CN112776563A - 一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于热管理系统技术领域，提供了一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法。本发明包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统；当进行乘员舱内制热时，二氧化碳气体经压缩机压缩后通过第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热；当进行电池包灭火时，第一管道中经第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带灭火剂存储罐中的灭火剂对电池包进行灭火。本发明通过将乘员舱内热管理系统与电池防火系统一体式设计，可以节省设计空间，同时乘员舱内热管理系统能够协助电池防火系统进行灭火，提升灭火效率。

Description

一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法

技术领域

本发明属于热管理系统技术领域，尤其涉及一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法。

背景技术

纯电动汽车没有发动机余热，冬季采暖大多采用PTC电加热，少部分车型采用传统冷媒（R134a、R1234yf、R410a）热泵空调采暖。但是PTC电加热系统效率低下，常规热泵空调系统在低温环境下制热效果较差，并且采用的制冷剂仍具有一定的环保问题。二氧化碳具有绝佳的环保性、低温制热特性优良、流动阻力较低等优点，被视为在新能源车用热泵领域最具潜力的制冷剂。

现有的电动汽车动力电池一旦发生起火，如不立即做出反应，火势将迅速发展，直接威胁人身安全。但是配置单独的灭火系统需要较大的空间，增大整车重量，且利用率低下，完全不适用于新能源乘用车，也不符合新能源汽车的发展需求。

发明内容

本发明提供一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法，以解决现有的灭火系统需要较大的空间，增大整车重量，且利用率低下的问题。

本发明是这样实现的，一方面提供一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统；所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、室内气冷器、气液分离器、第一电子膨胀阀及室外换热器，以形成乘员舱内制热子系统；当进行乘员舱内制热时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入所述气液分离器及第一电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过所述室外换热器、第二电磁阀及气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收；所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀、第三电磁阀、灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统连通或断开；当进行电池包灭火且所述第二电子膨胀阀处于连通状态时，所述第一管道中经所述第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过所述第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带所述灭火剂存储罐中的灭火剂对所述电池包进行灭火。

优选地，该系统还包括第四电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、室内蒸发器及第三电子膨胀阀，所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，当进行乘员舱内制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

优选地，该系统还包括电池制冷系统，所述电池制冷系统包括依次连通的所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池包及第三单向阀，当进行电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第二电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述电池包内部吸收电池包的热量后通过所述第三单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

优选地，所述乘员舱内制冷子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀及气液分离器，当同时进行乘员舱内与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀及气液分离器进行降温处理后分别通过所述第三电子膨胀阀进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量，及通过所述第二电子膨胀阀进入所述电池内部吸收电池的热量。

优选地，所述乘员舱内制热子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机、第一电磁阀、室内气冷器及气液分离器，当同时进行乘员舱内制热与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后，还依次进入所述气液分离器、第二电子膨胀阀及电池包内部吸收电池包的热量。

优选地，所述灭火剂存储罐存储的灭火剂为全氟已酮。

优选地，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统、乘员舱内制冷子系统及电池制冷系统连通或断开。

优选地，所述防火系统还包括烟雾传感器、处理器及报警模块，所述烟雾传感器设于所述电池包上与所述处理器电连接，用于当检测到所述电池包产生烟雾时向所述处理器发出控制信号，所述处理器分别于所述压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀及第三电子膨胀阀电连接，当所述处理器接收到所述控制信号时控制所述压缩机关闭，控制所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀及第三电子膨胀阀开启，并控制所述警报模块发出警报。

另一方面提供一种基于如上述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统的控制方法，该系统包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统，所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、室内气冷器、气液分离器、第一电子膨胀阀及室外换热器，以形成乘员舱内制热子系统，所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀、第三电磁阀、灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统连通或断开，该方法包括：

乘员舱内制热步骤：二氧化碳气体经压缩机压缩后通过第一电磁阀进入室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入气液分离器及第一电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过室外换热器、第二电磁阀及气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收；

电池包灭火步骤：保持第二电子膨胀阀处于连通状态，第一管道中经第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带灭火剂存储罐中的灭火剂对电池包进行灭火。

优选地，该系统还包括第四电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、室内蒸发器及第三电子膨胀阀，所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，该方法还包括乘员舱内制冷步骤：

二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本发明所提供的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统及控制方法，热管理系统包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统；所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、室内气冷器、气液分离器、第一电子膨胀阀及室外换热器，以形成乘员舱内制热子系统；当进行乘员舱内制热时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入所述气液分离器及第一电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过所述室外换热器、第二电磁阀及气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收；所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀、第三电磁阀、灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统连通或断开；当进行电池包灭火且所述第二电子膨胀阀处于连通状态时，所述第一管道中经所述第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过所述第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带所述灭火剂存储罐中的灭火剂对所述电池包进行灭火。本发明通过将乘员舱内热管理系统与电池防火系统一体式设计，不同系统之间拥有共同的组成部件，可以大程度地节省设计空间，同时乘员舱内热管理系统内部流通的二氧化碳气体能够作为电池防火系统的灭火条件，协助电池防火系统进行灭火，提升了灭火效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统的结构示意图；

图2是本发明提供的一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统的控制方法的流程示意图。

附图标记：1、压缩机；2、第一电磁阀；3、第二电磁阀；4、室内气冷器；5、气液分离器；6、第一电子膨胀阀；7、室外换热器；8、第二电子膨胀阀；9、第三电磁阀；10、灭火剂存储罐；11、泄压阀；12、高压碰喷头组；13、电池包；14、第四电磁阀；15、第一单向阀；16、第二单向阀；17、室内蒸发器；18、第三电子膨胀阀；19、第三单向阀。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例一方面提供了一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，如图1所示，包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统；所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机1、第一电磁阀2、第二电磁阀3、室内气冷器4、气液分离器5、第一电子膨胀阀6及室外换热器7，以形成乘员舱内制热子系统；当进行乘员舱内制热时，二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第一电磁阀2进入所述室内气冷器4中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入所述气液分离器5及第一电子膨胀阀6进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过所述室外换热器7、第二电磁阀3及气液分离器5转化成二氧化碳气体被所述压缩机1回收；所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀8、第三电磁阀9、灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀8可与所述乘员舱制热子系统连通或断开；当进行电池包13灭火且所述第二电子膨胀阀8处于连通状态时，所述第一管道中经所述第二电子膨胀阀8降压降温处理得到的二氧化碳气体通过所述第三电磁阀9依次进入灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，同时二氧化碳携带所述灭火剂存储罐10中的灭火剂对所述电池包13进行灭火。

在本实施例中，该热管理系统集成了乘员舱内热管理系统与电池防火系统，分别用于调节乘员舱内的温度和在电池出现火情了及时采取灭火措施。在本申请中，通过将乘员舱内热管理系统与电池防火系统一体式设计，不同系统之间拥有共同的组成部件，可以大程度地节省设计空间，同时乘员舱内热管理系统内部流通的二氧化碳气体能够作为电池防火系统的灭火条件，协助电池防火系统进行灭火，提升了灭火效率。

具体地，乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机1、第一电磁阀2、第二电磁阀3、室内气冷器4、气液分离器5、第一电子膨胀阀6及室外换热器7，以形成乘员舱内制热子系统，用于给乘员舱内供热。乘员舱内制热子系统的具体工作过程：二氧化碳气体经压缩机1压缩后通过第一电磁阀2进入室内气冷器4中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入气液分离器5及第一电子膨胀阀6进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过室外换热器7、第二电磁阀3及气液分离器5转化成二氧化碳气体被压缩机1回收，以此循环供热动作。

电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀8、第三电磁阀9、灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13。电池防火系统通过第二电子膨胀阀8可与乘员舱制热子系统连通或断开。当进行电池包13灭火且第二电子膨胀阀8处于连通状态时，第一管道中经第二电子膨胀阀8降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀9依次进入灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，二氧化碳在经过灭火剂存储罐10时携带灭火剂存储罐10中的灭火剂（例如全氟已酮）在高压喷头组的作用下喷向电池包13，通过物理降温隔离以及化学抑制，可立即将火势控制，直接扑灭电池包13火灾或大幅延缓电池包13火势发展时间。

本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，该系统还包括第四电磁阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、室内蒸发器17及第三电子膨胀阀18，所述压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5及第三电子膨胀阀18依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，当进行乘员舱内制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第四电磁阀14依次进入所述室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5及第三电子膨胀阀18进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器17吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀16进入所述气液分离器5转化成二氧化碳气体被所述压缩机1回收。

在本实施例中，乘员舱内热管理系统还包括乘员舱制冷子系统，用于吸收乘员舱内的热量，实现降温。乘员舱制冷子系统包括依次连通的第四电磁阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、室内蒸发器17及第三电子膨胀阀18。

乘员舱制冷子系统的工作过程：经压缩机1压缩后产生超临界二氧化碳气体，经过第四电磁阀14流入室外换热器7中冷却，将热量释放到外界环境中，随后经过第一单向阀15后流入气液分离器5中进一步冷却，然后通过第三电子膨胀阀18节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室内蒸发器17中蒸发吸收乘员舱内的热量，然后通过第二单向阀16进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，该系统还包括电池制冷系统，所述电池制冷系统包括依次连通的所述压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5、第二电子膨胀阀8、电池包13及第三单向阀19，当进行电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第四电磁阀14依次进入所述室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5及第二电子膨胀阀8进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述电池包13内部吸收电池包13的热量后通过所述第三单向阀19进入所述气液分离器5转化成二氧化碳气体被所述压缩机1回收。

在本实施例中，该系统还包括电池制冷系统，用于吸收电池包13的热量，达到给电池包13降温的目的，避免电池包13在运行过程过热发生安全事故。电池制冷系统包括依次连通的压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5、第二电子膨胀阀8、电池包13及第三单向阀19。

电池制冷系统的工作过程：经压缩机1压缩后产生的高温高压超临界二氧化碳气体，经过第四电磁阀14流入室外换热器7中冷却，将热量释放到外界环境中，随后经过第一单向阀15后流入气液分离器5中进一步冷却，然后通过第二电子膨胀阀8节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入电池包13的直冷板中蒸发吸收电池包13的热量，然后通过第三单向阀19进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，所述乘员舱内制冷子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15及气液分离器5，当同时进行乘员舱内与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第四电磁阀14依次进入所述室外换热器7、第一单向阀15及气液分离器5进行降温处理后分别通过所述第三电子膨胀阀18进入所述室内蒸发器17吸收乘员舱内的热量，及通过所述第二电子膨胀阀8进入所述电池内部吸收电池的热量。

在本实施例中，乘员舱内制冷子系统与电池制冷系统共用压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15及气液分离器5，可实现同时进行乘员舱内与电池制冷模式。

乘员舱内与电池同时进行制冷模式的工作过程：经压缩机1压缩后的高温高压超临界二氧化碳气体，经过第四电磁阀14流入室外换热器7中冷却，将热量释放到外界环境中，随后经过第一单向阀15后流入气液分离器5中进一步冷却，然后分为乘员舱和电池包13两路。一路通过第三电子膨胀阀18节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室内蒸发器17中蒸发吸收乘员舱内的热量，另外一路通过第二电子膨胀阀8节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入电池包13的直冷板中蒸发吸收电池包13的热量，两路制冷剂（即二氧化碳气液混合物）分别通过第二单向阀16和第三单向阀19汇合后进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，所述乘员舱内制热子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机1、第一电磁阀2、室内气冷器4及气液分离器5，当同时进行乘员舱内制热与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第一电磁阀2进入所述室内气冷器4中冷却散发热量，为乘员舱内供热后，还依次进入所述气液分离器5、第二电子膨胀阀8及电池包13内部吸收电池包13的热量。

在本实施例中，乘员舱内制热子系统与电池制冷系统共用压缩机1、第一电磁阀2、室内气冷器4及气液分离器5，可同时进行乘员舱内制热与电池制冷模式。

乘员舱内制热与电池制冷模式同时进行的工作过程：经压缩机1压缩后产生的高温高压超临界气体，经过第一电磁阀2流入室内气冷器4中冷却，将热量释放到乘员舱中，随后流入气液分离器5中进一步冷却，然后分为室外换热器7和电池包13两路。一路通过第一电子膨胀阀6节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室外换热器7中蒸发吸收外界环境的热量，另外一路通过第二电子膨胀阀8节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入电池包13的直冷板中蒸发吸收电池包13的热量，两路制冷剂分别通过第二电磁阀3和第三单向阀19汇合后进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

在另一实施例中，该系统还能够进行乘员舱除湿再热模式。此模式下，进入乘员舱的空气首先经过室内蒸发器17，温度降至露点温度以下凝露除湿，随后经过室内气冷器4再热，将温湿度合适的空气送至乘员舱内。经压缩机1压缩后的高温高压超临界产生的二氧化碳气体，经过第一电磁阀2流入室内气冷器4中冷却，将空气再热，随后流入气液分离器5中进一步冷却，然后分为室外换热器7和室内蒸发器17两路。一路通过第一电子膨胀阀6节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室外换热器7中蒸发吸收外界环境的热量，另外一路通过第三电子膨胀阀18节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室内蒸发器17，使空气凝露除湿。两路制冷剂（即二氧化碳气液混合物）分别通过第二电磁阀3和第二单向阀16汇合后进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

在另一实施例中，该系统还能够同时进行乘员舱除湿再热和电池包13冷却模式。此模式下，进入乘员舱的空气首先经过室内蒸发器17，温度降至露点温度以下凝露除湿，随后经过室内气冷器4再热，将温湿度合适的空气送至乘员舱内。经压缩机1压缩后的高温高压超临界产生的二氧化碳气体，经过第一电磁阀2流入室内气冷器4中冷却，将空气再热，随后流入气液分离器5中进一步冷却，然后分为室外换热器7、室内蒸发器17和电池包13三路。一路通过第一电子膨胀阀6节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室外换热器7中蒸发吸收外界环境的热量，第二路通过第三电子膨胀阀18节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室内蒸发器17，使空气凝露除湿，第三路通过第二电子膨胀阀8节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入电池包13的直冷板中蒸发吸收电池包13的热量。三路制冷剂（即二氧化碳气液混合物）再分别通过第二电磁阀3、第二单向阀16和第三单向阀19汇合后进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

进一步地，电池防火系统通过第二电子膨胀阀8可与乘员舱制热子系统、乘员舱内制冷子系统及电池制冷系统连通或断开。

在另一实施例中，防火系统还包括烟雾传感器（图中未示出）、处理器（图中未示出）及报警模块（图中未示出），烟雾传感器设于电池包13上与处理器电连接，用于当检测到电池包13产生烟雾时向处理器发出控制信号。处理器分别与压缩机1、第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀9、第四电磁阀14、第一电子膨胀阀6、第二电子膨胀阀8及第三电子膨胀阀18电连接，当处理器接收到控制信号时控制压缩机1关闭，避免气体再高压环境下遇到火情发生爆炸。控制第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀9、第四电磁阀14、第一电子膨胀阀6、第二电子膨胀阀8及第三电子膨胀阀18开启，使该系统中的二氧化碳气体都流向电池防火系统。并控制警报模块发出警报，通知工作人员发生安全事故。

需要解释的是，进行乘员舱内制热模式时，第三电磁阀9、第四电磁阀14、第二电子膨胀阀8与第三电子膨胀阀18均处于关闭状态。

进行乘员舱内制冷模式时，第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀9、第一电子膨胀阀6及第二电子膨胀阀8均处于关闭状态。

进行电池制冷模式时，第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀9、第一电子膨胀阀6及第三电子膨胀阀18均处于关闭状态。

同时进行乘员舱内与电池制冷模式时，第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀9及第三电子膨胀阀18均处于关闭状态。

同时进行乘员舱内制热与电池制冷模式时，第三电磁阀9、第四电磁阀14及第三电子膨胀阀18均处于关闭状态。

进行乘员舱除湿再热模式时，第三电磁阀9、第四电磁阀14及第二电子膨胀阀8均处于关闭状态。

同时进行乘员舱除湿再热和电池包13冷却模式时，第三电磁阀9及第四电磁阀14均处于关闭状态。

另一方面提供一种基于如上述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统的控制方法，如图2所示，包括：

该系统包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统，所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机1、第一电磁阀2、第二电磁阀3、室内气冷器4、气液分离器5、第一电子膨胀阀6及室外换热器7，以形成乘员舱内制热子系统，所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀8、第三电磁阀9、灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀8可与所述乘员舱制热子系统连通或断开，该方法包括：

S110：二氧化碳气体经压缩机1压缩后通过第一电磁阀2进入室内气冷器4中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入气液分离器5及第一电子膨胀阀6进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过室外换热器7、第二电磁阀3及气液分离器5转化成二氧化碳气体被所述压缩机1回收；

S120：保持第二电子膨胀阀8处于连通状态，第一管道中经第二电子膨胀阀8降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀9依次进入灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，同时二氧化碳携带灭火剂存储罐10中的灭火剂对电池包13进行灭火。

在本实施例中，该热管理系统集成了乘员舱内热管理系统与电池防火系统，分别用于调节乘员舱内的温度和在电池出现火情了及时采取灭火措施。在本申请中，通过将乘员舱内热管理系统与电池防火系统一体式设计，不同系统之间拥有共同的组成部件，可以大程度地节省设计空间，同时乘员舱内热管理系统内部流通的二氧化碳气体能够作为电池防火系统的灭火条件，协助电池防火系统进行灭火，提升了灭火效率。

具体地，乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机1、第一电磁阀2、第二电磁阀3、室内气冷器4、气液分离器5、第一电子膨胀阀6及室外换热器7，以形成乘员舱内制热子系统，用于给乘员舱内供热。乘员舱内制热子系统的具体工作过程：二氧化碳气体经压缩机1压缩后通过第一电磁阀2进入室内气冷器4中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入气液分离器5及第一电子膨胀阀6进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过室外换热器7、第二电磁阀3及气液分离器5转化成二氧化碳气体被压缩机1回收，以此循环供热动作。

电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀8、第三电磁阀9、灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13。电池防火系统通过第二电子膨胀阀8可与乘员舱制热子系统连通或断开。当进行电池包13灭火且第二电子膨胀阀8处于连通状态时，第一管道中经第二电子膨胀阀8降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀9依次进入灭火剂存储罐10、泄压阀11、高压喷头组及电池包13，二氧化碳在经过灭火剂存储罐10时携带灭火剂存储罐10中的灭火剂（例如全氟已酮）在高压喷头组的作用下喷向电池包13，通过物理降温隔离以及化学抑制，可立即将火势控制，直接扑灭电池包13火灾或大幅延缓电池包13火势发展时间。

本发明进一步较佳实施例中，如图1所示，该系统还包括第四电磁阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、室内蒸发器17及第三电子膨胀阀18，所述压缩机1、第四电磁阀14、室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5及第三电子膨胀阀18依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，该方法还包括乘员舱内制冷步骤：

二氧化碳气体经所述压缩机1压缩后通过所述第四电磁阀14依次进入所述室外换热器7、第一单向阀15、气液分离器5及第三电子膨胀阀18进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器17吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀16进入所述气液分离器5转化成二氧化碳气体被所述压缩机1回收。

在本实施例中，乘员舱内热管理系统还包括乘员舱制冷子系统，用于吸收乘员舱内的热量，实现降温。乘员舱制冷子系统包括依次连通的第四电磁阀14、第一单向阀15、第二单向阀16、室内蒸发器17及第三电子膨胀阀18。

乘员舱制冷子系统的工作过程：经压缩机1压缩后产生超临界二氧化碳气体，经过第四电磁阀14流入室外换热器7中冷却，将热量释放到外界环境中，随后经过第一单向阀15后流入气液分离器5中进一步冷却，然后通过第三电子膨胀阀18节流降压后成为低温低压二氧化碳气液混合物并进入室内蒸发器17中蒸发吸收乘员舱内的热量，然后通过第二单向阀16进入气液分离器5继续吸收热量，最后变成低温低压的二氧化碳气体被吸入压缩机1中完成循环。

需要说明的是，对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可能采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元之间的间接耦合或通信连接，可以是电信或者其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统；

所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、室内气冷器、气液分离器、第一电子膨胀阀及室外换热器，以形成乘员舱内制热子系统；

当进行乘员舱内制热时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入所述气液分离器及第一电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过所述室外换热器、第二电磁阀及气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收；

所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀、第三电磁阀、灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统连通或断开；

当进行电池包灭火且所述第二电子膨胀阀处于连通状态时，所述第一管道中经所述第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过所述第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带所述灭火剂存储罐中的灭火剂对所述电池包进行灭火。

2.如权利要求1所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，该系统还包括第四电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、室内蒸发器及第三电子膨胀阀，所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，当进行乘员舱内制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

3.如权利要求2所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，该系统还包括电池制冷系统，所述电池制冷系统包括依次连通的所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器、第二电子膨胀阀、电池包及第三单向阀，当进行电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第二电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述电池包内部吸收电池包的热量后通过所述第三单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

4.如权利要求3所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，所述乘员舱内制冷子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀及气液分离器，当同时进行乘员舱内与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀及气液分离器进行降温处理后分别通过所述第三电子膨胀阀进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量，及通过所述第二电子膨胀阀进入所述电池内部吸收电池的热量。

5.如权利要求4所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，所述乘员舱内制热子系统与所述电池制冷系统共用所述压缩机、第一电磁阀、室内气冷器及气液分离器，当同时进行乘员舱内制热与电池制冷时，二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第一电磁阀进入所述室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后，还依次进入所述气液分离器、第二电子膨胀阀及电池包内部吸收电池包的热量。

6.如权利要求5所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，所述灭火剂存储罐存储的灭火剂为全氟已酮。

7.如权利要求 6所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统、乘员舱内制冷子系统及电池制冷系统连通或断开。

8.如权利要求 6所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统，其特征在于，所述防火系统还包括烟雾传感器、处理器及报警模块，所述烟雾传感器设于所述电池包上与所述处理器电连接，用于当检测到所述电池包产生烟雾时向所述处理器发出控制信号，所述处理器分别与所述压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀及第三电子膨胀阀电连接，当所述处理器接收到所述控制信号时控制所述压缩机关闭，控制所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀及第三电子膨胀阀开启，并控制所述警报模块发出警报。

9.一种基于如权利要求1-8任一项所述的二氧化碳热泵与灭火集成式热管理系统的控制方法，其特征在于，该系统包括乘员舱内热管理系统及电池防火系统，所述乘员舱内热管理系统包括依次连通的压缩机、第一电磁阀、第二电磁阀、室内气冷器、气液分离器、第一电子膨胀阀及室外换热器，以形成乘员舱内制热子系统，所述电池防火系统包括依次连通的第二电子膨胀阀、第三电磁阀、灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，所述电池防火系统通过所述第二电子膨胀阀可与所述乘员舱制热子系统连通或断开，该方法包括：

乘员舱内制热步骤：二氧化碳气体经压缩机压缩后通过第一电磁阀进入室内气冷器中冷却散发热量，为乘员舱内供热后依次进入气液分离器及第一电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物依次通过室外换热器、第二电磁阀及气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收；

电池包灭火步骤：保持第二电子膨胀阀处于连通状态，第一管道中经第二电子膨胀阀降压降温处理得到的二氧化碳气体通过第三电磁阀依次进入灭火剂存储罐、泄压阀、高压喷头组及电池包，同时二氧化碳携带灭火剂存储罐中的灭火剂对电池包进行灭火。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，该系统还包括第四电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、室内蒸发器及第三电子膨胀阀，所述压缩机、第四电磁阀、室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀依次连通形成所述乘员舱内热管理系统的乘员舱制冷子系统，该方法还包括乘员舱内制冷步骤：

二氧化碳气体经所述压缩机压缩后通过所述第四电磁阀依次进入所述室外换热器、第一单向阀、气液分离器及第三电子膨胀阀进行降温降压处理得到二氧化碳气液混合物，二氧化碳气液混合物进入所述室内蒸发器吸收乘员舱内的热量后通过所述第二单向阀进入所述气液分离器转化成二氧化碳气体被所述压缩机回收。

Images