。
工况:低温环境下,纯电动车辆插枪充电时或者纯电动车辆未开启前需要先预热电池,此时乘客不在车内,可采用热泵系统为电池包250单制热,原理图如图7所示。
电控控制:压缩机10运行,第二三通阀110的A口与C口开通、第三三通阀120 的A口与C口开通、第四三通阀130的A口与C口开通。第一控制阀60打开。第一膨胀阀150起膨胀阀作用。
热泵运行原理:从压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂经过电池包250冷凝,冷凝后的制冷剂经过第一膨胀阀150的节流降温为低温低压的制冷剂进入室外换热器50 换热,从室外换热器50出来的低压低温制冷剂气体进入气液分离器20并回到压缩机10,完成一个低温制热循环。
7.电机310与热泵为电池包250同时制热循环系统。
工况:纯电动车辆未开启前需要先预热电池,电机310堵转热与热泵可以一同为电池包250加热,原理图如下图8所示。
电控控制:在工况7的基础上,开启电机310,关闭电机310散热器331。
热泵运行原理:同理于工况7。
8.热泵为室内与电池包250同时制热循环系统。
工况:冬天,乘客在车内,车未开启需预热电池或车插枪充电,则需热泵系统为电池包250与室内同时制热,原理如下图9所示。
电控控制:压缩机10运行,第二三通阀110的A口与C口、第三三通阀120的A 口与C口、第四三通阀130的A口与C口开通,第一控制阀60打开,第一膨胀阀150 起膨胀阀作用。
热泵运行原理:从压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂通过第四三通阀130后分为两路,一路进入电池包250,一路进入第一室内换热器30。两路制冷剂汇合后经过第一膨胀阀150的节流降温为低温低压的制冷剂进入室外换热器50(蒸发器)换热,从室外换热器50出来的低压低温制冷剂气体进入气液分离器20并回到压缩机10,完成一个低温制热循环。
9.热泵给室内制热同时电机310给电池包250制热循环系统。
工况:纯电模式下,室内舒适性为主,低温时开启热泵仅能维持室内,此时电池包 250通过电机310堵转热加热,原理如下图10所示。
电控控制:在工况5的基础上,运行电机310,关闭电机310的散热器331。用电机 310堵转热为电池包250加热。
原理:同理于工况5。
10.热泵与电机310同时给室内和电池包250制热循环系统.
工况:低温环境,纯EV(纯动)模式下纯电动车辆启动后,可开启电机310与热泵系统一同为电池包250以及室内制热,原理图如下图11所示。
电控控制:在工况9的基础上,运行电机310,关闭电机310散热器331。用电机 310堵转热为电池加热。
原理:同理于工况9。
11.热泵为室内制热同时给电池散热循环系统。
工况:冬天,纯电动车辆长时间运行,室内需要制热但同时电池包250需要散热。此时可开启热泵系统,原理图如下图12所示。
电控控制:压缩机10运行,第二三通阀110的A口与C口打开、第三三通阀120 的B口与C口打开、第四三通阀130的B口与C口打开,第一控制阀60关闭,第二膨胀阀160起膨胀阀作用,第一膨胀阀150起电磁阀作用为完全打开状态。
原理:从压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂通过第二三通阀110后进入第一室内换热器30换热。从第一室内换热器30出来的制冷剂进入室外换热器50进行过冷(第一膨胀阀150不节流),从室外换热器50出来的制冷剂经过第二膨胀阀160的节流降温为低温低压的制冷剂进入电池包250换热,从电池包250出来的低压低温制冷剂气体进入气液分离器20并回到压缩机10,完成一个室内制热、电池冷却的循环。
12.单热泵系统工作时除雾。
工况:冬天需要室内除雾,需要运行第二室内换热器40。EV(纯动)模式下,采用热泵同时制冷制热。原理进行除雾如下图13所示。
电控控制:压缩机10运行,第二三通阀110的A口与C口开通,第三三通阀120 完全关闭,第四三通阀130的A口与B口开通,第一控制阀60关闭,第三膨胀阀170 起通断作用为完全打开状态,第二膨胀阀160起膨胀阀作用。
热泵运行原理:从压缩机10排出的高温高压的气态制冷剂进入第一室内换热器30 放热。从第一室内换热器30出来的制冷剂经过第三膨胀阀170的节流降温为低温低压的制冷剂进入室外换热器50(蒸发器)换热,从室外换热器50出来的低压低温制冷剂气体进入气液分离器20并回到压缩机10,完成除雾过程。
需要说明的是,第一膨胀阀150150、第二膨胀阀160160、第三膨胀阀170170可以为电磁电子膨胀阀、热力膨胀阀或电子膨胀阀。第一传感器180、第二传感器190、第三传感器200、第四传感器210、第五传感器220、第六传感器230、第七传感器240可以为温度传感器或者温压传感器。
考虑到电池包250的均温性,可以采用双膨胀阀结构,即在电池包250前后均放置一个电磁电子膨胀第三膨胀阀60。如图14所示。
双膨胀阀控制原理:通过其中一个电磁电子膨胀第三膨胀阀60读取第八传感器361 的数值进行节流降温使得经过电池包250换热后的制冷剂没有过热度,为汽液混合状态。汽液混合状态制冷剂通过另一个电磁电子膨胀第三膨胀阀60进行节流降温使得节流后的制冷剂有一定的过热度,随后进入压缩机10。
或者是采用双膨胀阀结构与四通阀结构一同使用的方式。如图15所示:
原理:(1)通过读取第八传感器361与第九传感器363的差值(电池包250温差范围小于5℃为好)来控制第六62的换向,由此来优化电池包250直冷与直热时的均温性; (2)通过其中一个电磁电子膨胀第三膨胀阀60读取第八传感器361的数值进行节流降温使得经过电池包250换热后的制冷剂没有过热度,为汽液混合状态。汽液混合状态制冷剂通过另一个电磁电子膨胀第三膨胀阀60进行节流降温使得节流后的制冷剂有一定的过热度,随后进入压缩机10。
而且,对于冬季的北方,温度过低,车载空调系统1还可以增加增焓系统,如图14 所示。
本发明实施例的车载空调系统1,具有如下改进:
1、本发明可以应用于纯电动汽车电池热管理系统与热泵系统结合的方案中,可以利用热泵系统实现车内夏天制冷、冬天制热及除霜、雾的需求。
2、本发明在功能上可通过热泵系统的冷媒对电池包进行降温和加热,又可通过的冷却液、电机余热和废气余热回收系对电池加热,可适应不同车况下对能源的有效利用,使电池始终在合适的温度范围内工作,提高电池的充放电效率、续航能力及使用寿命。
3、本发明可通过四通阀换向功能,改变了制冷剂在电池包内的的循环方向,优化了电池包换热的均温性。
4、本发明可通过双膨胀阀结构优化电池包换热的均温性;也可以采用双膨胀阀与四通阀结合的方式优化电池包换热的均温性。
5、在寒冷的地区,纯电动车紧急启动时,可采用电机堵转热与热泵一同为电池短暂并快速加热。
6、本发明可以控制进入电池的制冷剂温度在一个较高的温度,保证冷板和管路在电池包里面蒸发不会产生凝露。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种车辆的热管理系统,其特征在于,所述车辆的电池包包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路,所述热管理系统包括:压缩机、第一室内换热器、第二室内换热器、室外换热器,所述压缩机包括吸气口和排气口,所述第一室内换热器包括第一端和第二端,所述第二室内换热器包括第三端和第四端,所述室外换热器包括第五端和第六端,冷媒适于在所述压缩机、所述第一室内换热器、所述第二室内换热器、所述室外换热器中的至少一个内流动以构造形成冷媒循环流路;
散发热量的电机和用于与所述电机换热的液冷回路;
所述冷媒冷却支路可选择地与所述冷媒循环流路连通,所述液冷冷却支路可选择地与所述液冷回路连通;
所述冷媒冷却支路可选地与所述第一室内换热器并联;
开度可调的第一控制阀组,所述第一控制阀组设于所述冷媒循环流路以控制至少部分所述冷媒循环流路的连通或断开。
2.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒循环流路包括:
制冷回路,所述排气口、所述第五端、所述第六端、所述第三端、所述第四端以及所述吸气口依次连通以构造出所述制冷回路;
制热回路,所述排气口、所述第一端、所述第二端、所述第五端、所述第六端以及所述吸气口依次连通以构造出所述制热回路。
3.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括:直热回路,所述排气口、所述冷媒冷却支路、所述第五端、所述第六端以及所述吸气口依次连通以构造出所述直热回路。
4.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒冷却支路可选地串联在所述吸气口和所述第六端之间。
5.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括:
直冷回路,所述排气口、所述第五端、所述第六端、所述冷媒冷却支路以及所述吸气口依次连通以构造出所述直冷回路。
6.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括:
除雾回路,所述排气口、所述第一端、所述第二端、所述第三端、所述第四端以及所述吸气口依次连通以构造出所述除雾回路。
7.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒冷却支路可选地与所述第二室内换热器并联。
8.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒冷却支路包括第一连通口和第二连通口,
所述热管理系统还包括第一四通阀,所述第一四通阀连接在所述第一连通口和所述第二连通口之间,所述第一四通阀定时换向或者根据所述冷媒冷却支路进出口处流体的温度换向。
9.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述液冷冷却支路包括第三连通口和第四连通口,
所述热管理系统还包括第二四通阀,所述第二四通阀连接在所述第三连通口和所述第四连通口之间,所述第二四通阀定时换向或者根据所述液冷冷却支路进出口处流体的温度换向。
10.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括散热支路,所述散热支路与所述液冷回路并联,所述散热支路可选择地对所述电机散热。
11.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述液冷回路上设有支路换热器,
所述电机通过所述支路换热器与所述液冷回路换热。
12.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括第二控制阀组,所述第二控制阀组设于所述冷媒冷却支路以控制流过所述冷媒冷却支路的冷媒量。
13.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括用于检测所述冷媒冷却支路内流体的温度或压力的传感器。
14.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括增焓装置,所述增焓装置与所述冷媒循环流路的部分管路并联。
15.一种车辆,其特征在于,包括根据权利要求1-14中任意一项所述的车辆的热管理系统。
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