CN112319181A - 一种新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法，包括用于提供热源的暖芯加热系统，用于输送制冷剂进行换热的制冷剂循环系统，用于提供冷源的蒸发冷却系统以及用于进行换热的循环换热系统，所述循环换热系统设置第一换热器，并通过第一换热器与蒸发冷却系统、暖芯加热系统进行换热；本发明通过控制各系统内部以及系统间的阀门开闭实现制冷工况下对电池、电控设备和乘客舱的降温，制热工况下对乘客舱的加热以及对电池、电控设备的预热、保温和余热回收，将自动驾驶、无线充电模块纳入热管理系统，余热利用率高，节能效果好，降低成本，电动热泵型压缩机的热泵模式，工作温度要求低，满足低温工况使用需求。

Description

一种新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及车辆热管理技术领域，具体涉及一种新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法。

背景技术

如今，随着电动汽车的逐渐普及，其所面临的问题也开始慢慢凸显，新能源汽车相较于传统汽车没有发动机热源，采暖依靠电加热，能耗较高，同时电池在低温工况放电效率低，在夏季电池温度过高容易自燃，同时也会引起充放电效率问题。

目前，电动汽车的采暖和电池加热主要采用电加热的方案。电加热效率低，电动汽车续航里程缩减较大，同时，电机电控等散发的废热得不到充分利用，浪费较大。如何更加经济有效地满足整车热管理需求，节约电池耗电量，提高整车续航里程，是目前电动汽车热管理的研究重点。

发明内容

技术目的：针对现有新能源汽车能耗大、续航里程短以及余热利用方面存在的不足，本发明公开了一种能够充分利用车内电器元件的余热，降低能耗的新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新能源汽车整车集成式热管理系统，包括用于提供热源的暖芯加热系统，用于输送制冷剂进行换热的制冷剂循环系统和用于提供冷源的蒸发冷却系统和用于与暖芯加热系统、蒸发冷却系统进行热量交换的循环换热系统；

所述循环换热系统包括用于车内电池、自动驾驶模块热管理的电池循环管路和用于车内动力系统、无线充电模块热管理电控设备循环管路，电池循环管路和电控设备循环管路之间通过四通水阀连接，电池循环管路和电控设备循环管路上分别设置用于驱动管路中的水进行流动的循环电子水泵，电池循环管路上设有用于换热的第一换热器；

所述暖芯加热系统、蒸发冷却系统均包括主管路和分支管路，暖芯加热系统、蒸发冷却系统的分支管路均穿过第一换热器后回到各自的主管路，暖芯加热系统的分支管路、蒸发冷却系统的分支管路分别在第一换热器内与电池循环管路并联。

优选地，所述四通水阀包括四个管路接头，电池循环管路和电控设备循环管路分别与四通水阀的四个管路接头连接，电池循环管路包括在管路上沿水流方向顺序连接的第二循环电子水泵、第一换热器和第二三通水阀，以第二电子水泵与四通水阀连接的管路接头为第一管路接头，沿四通水阀的顺时针方向，管路接头依次为第一管路接头、第二管路接头、第三管路接头和第四管路接头，第一换热器通过管路与第二管路接头连接，电池管路一端与第二三通水阀的空置接头连接，另一端连接在第二三通水阀与四通水阀之间的管路上，自动驾驶模块管路一端连接在第一换热器与第二三通水阀之间的管路上，另一端与四通水阀的第二管路接头连接，自动驾驶模块管路上设置用于控制管路是否接通的截止阀；

所述电控设备循环管路的两端分别连接在四通水阀第三、第四管路接头上，电控设备循环管路连接新能源汽车的无线充电模块和动力系统，包括沿水流动方向设置的第一电子循环水泵和第一三通水阀，无线充电模块和动力系统位于第一电子循环水泵和第一三通水阀之间。

优选地，所述制冷剂循环系统包括通过管路顺序连接组成闭合回路的电动热泵型压缩机、冷凝器、制冷剂四通阀以及气液分离器，制冷剂四通阀包括四个管路接头，以其与气液分离器连通的接头为第一接头，沿制冷剂四通阀顺时针方向接头依次为第二接头、第三接头、第四接头，制冷剂四通阀的第四接头与气液分离器连接，第三接头与冷凝器连接，制冷剂四通阀的第二、第四接头上连接有第一换热管路，第一换热管路上设置串联的单向阀、室外换热器和气液换热器，单向阀的两端并联有第四电子膨胀阀，蒸发冷却系统的管路一端与第一换热管路连接，另一端与气液分离器连接，蒸发冷却系统与第一换热管路连接部位位于制冷剂四通阀和单向阀之间。

优选地，所述蒸发冷却系统主管路上包括沿制冷剂流动方向顺序连接的第三电子膨胀阀和蒸发器，蒸发冷却系统分支管路并联在第三电子膨胀阀、蒸发器的两端，该分支管路穿过第一换热器，在进入第一换热器的前端设置第二电子膨胀阀，第二电子膨胀阀与第一换热器沿制冷剂流动方向顺序串联。

优选地，所述循环换热管路设置用于和第一换热管路进行换热的第二换热管路，所述第二换热管路与电控设备循环管路并联，第二换热管路一端与第一三通水阀连接，另一端连接在第一三通水阀和四通水阀之间的管路上，所述第二换热管路包括用于将空气预加热然后传递给室外换热器的低温散热器，第二换热管路穿过气液换热器，在气液换热器内第二换热管路与第一换热管路并联，低温散热器与室外换热器的位置对应。

优选地，所述暖芯加热系统包括通过管路顺序连接的加热电子水泵、PTC加热器、暖芯和第三三通水阀，暖芯加热系统的管路穿过冷凝器，冷凝器位于加热电子水泵和PTC加热器之间，暖芯加热系统的分支管路一端与第三三通水阀连接，另一端穿过第一换热器后回到暖芯加热系统的主管路。

优选地，所述循环换热系统、暖芯加热系统的管路上均设置用于管路溢水和补水的膨胀水箱，循环换热系统上设置第二膨胀水箱，第二膨胀水箱）过管路与电池循环管路、电控设备循环管路连通，暖芯加热系统设置第一膨胀水箱，第一膨胀水箱通过管路与暖芯加热系统的主管路连通，连接位置位于加热电子水泵的进水端。

上述所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统的工作方法，所述新能源汽车整车集成式热管理系统包括制冷工况和制热工况，通过控制空调系统温度风门的开闭，控制空气是否流经暖芯，在制冷工况下，实现乘客舱制冷和车内电池、电控设备的冷却，具有乘客舱制冷模式、电池冷却模式以及两者同时进行制冷模式，在制热工况下实现乘客舱的制热、电池和电控设备的热管路，具有乘客舱热泵制热模式，乘客舱余热回收制热模式，电池预热模式，电池保温模式，乘客舱热泵制热模式与电池预热模式组合，乘客舱余热回收制热和电池保温模式组合，乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行以及除霜、除雾模式；

在乘客舱制冷模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀开启，第二电子膨胀阀关闭，第四电子膨胀阀关闭，通过控制制冷剂四通阀、气液分离器将制冷剂循环系统和蒸发冷却系统接通，制冷剂在两个系统内由电动热泵型压缩机进行制冷剂输送，制冷剂依次流经冷凝器、制冷剂四通阀、气液换热器、室外换热器、单向阀、第三电子膨胀阀、蒸发器、气液分离器，最后回到电动热泵型压缩机，此时空调系统温度风门关闭，空气通过蒸发器后，进入乘客舱内部进行冷却；

在电池冷却模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀开启，制冷剂依次流经冷凝器、制冷剂四通阀、气液换热器、室外换热器、单向阀、第二电子膨胀阀、气液分离器，最后回到电动热泵型压缩机，在此同时，四通水阀将电池循环管路与电控设备循环管路分离，冷却水仅在电池循环管路内流动，第二电子循环电子水泵驱动冷却水在电池循环管路内流动，操控第二三通水阀使冷却水流经电池管路，截止阀关闭，冷却水在电池循环管路内依次流经第二电子循环水泵、第一换热器、第二三通水阀、四通水阀，最后回到第二电子循环水泵，按此顺序依次流动，并在第一换热器内与制冷剂之间进行换热；打开截止阀和四通水阀，使冷却水流经自动驾驶模块、无线充电模块和动力系统，对三者进行冷却，空调系统温度保持风门关闭；

在乘客舱制冷与电池冷却两个模式同时进行时，电池循环管路运行状态保持不变，第三电子膨胀阀和第二电子膨胀阀同时开启，空调系统温度保持风门关闭；

在乘客舱热泵制热模式下，控制制冷剂四通阀、气液分离器将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统断开，第四电子膨胀阀开启，单向阀由于制冷剂流向与制冷工况下相反，保持关闭，制冷剂在制冷剂循环系统内依次流经电动热泵型压缩机、冷凝器、制冷剂四通阀、第四电子膨胀阀、室外换热器、气液换热器，再次流经制冷剂四通阀，然后通过气液分离器回到电动热泵型压缩机，暖芯加热系统同步启动，第三三通水阀将暖芯加热系统的分支管路关闭，暖芯加热系统内的水依次流经加热电子水泵、冷凝器、PTC加热器、暖芯、第三三通阀，最后回到加热电子水泵，水流在冷凝器内与制冷剂进行换热，吸收制冷剂内的热量，空调系统温度风门开启，空气被暖芯加热后流入乘客舱；

在余热回收制热模式下，制冷剂四通阀、气液分离器将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第三电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机、冷凝器、制冷剂四通阀、第二电子膨胀阀、第一换热器和气液分离器，最后回到电动热泵型压缩机；同时循环换热系统启动，四通水阀将电池循环管路、电控设备循环管路接通，截止阀开启，第一三通水阀（将第二换热管路断开，冷却水在循环换热系统依次流经第二循环电子水泵、第一换热器、第二三通水阀、四通水阀、第一循环电子水泵、无线充电模块、动力系统、第一三通水阀，最后通过四通水阀回流至第二循环电子水泵，在此过程中，冷却水流经截止阀、自动驾驶模块，通过控制电子膨胀阀的开度，控制对电池的余热吸收量，使电池温度维持在最佳工况温度范围，实现电池保温，空调系统温度风门保持开启，空气被暖芯加热后流入乘客舱；

在寒冷环境下，需要对电池进行预热，在电池预热模式下，电池循环管路保持电池冷却模式下的运行方式，暖芯加热系统的第三三通水阀接通暖芯加热系统的分支管路，暖芯加热系统的水在流经第三三通水阀时，经过分支管路流经第一换热器后，再回到暖芯加热系统的主管路；电池循环管路内的冷却水和暖芯加热系统的热水在第一换热器内进行换热，冷却水吸收热量后对电池进行预热，空调系统温度风门关闭；

电池温度在运行中需要保持在温度区间内，在电池保温模式下，循环换热系统保持余热回收模式下的运行方式，依据电池温度变化情况，控制冷却水的流速；

乘客舱制热模式和电池预热模式组合，电池循环管路和暖芯加热系统保持电池预热模式下运行方式不变，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统保持乘客舱热泵制热模式下的运行方式，通过控制第三三通阀的开度调整对电池的加热热量，空调系统温度风门开启，空气被暖芯加热后流入乘客舱；

乘客舱余热回收模式和电池保温模式组合，制冷剂循环系统、蒸发制热系统和循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式不变，暖芯加热系统保持在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，空调系统温度风门开启，空气被暖芯加热后流入乘客舱；

在乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行情况下，暖芯加热系统在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式，第四电子膨胀阀部分开启，第三电子膨胀阀关闭，第二电子膨胀阀开启，制冷剂从电动热泵型压缩机流经冷凝器，在制冷剂四通阀处部分制冷剂依次流经第四电子膨胀阀、室外换热器、气液换热器，再次流经制冷剂四通阀，然后通过气液分离器回到电动热泵型压缩机，部分制冷剂直接通过第二电子膨胀阀，流经第一换热器后，通过气液分离器回到电动热泵型压缩机，空调系统温度风门保持开启，空气被暖芯加热后流入乘客舱；

在除霜、除雾模式下，制冷剂四通阀、气液分离器将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第二电子膨胀阀关闭，第三电子膨胀阀开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机、冷凝器、制冷剂四通阀、第三电子膨胀阀、蒸发器、气液分离器，最后回到电动热泵型压缩机；暖芯加热系统保持乘客舱热泵制热模式下运行方式，空调系统温度风门保持半开状态，一半空气被暖芯加热，一半空气被蒸发器冷却，在空调系统出风口混合后流出，进行除湿或者除雾。

有益效果：本发明所提供的一种新能源汽车整车集成式热管理系统及其工作方法具有如下有益效果：

1、本发明的制冷剂循环系统设置电动热泵型压缩机，电动热泵型压缩机在制热工况下补气增焓，工作温度要求低，可以满足更多地区冬季工况的使用要求，更加节能。

2、本发明的暖芯加热系统设置一分支管路用于与电池循环管路在第一换热器内进行换热，在低温环境下对电池进行加热，无需单独设计PTC给电池加热，节省成本。

3、本发明的循环换热管路包括电池循环管路和电控设备循环管路，将汽车的自动驾驶模块、无线充电模块和动力系统纳入余热回收，具有更高的集成化效果，提升能量利用率，节省能源损耗，间接提升汽车的续航里程。

4、本发明制冷剂循环系统的第一换热管路与循环换热系统的第二换热管路在气液换热器进行换热，在制热工况下，低温散热器将空气加热后供给到室外换热器进行换热，充分利用车内余热，提高采暖效率。

5、本发明在乘客舱制热工况下制冷剂可以同时通过室外换热器和第一换热器，可以充分适应各种温度工况的加热要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。

图1为本发明热管理系统的示意图；

图2为本发明制冷工况下乘客舱制冷模式运行示意图；

图3为本发明制冷工况下电池冷却模式运行示意图；

图4为本发明制冷工况下乘客舱制冷模式、电池冷却模式同时运行示意图；

图5为本发明制热工况下乘客舱热泵制热模式运行示意图；

图6为本发明制热工况下乘客舱余热回收制热模式运行示意图；

图7为本发明制热工况下电池预热模式运行示意图；

图8为本发明制热工况下电池保温模式运行示意图；

图9为本发明制热工况下乘客舱热泵制热模式、电池预热模式组合运行示意图；

图10为本发明制热工况下乘客舱余热回收制热、电池保温模式组合运行示意图；

图11为本发明制热工况下乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式组合运行示意图；

图12为本发明除霜、除雾模式运行示意图；

其中，1-气液换热器、2-低温散热器、3-室外换热器、4-电动热泵型压缩机、5-电子风扇、6-第一电子膨胀阀、7-冷凝器、8-制冷剂四通阀、9-气液分离器、10-单向阀、11-加热电子水泵、12-第一膨胀水箱、13-第一三通水阀、14-第一循环电子水泵、15-四通水阀、16-第二循环电子水泵、17-第二膨胀水箱、18-第二三通水阀、19-截止阀、20-第二电子膨胀阀、21-第一换热器、22-第三电子膨胀阀、23-第三三通水阀、24-蒸发器、25-暖芯、26-PTC加热器、27-第四电子膨胀阀。

具体实施方式

下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示为本发明所提供的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，包括用于提供热源的暖芯加热系统，用于输送制冷剂进行换热的制冷剂循环系统和用于提供冷源的蒸发冷却系统和用于与暖芯加热系统、蒸发冷却系统进行热量交换的循环换热系统。

所述循环换热系统包括用于车内电池、自动驾驶模块热管理的电池循环管路和用于车内动力系统、无线充电模块热管理电控设备循环管路，电池循环管路和电控设备循环管路之间通过四通水阀15连接，电池循环管路和电控设备循环管路上分别设置用于驱动管路中的水进行流动的循环电子水泵，电池循环管路上设有用于换热的第一换热器21。

所述暖芯加热系统、蒸发冷却系统均包括主管路和分支管路，暖芯加热系统、蒸发冷却系统的分支管路均穿过第一换热器21后回到各自的主管路，暖芯加热系统的分支管路、蒸发冷却系统的分支管路分别在第一换热器21内与电池循环管路并联。

所述四通水阀15包括四个管路接头，电池循环管路和电控设备循环管路分别与四通水阀15的四个管路接头连接，电池循环管路包括在管路上顺序连接的第二循环电子水泵16、第一换热器21和第二三通水阀18，电池管路和自动驾驶模块管路并联在第一换热器21与四通水阀15之间，以第二电子水泵16与四通水阀15连接的管路接头为第一管路接头，沿四通水阀15的顺时针方向，管路接头依次为第一管路接头、第二管路接头、第三管路接头和第四管路接头，第一换热器21通过管路与第二管路接头连接，电池管路一端连接第二三通水阀18，另一端连接四通水阀15第二管路接头，自动驾驶模块管路上设置用于控制管路是否接通的截止阀19；

所述电控设备循环管路的两端分别连接在四通水阀15第三、第四管路接头上，管路连接新能源汽车的无线充电模块和动力系统，包括沿水流动方向设置的第一电子循环水泵14和第一三通水阀13，无线充电模块和动力系统位于第一电子循环水泵14和第一三通水阀13之间。

所述制冷剂循环系统包括通过管路顺序连接组成闭合回路的电动热泵型压缩机4、冷凝器7、制冷剂四通阀8以及气液分离器9，制冷剂四通阀8包括四个管路接头，以其与气液分离器9连通的接头为第一接头，沿制冷剂四通阀8顺时针方向接头依次为第二接头、第三接头、第四接头，第三接头与冷凝器7连接，制冷剂四通阀8的第二、第四接头上连接有第一换热管路，第一换热管路上设置依次串联的单向阀10、室外换热器3和气液换热器1，单向阀10 的两端并联有第四电子膨胀阀27，蒸发冷却系统的管路一端与第一换热管路连接，另一端与气液分离器9连接，蒸发冷却系统与第一换热管路连接部位位于制冷剂四通阀8和单向阀10之间。

所述蒸发冷却系统主管路上包括沿制冷剂流动方向顺序连接的第三电子膨胀阀22和蒸发器24，蒸发冷却系统分支管路并联在第三电子膨胀阀22、蒸发器24的两端，该分支管路穿过第一换热器21，在进入第一换热器21的前端设置第二电子膨胀阀20，第二电子膨胀阀20与第一换热器21沿制冷剂流动方向顺序串联；所述循环换热系统设置用于和第一换热管路进行换热的第二换热管路，所述第二换热管路与电控设备循环管路并联，第二换热管路一端与第一三通水阀13连接，另一端连接在第一三通水阀13和四通水阀15之间的管路上，所述第二换热管路包括用于将空气预加热然后传递给室外换热器的低温散热器2，第二换热管路穿过气液换热器1，在气液换热器1内第二换热管路与第一换热管路并联，低温散热器2与室外换热器3的位置对应。

所述暖芯加热系统包括通过管路顺序连接的加热电子水泵11、PTC加热器26、暖芯25和第三三通水阀23，暖芯加热系统的管路穿过冷凝器7，冷凝器7位于加热电子水泵11和PTC加热器26之间，暖芯加热系统的分支管路一端与第三三通水阀23连接，另一端穿过第一换热器21后回到暖芯加热系统的主管路。

所述循环换热系统、暖芯加热系统的管路上均设置用于管路溢水和补水的膨胀水箱，循环换热系统上设置第二膨胀水箱17，第二膨胀水箱17通过管路与电池循环管路、电控设备循环管路连通，暖芯加热系统设置第一膨胀水箱12，第一膨胀水箱12通过管路与暖芯加热系统的主管路连通，连接位置位于加热电子水泵11的进水端。

上述一种新能源汽车整车集成式热管理系统的工作方法包括制冷工况和制热工况，通过控制空调系统的温度风门控制空气流经蒸发器24或者暖芯25来对乘客舱进行加热或者制冷，当温度风门关闭状态时，空气仅流经蒸发器24所在风道，当温度风门全部开启时，空气仅流经暖芯25所在的风道，在制冷工况下，实现乘客舱制冷和车内电池、电控设备的冷却，具有乘客舱制冷模式、电池冷却模式以及两者同时进行制冷模式，在制热工况下实现乘客舱的制热、电池和电控设备的热管路，具有乘客舱热泵制热模式，乘客舱余热回收制热模式，电池预热模式，电池保温模式，乘客舱热泵制热模式与电池预热模式组合，乘客舱余热回收制热和电池保温模式组合，乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行以及除霜、除雾模式。

如图2所示，在乘客舱制冷模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀22开启，第二电子膨胀阀20关闭，控制制冷剂四通阀8、气液分离器9将制冷剂循环系统和蒸发冷却系统接通，制冷剂在两个系统内由电动热泵型压缩机4进行制冷剂输送，制冷剂依次流经冷凝器7、制冷剂四通阀8、气液换热器1、室外换热器3、单向阀10、第三电子膨胀阀22、蒸发器24、气液分离器9，最后回到电动热泵型压缩机4，空调系统温度风门关闭，空气经蒸发器24冷却后进入乘客舱。

如图3所示，实线箭头表示制冷剂流向，虚线箭头表示冷却水流向，在电池冷却模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀22关闭，第二电子膨胀阀20开启，制冷剂依次流经冷凝器7、制冷剂四通阀8、气液换热器1、室外换热器3、单向阀10、第二电子膨胀阀20、气液分离器9，最后回到电动热泵型压缩机4，在此同时，四通水阀15将电池循环管路与电控设备循环管路分离，冷却水仅在电池循环管路内流动，第二电子循环电子水泵16驱动冷却水在电池循环管路内流动，操控第二三通水阀18使冷却水流经电池管路，截止阀19关闭，冷却水在电池循环管路内依次流经第二电子循环水泵16、第一换热器21、第二三通水阀18、四通水阀15，最后回到第二电子循环水泵16，按此顺序依次流动，并在第一换热器21内与制冷剂之间进行换热；打开截止阀19和四通水阀15，四通水阀15将电池循环管路和电控设备循环管路接通，使冷却水流经自动驾驶模块、无线充电模块和动力系统，对三者进行冷却，空调系统温度风门关闭，空气经蒸发器24冷却后进入乘客舱。

如图4所示，在乘客舱制冷与电池冷却两个模式同时进行时，电池循环管路运行状态保持不变，第三电子膨胀阀22和第二电子膨胀阀20同时开启，制冷剂既流经第三电子膨胀阀22、蒸发器24，也流经第二电子膨胀阀20、第一换热器21，并在蒸发冷却系统的主管汇合后通过气液分离器9，最后回到电动热泵型压缩机4，空调系统温度风门关闭，空气经蒸发器24冷却后进入乘客舱。

如图5所示，在乘客舱热泵制热模式下，制冷剂四通阀8、气液分离器9将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统断开，第四电子膨胀阀27开启，单向阀10由于制冷剂的流向与制冷工况下相反，在制热工况下，单向阀10始终保持闭合状态，制冷剂在制冷剂循环系统内依次流经电动热泵型压缩机4、冷凝器7、制冷剂四通阀8、第四电子膨胀阀27、室外换热器3、气液换热器1，再次流经制冷剂四通阀8，然后通过气液分离器9回到电动热泵型压缩机4，暖芯加热系统同步启动，第三三通水阀23将暖芯加热系统的分支管路关闭，暖芯加热系统内的水依次流经加热电子水泵11、冷凝器7、PTC加热器26、暖芯25、第三三通阀23，最后回到加热电子水泵11，水流在冷凝器7内与制冷剂进行换热，吸收制冷剂内的热量，空调系统温度风门开启，空气经暖芯25加热后进入乘客舱。

如图6所示，在余热回收制热模式下，制冷剂四通阀8、气液分离器9将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第三电子膨胀阀22关闭，第二电子膨胀阀20开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机4、冷凝器7、制冷剂四通阀8、第二电子膨胀阀20、第一换热器21和气液分离器9，最后回到电动热泵型压缩机4；此时循环换热系统启动，四通水阀15将电池循环管路、电控设备循环管路接通，截止阀19开启，第一三通水阀13将第二换热管路断开，冷却水在循环换热系统依次流经第二循环电子水泵16、第一换热器21、第二三通水阀18、四通水阀15、第一循环电子水泵14、无线充电模块、动力系统、第一三通水阀13，最后通过四通水阀15回流至第二循环电子水泵，在此过程中，冷却水流经截止阀19、自动驾驶模块，通过控制电子膨胀阀20的开度，控制对电池的余热吸收量，使电池温度维持在最佳工况温度范围，实现电池保温，空调系统温度风门开启，空气经暖芯25加热后进入乘客舱。

如图7所示，在寒冷环境下，需要对电池进行预热，在电池预热模式下，电池循环管路保持电池冷却模式下的运行方式，暖芯加热系统的第三三通水阀23接通暖芯加热系统的分支管路，暖芯加热系统的水在流经第三三通水阀23时，经过分支管路流经第一换热器21后，再回到暖芯加热系统的主管路；电池循环管路内的冷却水和暖芯加热系统的热水在第一换热器21内进行换热，冷却水吸收热量后对电池进行预热，空调系统温度风门关闭，空气经暖芯25加热后进入乘客舱。

如图8所示，电池温度在运行中需要保持在温度区间内，在电池保温模式下，循环换热系统保持余热回收模式下的运行方式，依据电池温度变化情况，控制冷却水的流速和第三三通水阀23的开度。

如图9所示，乘客舱制热模式和电池预热模式组合，电池循环管路和暖芯加热系统保持电池预热模式下运行方式不变，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统保持乘客舱热泵制热模式下的运行方式，通过控制第三三通阀23的开度调整对电池的加热热量，空调系统温度风门开启。

如图10所示，乘客舱余热回收模式和电池保温模式组合，制冷剂循环系统、蒸发制热系统和循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式不变，暖芯加热系统保持在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，空调系统温度风门开启。

如图11所示，在乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行情况下，暖芯加热系统在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式，第四电子膨胀阀27部分开启，第三电子膨胀阀22关闭，第二电子膨胀阀20开启，制冷剂从电动热泵型压缩机4流经冷凝器7，在制冷剂四通阀8处部分制冷剂依次流经第四电子膨胀阀27、室外换热器3、气液换热器1，再次流经制冷剂四通阀8，然后通过气液分离器9回到电动热泵型压缩机4，另一部分制冷剂直接通过第二电子膨胀阀20，流经第一换热器21后，通过气液分离器9回到电动热泵型压缩机4空调系统温度风门开启，在该制热模式下，通过控制第一三通水阀13接通第二换热管路，冷却水流经气液换热器1、低温散热器2后回到电控设备管路，低温散热器2将空气加热后供给室外散热器3，降低能量损耗，并在室外换热器3前对应设置电子风扇5，用于加速室外换热器3的换热。

如图12所示，在除霜、除雾模式下，制冷剂四通阀8、气液分离器9将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第二电子膨胀阀20断开，第三电子膨胀阀22开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机4、冷凝器7、制冷剂四通阀8、第三电子膨胀阀22、蒸发器24、气液分离器9，最后回到电动热泵型压缩机4；暖芯加热系统保持乘客舱热泵制热模式下运行方式，空调风门保持半开状态。

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 (8)

1.一种新能源汽车整车集成式热管理系统，配合汽车空调系统运行，其特征在于：包括用于提供热源的暖芯加热系统，用于输送制冷剂进行换热的制冷剂循环系统和用于提供冷源的蒸发冷却系统和用于与暖芯加热系统、蒸发冷却系统进行热量交换的循环换热系统；

所述循环换热系统包括用于车内电池、自动驾驶模块热管理的电池循环管路和用于车内动力系统、无线充电模块热管理电控设备循环管路，电池循环管路和电控设备循环管路之间通过四通水阀（15）连接，电池循环管路和电控设备循环管路上分别设置用于驱动管路中的水进行流动的循环电子水泵，电池循环管路上设有用于换热的第一换热器（21）；

所述暖芯加热系统、蒸发冷却系统均包括主管路和分支管路，暖芯加热系统、蒸发冷却系统的分支管路均在穿过第一换热器（21）后回到各自的主管路，暖芯加热系统的分支管路、蒸发冷却系统的分支管路分别在第一换热器（21）内与电池循环管路并联。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述四通水阀（15）包括四个管路接头，电池循环管路和电控设备循环管路分别与四通水阀（15）的四个管路接头连接，电池循环管路包括在管路上沿水流方向顺序连接的第二循环电子水泵（16）、第一换热器（21）和第二三通水阀（18），以第二电子水泵（16）与四通水阀（15）连接的管路接头为第一管路接头，沿四通水阀（15）的顺时针方向，管路接头依次为第一管路接头、第二管路接头、第三管路接头和第四管路接头，第一换热器（21）通过管路与第二管路接头连接，电池管路一端与第二三通水阀（18）的空置接头连接，另一端连接在第二三通水阀（18）与四通水阀（15）之间的管路上，自动驾驶模块管路一端连接在第一换热器（21）与第二三通水阀（18）之间的管路上，另一端与四通水阀（15）的第二管路接头连接，自动驾驶模块管路上设置用于控制管路是否接通的截止阀（19）；

所述电控设备循环管路的两端分别连接在四通水阀（15）第三、第四管路接头上，电控设备循环管路连接新能源汽车的无线充电模块和动力系统，包括沿水流动方向设置的第一电子循环水泵（14）和第一三通水阀（13），无线充电模块和动力系统位于第一电子循环水泵（14）和第一三通水阀（13）之间。

3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述制冷剂循环系统包括通过管路顺序连接组成闭合回路的电动热泵型压缩机（4）、冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）以及气液分离器（9），制冷剂四通阀（8）包括四个管路接头，以其与气液分离器（9）连通的接头为第一接头，沿制冷剂四通阀（8）顺时针方向接头依次为第二接头、第三接头、第四接头，制冷剂四通阀（8）的第四接头与气液分离器（9）连接，第三接头与冷凝器（7）连接，制冷剂四通阀（8）的第二、第四接头上连接有第一换热管路，第一换热管路上设置串联的单向阀（10）、室外换热器（3）和气液换热器（1），单向阀（10）的两端并联有第四电子膨胀阀（27），蒸发冷却系统的管路一端与第一换热管路连接，另一端与气液分离器（9）连接，蒸发冷却系统与第一换热管路连接部位位于制冷剂四通阀（8）和单向阀（10）之间。

4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述蒸发冷却系统主管路上包括沿制冷剂流动方向顺序连接的第三电子膨胀阀（22）和蒸发器（24），蒸发冷却系统的分支管路并联在第三电子膨胀阀（22）、蒸发器（24）的两端，该分支管路穿过第一换热器（21）后回到主管路，在进入第一换热器（21）的前端设置第二电子膨胀阀（20），第二电子膨胀阀（20）与第一换热器（21）沿制冷剂流动方向顺序串联。

5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述循环换热管路设置用于和第一换热管路进行换热的第二换热管路，所述第二换热管路与电控设备循环管路并联，第二换热管路一端与第一三通水阀（13）连接，另一端连接在第一三通水阀（13）和四通水阀（15）之间的管路上，所述第二换热管路包括用于将空气预加热然后传递给室外换热器的低温散热器（2），第二换热管路穿过气液换热器（1），在气液换热器（1）内第二换热管路与第一换热管路并联，低温散热器（2）与室外换热器（3）的位置对应。

6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述暖芯加热系统包括通过管路顺序连接的加热电子水泵（11）、PTC加热器（26）、暖芯（25）和第三三通水阀（23），暖芯加热系统的管路穿过冷凝器（7），冷凝器（7）位于加热电子水泵（11）和PTC加热器（26）之间，暖芯加热系统的分支管路一端与第三三通水阀（23）连接，另一端穿过第一换热器（21）后回到暖芯加热系统的主管路。

7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车整车集成式热管理系统，其特征在于：所述循环换热系统、暖芯加热系统的管路上均设置用于管路溢水和补水的膨胀水箱，循环换热系统上设置第二膨胀水箱（17），第二膨胀水箱（17）通过管路与电池循环管路、电控设备循环管路连通，暖芯加热系统设置第一膨胀水箱（12），第一膨胀水箱（12）通过管路与暖芯加热系统的主管路连通，连接位置位于加热电子水泵（11）的进水端。

8.根据权利要求1~7所述的任意一种新能源汽车整车集成式热管理系统的工作方法，其特征在于：

所述新能源汽车整车集成式热管理系统包括制冷工况和制热工况，通过控制空调系统温度风门的开闭，控制空气是否流经暖芯（25），在制冷工况下，实现乘客舱制冷和车内电池、电控设备的冷却，具有乘客舱制冷模式、电池冷却模式以及两者同时进行制冷模式，在制热工况下实现乘客舱的制热、电池和电控设备的热管路，具有乘客舱热泵制热模式，乘客舱余热回收制热模式，电池预热模式，电池保温模式，乘客舱热泵制热模式与电池预热模式组合，乘客舱余热回收制热和电池保温模式组合，乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行以及除霜、除雾模式；

在乘客舱制冷模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀（22）开启，第二电子膨胀阀（20）关闭，第四电子膨胀阀（27）关闭，通过控制制冷剂四通阀（8）、气液分离器（9）将制冷剂循环系统和蒸发冷却系统接通，制冷剂在两个系统内由电动热泵型压缩机（4）进行制冷剂输送，制冷剂依次流经冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）、气液换热器（1）、室外换热器（3）、单向阀（10）、第三电子膨胀阀（22）、蒸发器（24）、气液分离器（9），最后回到电动热泵型压缩机（4），此时空调系统温度风门关闭，空气通过蒸发器（24）后，进入乘客舱内部进行冷却；

在电池冷却模式下，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统启动，第三电子膨胀阀（22）关闭，第二电子膨胀阀（20）开启，制冷剂依次流经冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）、气液换热器（1）、室外换热器（3）、单向阀（10）、第二电子膨胀阀（20）、气液分离器（9），最后回到电动热泵型压缩机（4），在此同时，四通水阀（15）将电池循环管路与电控设备循环管路分离，冷却水仅在电池循环管路内流动，第二电子循环电子水泵（16）驱动冷却水在电池循环管路内流动，操控第二三通水阀（18）使冷却水流经电池管路，截止阀（19）关闭，冷却水在电池循环管路内依次流经第二电子循环水泵（16）、第一换热器（21）、第二三通水阀（18）、四通水阀（15），最后回到第二电子循环水泵（16），按此顺序依次流动，并在第一换热器（21）内与制冷剂之间进行换热；打开截止阀（19）和四通水阀（15），使冷却水流经自动驾驶模块、无线充电模块和动力系统，对三者进行冷却，空调系统温度保持风门关闭；

在乘客舱制冷与电池冷却两个模式同时进行时，电池循环管路运行状态保持不变，第三电子膨胀阀（22）和第二电子膨胀阀（20）同时开启，空调系统温度保持风门关闭；

在乘客舱热泵制热模式下，控制制冷剂四通阀（8）、气液分离器（9）将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统断开，第四电子膨胀阀（27）开启，单向阀（10）由于制冷剂流向与制冷工况下相反，保持关闭，制冷剂在制冷剂循环系统内依次流经电动热泵型压缩机（4）、冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）、第四电子膨胀阀（27）、室外换热器（3）、气液换热器（1），再次流经制冷剂四通阀（8），然后通过气液分离器（9）回到电动热泵型压缩机（4），暖芯加热系统同步启动，第三三通水阀（23）将暖芯加热系统的分支管路关闭，暖芯加热系统内的水依次流经加热电子水泵（11）、冷凝器（7）、PTC加热器（26）、暖芯（25）、第三三通阀（23），最后回到加热电子水泵（11），水流在冷凝器（7）内与制冷剂进行换热，吸收制冷剂内的热量，空调系统温度风门开启，空气被暖芯（25）加热后流入乘客舱；

在余热回收制热模式下，制冷剂四通阀（8）、气液分离器（9）将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第三电子膨胀阀（22）关闭，第二电子膨胀阀（20）开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机（4）、冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）、第二电子膨胀阀（20）、第一换热器（21）和气液分离器（9），最后回到电动热泵型压缩机（4）；同时循环换热系统启动，四通水阀（15）将电池循环管路、电控设备循环管路接通，截止阀（19）开启，第一三通水阀（13）将第二换热管路断开，冷却水在循环换热系统依次流经第二循环电子水泵（16）、第一换热器（21）、第二三通水阀（18）、四通水阀（15）、第一循环电子水泵（14）、无线充电模块、动力系统、第一三通水阀（13），最后通过四通水阀（15）回流至第二循环电子水泵，在此过程中，冷却水流经截止阀（19）、自动驾驶模块，通过控制电子膨胀阀（20）的开度，控制对电池的余热吸收量，使电池温度维持在最佳工况温度范围，实现电池保温，空调系统温度风门保持开启，空气被暖芯（25）加热后流入乘客舱；

在寒冷环境下，需要对电池进行预热，在电池预热模式下，电池循环管路保持电池冷却模式下的运行方式，暖芯加热系统的第三三通水阀（23）接通暖芯加热系统的分支管路，暖芯加热系统的水在流经第三三通水阀（23）时，经过分支管路流经第一换热器（21）后，再回到暖芯加热系统的主管路；电池循环管路内的冷却水和暖芯加热系统的热水在第一换热器（21）内进行换热，冷却水吸收热量后对电池进行预热，空调系统温度风门关闭；

电池温度在运行中需要保持在温度区间内，在电池保温模式下，循环换热系统保持余热回收模式下的运行方式，依据电池温度变化情况，控制冷却水的流速；

乘客舱制热模式和电池预热模式组合，电池循环管路和暖芯加热系统保持电池预热模式下运行方式不变，制冷剂循环系统和蒸发冷却系统保持乘客舱热泵制热模式下的运行方式，通过控制第三三通阀（23）的开度调整对电池的加热热量，空调系统温度风门开启，空气被暖芯（25）加热后流入乘客舱；

乘客舱余热回收模式和电池保温模式组合，制冷剂循环系统、蒸发制热系统和循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式不变，暖芯加热系统保持在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，空调系统温度风门开启，空气被暖芯（25）加热后流入乘客舱；

在乘客舱热泵制热模式、余热回收模式和电池保温模式同时进行情况下，暖芯加热系统在乘客舱热泵制热模式下的运行方式，循环换热系统保持余热回收制热模式运行方式，第四电子膨胀阀（27）部分开启，第三电子膨胀阀（22）关闭，第二电子膨胀阀（20）开启，制冷剂从电动热泵型压缩机（4）流经冷凝器（7），在制冷剂四通阀（8）处部分制冷剂依次流经第四电子膨胀阀（27）、室外换热器（3）、气液换热器（1），再次流经制冷剂四通阀（8），然后通过气液分离器（9）回到电动热泵型压缩机（4），部分制冷剂直接通过第二电子膨胀阀（20），流经第一换热器（21）后，通过气液分离器（9）回到电动热泵型压缩机（4），空调系统温度风门保持开启，空气被暖芯（25）加热后流入乘客舱；

在除霜、除雾模式下，制冷剂四通阀（8）、气液分离器（9）将制冷剂循环系统与蒸发冷却系统接通，第二电子膨胀阀（20）断开，第三电子膨胀阀（22）开启，制冷剂依次流经电动热泵型压缩机（4）、冷凝器（7）、制冷剂四通阀（8）、第三电子膨胀阀（22）、蒸发器（24）、气液分离器（9），最后回到电动热泵型压缩机（4）；暖芯加热系统保持乘客舱热泵制热模式下运行方式，空调系统温度风门保持半开状态，一半空气被暖芯（25）加热，一半空气被蒸发器（24）冷却，在空调系统出风口混合后流出，进行除湿或者除雾。

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