CN112477554A - 一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统，包括空调管理系统、与空调管理系统连接的电池管理系统，空调系统包括空调箱，空调箱外设有外换热器、气液分离器、压缩机；电池管理系统包括电池冷却器、与电池冷却器连接的第一支路及第二支路，第一支路包括第一水泵、第二高压PTC、电池包，第二支路包括第二水泵、电控、电机、低温水箱；外换热器的一侧与内换热器之间连通设有三通阀，另一侧分别与蒸发器、电池冷却器的进液口连通；本发明可以利用电池冷却器在空调系统进行制热时吸收电机和电控发出的余热、电池散发的废热、及经过低温RAD吸收空气中的热量，从而来提升空调系统的制热性能。

Description

一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统
技术领域
本发明属于电动汽车领域，尤其是用于电动汽车热泵及电池热管理系统结构领域。
背景技术
电动汽车产业迅猛发展，但是由于电池特性以及电动车应用环境的多样性，导致目前电动车很难在严寒地区和炎热地区广泛使用，或者远距离运行；如果车外环境的湿度大，会导致车外换热器结霜，甚至结冰，从而严重阻碍车外换热器的换热，使热泵式空调的制热性能迅速大幅度衰减，显著影响制热效果，甚至导致空调压缩机出现故障；传统的电动汽车空调系统一般采用空调制冷+辅助PTC方法来实现乘员舱的制冷与采暖，这种系统结构采暖方式能效较低，对整车续航里程影响较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统，包括空调管理系统、与空调管理系统连接的电池管理系统，所述空调系统包括空调箱，所述空调箱内设有内换热器、蒸发器、鼓风机、设于内换热器一侧的第一高压PTC，所述空调箱外设有外换热器、气液分离器、压缩机；
所述电池管理系统包括电池冷却器、设于电池冷却器一侧的进液口和出水口、设于电池冷却器另一侧的出液口和进水口、与电池冷却器的进水口和出水口连接的第一支路及第二支路，所述第一支路包括第一水泵、第二高压PTC、电池包，所述第二支路包括第二水泵、电控、电机、低温水箱；
所述外换热器的一侧与内换热器之间连通设有三通阀，另一侧分别与蒸发器、电池冷却器的进液口连通；所述外换热器与蒸发器之间设有制冷电磁阀和制冷短管，所述外换热器与电池冷却器之间连通设有电子膨胀阀，所述蒸发器与室内换热器之间连通设有气液分离器和压缩机；所述外换热器上并连设有第三支路，所述第三支路的一端与三通阀的换向口连通，另一侧与外换热器远离三通阀的一侧连通；所述电池冷却器的出液口与气液分离器连通。
作为本发明的进一步优化方案，所述第一支路和第二支路的两端同时与电池冷却器的出水口和进水口连接，所述第一支路的电池包与电池冷却器的进水口之间连接设有第一电子三通阀，所述第一支路上并联设有第四支路，所述第四支路的一侧与第一电子三通阀的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器的出水口连接；所述第二支路的电机与电池冷却器的进水口之间连接设有第二电子三通阀，所述第二支路上并联设有第五支路，所述第五支路的一侧与第二电子三通阀的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器的出水口连接。
作为本发明的进一步优化方案，所述电池冷却器的出水口处设有第一多通阀，所述电池冷却器的出水口处进水口处设有第二多通阀，所述第一多通阀和第二多通阀均采用四通电磁阀，所述第一多通阀的一侧阀口与电池冷却器的出水口连接，另一侧阀口与第二多通水阀的阀口连通；所述第二支路的两端与第二多通水阀的其他阀口连通；所述第二多通阀的一侧阀口与电池冷却器的进水口连接，所述第一支路的两端与第一多通水阀的其他阀口连通。
作为本发明的进一步优化方案，所述空调箱设有进风口和出风口，所述鼓风机固定设于靠近进风口一侧，所述内换热器设于出风口一侧，所述蒸发器设于鼓风机和内换热器之间。
本发明的有益效果在于：
1)本发明可以利用电池冷却器在空调系统进行制热时吸收电机和电控发出的余热、电池散发的废热、及经过低温RAD吸收空气中的热量，从而来提升空调系统的制热性能；
2)可以有效避免传统式换热器直接吸收空气中热量导致换热器表面结冰问题；
3)可以充分利用电机、电控的余热，提升整车热管理效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的制冷模式示意图；
图3是本发明中制冷+冷却电池的模式示意图；
图4是本发明中制热的模式示意图；
图5是本发明中高温除湿的模式示意图；
图6是本发明中低温除湿的模式示意图；
图7是本发明除冰的模式示意图；
图8是本发明中实施例2的结构示意图；
图中：1、空调箱；11、内换热器；12、蒸发器；13、鼓风机；14、第一高压PTC；15、进风口；16；出风口；
21、外换热器；22、气液分离器；23、压缩机；24、三通阀；25、制冷电磁阀；26、制冷短管；27、电子膨胀阀；
3、电池冷却器；31、进液口；32、出水口；33、出液口；34、进水口；4、第一支路；41、第一水泵；42、第二高压PTC；43、电池包；5、第二支路；51、第二水泵；52、电控；53、电机；54、低温水箱；
61、第三支路；62、第一电子三通阀；63、第四支路；64、第二电子三通阀；65、第五支路；7、第一多通阀；8、第二多通阀；9、平衡罐。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统，包括空调管理系统、与空调管理系统连接的电池管理系统，
空调系统包括空调箱1，空调箱1内设有内换热器11、蒸发器12、鼓风机13、设于内换热器11一侧的第一高压PTC14，空调箱还设有空调箱1设有进风口15和出风口16，其中，将鼓风机13固定设于靠近进风口15一侧，将内换热器11设于出风口16一侧，将蒸发器12设于鼓风机13和内换热器11之间；
此外，在空调箱1外还包括外换热器21、气液分离器22、压缩机23；
电池管理系统包括电池冷却器3、与电池冷却器3连接的第一支路4和第二支路5，其中，电池冷却器3一侧设有进液口31和出水口32，另一侧设有出液口33和进水口34；第一支路4包括第一水泵41、第二高压PTC42、电池包43，第二支路5包括第二水泵51、电控52、电机53、低温水箱54；
外换热器21的一侧与内换热器11之间连通设有三通阀24，另一侧分别与蒸发器12、电池冷却器3连通，且外换热器21与蒸发器12之间设有制冷电磁阀25和制冷短管26，外换热器21与电池冷却器3的进液口31之间连通设有电子膨胀阀27；
外换热器21上并连设有第三支路61，且第三支路61的一端与三通阀24的换向口连通，另一侧与外换热器21远离三通阀24的一侧连通；
气液分离器22和压缩机23之间相互连接，同时，压缩机23的另一侧与内换热器连接，气液分离器22的另一侧与电池冷却器3的出液口33连接；
将第一支路4和第二支路5并联连接，即第一支路4和第二支路5的两端同时与电池冷却器3的出水口32、进水口34连接，并在第一支路4的电池包43与电池冷却器3的进水口34之间连接设有第一电子三通阀62，且第一支路4上并联设有第四支路63，第四支路63的一侧与第一电子三通阀62的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器3的出水口32连接；
第二支路5的电机与电池冷却器3的进水口34之间连接设有第二电子三通阀64，第二支路5上并联设有第五支路65，第五支路65的一侧与第二电子三通阀64的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器3的出水口32连接；
此外，在第二支路5上低温水箱和第二水泵51之间连接有平衡罐9；
该用于电动汽车热泵的电池热管理系统，能实现制冷、制冷+冷却电池、制热、高温除湿、低温除湿、化冰等模式；
如图2所示的制冷模式；
首先，打开压缩机将冷媒压缩成高温高压的气体后进入内换热器、内换热器将高温高压的气体冷却成高温高压的液体，然后液体流经三通阀和外换热器后，通过制冷电磁阀，并经过制冷短管的节流进入蒸发器，蒸发器吸热，将空气变冷，鼓风机将冷风吹入乘员舱内，同时冷媒会蒸发，吸热蒸发后的冷媒进入气液分离器，经过气液分离器将冷媒气液分离后，最后回到压缩机，这样形成了一个制冷循环，实现给乘员舱吹冷风的效果；
如图3所示的制冷+冷却电池模式；
在上述模式的基础上，当液体流经三通阀和外换热器后，会形成两个分支，第一各分支与上述制冷模式的过程相同，第二个分支是在流过外换热器之后流经电池冷却器，然后从电池冷却器的出液口流出，然后与气液分离器连通；此时，电池冷却器上还设有电子膨胀阀，当冷媒经过电池冷却器处时，电池冷却器会引入空调系统中的冷媒，在电子膨胀阀节流后蒸发，吸收电池冷却回路中冷却液的热量，此过程冷媒通过热交换将电池热管理系统中的冷却液的热量带走，从而起到给电池降温的作用；
如图4所示的制热模式；
在该模式下，将第三支路导通，即外换热器相当于被短路；同时，断开蒸发器与气液分离器之间的支路，及蒸发器与外换热器之间的支路；压缩机将冷媒依次经过室内换热器、电池冷却器的进液口、出液口、气液分离器，形成一个制热循环，这样便可实现乘员舱供暖；
如图5所示的高温除湿模式；
在该模式下，整体工作原理与制冷+冷却电池模式相同，不同是空调箱内的第一高压PTC处于工作状态，而且空调箱设于内换热器远离第一高压PTC一侧的挡风板处于开启状态；
如图6所示的低温除湿模式；
在该模式下，将第三支路导通，即外换热器相当于被短路；压缩机将冷媒依次经过内换热器后，形成了两条支路，一条支路是经过电池冷却器的进液口、出液口、气液分离器，形成一个制热循环，另一条支路是经过制冷电磁阀、制冷短管、蒸发器、气液分离器、最后在回到压缩机；同时第二支路正常运转，在电池冷却器处发生热交换；
如图7所示的化冰模式；
在该模式下，第四支路导通，使得第一支路形成自循环，不与电池冷却器连接，同理，第五支路导通，使得第二支路形成自循环，不与电池冷却器连接；同时，空调箱内的第一高压PTC处于工作状态，而且空调箱设于内换热器远离第一高压PTC一侧的挡风板处于开启状态；
实施例2
如图8所示，与实施例1的技术方案不同的是，将第一支路4和第二支路5串联连接，即在电池冷却器3的出水口32处设有第一多通阀7，在电池冷却器3的进水口34处设有第二多通阀8，其中，第一多通阀7和第二多通阀8均采用四通电磁阀；
第一多通阀7的一侧阀口与电池冷却器3的出水口32连接，另一侧阀口与第二多通水阀8的阀口连通，第二支路5的两端与第二多通阀8的其他阀口连通；所述第二多通阀8的一侧阀口与电池冷却器3的进水口34连接，所述第一支路4的两端与第一多通阀7的其他阀口连通；在第一支路4的电机和低温水箱之间连接有平衡罐9；
使用时，第一支路和第二支路整体形成的串联线路始终与电池冷却器的进水口和出水口连通，这样从电池冷却器出水口流出的水先进入第一支路中，依次流经第一水泵、第二高压PTC、电池包，然后通过第一多通阀和第二多通阀之间连通的管路进入到第二支路中，依次流经第二水泵、电控、电机、低温水箱后返回到电池冷却器的进水口处，这样形成了一个整循环，从而使得低温水箱能够实现冷却电池的功能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统,其特征在于：包括空调管理系统、与空调管理系统连接的电池管理系统，所述空调系统包括空调箱(1)，所述空调箱(1)内设有内换热器(11)、蒸发器(12)、鼓风机(13)、设于内换热器(11)一侧的第一高压PTC(14)，所述空调箱(1)外设有外换热器(21)、气液分离器(22)、压缩机(23)；
所述电池管理系统包括电池冷却器(3)、设于电池冷却器(3)一侧的进液口(31)和出水口(32)、设于电池冷却器(3)另一侧的出液口(33)和进水口(34)、与电池冷却器的进水口(34)和出水口(32)连接的第一支路(4)及第二支路(5)，所述第一支路(4)包括第一水泵(41)、第二高压PTC(42)、电池包(43)，所述第二支路(5)包括第二水泵(51)、电控(52)、电机(53)、低温水箱(54)；
所述外换热器(21)的一侧与内换热器(11)之间连通设有三通阀(24)，另一侧分别与蒸发器(12)、电池冷却器(3)连通，所述外换热器(21)与蒸发器(12)之间设有制冷电磁阀(25)和制冷短管(26)，所述外换热器(21)与电池冷却器(3)之间连通设有电子膨胀阀(27)，所述蒸发器(12)与内换热器(11)之间连通设有气液分离器(22)和压缩机(23)；所述外换热器(21)上并连设有第三支路(61)，所述第三支路(61)的一端与三通阀(24)的换向口连通，另一侧与外换热器(21)远离三通阀(24)的一侧连通；所述电池冷却器(3)的出液口(33)与气液分离器(28)连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统,其特征在于：所述第一支路(4)和第二支路(5)的两端同时与电池冷却器(3)的出水口(32)、进水口(34)连接，所述第一支路(4)的电池包(43)与电池冷却器(3)的进水口(34)之间连接设有第一电子三通阀(62)，所述第一支路(4)上并联设有第四支路(63)，所述第四支路(63)的一侧与第一电子三通阀(62)的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器(3)的出水口(32)连接；所述第二支路(5)的电机与电池冷却器(3)的进水口(34)之间连接设有第二电子三通阀(64)，所述第二支路(5)上并联设有第五支路(65)，所述第五支路(65)的一侧与第二电子三通阀(64)的换向阀口连通，另一侧与电池冷却器(3)的出水口(32)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统,其特征在于：所述电池冷却器(3)的出水口(32)处设有第一多通阀(7)，所述电池冷却器(3)的进水口(34)处设有第二多通阀(8)，所述第一多通阀(7)和第二多通阀(8)均采用四通电磁阀，所述第一多通阀(7)的一侧阀口与电池冷却器(3)的出水口(32)连接，另一侧阀口与第二多通水阀(8)的阀口连通；所述第二支路(5)的两端与第二多通阀(8)的其他阀口连通；所述第二多通阀(8)的一侧阀口与电池冷却器(3)的进水口(34)连接，所述第一支路(4)的两端与第一多通阀(7)的其他阀口连通。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统,其特征在于：所述第二支路(5)上连接有平衡罐(9)。
5.根据权利要求4所述的一种用于电动汽车热泵的电池热管理系统，其特征在于：所述空调箱(1)设有进风口(15)和出风口(16)，所述鼓风机(13)固定设于靠近进风口(15)一侧，所述内换热器(11)设于出风口(16)一侧，所述蒸发器(12)设于鼓风机(13)和内换热器(11)之间。
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