CN112297749A - 用于车辆的热管理系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于车辆的热管理系统及车辆，涉及车辆技术领域。本发明的用于车辆的热管理系统包括热泵装置、电机、电机发热控制装置和第一换热装置。热泵装置配置成为车辆提供热量。电机配置成为车辆提供动力。电机发热控制装置与电机相连，其配置成控制电机主动发热。第一换热装置配置成将电机产生的至少部分热量传输至热泵装置。上述热管理系统对比传统PTC制暖系统极大减少能耗，同时采用电机主动发热方式对低温下热泵装置制暖进行弥补，无需新增辅助加热系统，减少了整车成本及重量。

Description

用于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，特别是涉及一种用于车辆的热管理系统及车辆。
背景技术
电动汽车的动力源为汽车自带的蓄电池输出电功率，在有限的电池容量情况下，电动汽车空调系统能耗，特别是冬季空调系统的制热能耗对电动汽车续航里程影响很大，所以拥有一套高效节能的空调系统对电动汽车具有重要的意义。相对于纯电动汽车，由于没有发动机冷却液的余热作为热源，目前主要采用电加热采暖空调系统和驱动热泵式空调系统来解决纯电动汽车驾驶室采暖的问题。
电加热采暖空调系统多为使用PTC(正温度系数热敏电阻)加热，其特性为温度敏感性的半导体电阻，超过一定温度时，它的电阻随着温度的升高而陡升。采用电加热采暖空调，成本增加且严重影响整车续航里程。而驱动热泵式空调系统在低温时制热性能较差，不能满足客户采暖需求。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种用于车辆的热管理系统，通过电机的主动发热来弥补热泵装置低温下制暖性能差的问题。
本发明一个进一步的目的是提供一种成本低、制热性能好的热管理系统。
本发明另一个目的是要提供一种可通过电机对热泵装置进行补充的车辆，降低整车成本。
一方面，本发明提供了一种用于车辆的热管理系统，包括：
用于为所述车辆提供热量的热泵装置；
用于为所述车辆提供动力的电机；
电机发热控制装置，与所述电机相连，用于控制所述电机主动发热；
第一换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述热泵装置换热连接，以将所述电机产生的部分热量传输至所述热泵装置。
可选地，所述电机发热控制装置包括：
用于获取车外环境温度的温度获取单元；
控制单元，配置成在所述车外环境温度低于预设阈值时控制所述电机主动发热。
可选地，所述电机发热控制装置还包括：
用于获取所述车辆的当前状态的车辆状态获取单元；
所述控制单元还配置成根据所述车辆的当前状态控制所述电机的发热量。
可选地，所述控制单元还配置成在所述车外环境温度低于预设阈值且所述车辆为静止状态时控制所述电机的发热量大于第一预设热值。
可选地，所述控制单元还配置成在所述车外环境温度低于预设阈值且所述车辆为行驶状态时控制所述电机的发热量大于第二预设热值。
可选地，所述电机发热控制装置还包括：用于获取所述电机转速的转速获取单元。
可选地，所述控制单元还配置成在所述电机的转速大于预设转速时停止工作。
可选地，第二换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述车辆内的电池系统换热连接，以将所述电机产生的部分热量传输至所述车辆内的电池系统。
可选地，第三换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述车辆内的电池系统换热连接，以将所述热泵装置的部分热量传输至所述车辆的电池系统。
另一方面，本发明还提供了一种车辆，所述车辆设置有上述的用于车辆的热管理系统。
本发明的用于车辆的热管理系统包括热泵装置、电机、电机发热控制装置和第一换热装置。热泵装置配置成为车辆提供热量。电机配置成为车辆提供动力。电机发热控制装置与电机相连，其配置成控制电机主动发热。第一换热装置配置成将电机产生的至少部分热量传输至热泵装置。上述热管理系统对比传统PTC制暖系统极大减少能耗，同时采用电机主动发热方式对低温下热泵装置制暖进行弥补，无需新增辅助加热系统，减少了整车成本及重量。
进一步地，本发明的热管理系统中的电机发热控制装置，通过根据车外环境温度和车辆的当前状态控制电机是否主动发热，当车外环境温度低于预设阈值时，热泵装置在低温情况下制热能力的不足，需要控制电机主动发热，以满足除雾、除霜和制暖等热量需求。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的热管理系统的示意性系统图；
图2是图1所示热管理系统中电机发热控制装置的示意性装置图；
图3是根据本发明另一个实施例的热管理系统的示意性系统图。
图中的附图标记为：
1-热泵装置，2-电机，3-电机发热控制装置，4-第一换热装置，5-第二换热装置，6-电池系统；31-温度获取单元，32-车辆状态获取单元，33-控制单元，34-转速获取单元；
11-车内换热器，12-驱动电机，13-电子膨胀阀，14-干燥器，15-车外换热器，16-压缩机，17-气液分离器，18-截止阀，19-四通阀，191-第一阀门，192-第二阀门，193-第三阀门，194-第四阀门。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的热管理系统的示意性系统图。图2是图1所示热管理系统中电机发热控制装置3的示意性装置图。图3是根据本发明另一个实施例的热管理系统的示意性系统图。下面参照图1至图3来描述本发明实施例的热管理系统。
参考图1，本实施例中的用于车辆的热管理系统包括热泵装置1、电机2、电机发热控制装置3和第一换热装置4。热泵装置1配置成为车辆提供热量。具体地，热泵装置1主要用来给空调系统进行供暖，对车辆进行除霜、除雾和加热。电机2配置成为车辆提供动力，具体地，电机2一般为驱动电机，可以理解的是，电机2还可以是其他类型的电机2。电机发热控制装置3与电机2相连，其配置成控制电机2主动发热。电机2主动发热是指除了电机2正常工作产生的热量外，还能通过改变电流使电机2额外产生热量，即满足车辆需求的热量。具体地，当不需要电机2输出动力时，即车辆处于静止状态下，车辆内需要进行除雾除霜时，此时，电机发热控制装置3控制输入定量的电流，具体为：q轴给定电流为零，d轴给定电流为直流，根据发热需求的大小调节d轴电流。此时电机损耗全部是铜损，电机2中的转子不发生转动，电机2将电能转化为热能。当车辆处于行驶状态下，电机2既要输出动力，又需要提供额外的热量，此时，电机损耗有铁损、铜损、机械损失等，需要保证350rpm～12000rpm电机损耗>＝4KW，在满足必要的热量损失后，提供额外的热能，以满足特殊环境的采暖需求。此时，电机发热控制装置3控制输入定量的电流，具体为：q轴给定电流，d轴给定电流为直流，根据发热需求的大小调节d轴电流。电机发热控制装置3可以是一个独立的控制器，也可以与电机控制器集成在一起。第一换热装置4配置成将电机2产生的至少部分热量传输至热泵装置1。这里的至少部分热量可以是电机2主动发出的热量，也可以是电机2正常运转发出的热量。上述热管理系统对比传统PTC制暖系统极大减少能耗，同时采用电机主动发热方式对低温下热泵装置1制暖进行弥补，无需新增辅助加热系统，减少了整车成本及重量。
继续参考图1，在一个进一步的实施例中，热管理系统还可以包括第二换热装置5。第二换热装置5配置成将电机2产生的至少部分热量传输至车辆内的电池系统6。在电池温度低时，可以通过电机2产生的热量对电池进行加热，使电池快速达到最佳状态，提高电池使用效率。
进一步地，热管理系统还可以包括第三换热装置(图中未示出)。第三换热装置配置成将热泵装置1的热量传输至车辆的电池系统6。当电池温度低时且热泵装置1产生的热量不够用时，可以通过电机2主动发热，然后通过热泵装置1将热量传输至电池系统6，对电池进行加热，使电池快速达到最佳状态，提高电池使用效率。
参考图2，在一个优选地实施例中，电机发热控制装置3可以包括温度获取单元31、控制单元33、车辆状态获取单元32和转速获取单元34。
温度获取单元31配置成获取车外环境温度。具体地，温度获取单元31可以是设置于车辆上的温度传感器，也可以与温度传感器相连。温度获取单元31还可以直接从车辆信息中获取外界环境的温度。控制单元33可以根据外界环境的温度控制电机是否主动发热。具体地，控制单元33配置成在车外环境温度低于预设阈值时控制电机发热。
车辆状态获取单元32配置成获取车辆的当前状态。具体地，车辆状态获取单元32可以与车辆ECU相连，采集车辆的当前状态。控制单元33还配置成根据车辆的当前状态控制电机的发热量。具体地，控制单元33还配置成在车外环境温度低于预设阈值且车辆为静止状态时控制电机的发热量大于第一预设热值。这里的第一预设热值可以为2KW，电机发热控制装置控制通入定量的电流，Q＝I2*R>＝2KW，此时可以满足除霜除雾等需求。预设阈值可以为10℃，即当温度低于10℃且车辆为静止状态时，控制单元33控制电机2主动发热，但是电机2的转子不转，不能进行动力输出。上述数值可以根据环境或车辆而定，上述数值只是一个具体的例子，不能作为具体限定。控制单元33还配置成在车外环境温度低于预设阈值且车辆为行驶状态时控制电机2的发热量大于第二预设热值。第二预设热值可以为4KW，还可以根据车辆和环境具体设定，此处不做限定。当车辆处于行驶状态且外界温度低于10℃时，热泵装置1产生的热量不够，需要电机2主动发热，控制单元33在电机2正常运转的情况下对电机2增加额外电流，在电机2正常运转发出的热量不够时，使电机2产生额外的热量，以弥补热泵装置1的不足。由于电机2损耗有铁损、铜损、机械损失，保证350rpm～12000rpm电机2损耗(即发热)>＝4KW,满足特殊环境下的采暖需求。
电机发热控制装置3还包括：
转速获取单元34，配置成获取电机的转速。转速获取单元34可以与车辆ECU相连，采集电机2的转速。转速获取单元34还可以与设置于电机2内的转速传感器相连。当电机2转速达到预设转速时，此时电机2正常运转发出的热量提供给热泵装置1后已经可以弥补其不足，故不需要在进行主动发热。控制单元33还配置成在电机2的转速大于预设转速时停止工作。一般地，当电机2的转速达到3500转时，电机2正常运转发出的热量提供给热泵装置1后已经可以弥补其不足。上述电机2转速的具体数值只是提供一个具体的例子，不能作为限定。
采用上述热管理系统可提升制暖效率，对比传统PTC制暖系统极大减少能耗，同时采用电机2主动发热方式弥补热泵系统低温下制暖性能差的问题，无需新增辅助加热系统；减少了PTC及相关零件，减少整车布置及管路设计布置工作量，减少了整车成本及重量。
本发明还提供了一种车辆，优选为纯电动汽车，车辆设置有上述任一实施例中的热管理系统。下面以一个具体的实施例来说明热管理系统的结构和工作原理。
参见图3，该热管理系统由热泵装置1和电机2组成，热泵装置1的基本原理为通过车外换热器15从周围环境中吸收热量，通过车内换热器11向驾驶室释放热量。同时通过电机2主动发热方式弥补热泵装置1低温下制暖的不足。
主要工作如下：
由压缩机16将管路冷媒进行压缩，并通过四通阀19的第一阀门191到第二阀门192，通过车内换热器11释放热量，从而实现制暖工作。然后通过吸收驱动电机12及其他功率器件的余热，再通过车外换热器15吸收热量，通过四通阀19的第四阀门194到第三阀门193，冷媒经过气液分离器17后通过压缩机16重新压缩。该系统中还包括截止阀18、电子膨胀阀13和干燥器14。在低温情况下热泵制暖能力下降时，该系统可以在保证电机2性能正常的情况下，通过电机发热控制装置3控制电机2进行主动发热，从而保证满足除霜除雾及乘员舱制暖需求。
测试控制策略如下：
将电机与测功机动力切断，q轴电流给定为0A，d轴电流给定为直流电流，角度变化为0，观察控制器输出的三相电流和直流功率，调节Id值，直至直流功率达到2kW，记录电流波形与电机转速。
将电机与测功机动力切断，调节好Id值，此时直流功率为2.317kW，电机转速为0rpm，记录实验数据如下：
A相电流有效值：129A
B相电流有效值：133A
C相电流有效值：68.6A
测量结果确认，满足热管理需求大于2kw的需求。
该系统具有以下优点：
1.比使用PTC加热系统耗能少，可减少对车辆续航里程的影响；
2.对整车结构改变较小，无需新增PTC加热系统及相关管路；
3.针对冬季低温下热泵制热量及效率衰减问题，通过电机发热控制装置3设置使电动实现主动发热,无需额外增加辅助加热装置。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于车辆的热管理系统，其特征在于，包括：
用于为所述车辆提供热量的热泵装置；
用于为所述车辆提供动力的电机；
电机发热控制装置，与所述电机相连，用于控制所述电机主动发热；
第一换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述热泵装置换热连接，以将所述电机产生的部分热量传输至所述热泵装置。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述电机发热控制装置包括：
用于获取车外环境温度的温度获取单元；
控制单元，配置成在所述车外环境温度低于预设阈值时控制所述电机主动发热。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述电机发热控制装置还包括：
用于获取所述车辆的当前状态的车辆状态获取单元；
所述控制单元还配置成根据所述车辆的当前状态控制所述电机的发热量。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述控制单元还配置成在所述车外环境温度低于预设阈值且所述车辆为静止状态时控制所述电机的发热量大于第一预设热值。
5.根据权利要求3所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述控制单元还配置成在所述车外环境温度低于预设阈值且所述车辆为行驶状态时控制所述电机的发热量大于第二预设热值。
6.根据权利要求3所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述电机发热控制装置还包括：用于获取所述电机转速的转速获取单元。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，
所述控制单元还配置成在所述电机的转速大于预设转速时停止工作。
8.根据权利要求1所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，还包括：
第二换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述车辆内的电池系统换热连接，以将所述电机产生的部分热量传输至所述车辆内的电池系统。
9.根据权利要求1所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，还包括：
第三换热装置，其两个换热端分别与所述电机和所述车辆内的电池系统换热连接，以将所述热泵装置的部分热量传输至所述车辆的电池系统。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有如权利要求1-9中任一项所述的用于车辆的热管理系统。
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