CN111251813B - 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、热源装置和电池包。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。液冷回路适于与热源装置换热。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。排气口、冷媒冷却支路、第五端、第六端以及吸气口依次连通以构造出直热回路。根据本发明的热管理系统,不仅可以实现对车辆内部、车辆的热源装置的温度调节,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
电池充放电中,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通道为电池进行降温,另外,还有一些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,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;电池包,所述电池包包括冷媒冷却支路和液冷冷却支路;散发热量的热源装置和用于与所述热源装置换热的液冷回路;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;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;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,通过设置直热回路、冷媒循环流路和液冷回路,直热回路可以实现冷媒对电池包的单独加热,冷媒循环流路和液冷回路均可以选择性地与电池包连通,不仅可以实现对车辆内部、车辆的热源装置的温度调节,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,这种以直热、直冷(即冷媒直接对电池包加热或制冷) 的方式,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包括调节效率高、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。
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,所述直热回路包括:辅助直热支路,所述排气口和所述冷媒冷却支路之间的连通管为所述辅助直热支路;所述辅助直热支路与所述第一室内换热器并联。
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,所述冷媒冷却支路串联在所述第一室内换热器和所述室外换热器之间。
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。
根据本发明的一些实施例,所述热源装置包括电机、发动机和余热回收装置中的至少一种。
在本发明的一些实施例中,所述热管理系统还包括热源散热支路,所述热源散热支路与所述液冷回路并联,所述热源散热支路可选择地对所述热源装置散热。
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,所述热源装置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,所述热管理系统还包括暖风芯体和用于将所述暖风芯体周围的气流吹向车内的风驱动部件,所述暖风芯体可选择地与所述液冷回路连通。
根据本发明的一些实施例,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。
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,通过设置直热回路、冷媒循环流路以及液冷回路,直热回路可以实现冷媒对电池包的单独加热,冷媒循环流路和液冷回路均可以选择性地与电池包连通,不仅可以实现对车辆内部、车辆的热源装置的温度调节,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,这种以直热、直冷(即冷媒直接对电池包加热或制冷)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包括调节效率高、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热管理系统的局部结构示意图;
图18是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图19是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图20是根据本发明实施例的热管理系统的局部结构示意图;
图21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,第二控制阀70,
第一三通阀80,第二三通阀90,第三三通阀100,第四三通阀110,第五三通阀120,第六三通阀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,
第三四通阀280,第四四通阀290,第五四通阀300,
热源装置310,电机311,发动机312,余热回收装置313,
液冷回路320,
热源散热支路330,散热器331,
支路换热器340,
暖风芯体350,
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包括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16所示,根据本发明实施例的车辆2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、热源装置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。
热源装置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)可以与热源装置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,热源装置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。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。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。其中,当冷媒循环流路与冷媒冷却支路连通时,排气口12、冷媒冷却支路、第五端51、第六端52以及吸气口11依次连通可以构造形成直热回路。
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2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,不仅可以实现对车辆2内部空间、热源装置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。
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11所示,根据本发明的一些实施例,直热回路包括辅助直热支路,排气口12和冷媒冷却支路之间的连通管为辅助直热支路,辅助直热支路与第一室内换热器30并联。由此,可以实现室内与电池包250的同时制热。
如图3所示,根据本发明的一些实施例,热管理系统1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15所示,根据本发明的一些实施例,热管理系统1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可以为车辆2内进行除雾,从而可以提高车辆2的驾驶安全性,也可以避免水汽对车辆2内结构部件的侵蚀,从而可以提高车辆2的使用性能,还可以提高车辆2的用户体验性。
如图5所示,根据本发明的一些实施例,冷媒冷却支路与制冷回路连通,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可以为车辆2内空间与电池包250的共同制冷。
如图10及图14所示,根据本发明的一些实施例,冷媒冷却支路与制热回路连通,冷媒冷却支路可以串联在第一室内换热器30和室外换热器50之间。由此,可以实现车辆2内空间与电池包250的共同制热。
如图1-图16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16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16所示,根据本发明的一些实施例,热源装置310可以包括电机311、发动机312和余热回收装置313中的至少一种。由此,可以利用发动机312的冷却液、电机311余热和余热回收装置313(如废气余热回收装置313)对电池包250加热,可适应不同车况下对车辆2内能源的有效利用,以提高车辆2的能量利用率,使电池包250 始终在合适的温度范围内工作,从而可以提高电池包250的充放电效率、续航能力及使用寿命。
如图1-图16所示,在本发明的一些实施例中,热管理系统1还可以包括热源散热支路330,热源散热支路330与液冷回路320并联,热源散热支路330可选择地对热源装置310散热。由此,热源散热支路330可以根据实际需求对热源装置310进行散热,以提高热源装置310的使用性能、延长热源装置310的使用寿命。
如图1-图16所示,在本发明的一些实施例中,热源散热支路330上设有散热器331。由此,散热器331可以对热源散热支路330的管壁及热源散热支路330内的冷却液进行散热。例如,散热器331可以为风机。
如图19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,热源装置310通过支路换热器340与液冷回路320换热。
如图1-图16所示,根据本发明的一些实施例,热管理系统1还可以包括暖风芯体350,电池包250可以通过暖风芯体350与热源装置310换热。由此,暖风芯体350可以通过与热源装置310上的液冷回路320换热,以实现对电池包250的制热。
根据本发明的一些实施例,热管理系统1还可以包括暖风芯体350和用于将暖风芯体350周围的气流吹向车内的风驱动部件。由此,暖风芯体350可以通过与热源装置310 上的液冷回路320换热,以实现对车辆2内部空间的制热。
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16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20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与冷媒循环流路的至少部分管路并联。
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21所示,根据本发明实施例的车辆2,包括如上所述的车辆2的热管理系统1。
根据本发明实施例的车辆2,通过热管理系统1,热管理系统1内的冷媒循环流路以及车辆2内的液冷回路320均可以选择性地与电池包250连通,不仅可以实现对车辆2 内部、车辆2的热源装置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。
根据本发明的一些实施例,车辆2可以为混动力车。
下面参考图1-图20详细描述根据本发明实施例的车辆2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16所示,根据本发明实施例的车辆2的热管理系统1、包括热源装置310,如电机311、发动机312、余热回收装置313,热源装置310具有适于与其换热的液冷回路320和热源散热支路330。热管理系统1还包括压缩机10、气液分离器20、第一室内换热器30、第二室内换热器40、室外换热器50、第一控制阀60、第二控制阀70、第一三通阀80、第二三通阀90、第三三通阀100、第四三通阀110、第五三通阀120、第六三通阀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、第三四通阀280、第四四通阀290、第五四通阀300和暖风芯体350。
具体而言,如图1-图16所示,压缩机10包括吸气口11和排气口12,压缩机10 内的冷媒适于从排气口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16所示,压缩机10的排气口12与第四三通阀110的B口连通,第一传感器180位于压缩机10与第四三通阀110之间。第四三通阀110的C口与第一室内换热器30的第一端31连通,第一室内换热器30的第二端32与室外换热器50的第五端 51连通,第一膨胀阀150位于第一室内换热器30与室外换热器50之间,第一控制阀 60位于第一室内换热器30与第一膨胀阀150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,第二控制阀70位于室外换热器50与气液分离器20之间,第四传感器210位于室外换热器50与第二控制阀70之间,第五传感器220位于第二控制阀 70与气液分离器20之间。气液分离器20的出口与压缩机10的吸气口11。
第二室内换热器40与第三膨胀阀170串联以构造形成第一支路。第一支路与第二控制阀70并联且位于第四传感器210与第五传感器220之间,在冷媒的流向上,第二室内换热器40位于第三膨胀阀170的下游。
第五三通阀120的B口与气液分离器20的进口连通,第二传感器190位于第五三通阀120与气液分离器20之间。第五三通阀120的A口与第一室内换热器30的第二端32 连通,第五三通阀120的C口与第一四通阀260的A口连通,第一四通阀260的B口与电池包250的冷媒冷却支路的一端连通,电池包250的冷媒冷却支路的另一端与第一四通阀260的C口连通,第一四通阀260的D口与第六三通阀130的C口连通,第六三通阀130的A口与通过第一膨胀阀150与室外换热器50的第五端51连通,第六三通阀130 的B口通过第二膨胀阀160与室外换热器50的第六端52连通,且第四传感器210位于第二膨胀阀160与室外换热器50之间。第三传感器200位于第六三通阀130与第二膨胀阀160之间。
辅助直热支路为冷媒管路,辅助直热支路的一端与第四三通阀110的A口连通,辅助直热支路的另一端与第一室内换热器30的第二端32。
如图1-图16所示,液冷回路320适于通过冷却水。液冷回路320包括主回路、发动机冷却液循环支路、废气余热回收支路和电机冷却液循环支路。发动机冷却液循环支路流经水泵390和发动机312,电机冷却液循环支路流经水泵390和电机311,废气余热回收支路流经水泵390和余热回收装置313。发动机冷却液循环支路通过第四四通阀 290可选择地与主回路连通,电机冷却液循环支路通过第三四通阀280可选择地与主回路连通,废气余热回收支路通过第五四通阀300可选择地与主回路连通。电池包250的液冷冷却支路通过第二四通阀270与主回路连通,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。
主回路设有第六传感器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。
其中,主回路为冷却水循环管路,主回路包括第一段、第二段、第三段、第四段、第五段,第一段的一端与第二四通阀270的B口连通,第一段的另一端与第三三通阀100 的B口连通,第三三通阀100的A口与第三四通阀280的B口通过第二段连通;第三段的一端与第三四通阀280的D口连通,第三段的另一端与第四四通阀290的B口连通;第四段的一端与第四四通阀290的D口连通,第四段的另一端与第五四通阀300的B口连通;第五段的一端与第五四通阀300的D口连通,第五段的另一端与第二四通阀270 的C口连通,电池包250的液冷冷却支路的一端与第二四通阀270的D口连通,电池包 250的液冷冷却支路的另一端与第二四通阀270的A口连通。
电机冷却液循环支路的一端与第一三通阀80的C口连通,第一三通阀80的B口与第三四通阀280的A口连通,电机冷却液循环支路的另一端与第三四通阀280的C口连通;发动机冷却液循环支路的一端与第二三通阀90的C口连通,第二三通阀80的B口与第四四通阀290的A口连通,发动机冷却液循环支路的另一端与第四四通阀290的C 口连通;废气余热回收支路的一端与第五四通阀300的A口连通,废气余热回收支路的另一端与第五四通阀300的C口连通。
对于第一四通阀260、第二四通阀270、第三四通阀280、第四四通阀290、第五四通阀300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。
如图1-图16所示,热源散热支路330为两条,其中一条热源散热支路330并联至电机冷却液循环支路(该热源散热支路330一端与第一三通阀80的A口连通、另一端与电机冷却液循环支路的另一端连通),另一条热源散热支路330并联至发动机冷却液循环支路(该热源散热支路330一端与第二三通阀90的A口连通、另一端与发动机冷却液循环支路的另一端连通)。热源散热支路330由散热器331和水壶400串联形成。暖风芯体350并联至主回路,暖风芯体350的一端与第三三通阀100的C口连通,暖风芯体350的另一端与第五四通阀300的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。
发动机冷却液循环支路:发动机312出水口与第二三通阀90的C口相连,第二三通阀90出口分为两路,一路为第二三通阀90的A口与散热器331进水口相连,另一路为第二三通阀90的B口与第四四通阀290的A口相连,第四四通阀290的C口与散热器331出口汇合连接水泵390的入口,水泵390出口与发动机312进水口相连,由此形成发动机冷却液循环系统。
废气余热回收系统:余热回收装置313出水口与第五四通阀300的A口相连,第五四通阀300的C口连接水泵390的入口,水泵390出口与余热回收装置313进水口相连,由此形成废气余热回收系统。
电机冷却液循环支路:电机311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口与第三四通阀280的A口相连,第三四通阀280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311进水口相连,由此形成水循环系统。
1、电机311的散热器331为电池包散热系统。
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311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311、水泵390运行,第一三通阀80为三通状态,第三四通阀280 的A口与B口连通,C口与D口连通,第三三通阀1000的A口与B口连通,第四四通阀 290与第五四通阀300均是D口与B口连通,C口与A口连通。第二四通阀270起冷却水换向作用。
电池包水循环散热系统原理:水壶400供水,电机311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311散热器331将热量散出。
2、电池包直冷系统。
工况:电池包250插枪充电,电池包250会持续发热,此时车辆2内部空间并不需要制冷,利用室外换热器50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,第四三通阀110的A口和B口连通,第五三通阀120 的C口和B口连通,第六三通阀130的C口和B口连通,第二控制阀70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起通断作用为完全关闭状态,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、车辆2内部空间制冷循环系统。
工况:夏天,车辆2刚刚启动或在驻车状态,此时乘客在车内,则只需为车辆2内部空间制冷。原理图如图4所示。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的A口和B口连通,第五三通阀120 和第六三通阀130的所有阀口关闭,第二控制阀70关闭,第一膨胀阀150起通断作用为完全开通状态,第二膨胀阀160起通断作用为完全关闭状态,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,随后制冷剂经过气液分离器20流回到压缩机10内,由此完成一个室内高温制冷循环。
4、车辆2内部空间制冷与电池包直冷循环系统。
工况:夏天,车辆2长时间行驶过程中,车辆2内部空间以及电池包250均需要散热,此时利用第二室内换热器40及室外换热器50为车辆2内部空间与电池包250同时制冷。原理图如图5所示。
电控控制:在工况2控制的基础上,同时开启第三膨胀阀170,第三膨胀阀170起膨胀阀作用。
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,另一路经过第一膨胀阀150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包250冷却循环。
5、第一室内换热器30与室外换热器50为车辆2内部空间制热循环系统。
工况:冬天车辆2运行中,电池包250温度适中,自身产热在可接受范围内,此时只需为车辆2内部空间制热。原理图如图6所示。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的B口与C口连通,第五三通阀120、第六三通阀130的所有阀口关闭,第二膨胀阀160和第三膨胀阀170起通断作用为完全关闭状态,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的节流降温后成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。
6、发动机312与余热回收装置313为车辆2内部空间制热循环系统。
工况:温度过低,在HEV(混动)模式下车辆2运行中,此时尾气余热回收的热量来给发动机312暖机、给车辆2内部空间供热,后期发动机312冷却液与尾气余热回收装置313可一起为车辆2内部空间供热。原理图如图7所示。
电控控制:发动机312以及余热回收装置313运行,第四四通阀290和第五四通阀300均是A口与B口连通,C口与D口连通,第三三通阀100的A口和C口连通。
7、室外换热器50为电池包250单制热循环系统。
工况:低温环境下,车辆2插枪充电时或者车辆2未开启前需要先预热电池包250,此时乘客不在车内,可采用室外换热器50为电池包250单独制热,原理图如图8所示。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的A口与B口连通,第五三通阀120 及第六三通阀130均是A口与C口连通,第一控制阀60关闭,第二膨胀阀160和第三膨胀阀170起通断作用为完全关闭状态,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,从电池包250出来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。
8、电机310与室外换热器50为电池包250同时制热循环系。
工况:车辆2未开启前需要先预热电池包250,电机310堵转热与室外换热器50可以一同为电池包250加热,原理图如图9所示。
电控控制:在工况7的基础上,开启电机310,关闭电机310的散热器331。
热泵运行原理:同理于工况7。
9、室外换热器50为车辆2内空间与电池包250同时制热循环系统:
工况:冬天,乘客在车辆2内,车辆2未开启需预热电池包250或车辆2在插枪充电时,此时车辆2内需要更多的热,在满足室内采暖的前提下为电池包250加热,采用第一室内换热器30与电池包250串联的连接方式,原理如下图10所示。
电池包250与第一室内换热器30串联,一方面满足了室内优先原则:满足室内采暖的前提下为电池包250加热;另一方面进入电池包250的冷媒为较低温的液状冷媒,避免了高温气体冷媒与电池包250直接接触时,过大的温差和极大的温度不均匀性给电池包250造成损伤。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的B口与C口连通,第五三通阀120及第六三通阀130均是A口与C口连通,第一控制阀60关闭,第二膨胀阀160和第三膨胀阀170起通断作用为完全关闭状态,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110后进入第一室内换热器30、电池包250进行冷凝放热,随后制冷剂经过第一膨胀阀150的节流降温后进入室外换热器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。
10、室外换热器50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,车内温度已满足乘客需求,车辆2准备启动但电池包250温度过低,需要短时间为电池包250加热,原理如下图11所示。
电控控制:在工况9的基础上,通过调节第四三通阀110的开度,在满足B口和C口之间流量的前提下,短暂连通A口和B口,使得进入电池包250的制冷剂为温度升高,加快电池包250升温。
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110的分流后进入电池包250换热,从电池包250出来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。
11、发动机312与余热回收装置313为车辆2内部空间与电池包250同时制热循环系统。
工况:HEV模式下启动车辆2,用尾气余热给发动机312暖机、给室内供热并给电池包250加热,中期发动机312冷却液与尾气余热可一起为车辆2内部空间和电池包250 供热,后期电池包250温度适中可关闭HEV模式用EV模式,原理图如图12所示。
电控控制:在工况6电控的基础上,打开第三三通阀100的B口,通过控制第三三通阀100实现车辆2内部空间与电池包250同时制热。
12、第一室内换热器30及室外换热器50给车辆2内部空间制热的同时电机311给电池包250制热循环系统。
工况:纯电模式下,车辆2内以舒适性为主,低温时开启第一室内换热器30及室外换热器50仅能维持室内,此时电池包250用电机311堵转热加热,原理如图13所示。
电控控制:在工况5电控的基础上,运行电机311,关闭电机311的散热器331,用电机311的堵转热为电池包250加热。
13、第一室内换热器30及室外换热器50与电机311同时给车辆2内部空间和电池包250制热循环系统。
工况:低温环境,纯EV(电动)模式下车辆2启动后,可开启电机311与第一室内换热器30及室外换热器50一同为电池包250以及车辆2内部空间制热,原理图如图14 所示。
电控控制:在工况9电控的基础上,运行电机311,关闭电机311的散热器331,用电机311堵转为电池包250加热。
14、第一室内换热器30和第二室内换热器40工作时除雾。
工况:冬天需要对车辆2内进行除雾,需要运行第二室内换热器40,原理图如图15所示。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的B口和C口连通,第五三通阀120 的所有阀口关闭,第六三通阀130的A口和B口连通,第二控制阀70关闭,第二膨胀阀160起通断作用为完全关闭状态,第三膨胀阀170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第二室内换热器40换热,从第二室内换热器40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。
15、发动机312和余热回收装置313以及第二室内换热器40及室外换热器50同时工作时除雾。
工况3:冬天需要对车辆2内进行除雾,需要运行第二室内换热器40,原理图如图16所示。
电控控制:压缩机10运行,第四三通阀110的A口和B口连通,第五三通阀120、第六三通阀130的所有阀口关闭,第二控制阀70关闭,第一膨胀阀150起通断作用为完全打开状态,第三膨胀阀170起膨胀阀作用。
发动机312以及余热回收装置313运行,第四四通阀290和第五四通阀300均是A 口与B口连通,C口与D口连通,第三三通阀100的A口和C口连通。
需要说明的是,第一膨胀阀150、第二膨胀阀160、第三膨胀阀170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阀360。如图17所示。
双膨胀阀控制原理:通过其中一个电磁电子膨胀阀360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阀360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18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)来控制第六四通阀362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阀360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阀360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。
另外,第三四通阀280、第四四通阀290、第五四通阀300均可以替换为支路换热器340,如板式换热器,如图19所示。
而且,对于冬季的北方,温度过低,热管理系统1还可以增加增焓装置370,如图 20所示。
本发明实施例的热管理系统1,包括如下改进:
1、本发明是提出一种混动汽车电池包250热管理系统与热泵系统结合的方案,除了可以利用热泵系统实现车辆2内部空间夏天制冷、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250进行降温和加热,又可通过发动机312的冷却液、电机311余热和废气余热回收系对电池包250加热,可适应不同车况下对能源的有效利用,使电池包250始终在合适的温度范围内工作,提高电池包250 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250内的循环方向,优化了电池包250换热的均温性。
4、本发明可通过双膨胀阀结构优化电池包250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250换热的均温性。
5、本系统中余热回收装置313可给发动机312暖机、给室内供热并给电池包250 加热,后期发动机312冷却液与余热回收装置313可一起为室内和电池包250供热。
6、调节第四三通阀110的开度,在满足B口和C口之间流量的前提下,短暂连通A 口和B口,使得进入电池包250的制冷剂为温度升高,加快电池包250升温,同时此时制冷剂为汽液混合状态,温度不会过高,对电池的伤害小。
7、室内除雾时,可采用发动机312及余热回收系统为室内制热同时采用热泵系统为室内制冷除雾或者采用热泵同时制冷制热,第二室内换热器40与第一室内换热器30同时使用,达到除雾效果。
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 (17)

1.一种车辆的热管理系统,其特征在于,所述车辆包括电池包,所述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;
散发热量的热源装置和用于与所述热源装置换热的液冷回路;
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;
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;
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,冷媒冷却支路;
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,冷媒冷却支路。
3.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述直热回路包括:辅助直热支路,所述排气口和所述冷媒冷却支路之间的连通管为所述辅助直热支路;
所述辅助直热支路与所述第一室内换热器并联。
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。
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:
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。
6.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒冷却支路与所述第二室内换热器并联。
7.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述冷媒冷却支路串联在所述第一室内换热器和所述室外换热器之间。
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,所述热源装置包括电机、发动机和余热回收装置中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述热管理系统还包括热源散热支路,所述热源散热支路与所述液冷回路并联,所述热源散热支路可选择地对所述热源装置散热。
12.根据权利要求1所述的车辆的热管理系统,其特征在于,所述液冷回路上设有支路换热器,
所述热源装置通过所述支路换热器与所述液冷回路换热。
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暖风芯体和用于将所述暖风芯体周围的气流吹向车内的风驱动部件,所述暖风芯体可选择地与所述液冷回路连通。
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。
15.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。
16.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。
17.一种车辆,其特征在于,包括根据权利要求1-16中任意一项所述的车辆的热管理系统。
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