CN111572314B - 电动汽车车载热能管理系统及其工作方法 - Google Patents

电动汽车车载热能管理系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车车载热能管理系统，包括电池回路和压缩机回路；所述电池回路包括循环连通的第二常闭电磁阀、电动泵和加液罐；所述电池回路与动力电池之间配合设置有第四热交换器；所述压缩机回路包括电动压缩机、第一热交换器、膨胀节流管和第三热交换器；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；所述第三热交换器内配合设置有PTC辅助加热器；通过将电动压缩机与动力电池的热量控制结合起来，实现了能量的高效利用，降低了能耗，提高了外界温度适应能力。

Description

电动汽车车载热能管理系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及换热技术领域，尤其涉及电动汽车车载热能管理系统及其工作方法。
背景技术
常规电动汽车冬天取暖采用电加热制热方式，要消耗大量的电能，严重影响电动汽车的续行里程，影响了电动汽车特别是北方寒冷地区的使用与发展；且动力电池的温度控制也存在一定的难度，其控制精度不是很高。所以有必要发明一种节能效果好、环境适应能力强的电动汽车车载热能管理系统。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种节能效果好、环境适应能力强的电动汽车车载热能管理系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明的电动汽车车载热能管理系统，包括电池回路和压缩机回路；所述电池回路包括循环连通的第二常闭电磁阀、电动泵和加液罐；所述电池回路与动力电池之间配合设置有第四热交换器；所述压缩机回路包括电动压缩机、第一热交换器、膨胀节流管和第三热交换器；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；所述第三热交换器内配合设置有PTC辅助加热器。
进一步地，所述第四热交换器的管路对应嵌入到动力电池的各电池模组之间。
进一步地，所述电池回路和压缩机回路之间配合设置有第二热交换器；所述第二热交换器与压缩机回路的接触部位位于第一热交换器、膨胀节流管之间；所述第二热交换器与电池回路的接触部位位于第二常闭电磁阀、第四热交换器之间。
进一步地，电池回路还包括支路；所述支路一端连通设置在电动泵、第二常闭电磁阀之间，另一端连通设置在第四热交换器、加液罐之间；所述支路上对应设置有第一常闭电磁阀。
进一步地，所述电动压缩机的出口端处设置有第一压力传感器；所述第三热交换器内设置有第一温度传感器；搜书动力电池内设置有第二温度传感器；所述电动压缩机的进口端处设置有第二压力传感器。
进一步地，电动汽车车载热能管理系统的工作方法，
空调单独制冷：第一常闭电磁阀6、第二常闭电磁阀14都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵15不工作；
动力电池单独降温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵15工作；
空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作；
空调单独制热：第一常闭电磁阀6、第二常闭电磁阀14都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵15不工作；
动力电池单独升温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵15工作；
空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作；
空调制热、动力电池降温：第二常闭电磁阀14通电开启，第一常闭电磁阀6不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作。
有益效果：本发明的电动汽车车载热能管理系统，包括电池回路和压缩机回路；所述电池回路包括循环连通的第二常闭电磁阀、电动泵和加液罐；所述电池回路与动力电池之间配合设置有第四热交换器；所述压缩机回路包括电动压缩机、第一热交换器、膨胀节流管和第三热交换器；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；所述第三热交换器内配合设置有PTC辅助加热器；通过将电动压缩机与动力电池的热量控制结合起来，实现了能量的高效利用，降低了能耗，提高了外界温度适应能力。
附图说明
附图1为管理系统整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
电动汽车车载热能管理系统，包括电池回路和压缩机回路；所述电池回路包括循环连通的第二常闭电磁阀14、电动泵15和加液罐16；所述电池回路与动力电池12之间配合设置有第四热交换器11；所述压缩机回路包括电动压缩机1、第一热交换器3、膨胀节流管5和第三热交换器7；所述第三热交换器7通过配套风扇向车内吹送空气；所述第三热交换器7内配合设置有PTC辅助加热器8。
所述第四热交换器11的管路对应嵌入到动力电池12的各电池模组之间。
所述电池回路和压缩机回路之间配合设置有第二热交换器4；所述第二热交换器4与压缩机回路的接触部位位于第一热交换器3、膨胀节流管5之间；所述第二热交换器4与电池回路的接触部位位于第二常闭电磁阀14、第四热交换器11之间。
电池回路还包括支路17；所述支路17一端连通设置在电动泵15、第二常闭电磁阀14之间，另一端连通设置在第四热交换器11、加液罐16之间；所述支路17上对应设置有第一常闭电磁阀6。
所述电动压缩机1的出口端处设置有第一压力传感器2；所述第三热交换器7内设置有第一温度传感器9；搜书动力电池12内设置有第二温度传感器13；所述电动压缩机的进口端处设置有第二压力传感器10。
下面结合结构对工作原理进行阐述：
1、空调单独制冷：第一常闭电磁阀6、第二常闭电磁阀14都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵15不工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器3，经第一热交换器3及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第三热交换器7，制冷剂在第三热交换器7蒸发、吸热，第三热交换器风扇将经过第三热交换器7的冷风送入车内给车内降温，制冷剂经第二端口回到电动压缩机。制冷剂在电动压缩机1的作用下不断循环，给车内不断输送冷气。
2、动力电池单独降温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵15工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器3，经第一热交换器3及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第三热交换器7，制冷剂在第三热交换器7蒸发、吸热，制冷剂经第二端口回到电动压缩机。同时，电动泵15使防冻液经第一常闭电磁阀6在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器7进行热交换，防冻液温度下降、降温后的防冻液再经过第四热交换器11对动力电池进行冷却降温。制冷剂在电动压缩机1的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给动力电池12持续降温。
3、空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器3，经第一热交换器3及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第三热交换器7，制冷剂在第三热交换器7蒸发、吸热，第三热交换器风扇将经过第三热交换器7的冷风送入车内给车内降温，制冷剂经第二端口回到电动压缩机。同时，电动泵15使防冻液经第一常闭电磁阀6在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器7进行热交换，防冻液温度下降、降温后的防冻液再经过第四热交换器11对动力电池进行冷却降温。制冷剂在电动压缩机1的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送冷气并给动力电池12持续降温。
4、空调单独制热：第一常闭电磁阀6、第二常闭电磁阀14都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵15不工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器7，第三热交换器风扇将经第三热交换器7的热风送入车内给车内升温，在需要时(如前风挡玻璃化霜)还可启动PTC辅助加热器加强制热，散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第一热交换器3，制冷剂在第一热交换器3蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器3的冷风散发到大气中,制冷剂经第一端口回到电动压缩机。制冷剂在电动压缩机1的作用下不断循环，给车内不断输送热气。
5、动力电池单独升温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵15工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器7，在需要时(如寒冷天气车辆初次启动时动力电池温度太低)还可启动PTC辅助加热器加强制热，同时，电动泵15使防冻液经第一常闭电磁阀6在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器7进行热交换，防冻液温度升高、升温后的防冻液再经过第四热交换器11对动力电池进行加热升温。散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第一热交换器3，制冷剂在第一热交换器3蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器3的冷风散发到大气中,制冷剂经第一端口回到电动压缩机。制冷剂在电动压缩机1的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给动力电池12持续加热。
6、空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀6通电开启，第二常闭电磁阀14不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器7，第三热交换器风扇将经第三热交换器7的热风送入车内给车内升温，在需要时还可启动PTC辅助加热器加强制热，同时，电动泵15使防冻液经第一常闭电磁阀6在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器7进行热交换，防冻液温度升高、升温后的防冻液再经过第四热交换器11对动力电池进行加热升温。散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管5节流降压后进入第一热交换器3，制冷剂在第一热交换器3蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器3的冷风散发到大气中,制冷剂经第一端口回到电动压缩机。制冷剂在电动压缩机1的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送热气并给动力电池12持续加热。
7、空调制热、动力电池降温：第二常闭电磁阀14通电开启，第一常闭电磁阀6不通电关闭，电动泵15工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器7，第三热交换器风扇将经第三热交换器7的热风送入车内给车内升温，在需要时还可启动PTC辅助加热器加强制热，散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管6节流降压后进入第二热交换器4，同时，电动泵15使防冻液经第二常闭电磁阀14在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第二热交换器4进行热交换，防冻液温度降低、降温后的防冻液再经过第四热交换器11对动力电池进行冷却降温。经第二热交换器4的制冷剂在第一热交换器3继续蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器3的冷风散发到大气中,制冷剂经第一端口回到电动压缩机。制冷剂在电动压缩机1的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送热气并给动力电池12持续降温。
该管理系统的优势在于：第一膨胀节流管5可双向工作，结构简单；第二，整体结构及布置沿用传统汽车空调系统，制造生产易实现，成本基本不增加或增加有限；第三，本系统为热泵空调系统，制热热量也主要由电动压缩机工作获取，能节省电能。第四，增加了第二热交换器4，使空调制热与动力电池降温能同时实现。第五，电动压缩机为可正反转的变频压缩机，通过改变制冷剂的循环路线来实现制冷与制热的切换，也能很方便对制冷与制热量进行调节。
此外，车辆上电及开启空调时，空调与动力电池热管理控制器根据空调开关信号、各温度信号与各压力信号，确定并控制电动压缩机、各热交换器风扇是否工作及转速，各电磁阀的工作状态以及PTC辅助加热器是否工作；对应的处理模块可以选用STM32系列单片机模块，该单片机模块及配套电路板、压力传感器、温度传感器均可直接采购获得，在此不做赘述；
该管理系统提供了整套的温度控制结构，将动力电池和电动压缩机两者的热量控制结合起来，提高了热量利用效率，为电子管理系统的搭建提供了硬件基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电动汽车车载热能管理系统的工作方法，所述电动汽车车载热能管理系统包括电池回路和压缩机回路；所述电池回路包括循环连通的第二常闭电磁阀、电动泵和加液罐；所述电池回路与动力电池之间配合设置有第四热交换器；所述压缩机回路包括电动压缩机、第一热交换器、膨胀节流管和第三热交换器；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；所述第三热交换器内配合设置有PTC辅助加热器；
所述第四热交换器的管路对应嵌入到动力电池的各电池模组之间；
所述电池回路和压缩机回路之间配合设置有第二热交换器；所述第二热交换器与压缩机回路的接触部位位于第一热交换器、膨胀节流管之间；所述第二热交换器与电池回路的接触部位位于第二常闭电磁阀、第四热交换器之间；
电池回路还包括支路；所述支路一端连通设置在电动泵、第二常闭电磁阀之间，另一端连通设置在第四热交换器、加液罐之间；所述支路上对应设置有第一常闭电磁阀；
所述电动压缩机的出口端处设置有第一压力传感器；所述第三热交换器内设置有第一温度传感器；所述动力电池内设置有第二温度传感器；所述电动压缩机的进口端处设置有第二压力传感器；
电动汽车车载热能管理系统的工作方法包括：
1、空调单独制冷：第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵不工作；
电动压缩机根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器，经第一热交换器及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第三热交换器，制冷剂在第三热交换器蒸发、吸热，第三热交换器风扇将经过第三热交换器的冷风送入车内给车内降温，制冷剂经Ⅱ端口回到电动压缩机；制冷剂在电动压缩机的作用下不断循环，给车内不断输送冷气；
2、动力电池单独降温：第一常闭电磁阀通电开启，第二常闭电磁阀不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵工作；
电动压缩机根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器，经第一热交换器及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第三热交换器，制冷剂在第三热交换器蒸发、吸热，制冷剂经Ⅱ端口回到电动压缩机；同时，电动泵使防冻液经第一常闭电磁阀在电池回路里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器进行热交换，防冻液温度下降、降温后的防冻液再经过第四热交换器对动力电池进行冷却降温；制冷剂在电动压缩机的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给动力电池持续降温；
3、空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀通电开启，第二常闭电磁阀不通电关闭，电动泵工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作；
电动压缩机根据需要以某一转速正向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅰ端口出进入第一热交换器，经第一热交换器及第一热交换器风扇散热、高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第三热交换器，制冷剂在第三热交换器蒸发、吸热，第三热交换器风扇将经过第三热交换器的冷风送入车内给车内降温，制冷剂经Ⅱ端口回到电动压缩机；同时，电动泵使防冻液经第一常闭电磁阀在电池回路里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器进行热交换，防冻液温度下降、降温后的防冻液再经过第四热交换器对动力电池进行冷却降温；制冷剂在电动压缩机的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送冷气并给动力电池持续降温；
4、空调单独制热：第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀都不通电关闭，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵不工作；
电动压缩机根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器，第三热交换器风扇将经第三热交换器的热风送入车内给车内升温，在前风挡玻璃化霜时，还可启动PTC辅助加热器加强制热，散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第一热交换器，制冷剂在第一热交换器蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器的冷风散发到大气中,制冷剂经Ⅰ端口回到电动压缩机；制冷剂在电动压缩机的作用下不断循环，给车内不断输送热气；
5、动力电池单独升温：第一常闭电磁阀通电开启，第二常闭电磁阀不通电关闭，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵工作；
电动压缩机根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器，在寒冷天气车辆初次启动动力电池温度太低时，还可启动PTC辅助加热器加强制热，同时，电动泵使防冻液经第一常闭电磁阀在电池回路里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器进行热交换，防冻液温度升高、升温后的防冻液再经过第四热交换器对动力电池进行加热升温；散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第一热交换器，制冷剂在第一热交换器蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器的冷风散发到大气中,制冷剂经Ⅰ端口回到电动压缩机；制冷剂在电动压缩机的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给动力电池持续加热；
6、空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀通电开启，第二常闭电磁阀不通电关闭，电动泵工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作；
电动压缩机根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器，第三热交换器风扇将经第三热交换器的热风送入车内给车内升温，在需要时还可启动PTC辅助加热器加强制热，同时，电动泵使防冻液经第一常闭电磁阀在电池回路里循环，防冻液与制冷剂通过第三热交换器进行热交换，防冻液温度升高、升温后的防冻液再经过第四热交换器对动力电池进行加热升温；散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第一热交换器，制冷剂在第一热交换器蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器的冷风散发到大气中,制冷剂经Ⅰ端口回到电动压缩机；制冷剂在电动压缩机的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送热气并给动力电池持续加热；
7、空调制热、动力电池降温：第二常闭电磁阀通电开启，第一常闭电磁阀不通电关闭，电动泵工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作；
电动压缩机根据需要以某一转速反向转动工作，低温低压气态制冷剂由电动压缩机压缩变成高温高压气态制冷剂经Ⅱ端口出进入第三热交换器，第三热交换器风扇将经第三热交换器的热风送入车内给车内升温，在需要时还可启动PTC辅助加热器加强制热，散热后的高温高压气态制冷剂变成中温高压液态制冷剂，再经膨胀节流管节流降压后进入第二热交换器，同时，电动泵使防冻液经第二常闭电磁阀在电池回路里循环，防冻液与制冷剂通过第二热交换器进行热交换，防冻液温度降低、降温后的防冻液再经过第四热交换器对动力电池进行冷却降温；经第二热交换器的制冷剂在第一热交换器继续蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器的冷风散发到大气中,制冷剂经Ⅰ端口回到电动压缩机；制冷剂在电动压缩机的作用下、防冻液在电动泵的作用下都不断循环及进行热交换，给车内不断输送热气并给动力电池持续降温；所述膨胀节流管可双向工作，电动压缩机为可正反转的变频压缩机。
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