CN112297766A - 汽车的热管理系统及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池冷却技术领域,具体涉及一种汽车的热管理系统。热管理系统包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器,与所述蒸发器并联的电池包,和换热器;所述蒸发器上游的冷媒和所述电池包下游的冷媒于所述换热器中进行热交换。通过换热器对电池包下游的冷媒进行冷量回收,回收的冷媒冷却蒸发器上游的冷媒,增加蒸发器上游的冷媒的过冷度,减轻蒸发器的制冷量,提高了能量的利用率,能够避免因冷媒分流导致乘员舱降温效果差的问题,保证乘员舱和电池包的降温需求,减小压缩机的负荷。本方案还能够提高流入压缩机的冷媒的过冷度,防止液态冷媒回流至压缩机,避免压缩机内发生液击现象。

Description

汽车的热管理系统及汽车
技术领域
本发明涉及电池冷却技术领域,具体涉及汽车的热管理系统及汽车。
背景技术
纯电动、燃料电池、增程等新能源车新搭载动力电池时,均需要考虑电池包的冷却效果,如果电池包的散热冷却效果较差,容易出现热失控,导致电池包起火甚至爆炸等严重事故。
对于电池包的冷却,现有技术中包括风冷、液冷和直冷共三种冷却方式,风冷利用空气对流进行换热,冷却效果较差。液冷需要利用空调的冷媒与冷却液进行热交换,在换热过程中会导致能量损失。直冷通过将空调的冷媒直接作用于电池包,能够避免冷媒与冷却液因热交换造成的能量损失,冷却效率高。
但是,当乘员舱和电池包同时需要冷却时,冷媒需要分流至电池包和乘员舱的蒸发器,作用于乘员舱的冷媒的流量减小,导致乘员舱的降温效果差;并且压缩机需要同时为乘员舱的蒸发器和电池包同时提供冷媒,压缩机的负荷较大。
因此,目前急需一种电池包直冷的热管理系统,能够同时满足电池包和乘员舱的冷却需求的同时,减轻压缩机的负荷。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种汽车的热管理系统,通过在电池包的下游设置换热器,对电池包下游的冷媒进行二次利用,通过提高能量的利用率,减轻压缩机的负荷。
本发明的方案如下:
汽车的热管理系统,包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器,
以及与所述蒸发器并联的电池包;
还包括换热器;所述蒸发器上游的冷媒和所述电池包下游的冷媒于所述换热器中进行热交换。
优选的,还包括设于所述换热器下游的冷媒回收支路;流经所述电池包的冷媒能够通过所述冷媒回收支路流入所述蒸发器。
优选的,所述蒸发器包括冷却乘员舱前部的第一蒸发器和冷却乘员舱后部的第二蒸发器;所述冷凝器通过换热器的第一换热通道连接至所述第二蒸发器;所述电池包通过所述换热器的第二换热通道可选择的连接至所述冷媒回收支路或所述压缩机。
优选的,所述第一蒸发器上游设有第一控制阀;所述蒸发器上游设有第二控制阀;所述电池包上游设有第三控制阀;所述第一控制阀和所述第二控制阀为截止阀;所述第三控制阀为膨胀阀。
优选的,所述蒸发器包括冷却乘员舱的第三蒸发器;所述冷凝器通过所述换热器的第一换热通道连接至所述第三蒸发器;所述电池包通过所述换热器的第二换热通道可选择的连接至所述冷媒回收支路或所述压缩机。
优选的,所述第三蒸发器上游设有第四控制阀;所述电池包上游设有第五控制阀;所述第四控制阀为截止阀;所述第五控制阀为膨胀阀。
优选的,所述换热器为套管式换热器,包括内套管和外套管;所述内套管形成所述第一换热通道;所述外套管与所述内套管之间的夹层形成所述第二换热通道。
优选的,所述换热套管内设有换热翅片,所述换热翅片设于在所述第二换热通道内。
优选的,所述换热翅片为针状翅片、矩形翅片、锯齿翅片或波纹翅片。
一种汽车,包括前述的热管理系统。
与现有技术相比,本方案的优点在于:通过换热器对电池包下游的冷媒进行第一次冷量回收,第一次回收的冷媒冷却蒸发器上游的冷媒,增加蒸发器上游的冷媒的过冷度,提高蒸发器的制冷量,保证乘员舱的冷却效果。通过冷媒回收支路对流经电池包和换热器的冷媒进行第二次冷量回收,第二次回收的冷媒通过蒸发器对乘员舱降温,提高了能量的利用率,能够保证乘员舱和电池包降温需求的同时,有效降低压缩机的负荷。并且,经过两次冷量回收后,气液混合的冷媒会转化为气态的冷媒,气态的冷媒回流到压缩机中,能够避免压缩机内发生液击现象,避免压缩机损坏。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图;
图2为实施例二的结构示意图;
图3为套管式换热器的结构示意图;
图4为针状翅片的结构示意图;
图5为矩形翅片的结构示意图;
图6为锯齿状翅片的结构示意图;
图7为波纹翅片的结构示意图。
图中,压缩机1、冷凝器2、第一控制阀3、第一蒸发器4、第二控制阀5、第二蒸发器6、第三控制阀7、电池包8、换热器9、第一换热通道91、第二换热通道92、换热翅片93、第一三通管10、第二三通管11、第三三通管12、第三蒸发器13、第四控制阀14、第五控制阀15、第四三通管16、第五三通管17、膨胀水箱18、水泵19、加热器20、暖风芯21、冷媒回收支路22。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明:
实施例一
如图1所示,一种汽车的热管理系统,包括前乘员舱冷却回路、后乘员舱冷却回路和电池包8冷却回路。前乘员舱冷却回路包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第一控制阀3、第一蒸发器4。后乘员舱冷却回路包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第二控制阀5、第二蒸发器6。电池包8冷却回路包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第三控制阀7、电池包8。其中,第一控制阀3和第二控制阀5均为截止阀,第三控制阀7为膨胀阀。
在本实施例中,电池包8包括电池模组和冷却系统。直冷的方式是通过将冷媒直接传递至冷却系统,为电池模组降温。由于直冷的方式为现有技术,本实例中不再赘述。
本实施例中还设有换热器9,换热器9的第一换热通道91的入口连接至冷凝器2,出口连接至第二控制阀5。换热器9的第二换热通道92的入口连接至电池包8,出口连接至压缩机1。
冷凝器2通过第一三通管10分别连接至第一控制阀3和第二三通管11。第二三通管11分别连接至换热器9的第一换热通道91和第三控制阀7,使本实施例中的第一蒸发器4、第二蒸发器6以及电池包8形成并联结构。在第二换热通道92的下游设置第三三通管12,第三三通管12通过冷媒回收支路22连接至第一蒸发器4,第三三通管12上设有电池阀使第二换热通道92可选择的连接至第一蒸发器4和压缩机1。
当乘员舱有降温需求时,第一控制阀3和第二控制阀5开启,第三控制阀7关闭。压缩机1输出高温高压冷媒至冷凝器2中,冷凝器2将高温高压冷媒转换为中温高压冷媒。中温高压冷媒在第一三通管10处分流,一部分经第一控制阀3后进入第一蒸发器4,为乘员舱前部降温;另一部分依次经第二三通管11、换热套管的第一换热通道91、第二控制阀5后进入第二蒸发器6,为乘员舱后部降温。
仅前乘员舱或后乘员舱有降温需求时,可选择仅开启第一控制阀3为前乘员舱降温,也可以选择仅开启第二控制阀5为后乘员舱降温。
在本实施例中,中温高压冷媒进入第一蒸发器4和第二蒸发器6前,均会由膨胀阀(图中为画出)节流降压形成低温低压冷媒,供第一蒸发器4和第二蒸发器6为乘员舱降温。
当电池包8有降温需求时,第一控制阀3和第二控制阀5关闭,第三控制阀7开启。
压缩机1输出高温高压冷媒至冷凝器2中,冷凝器2将高温高压冷媒转换为中温高压冷媒。中温高压冷媒在第二三通方管中分流,一部分经第二三通管11分流至换热器9的第一换热通道91中,另一部经过第二三通管11分流至第三控制阀7和电池包8。由于第三控制阀7为膨胀阀,中温高压冷媒经第三控制阀7节流降压后形成低温低压冷媒,低温低压冷媒直接为电池包8降温,保证电池包8的降温效果。与传统的液冷方式相比,采用直冷的方式减少了热量损失,提高了冷却效率。并且,供电池包8降温后的低温低压冷媒形成二次冷媒,二次冷媒呈气液混合状态,仍具有足够冷量。当二次冷媒流经第二换热通道92时,与第一换热通道91中的中温高压冷媒发生热交换,二次冷媒吸收热量,提高自身过热度,降低液态二次冷媒的含量,通过减少或避免液态的冷媒进入压缩机,防止发生液击现象,能够有效保证热管理系统稳定运行。
当乘员舱和电池包8同时有降温需求时,第一控制阀3、第二控制阀5和第三控制阀7同时开启。冷媒经压缩机1和冷凝器2后形成中温高压冷媒,中温高压冷媒在第一三通管10处进行第一次分流,第一次分流的冷媒的一部分流经第一控制阀3和第一蒸发器4,为乘员舱前部降温;另一部分流入第二三通管11进行第二次分流。第二次分流的冷媒一部分流经换热器9的第一换热通道91、第二控制阀5和第二蒸发器6,为乘员舱后部降温;另一部分流经第三控制阀7和电池包8,为电池包8降温。
由于第三控制阀7为膨胀阀,第三控制阀7将冷凝器2输出的中温高压冷媒转换成低温低压冷媒,低温低压冷媒对电池包8降温后形成二次冷媒。二次冷媒还具有足够的冷量,若直接使二次冷媒回流至压缩机1,会造成能量浪费。因此,在本实施例中,换热器9能够使第一通道中的中温高压冷媒与第二通道中的二次冷媒进行热交换,进行第一次冷量回收。第一次冷量回收过程中,二次冷媒能够提高中温高压冷媒的过冷度,增加第二蒸发器6的制冷量,提高能量的利用率,减轻压缩机1的负荷。
当二次冷媒流出第二换热通道92后,能够经过第三三通管12和冷媒回收支路22流入第一蒸发器4中,进行第二次冷量回收。低温低压的二次冷媒进入第一蒸发器4,为乘员舱的前部降温,充分利用二次冷媒的冷量,提高第一蒸发器4的制冷量,进一步提高冷媒的利用率,以及减小压缩机1的负荷,保证热管理系统能够同时满足乘员舱和电池包8的降温需求。并且,经过两次冷量回收的二次冷媒为气态,能够有效避免压缩机1内发生液击现象,保证压缩机1稳定运行。
在本实施中,第一蒸发器4和第二蒸发器6上游的冷媒,比现有技术中的蒸发器上游的冷媒的冷度更大,本实施例中选用较小尺寸的蒸发器即可满足降温需求,能够降低热管理系统的生产成本。
可选择的,若整个乘员舱的降温需求小,为同时满足整个乘员舱和电池包8的降温需求,关闭第一控制阀3,开启第二控制阀5和第三控制阀7。压缩机1为电池包8和第二蒸发器6供应冷媒,无需单独为第一蒸发器4提供冷媒,第一蒸发器4通过充分利用冷却电池包8后的二次冷媒,即可满足前乘员舱的降温需求,能够减轻压缩机1的负荷。
可选择的,若前乘员舱和电池包8的降温需求小,关闭第一控制阀3和第二控制阀5,开启第三控制阀7。压缩机1仅为电池包8供应冷媒,第一蒸发器4利用冷却电池包8后的二次冷媒为前乘员舱降温,能够同时满足前乘员舱和电池包8的降温需求。
如图3所示,在本实施例中,换热器9优选用套管式换热管,由于套管式换热器9的体积小,能够减小占用空间。套管式换热管的内套管的内侧形成第一换热通道91,内套管与外套管之间的夹层形成第二换热通道92。
为提高换热效果,在套管式换热管内设有换热翅片93,以增加第一换热通道91和第二换热通道92的接触面积。在本实施例中,换热翅片93形成在内套管和外套管之间,并且换热翅片93能够对第二换热通道92中的二次冷媒形成流阻,增加二次冷媒在第二通道中的停留时间,有助于充分回收二次冷媒的冷量,提高能量的利用率。
可选择的,如图4至7所示,换热翅片93可以为针状翅片、矩形翅片、锯齿状翅片或波纹翅片。
在本实施例中,热管理系统还包括暖风回路,暖风回路包括依次连接的膨胀水箱18、水泵19、加热器20和暖风芯21体。暖风回路与前乘员舱回路相互独立设置,互不产生干扰,保证热管理系统的稳定运行。
本实施例中,热管理系统包括第一蒸发器4和第二蒸发器6,两个蒸发器分别作用于前乘员舱和后乘员舱,能够保证整个乘员舱降温均衡,保证降温效果。
实施例二
部分车型因乘员舱的空间小或者配置较低等原因,乘员舱中仅配置有一个蒸发器。
如图2所示,在本实施例中,汽车的热管理系统包括乘员舱冷却回路和电池包8直冷回路。乘员舱冷却回路包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第四控制阀14和第三蒸发器13。电池包8直冷回路包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第五控制阀15、电池包8。
其中,第四控制阀14为截止阀,第五控制阀15为膨胀阀。在本实施例中,还包括换热器9,换热器9的第一换热通道91的入口连接至冷凝器2,第一换热通道91的出口连接至第四控制阀14。换热器9的第二换热通道92的入口连接至电池包8,第二换热通道92的出口连接至压缩机1。
冷凝器2通过第四三通管16分别连接至换热器9的第一换热通道91和第五控制阀15,使本实施例中的第三蒸发器13和电池包8形成并联结构。在第二换热通道92的下游设置第五三通管17,第五三通管17通过冷媒回收支路22连接至第三蒸发器13,第五三通管17上设有电池阀使第二换热通道92可选择的连接至第三蒸发器13和压缩机1。
当乘员舱有降温需求时,第四控制阀14开启,第五控制阀15关闭。压缩机1输出高温高压冷媒至冷凝器2中,冷凝器2将高温高压冷媒转换为中温高压冷媒。中温高压冷媒经第四控制阀14后进入第三蒸发器13,为乘员舱降温。
当电池包8有降温需求时,第四控制阀14关闭,第五控制阀15开启。冷凝器2输出的中温高压冷媒在第四三通管16处分流,一部分冷媒流入换热管的第一换热通道91中,另一部分冷媒流经第五控制阀15和电池包8,为电池包8降温。流经电池包8后的低温低压冷媒为二次冷媒,二次冷媒流经第二换热通道92后回流至压缩机1。二次冷媒流经第二换热通道92时,与第一换热通道91中的中温高压冷媒发生热交换,二次冷媒吸收热量,提高自身过热度,有助于压缩机1稳定运行。
当乘员舱和电池包8同时有降温需求时,同时开启第四控制阀14和第五控制阀15。冷凝器2输出的中温高压冷媒在第四三通管16处分流,一部分冷媒流经换热管的第一换热通道91和第四控制阀14流入第三蒸发器13中,为乘员舱降温;另一部分冷媒流经第五控制阀15和电池包8,对电池包8降温。对电池包8降温后的二次冷媒还具有足够的冷量,为避免冷量的浪费,二次冷媒在换热器9中与中温高压冷媒发生热交换,进行第一次冷量回收。二次冷媒能够提高中温高压冷媒的过冷度,增加制冷量,并减轻第二蒸发器6的负荷。当二次冷媒流出第二换热通道92后,能够经过第五三通管17和冷媒回收支路22流入第三蒸发器13中,进行第二次冷量回收,为乘员舱降温。
本实施例能够对二次冷媒进行两次能量回收,提高了冷媒的利用率,从而减轻压缩机的负荷,保证热管理系统能够同时满足乘员舱和电池包8的降温需求。
可选择的,若乘员舱和电池包8的降温需求小,开启第五控制阀15,关闭第四控制阀14。压缩机1仅为电池包8供应冷媒,第三蒸发器13利用冷却电池包8后的二次冷媒为前乘员舱降温,能够同时满足前乘员舱和电池包8的降温需求。
本实施例中的换热器9优选用实施例一中的套管式换热器9,换热器9中设有实施例一中记载的换热翅片93。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述,因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改,故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下,本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种汽车的热管理系统,包括依次连接的压缩机、冷凝器和蒸发器,
以及与所述蒸发器并联的电池包,
其特征在于,
还包括换热器;所述蒸发器上游的冷媒和所述电池包下游的冷媒于所述换热器中进行热交换。
2.根据权利要求1所述的汽车的热管理系统,其特征在于:还包括设于所述换热器下游的冷媒回收支路;流经所述电池包的冷媒能够通过所述冷媒回收支路流入所述蒸发器。
3.根据权利要求2所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述蒸发器包括冷却乘员舱前部的第一蒸发器和冷却乘员舱后部的第二蒸发器;所述冷凝器通过换热器的第一换热通道连接至所述第二蒸发器;所述电池包通过所述换热器的第二换热通道可选择的连接至所述冷媒回收支路或所述压缩机。
4.根据权利要求3所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述第一蒸发器上游设有第一控制阀;所述蒸发器上游设有第二控制阀;所述电池包上游设有第三控制阀;所述第一控制阀和所述第二控制阀为截止阀;所述第三控制阀为膨胀阀。
5.根据权利要求2所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述蒸发器包括冷却乘员舱的第三蒸发器;所述冷凝器通过所述换热器的第一换热通道连接至所述第三蒸发器;所述电池包通过所述换热器的第二换热通道可选择的连接至所述冷媒回收支路或所述压缩机。
6.根据权利要求5所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述第三蒸发器上游设有第四控制阀;所述电池包上游设有第五控制阀;所述第四控制阀为截止阀;所述第五控制阀为膨胀阀。
7.根据权利要求1-6任一项所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述换热器为套管式换热器,包括内套管和外套管;所述内套管形成所述第一换热通道;所述外套管与所述内套管之间的夹层形成所述第二换热通道。
8.根据权利要求7所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述换热套管内设有换热翅片;所述换热翅片设于在所述第二换热通道内。
9.根据权利要求8所述的汽车的热管理系统,其特征在于:所述换热翅片为针状翅片、矩形翅片、锯齿翅片或波纹翅片。
10.一种汽车,其特征在于:包括权利要求1-9任一项所述的汽车的热管理系统。
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