CN111391617A - 一种具备电池加热和冷却功能的空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车热循环技术领域，具体涉及一种具备电池加热和冷却功能的空调系统。包括冷却循环管路、加热循环管路、电池水循环管路、HVAC装置、第一换热器和第二换热器，电池水循环管路用于对电池进行加热或降温，电池水循环管路通过第一换热器与加热循环管路连接，电池水循环管路通过第二换热器与冷却循环管路连接，冷却循环管路通过电磁阀与HAVC装置的蒸发器连接，加热循环管路与HAVC装置的暖风芯体连接，第二换热器与冷却循环管路之间设有电子膨胀阀。在充电状态或者行驶中既可以实现电池加热和冷却功能，也可以实现乘员舱加热和冷却功能。

Description

一种具备电池加热和冷却功能的空调系统
技术领域
本发明涉及汽车热循环技术领域，具体涉及一种具备电池加热和冷却功能的空调系统。
背景技术
现有新能源汽车，由于电池在低温或者高温环境下，电池性能受阻，充电电流过小，充电时间长，充电效率低。同时，在低温环境或者高温环境下，行车过程中电池由于温度过低或者温度过高，电池放电电流过小，电池性能受阻，影响车辆正常行驶，同时影响乘员舱制冷或者加热。为提高在低温环境或者高温环境下电池充电电流和放电电流限值，有必要设计一种在充电状态或者行驶中既可以实现电池加热和冷却功能(使得电池温度持续稳定在23～27℃)，也可以实现乘员舱加热和冷却功能的空调系统。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种具备电池加热和冷却功能的空调系统，它在充电状态或者行驶中既可以实现电池加热和冷却功能，也可以实现乘员舱加热和冷却功能。
本发明的技术方案为：包括冷却循环管路、加热循环管路、电池水循环管路、HVAC装置、第一换热器和第二换热器，所述电池水循环管路用于对电池进行加热或降温，所述电池水循环管路通过第一换热器与加热循环管路连接，所述电池水循环管路通过第二换热器与冷却循环管路连接，所述冷却循环管路通过电磁阀与HAVC装置的蒸发器连接，所述加热循环管路与HAVC装置的暖风芯体连接，所述第二换热器与冷却循环管路之间设有电子膨胀阀。
较为优选的，所述加热循环管路包括水加热器、第一电动水泵和三通水阀，所述水加热器的进水口与第一电动水泵连接，所述水加热器的出水口与三通水阀的第一接口连接，所述三通水阀的第二接口通过穿过暖风芯体的管路与第一电动水泵的进水口连接，所述三通水阀的第三接口通过穿过第一换热器的管路与第一电动水泵的进水口连接。
较为优选的，所述水加热器的出水口与三通水阀的第一接口之间设置有水温传感器。
较为优选的，所述冷却循环管路包括通过管路依次连接的压力温度传感器、电动压缩机、冷凝器和高压压力传感器，所述高压压力传感器通过管路与所述电子膨胀阀连接，所述压力温度传感器设置在第二换热器与电动压缩机之间，所述电磁阀设置在高压压力传感器与蒸发器之间。
较为优选的，所述第一换热器通过穿过电池的循环管路与第二换热器连接，所述循环管路上设有第二电动水泵。
较为优选的，该空调系统的制冷模式包括空调制冷模式、电池冷却模式和混合制冷模式；
所述空调制冷模式下，电动压缩机、冷凝器和电磁阀开启，第二电动水泵、电子膨胀阀关闭；
所述电池冷却模式下，电动压缩机、冷凝器、第二电动水泵、电子膨胀阀开启，电磁阀关闭；
所述混合制冷模式下，电动压缩机、冷凝器、电磁阀、第二电动水泵、电子膨胀阀均开启。
较为优选的，该空调系统的加热模式包括空调制热模式、电池加热模式和混合制热模式；
所述空调制热模式下，第一电动水泵、水加热器、三通水阀开启，第二电动水泵关闭；
所述电池加热模式和混合制热模式下，第一电动水泵、水加热器、三通水阀、第二电动水泵均开启；
其中，混合制热模式下，三通水阀的开度根据电池出水口温度进行调节，且三通水阀的第二接口相较于第三接口，具有更高的开启优先级；
电池加热模式下，三通水阀的第二接口完全关闭，第三接口开启。
本发明的有益效果为：设置独立的冷却循环管路、加热循环管路和电池液循环管路，利用HVAC和两个换热器实现各循环管路之间的冷热交互。通过对电磁阀、电子膨胀阀、电动水泵等的控制实现空调制冷、空调加热、电池冷却、电池加热功能的独立与混合模式，使车辆的空调系统在充电状态或者行驶中既可以实现电池加热和冷却功能，也可以实现乘员舱加热和冷却功能。保障电池的充放电效率和乘员舱的舒适性。
附图说明
图1为本发明一种具备电池加热和冷却功能的空调系统的连接示意图。
图中：1-电动压缩机，2-冷凝器(2.1-冷凝风扇)，3-HVAC装置(3.1-蒸发器，3.2-暖风芯体，3.3-鼓风机，3.4-膨胀阀)，4-水加热器，5-第一电动水泵，6-三通水阀，7-第一换热器，8-第二换热器，9-电池，10-第二电动水泵，11-电子膨胀阀，12-第二除气室，13-第一除气室，14-压力温度传感器，15-高压压力传感器，16-电磁阀，17-冷却循环管路，18-加热循环管路，19-电池水循环管路，20-水温传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种具备电池加热和冷却功能的空调系统，包括冷却循环管路17、加热循环管路18、电池水循环管路19、HVAC装置3、第一换热器7和第二换热器8。HVAC装置3包括蒸发器3.1，暖风芯体3.2，鼓风机3.3和膨胀阀3.4。其中，HVAC装置3连接有第一除气室13，第二换热器8连接有第二除气室12。所述电池水循环管路19用于对电池9进行加热或降温，所述电池水循环管路19通过第一换热器7与加热循环管路18连接，所述电池水循环管路19通过第二换热器8与冷却循环管路17连接，所述冷却循环管路17通过电磁阀16与蒸发器3.1入口处的膨胀阀3.4连接，所述加热循环管路18与HAVC装置3的暖风芯体3.2连接，所述第二换热器8与冷却循环管路17之间设有电子膨胀阀11。
加热循环管路18包括水加热器4、第一电动水泵5和三通水阀6，所述水加热器4的进水口与第一电动水泵5连接，所述水加热器4的出水口与三通水阀6的第一接口连接，所述三通水阀6的第二接口通过穿过暖风芯体3.2的管路与第一电动水泵5的进水口连接，所述三通水阀6的第三接口通过穿过第一换热器7的管路与第一电动水泵5的进水口连接。水加热器4的出水口与三通水阀6的第一接口之间设置有水温传感器20。
冷却循环管路17包括通过管路依次连接的压力温度传感器14、电动压缩机1、冷凝器2和高压压力传感器15，所述高压压力传感器15通过管路与所述电子膨胀阀11连接，所述压力温度传感器14设置在第二换热器8与电动压缩机1之间，所述电磁阀16设置在高压压力传感器15与蒸发器3.1之间。第一换热器7通过穿过电池9的循环管路与第二换热器8连接，所述循环管路上设有第二电动水泵10。
该空调系统，电池冷却模块(压缩机、板式换热器、电子膨胀阀)，电池加热模块(PTC、水泵、三通水阀、板式换热器)都布置在电机上，通用性高，振动小。电池回路通过水泵单独循环，电池加热、冷却通过板式换热器进行换热实现，电池加热和冷却共用一路水循环。
该空调系统包括乘员舱空调控制和电池热管理功能，BCU(空调控制模块)综合判断乘员舱和电池需求，并结合车辆行驶状态和充电状态的条件，实现部件的状态控制。
该系统通过CAN总线，接收来自BMS(电池管理系统)的充电信号和电池热管理请求信号，来自VCU(整车控制器)的反馈信号，来自传感器的状态采集信号，以及来自AC的空调请求信号。根据所接收的信号，热管理系统的制冷模式和制热模式各有4种工作状态，每个工作状态具有确定的开启条件和部件应当执行的控制结果。具体如下表：
Figure BDA0002434129450000061
Figure BDA0002434129450000071
本系统的工作过程如下：
在低温环境下，整车充电时电池由于温度过低，充电电流很小，需要通过加热电池实现快速充电。在电池9充电时，电池内部温度传感器监测到电池温度过低，通过整车控制器VCU发出电池加热请求，然后通过空调控制器BCU要求PTC水加热器4开启，通过第一电动水泵5让系统冷却液进行循环，三通水阀6打开电池回路水循环，最后通过第一换热器7实现与电池回路冷却液的热交换，最后通过第二电动水泵10将加热的冷却液送入到电池内部进行热交换。电池内部温度温度稳定性通过内部温度传感器反馈给空调ECU，然后来条件PTC水加热器功率大小。
在高温环境下，整车充电时电池温度过高，会影响充电电流大小，需通过实现电池冷却来提高充电效率。电池9内部温度传感器发出电池冷却请求，通过整车控制器VCU要求空调控制器BCU将冷却请求发送给空调控制器ECU，然后要求电动压缩机1工作，在充电条件下，电磁阀16关闭，冷媒通过电子膨胀阀11进入第二换热器8，然后通过第二换热器8进行热交换，最后实现电池冷却，压缩机转速根据电池出水口温度需求进行调节。
车辆在行驶过程中，在低温或高温环境下，既要保证乘员舱舒适性功能，还要实现电池加热或冷却要求，以保证车辆可靠的续驶里程性能。该种结构要求在混合采暖或混合制冷过程中，要求优先乘员舱舒适性原则，在满足乘员舱舒适性条件下，通过调节三通水阀6角度或调节电子膨胀阀11开度来实现电池加热或冷却。由于电池包对进水温度要求小于50℃，所以未将PTC水加热器4直接串联在电池9进出口，PTC出水温度一般情况大于50℃。
行驶时，乘员舱和电池分别单独冷却及混合制冷工况。乘员舱和电池冷却循环通过电磁阀16和电子膨胀阀11调节进行实现。乘员舱单独制冷时，电磁阀16打开，第二换热器8处电子膨胀阀11关闭。电池单独制冷时，电磁阀16关闭，第二换热器8处电子膨胀阀11打开。电磁阀16关闭，乘客舱制冷回路被截断，根据第二换热器8出口过热度值调节电子膨胀阀11开度，从而设置电子膨胀阀11最大开度和最小开度；混合制冷时，第二换热器8处电子膨胀阀11打开，第二换热器8处电子膨胀阀11根据电池温度进行调节开度，在混合制冷工况，优先保证乘员舱制冷。根据电子膨胀阀11出口过热度值、电池包入水口温度值和目标值、电池温度、充电状态、蒸发器表面温度和目标温度值多个条件，调节电子膨胀阀11开度。电子膨胀阀11的开度主要影响电池冷却回路的制冷剂流量，根据空调侧的需求不同，电子膨胀阀的控制目标也不相同。
行驶时，乘员舱和电池分别单独制热及混合加热工况。乘员舱和电池加热循环通过三通水阀6进行调节。乘员舱单独制热时，乘员舱循环打开，通过暖风芯体3.2进行乘员舱内部热交换。电池单独制热时，乘员舱循环关闭，三通阀6的第二接口关闭，第三接口开启。电池循环通过第二换热器8进行热交换，并将热量传递到电池端。混合制热时，通过调节三通阀6开度，让冷却液同时进入乘员舱和电池水循环。开度是根据电池出水口温度进行调节，需在低温环境下标定，通过标定结果及实验矩阵，自动调节三通水阀开度，从而保证电池出水口温度，保证电池加热处于设计要求温度，在混合制热模式，设计策略首先保证乘员舱制热。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：包括冷却循环管路(17)、加热循环管路(18)、电池水循环管路(19)、HVAC装置(3)、第一换热器(7)和第二换热器(8)，所述电池水循环管路(19)用于对电池(9)进行加热或降温，所述电池水循环管路(19)通过第一换热器(7)与加热循环管路(18)连接，所述电池水循环管路(19)通过第二换热器(8)与冷却循环管路(17)连接，所述冷却循环管路(17)通过电磁阀(16)与HAVC装置(3)的蒸发器(3.1)连接，所述加热循环管路(18)与HAVC装置(3)的暖风芯体(3.2)连接，所述第二换热器(8)与冷却循环管路(17)之间设有电子膨胀阀(11)。
2.根据权利要求1所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：所述加热循环管路(18)包括水加热器(4)、第一电动水泵(5)和三通水阀(6)，所述水加热器(4)的进水口与第一电动水泵(5)连接，所述水加热器(4)的出水口与三通水阀(6)的第一接口连接，所述三通水阀(6)的第二接口通过穿过暖风芯体(3.2)的管路与第一电动水泵(5)的进水口连接，所述三通水阀(6)的第三接口通过穿过第一换热器(7)的管路与第一电动水泵(5)的进水口连接。
3.根据权利要求2所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：所述水加热器(4)的出水口与三通水阀(6)的第一接口之间设置有水温传感器(20)。
4.根据权利要求1所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：所述冷却循环管路(17)包括通过管路依次连接的压力温度传感器(14)、电动压缩机(1)、冷凝器(2)和高压压力传感器(15)，所述高压压力传感器(15)通过管路与所述电子膨胀阀(11)连接，所述压力温度传感器(14)设置在第二换热器(8)与电动压缩机(1)之间，所述电磁阀(16)设置在高压压力传感器(15)与蒸发器(3.1)之间。
5.根据权利要求2所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：所述第一换热器(7)通过穿过电池(9)的循环管路与第二换热器(8)连接，所述循环管路上设有第二电动水泵(10)。
6.根据权利要求5所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：该空调系统的制冷模式包括空调制冷模式、电池冷却模式和混合制冷模式；
所述空调制冷模式下，电动压缩机(1)、冷凝器(2)和电磁阀(16)开启，第二电动水泵(10)、电子膨胀阀(11)关闭；
所述电池冷却模式下，电动压缩机(1)、冷凝器(2)、第二电动水泵(10)、电子膨胀阀(11)开启，电磁阀(16)关闭；
所述混合制冷模式下，电动压缩机(1)、冷凝器(2)、电磁阀(16)、第二电动水泵(10)、电子膨胀阀(11)均开启。
7.根据权利要求5所述的具备电池加热和冷却功能的空调系统，其特征在于：该空调系统的加热模式包括空调制热模式、电池加热模式和混合制热模式；
所述空调制热模式下，第一电动水泵(5)、水加热器(4)、三通水阀(6)开启，第二电动水泵(10)关闭；
所述电池加热模式和混合制热模式下，第一电动水泵(5)、水加热器(4)、三通水阀(6)、第二电动水泵(10)均开启；
其中，混合制热模式下，三通水阀(6)的开度根据电池出水口温度进行调节，且三通水阀(6)的第二接口相较于第三接口，具有更高的开启优先级；
电池加热模式下，三通水阀(6)的第二接口完全关闭，第三接口开启。
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