CN112572098B - 混合动力汽车的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力汽车的热管理系统。混合动力汽车的热泵空调系统的电动压缩机与电池组连接，且在热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，整车起动的初期，在保证原有混合动力热泵功能的同时，充分利用混合动力汽车电池组的能量，采用纯电驱动模式启动电动压缩机及热泵空调系统的制热循环，以对发动机进气进行加热，使得发动机起动和催化器加热阶段燃油混合更好，从而降低发动机排放和油耗。

Description

混合动力汽车的热管理系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种用于降低发动机冷起动排放和油耗的混合动力汽车的热管理系统。
背景技术
GB18352.5轻型汽车污染物排放限值及测量方法和GB/T19233轻型汽车燃料消耗量试验方法使用的都是NEDC(New Europe Driving Cycle)测试循环。在国六阶段，工况将使用WLTC(Worldwide-harmonized Light vehicles Test Cycle)测试循环。此外，现有的车辆能耗排放测试多在转毂上进行，由于转毂测试在模拟实际道路载荷及环境参数设置方面的局限性，导致了车辆实际道路的排放得不到有效控制。针对这一问题，欧洲提出了RDE(Real Driving Emission)测试，即测量车辆在道路上行驶时的排放指标。鉴于RDE测试在避免企业排放作弊以及降低车辆实际运行排放等方面的重要作用，我国轻型车第六阶段排放标准直接引入了源自于欧洲的RDE测试。
RDE相比于WLTC对整车(无论是传统车还是混合动力汽车)的要求更加严苛，特别是RDE中的低温冷起动工况要求发动机必须具备有更先进的减排技术。通过传统的发动机优化策略很难再降低发动机排放(特别是冷机排放)。作为新能源的混合动力汽车，因为其搭载两套能量供给系统(发动机，高压电池及电驱动)，控制和拓展相比传统燃油汽车也更为灵活，如何有效地利用混合动力汽车的特性来优化传统发动机动力和排放是未来混动技术的重要发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力汽车的热管理系统，以降低发动机冷起动排放和油耗。
本发明提供一种混合动力汽车的热管理系统，用于降低发动机冷起动排放和油耗，包括：在混合动力汽车的热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，当混合动力汽车在外部环境小于第一设定温度起动时，采用纯电驱动模式满足驾驶员的驾驶需求的同时，启动电动压缩机及热泵空调系统的制热循环，并打开所述通风管道，将制热循环的热空气输送至发动机的进气口；当发动机内部环境达到第二设定温度时，起动发动机；当发动机的催化器加热阶段结束时，关闭所述通风管道，电动压缩机根据乘客舱的需求进行工作。
可选的，所述通风管道上设置有截止阀。
可选的，所述电动压缩机与混合动力汽车的电池组连接，，且所述电动压缩机与所述电池组之间设置有变频器。
可选的，通过所述电池组的高压电池启动所述电动压缩机。
可选的，所述热管理系统还包括：第一换热器、第一节流元件、第二换热器、第二节流元件及第三换热器，
所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第二换热器与所述电动压缩机设置在同一回路；
所述第三换热器和所述第二节流元件通过管道串联成一体后与所述电动压缩机的出口端和所述第一换热器入口端之间的管道并联设置。
可选的，所述热泵空调系统还包括：控制组件，所述控制组件包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀的入口端与所述电动压缩机的出口端连接，所述第一控制阀的出口端与所述第一换热器的入口端和所述第三换热器的入口端连接，所述第二控制阀与所述第一节流元件并联，其中，所述控制组件用于控制所述热管理系统在制热循环模式和制冷循环模式之间进行切换。
可选的，所述第一控制阀为四通阀，所述第一控制阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口以及第四阀口，所述第一阀口与所述压缩机的出口端连通，所述第二阀口与所述第一换热器的入口端连通，所述第三阀口与所述第三换热器的入口端连通，所述第四阀口为封闭阀口。
可选的，所述第二控制阀为电磁开关阀。
可选的，所述第一节流元件和所述第二节流元件均为电子膨胀阀。
可选的，所述热泵空调系统还包括风道，所述第二换热器和所述第三换热器均设置在所述风道内。
可选的，所述风道包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口连通乘客舱，所述第二出风口连通发动机。
可选的，所述第三换热器和所述电动压缩机之间设置有储液罐。
可选的，其特征在于，所述第一换热器为车外冷凝器，所述第二换热器为车内蒸发器，所述第三换热器为车内冷凝器。
与现有的混合动力热泵系统相比，本实施例提供的混合动力汽车的热管理系统中，混合动力汽车的热泵空调系统的电动压缩机与电池组连接，且在热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，整车起动的初期，在保证原有混合动力热泵功能的同时，充分利用混合动力汽车电池组的能量，采用纯电驱动模式启动电动压缩机及热泵空调系统的制热循环，以对发动机进气进行加热，使得发动机起动和催化器加热阶段燃油混合更好，从而降低发动机排放和油耗。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的混合动力汽车的热管理系统的结构示意图。
附图标记说明：
100-电池组；110-电动压缩机；120-驱动电机；130-发动机；
10-第一热换器；20-第二热换器；30-第三热换器；11-第一节流元件；21-第二节流元件；12-第一风扇；22-第二风扇；40-风道；41-第一出风口；42-第二出风口；50-通风管道；51-截止阀；60-第一控制阀；61-第一阀口；62-第二阀口；63-第三阀口；64-第四阀口；70-第一控制阀；80-变频器；90-储液罐。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的混合动力汽车的热管理系统作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
图1为本实施例提供的混合动力汽车的热管理系统的结构示意图。参考图1所示，在混合动力汽车的热泵空调系统的电动压缩机与电池组连接，且所述热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，当混合动力汽车在外部环境小于第一设定温度T1起动时，采用纯电驱动模式启动电动压缩机110及热泵制热循环，并打开所述通风管道50，将制热循环的热空气输送至发动机130的进气口；当发动机130内部环境达到第二设定温度T2时，起动发动机；当发动机的催化器加热阶段结束时，关闭所述通风管道50。
本实施例中热泵空调系统作为混合动力汽车制热的一种有效的解决方案，能将低位热源的热能强制转移到高位热源，且转移效率明显高于传统的PTC(PositiveTemperature Coefficient)加热器加热系统，能有效增加混合动力汽车的纯电续驶里程。所述热泵空调系统包括：第一换热器10、第一节流元件11、第二换热器20、第二节流元件21及第三换热器30，所述第一换热器10、所述第一节流元件11及所述第二换热器20与所述电动压缩机110设置在同一回路；所述第三换热器30和所述第二节流元件21通过管道串联成一体后与所述电动压缩机110的出口端和所述第一换热器10入口端之间的管道并联设置。
工作时，控制组件控制热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机110、第一控制阀60、第一换热器10、第一节流元件11以及第二换热器20而处于制冷循环模式，控制组件控制热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机110、第一控制阀60、第三换热器30、第二节流元件21、第一换热器10、第二控制阀70以及第二换热器20而处于制热循环模式，如图1中箭头所示。
本实施例中，所述第一换热器10为车外冷凝器，所述第二换热器20为车内蒸发器，所述第三换热器30为车内冷凝器。所述热泵空调系统还包括风道40，所述第二换热器20和所述第三换热器30均设置在所述风道70内。所述风道40包括第一出风口41和第二出风口42，所述第一出风口41连通乘客舱，用于对乘客舱进行制热或制冷；所述第二出风口42连通发动机130。具体的，所述风道40的第二出风口42通过通风管道50与发动机130连通，且在所述通风管道50上设置有截止阀51，通过所述截止阀51的打开和闭合控制所述通风管道50的打开和关闭。
所述混合动力汽车的电池组100与电动压缩机110和驱动电机120连接，所述电池组100与所述电动压缩机110之间设置有变频器80，所述第三换热器30和所述电动压缩机110之间设置有储液罐90，便于存储冷媒。
所述热泵空调系统还包括控制组件，所述控制组件包括第一控制阀60和第二控制阀70，所述第一控制阀60的入口端与所述电动压缩机110的出口端连接，所述第一控制阀60的出口端与所述第一换热器10的入口端和所述第三换热器30的入口端连接，所述第二控制阀70与所述第一节流元件11并联，其中，所述控制组件用于控制所述热泵空调系统在制热循环模式和制冷循环模式之间进行切换。
所述第一控制阀60为四通阀，所述第一控制阀60包括第一阀口61、第二阀口62、第三阀口63以及第四阀口64，所述第一阀口61与所述压缩机110的出口端连通，所述第二阀口62与所述第一换热器10的入口端连通，所述第三阀口63与所述第三换热器30的入口端连通，所述第四阀口64为封闭阀口。其中，控制四通阀的第一阀口61和第二阀口62之间导通，且第一阀口61和第三阀口63之间断开，并关闭第二控制阀70时，热泵空调系统处于制冷循环模式；控制四通阀的第一阀口61和第二阀口62之间断开，且第一阀口61和第三阀口63之间导通，并打开第二控制阀70时，热泵空调系统处于制热循环模式。
所述第二控制阀70为电磁开关阀，便于实现电动控制，在本发明的其他实施例中，还可以将第二控制阀70设置为手动开关阀等结构。所述第一节流元件11和所述第二节流元件21均为电子膨胀阀，本实施例中所述第一节流元件11为冷却回路电子膨胀阀，所述第二节流元件21为加热回路电子膨胀阀。在本发明其他实施例中所述第一节流元件11和所述第二节流元件21也可以为毛细管等结构。另外，在本实施例中，在所述第一换热器10和第二换热器20处分别设置有第一风扇12和第二风扇22，用于辅助所述第一换热器10和第二换热器20工作。
传统热泵空调系统只能加热乘客舱，本实施例的混合动力汽车的热管理系统在传统热泵空调系统基础上添加了一条通风管道50对着发动机130进气系统。当混合动力汽车在较冷的外部环境温度下(外部环境小于第一设定温度T1)起动时，先采用纯电驱动模式满足驾驶员的驾驶需求，同时通过电池组的高压电池启动电动压缩机110及热泵空调系统的制热循环，截止阀41打开，将制热循环的热空气向发动机130进气口吹去；当热空气温度达到合适的温度(发动机内部环境达到第二设定温度T2)时，发动机130开始起动。因为进气温度比环境温度高，发动机130起动时喷油雾化效果更好，燃烧更好，从而有效降低发动机起动及催化器加热阶段的排放和油耗。当发动机催化器加热阶段结束后，截止阀41关闭。电动压缩机110根据乘客舱的需求进行工作，如果乘客舱无加热冷却需求则电动压缩机110关闭。
与现有的混合动力热泵系统相比，本实施例提供的混合动力汽车的热管理系统中，混合动力汽车的热泵空调系统的电动压缩机与电池组连接，且在热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，整车起动的初期，在保证原有混合动力热泵功能的同时，充分利用混合动力汽车电池组的能量，采用纯电驱动模式启动电动压缩机及热泵空调系统的制热循环，以对发动机进气进行加热，使得发动机起动和催化器加热阶段燃油混合更好，从而降低发动机排放和油耗。

Claims (12)

1.一种混合动力汽车的热管理系统，用于降低发动机冷起动排放及油耗，其特征在于，包括：混合动力汽车的热泵空调系统的电动压缩机与电池组连接，且所述热泵空调系统与发动机之间设置通风管道，当混合动力汽车在外部环境小于第一设定温度起动时，采用纯电驱动模式启动电动压缩机及热泵空调系统的制热循环，并打开所述通风管道，将制热循环的热空气输送至发动机的进气口；当发动机内部环境达到第二设定温度时，起动发动机；当发动机的催化器加热阶段结束时，关闭所述通风管道；所述热泵空调系统还包括风道，所述风道包括第一出风口和第二出风口，所述第一出风口连通乘客舱，所述第二出风口通过所述通风管道连通发动机。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述通风管道上设置有截止阀。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，且所述电动压缩机与所述电池组之间设置有变频器。
4.根据权利要求3所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，通过所述电池组的高压电池启动所述电动压缩机。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括：第一换热器、第一节流元件、第二换热器、第二节流元件及第三换热器，
所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第二换热器与所述电动压缩机设置在同一回路；
所述第三换热器和所述第二节流元件通过管道串联成一体后与所述电动压缩机的出口端和所述第一换热器入口端之间的管道并联设置。
6.根据权利要求5所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述热泵空调系统还包括：控制组件，所述控制组件包括第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀的入口端与所述电动压缩机的出口端连接，所述第一控制阀的出口端与所述第一换热器的入口端和所述第三换热器的入口端连接，所述第二控制阀与所述第一节流元件并联，其中，所述控制组件用于控制所述热管理系统在制热循环模式和制冷循环模式之间进行切换。
7.根据权利要求6所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第一控制阀为四通阀，所述第一控制阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口以及第四阀口，所述第一阀口与所述压缩机的出口端连通，所述第二阀口与所述第一换热器的入口端连通，所述第三阀口与所述第三换热器的入口端连通，所述第四阀口为封闭阀口。
8.根据权利要求6所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第二控制阀为电磁开关阀。
9.根据权利要求6所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第一节流元件和所述第二节流元件均为电子膨胀阀。
10.根据权利要求5所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第二换热器和所述第三换热器均设置在所述风道内。
11.根据权利要求5所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第三换热器和所述电动压缩机之间设置有储液罐。
12.根据权利要求5所述的混合动力汽车的热管理系统，其特征在于，所述第一换热器为车外冷凝器，所述第二换热器为车内蒸发器，所述第三换热器为车内冷凝器。
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