CN111645487A - 一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统 - Google Patents

一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，包括第一通路；第一通路包括电动压缩机和两位三通电磁阀；两位三通电磁阀的进口端与电动压缩机的出口端连通对接；两位三通电磁阀的出口端包括第一端口和第二端口；电动压缩机的进口端并行设置有第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀；第一端口与第二常闭电磁阀连通连接；第二端口与第二常闭电磁阀之间循环连通设置有第一热交换器、膨胀节流管、第三热交换器；第二端口与第三常闭电磁阀连通连接；第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；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

一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统
技术领域
本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池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、环境适应能力强的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统。
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、环境适应能力强的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，包括第一通路；所述第一通路包括电动压缩机和两位三通电磁阀；所述两位三通电磁阀的进口端与所述电动压缩机的出口端连通对接；所述两位三通电磁阀的出口端包括第一端口和第二端口；所述电动压缩机的进口端并行设置有第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀；所述第一端口与所述第二常闭电磁阀连通连接；所述第二端口与所述第二常闭电磁阀之间循环连通设置有第一热交换器、膨胀节流管、第三热交换器；所述第二端口与所述第三常闭电磁阀连通连接；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气。
进一步地，还包括第二通路；所述第一通路包括第四热交换器、加液罐、电动泵和第四常闭电磁阀；所述加液罐内存储有热交换介质；所述加液罐、电动泵和第四常闭电磁阀相互循环连通；所述第四热交换器对应设置在动力电池与第二通路之间；所述电动泵驱动热交换介质在第一通路内部循环流动，改变所述动力电池的温度。
进一步地，第一通路和第二通路之间配合设置有第二热交换器；所述第二热交换器与第一通路的配合部位位于第一热交换器和膨胀节流管之间；所述第二热交换器与第二通路的配合部位位于第四常闭电磁阀和第四热交换器之间。
进一步地，所述第二通路上连通设置有支路；所述支路一端连通设置在电动泵、第四常闭电磁阀之间，另一端连通设置在第四常闭电磁阀、第四热交换器之间；所述支路与所述第三热交换器对应配合；所述支路上对应设置有第一常闭电磁阀。
进一步地，所述第二端口处对应设置有第一压力传感器；所述第三热交换器内对应设置有第一温度传感器；所述第一端口与所述第二常闭电磁阀之间的管路上对应设置有第二压力传感器。
进一步地，所述动力电池处对应设置有第二温度传感器。
进一步地，用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统的工作方法，
空调单独制冷：第二常闭电磁阀12通电开启，第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作；
动力电池单独降温：第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作；
空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，电动泵17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：第三常闭电磁阀13通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作；
动力电池单独升温：第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作；
空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17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：第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17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：本发明的一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，包括第一通路；所述第一通路包括电动压缩机和两位三通电磁阀；所述两位三通电磁阀的进口端与所述电动压缩机的出口端连通对接；所述两位三通电磁阀的出口端包括第一端口和第二端口；所述电动压缩机的进口端并行设置有第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀；所述第一端口与所述第二常闭电磁阀连通连接；所述第二端口与所述第二常闭电磁阀之间循环连通设置有第一热交换器、膨胀节流管、第三热交换器；所述第二端口与所述第三常闭电磁阀连通连接；所述第三热交换器通过配套风扇向车内吹送空气；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为管理系统整体架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，包括第一通路；所述第一通路包括电动压缩机1和两位三通电磁阀2；所述两位三通电磁阀2的进口端与所述电动压缩机1的出口端连通对接；所述两位三通电磁阀2的出口端包括第一端口21和第二端口22；所述电动压缩机1的进口端并行设置有第二常闭电磁阀12和第三常闭电磁阀13；所述第一端口21与所述第二常闭电磁阀12连通连接；所述第二端口22与所述第二常闭电磁阀12之间循环连通设置有第一热交换器4、膨胀节流管6、第三热交换器7；所述第二端口22与所述第三常闭电磁阀13连通连接；所述第三热交换器7通过配套风扇向车内吹送空气。
还包括第二通路；所述第一通路包括第四热交换器14、加液罐18、电动泵17和第四常闭电磁阀19；所述加液罐18内存储有热交换介质；所述加液罐18、电动泵17和第四常闭电磁阀19相互循环连通；所述第四热交换器14对应设置在动力电池15与第二通路之间；所述电动泵17驱动热交换介质在第一通路内部循环流动，改变所述动力电池15的温度。
第一通路和第二通路之间配合设置有第二热交换器5；所述第二热交换器5与第一通路的配合部位位于第一热交换器4和膨胀节流管8之间；所述第二热交换器5与第二通路的配合部位位于第四常闭电磁阀19和第四热交换器14之间。
所述第二通路上连通设置有支路20；所述支路20一端连通设置在电动泵17、第四常闭电磁阀19之间，另一端连通设置在第四常闭电磁阀19、第四热交换器14之间；所述支路20与所述第三热交换器7对应配合；所述支路20上对应设置有第一常闭电磁阀11。
所述第二端口22处对应设置有第一压力传感器3；所述第三热交换器7内对应设置有第一温度传感器9；所述第一端口21与所述第二常闭电磁阀12之间的管路上对应设置有第二压力传感器10。
所述动力电池15处对应设置有第二温度传感器16。
下面结合结构对管理系统的工作原理进行阐述：
电动压缩机为变频压缩机，由动力电池提供直流高压。加液罐18里的热交换介质为防冻液。第四热交换器14里的管路嵌入到动力电池15的模组间。
两位三通电磁阀2不通电时1端口与2端口相通，通电时1端口与3端口相通，PTC辅助加热器为电加热方式。
工作原理：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；
1、空调单独制冷：第二常闭电磁阀12通电开启，第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速转动工作，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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第一端口21进入第一热交换器4，经第一热交换器4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6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，制冷剂经第二常闭电磁阀12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11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速转动工作，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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第一端口21进入第一热交换器4，经第一热交换器4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6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，制冷剂经第二常闭电磁阀12回到电动压缩机。同时，电动泵17使防冻液经第一常闭电磁阀11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14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15持续降温。
3、空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，电动泵17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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第一端口21进入第一热交换器4，经第一热交换器4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6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，制冷剂经第二常闭电磁阀12回到电动压缩机。同时，电动泵17使防冻液经第一常闭电磁阀11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14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15持续降温。
4、空调单独制热：第三常闭电磁阀13通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速转动工作，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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第二端口22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6节流降压后进入第一热交换器4，制冷剂在第一热交换器4蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器4的冷风散发到大气中,制冷剂经第三常闭电磁阀13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11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作。
电动压缩机1根据需要以某一转速转动工作，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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第二端口22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17使防冻液经第一常闭电磁阀11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14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6节流降压后进入第一热交换器4，制冷剂在第一热交换器4蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器4的冷风散发到大气中,制冷剂经第三常闭电磁阀13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15持续加热。
6、空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第二端口22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17使防冻液经第一常闭电磁阀11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14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6节流降压后进入第一热交换器4，制冷剂在第一热交换器4蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器4的冷风散发到大气中,制冷剂经第三常闭电磁阀13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15持续加热。
7、空调制热、动力电池降温：第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17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并输送给两位三通电磁阀2，经两位三通电磁阀2的第二端口22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5，同时，电动泵17使防冻液经第四常闭电磁阀19在系统里循环，防冻液与制冷剂通过第二热交换器5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14对动力电池进行冷却降温。经第二热交换器5的制冷剂在第一热交换器4继续蒸发、吸热，第一热交换器风扇将经过第一热交换器4的冷风散发到大气中,制冷剂经第三常闭电磁阀13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15持续降温。
该管理系统的优势在于：
(1)膨胀节流管5可双向工作，结构简单。
(2)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。
(3)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；电动压缩机为变频压缩机，很方便对制冷与制热量进行调节。
(4)增加了第二热交换器5，使空调制热与动力电池降温能同时实现。
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 (7)

1.用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：包括第一通路；所述第一通路包括电动压缩机(1)和两位三通电磁阀(2)；所述两位三通电磁阀(2)的进口端与所述电动压缩机(1)的出口端连通对接；所述两位三通电磁阀(2)的出口端包括第一端口(21)和第二端口(22)；所述电动压缩机(1)的进口端并行设置有第二常闭电磁阀(12)和第三常闭电磁阀(13)；所述第一端口(21)与所述第二常闭电磁阀(12)连通连接；所述第二端口(22)与所述第二常闭电磁阀(12)之间循环连通设置有第一热交换器(4)、膨胀节流管(6)、第三热交换器(7)；所述第二端口(22)与所述第三常闭电磁阀(13)连通连接；所述第三热交换器(7)通过配套风扇向车内吹送空气。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：还包括第二通路；所述第一通路包括第四热交换器(14)、加液罐(18)、电动泵(17)和第四常闭电磁阀(19)；所述加液罐(18)内存储有热交换介质；所述加液罐(18)、电动泵(17)和第四常闭电磁阀(19)相互循环连通；所述第四热交换器(14)对应设置在动力电池(15)与第二通路之间；所述电动泵(17)驱动热交换介质在第一通路内部循环流动，改变所述动力电池(15)的温度。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：第一通路和第二通路之间配合设置有第二热交换器(5)；所述第二热交换器(5)与第一通路的配合部位位于第一热交换器(4)和膨胀节流管(8)之间；所述第二热交换器(5)与第二通路的配合部位位于第四常闭电磁阀(19)和第四热交换器(14)之间。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：所述第二通路上连通设置有支路(20)；所述支路(20)一端连通设置在电动泵(17)、第四常闭电磁阀(19)之间，另一端连通设置在第四常闭电磁阀(19)、第四热交换器(14)之间；所述支路(20)与所述第三热交换器(7)对应配合；所述支路(20)上对应设置有第一常闭电磁阀(11)。
5.根据权利要求1所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：所述第二端口(22)处对应设置有第一压力传感器(3)；所述第三热交换器(7)内对应设置有第一温度传感器(9)；所述第一端口(21)与所述第二常闭电磁阀(12)之间的管路上对应设置有第二压力传感器(10)。
6.根据权利要求5所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统，其特征在于：所述动力电池(15)处对应设置有第二温度传感器(16)。
7.根据权利要求1-6中任一所述的用于电动汽车的热泵空调与动力电池管理系统的工作方法，其特征在于：
空调单独制冷：第二常闭电磁阀12通电开启，第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作；
动力电池单独降温：第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作；
空调制冷、动力电池降温：第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12通电开启，第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2不通电，电动泵17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：第三常闭电磁阀13通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19都不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作，电动泵17不工作；
动力电池单独升温：第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，第一热交换器风扇工作，第三热交换器风扇不工作，电动泵17工作；
空调制热、动力电池升温：第一常闭电磁阀11、第三常闭电磁阀13通电开启，第二常闭电磁阀12、第四常闭电磁阀19不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17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：第三常闭电磁阀13、第四常闭电磁阀19通电开启，第一常闭电磁阀11、第二常闭电磁阀12不通电关闭，两位三通电磁阀2通电，电动泵17工作，第一热交换器风扇与第三热交换器风扇都工作。
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