CN113022261A - 一种电动车用热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车用热管理系统，包括空调单元及电机电池冷却加热单元。空调单元包括压缩机、车内冷凝器、经济器、第一节流阀、车外换热器、第一电磁阀、单向阀、第二节流阀、车内蒸发器、第三节流阀、第二电磁阀、余热回收换热器、气液分离器、第四节流阀及第三电磁阀。电机电池冷却加热单元与余热回收换热器的冷却液侧连接，以使电机电池冷却加热单元通过余热回收换热器与空调单元换热。本发明通过空调单元和电机电池冷却加热单元的耦合运行、高效除湿和快速融霜保证了电动汽车驾乘的热舒适性和安全性，增焓技术和余热回收技术可实现系统稳定高效的宽温区供热，在使用较少阀件的前提下，实现了多种模式，降低了系统控制复杂程度和成本。

Description

一种电动车用热管理系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种电动车用热管理系统。

背景技术

热泵节能高效，冷暖一体，正成为新能源汽车空调技术发展的重要趋势。但采用单一环境热源的普通热泵在低温供热时系统效率降低较快，同时由于R134a制冷剂的物理特性，导致热泵系统在低温运行时车外换热器易结霜，不能高效可靠运行，仍需电加热PTC进行辅助供暖。供暖时若同步开启大功率的电加热PTC，将会加剧整车的能量消耗。另外，现有的热管理系统热泵制热使用温度范围相对较窄，不利于大规模的推广利用，同时，现有的热管理系统阀件较多，控制复杂，系统成本和开发风险较大，进一步限制了热泵技术的应用。

因此，亟需提供一种电动车用热管理系统来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热舒适性和安全性较高，能实现稳定高效的宽温区供热，阀件较少，成本较低，能实现多种模式运行，整车能源利用率较高的电动车用热管理系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动车用热管理系统，包括空调单元及电机电池冷却加热单元；

所述空调单元包括压缩机、车内冷凝器、经济器、第一节流阀、车外换热器、第一电磁阀、单向阀、第二节流阀、车内蒸发器、第三节流阀、第二电磁阀、余热回收换热器、气液分离器、第四节流阀及第三电磁阀；

其中，所述压缩机排气口与所述车内冷凝器的进口相连接，所述车内冷凝器的出口分为两路，分别连接所述第四节流阀的进口和所述经济器的一侧进口，所述第四节流阀的出口与所述经济器的另一侧进口相连，所述经济器与所述第四节流阀连接的一侧的出口与所述第三电磁阀的进口相连，所述第三电磁阀的出口与所述压缩机的补气口相连，所述经济器的另一侧出口分为两条支路，一条支路经过所述第二电磁阀后与所述第二节流阀进口相连，另一条支路与所述第一节流阀的进口相连，所述第一节流阀的出口与所述车外换热器的进口相连，所述车外换热器的出口分为两条支路，一条支路的制冷剂经过所述第一电磁阀后与所述气液分离器的进口相连，另一条支路经过所述单向阀后再分为两条支路，一条支路的制冷剂通过所述第二节流阀后与所述车内蒸发器的进口相连，另一条支路制冷剂经过由所述第三节流阀后与所述余热回收换热器制冷剂侧的进口相连，所述车内蒸发器的出口及所述余热回收换热器制冷剂侧的出口均与所述气液分离器的进口相连，所述气液分离器的出口与所述压缩机的进口相连；

所述电机电池冷却加热单元与所述余热回收换热器冷却液侧连接，以使所述电机电池冷却加热单元通过所述余热回收换热器与所述空调单元换热。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述电机电池冷却加热单元包括膨胀水壶、第一四通水阀、第一水泵、第二四通水阀、三通水阀、低温散热器、加热器、第二水泵组成的冷却液循环回路；

其中，所述膨胀水壶的一端连接所述第一四通水阀的第一接口，所述膨胀水壶的另一端与所述三通水阀的第一接口连接，所述三通水阀的第二接口与所述低温散热器的一端连接，所述低温散热器的另一端及所述三通水阀的第三接口均连接至所述第二四通水阀的第一接口；第一四通水阀的第二接口连接所述第一水泵的一端，所述第一水泵的另一端连接电机的冷却液进口，所述电机的冷却液出口连接所述第二四通水阀的第二接口；所述第一四通水阀的第三接口连接所述加热器的一端，所述加热器的另一端连接所述余热回收换热器另一侧的进口，所述余热回收换热器另一侧的出口连接所述第二四通水阀的第三接口；所述第一四通水阀的第四接口连接所述第二水泵的一端，所述第二水泵的另一端连接电池冷却液流道的进口，所述电池冷却液流道的出口连接所述第二四通水阀的第四接口。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述空调单元的工作模式包括制冷、普通制热、并联余热回收制热、串联余热回收制热、单增焓制热、增焓余热回收制热、串联除湿、并联除湿、常规除霜和余热补偿除霜；

所述电机电池冷却加热单元的工作模式包括电池均温自循环、电池加热、电机电池串联冷却和电池电机独立冷却四种工作模式。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，还包括温度风门，所述温度风门可以调节风是否经过所述车内冷凝器以及流经所述车内冷凝器的风量大小。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，还包括空调箱总成，所述车内冷凝器及所述车内蒸发器设于所述空调箱总成内；所述车外换热器处设有第一风机，所述空调箱总成内设置有第二风机，所述第一风机及所述第二风机分别用于加强所述车外换热器、所述车内蒸发器及所述车内冷凝器的散热。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述第一节流阀、所述第二节流阀和所述第三节流阀具有全开和全闭模式，全开模式下无节流效果，全闭模式下处于截止状态，所述第一节流阀、所述第二节流阀和所述第三节流阀的节流效果与阀开度相关。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述车内冷凝器、所述车外换热器及所述车内蒸发器的换热器型式均为平行流型式；所述余热回收换热器的结构型式为微通道板式，所述微通道板式为具有制冷剂流道和冷却液流道的双流体流道结构。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述车外换热器的进风处布置有温湿度传感器，所述车内蒸发器及所述车内冷凝器的出风处均布置有温度传感器；所述车外换热器处的温湿度传感器用于采集环境温度和湿度，以进行系统模式切换；所述车内蒸发器处布置的温度传感器用于监控车内蒸发器的工作状态；所述车内冷凝器处布置的温度传感器用于监控车内冷凝器的工作状态。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述车外换热器制冷剂侧出口处、所述车内冷凝器制冷剂侧出口处及所述压缩机补气口处均布置有温度压力传感器，所述温度压力传感器检测出的温度压力值作为系统制冷、制热、除湿、除霜以及补气增焓效果的控制参数点。

作为上述电动车用热管理系统的一种可选方案，所述电池冷却液流道的进出口处设置有温度传感器，用于采集电池包的进出口冷却液温度信号，以根据温度信号调节所述第二水泵的流量及所述加热器的加热功率，从而调节对所述电池包的加热效果。

本发明的有益之处在于：本发明的电动车用热管理系统通过空调单元和电机电池冷却加热单元的耦合运行充分地保证了电动汽车驾乘的热舒适性和安全性。相比于现有的空调系统，本发明中增焓技术和余热回收技术的联合使用可实现系统稳定高效的宽温区供热，高效除湿和快速融霜的运行提高了乘员舱的热舒适性和安全性。在使用较少阀件的前提下，实现了系统的多种模式，降低了系统的控制复杂程度和成本。

附图说明

图1是本发明中电动车用热管理系统的结构示意图；

图2是本发明中空调单元处于制冷模式时的制冷剂流向示意图；

图3是本发明中空调单元处于普通制热模式时的制冷剂流向示意图；

图4是本发明中空调单元处于并联余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图；

图5是本发明中空调单元处于串联余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图；

图6是本发明中空调单元处于单增焓制热模式时的制冷剂流向示意图；

图7是本发明中空调单元处于增焓余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图；

图8是本发明中空调单元处于串联除湿模式时的制冷剂流向示意图；

图9是本发明中空调单元处于并联除湿模式时的制冷剂流向示意图；

图10是本发明中空调单元处于普通除霜模式时的制冷剂流向示意图；

图11是本发明中空调单元处于余热补偿除霜模式时的制冷剂流向示意图；

图12是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池均温自循环模式时的冷却液流向示意图；

图13是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池加热模式时的冷却液流向示意图；

图14是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池电机串联冷却模式时的冷却液流向示意图；

图15是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池电机独立冷却模式时的冷却液流向示意图；

图16是本发明中空调单元的各模式的控制方法示意图；

图17是本发明中电机电池冷却加热单元的各模式的控制方法示意图。

图中：

1、压缩机；2、车内冷凝器；3、第四节流阀；4、经济器；5、第三电磁阀；6、第一节流阀；7、车外换热器；8、单向阀；9、第二节流阀；10、车内蒸发器；11、气液分离器；12、第三节流阀；14、第二电磁阀；15、第一电磁阀；16、空调箱总成；17、温度风门；18、第二风机；19、第一风机；20、膨胀水壶；21、第一四通水阀；22、第一水泵；23、第二四通水阀；24、三通水阀；25、低温散热器；26、加热器；27、余热回收换热器；28、第二水泵；29、电池冷却液流道；30、主动进气格栅。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种电动车用热管理系统，图1是本发明中电动车用热管理系统的结构示意图，如图1所示，包括空调单元及电机电池冷却加热单元。空调单元起到空调的作用，用于调节乘员舱温度以及用于除霜除湿。电机电池冷却加热单元用于对电机和电池进行冷却和降温。可以理解的是，电机电池冷却加热单元中的冷却介质采用冷却液，冷却液可以采用循环水，空调单元中的制冷介质为制冷剂。电机电池冷却加热单元与空调单元之间通过余热回收换热器27连接，也就是说，余热回收换热器27包括冷却液侧和制冷剂侧，电机电池冷却加热单元中的冷却液流过余热回收换热器27的冷却液侧，空调单元流过余热回收换热器27的制冷剂侧，以使电机电池冷却加热单元与空调单元之间进行热交换，利用空调单元为电池降温。

具体的，参考图1，空调单元包括压缩机1、车内冷凝器2、经济器4、第一节流阀6、车外换热器7、第一电磁阀15、单向阀8、第二节流阀9、车内蒸发器10、第三节流阀12、第二电磁阀14、余热回收换热器27、气液分离器11、第四节流阀3及第三电磁阀5；

电机电池冷却加热单元包括膨胀水壶20、第一四通水阀21、第一水泵22、第二四通水阀23、三通水阀24、低温散热器25、加热器26、第二水泵28组成的冷却液循环回路。

空调单元中，压缩机1排气口与车内冷凝器2的进口相连接，车内冷凝器2的出口分为两路，分别连接第四节流阀3的进口和经济器4的一侧进口，第四节流阀3的出口与经济器4的另一侧进口相连，经济器4与第四节流阀3连接的一侧的出口与第三电磁阀5的进口相连，第三电磁阀5的出口与压缩机1的补气口相连，经济器4的另一侧出口分为两条支路，一条支路经过第二电磁阀14后与第二节流阀9进口相连，另一条支路与第一节流阀6的进口相连，第一节流阀6的出口与车外换热器7的进口相连，车外换热器7的出口分为两条支路，一条支路的制冷剂经过第一电磁阀15后与气液分离器11的进口相连，另一条支路经过单向阀8后再分为两条支路，一条支路的制冷剂通过第二节流阀9后与车内蒸发器10的进口相连，另一条支路制冷剂经过由第三节流阀12后与余热回收换热器27制冷剂侧的进口相连，车内蒸发器10的出口及余热回收换热器27制冷剂侧的出口均与气液分离器11的进口相连，气液分离器11的出口与压缩机1的进口相连；

电机电池冷却加热单元中，膨胀水壶20的一端连接第一四通水阀21的第一接口，膨胀水壶20的另一端与三通水阀24的第一接口连接，三通水阀24的第二接口与低温散热器25的一端连接，低温散热器25的另一端及三通水阀24的第三接口均连接至第二四通水阀23的第一接口；第一四通水阀21的第二接口连接第一水泵22的一端，第一水泵22的另一端连接电机的冷却液进口，电机的冷却液出口连接第二四通水阀23的第二接口；第一四通水阀21的第三接口连接加热器26的一端，加热器26的另一端连接余热回收换热器27另一侧的进口，余热回收换热器27另一侧的出口连接第二四通水阀23的第三接口；第一四通水阀21的第四接口连接第二水泵28的一端，第二水泵的另一端连接电池冷却液流道29的进口，电池冷却液流道29的出口连接第二四通水阀23的第四接口。

如图1所示，电动车用热管理系统还包括温度风门17、空调箱总成16、第一风机19、第二风机18以及主动进气格栅30。温度风门17可以调节风是否经过车内冷凝器2以及流经车内冷凝器2的风量大小，再结合第一电磁阀15、第二电磁阀14、第三电磁阀5的开启或关闭进行系统运行模式的切换。车内冷凝器2及车内蒸发器10设于空调箱总成16内。第一风机19设于车外换热器7处，第二风机18设于空调箱总成16内，第一风机19及第二风机18分别用于加强车外换热器7、车内蒸发器10及车内冷凝器2的散热，以防止局部温度过高影响空调单元的正常运行，确保整个系统正常工作，避免故障的发生。

本发明中，第一节流阀6、第二节流阀9和第三节流阀12具有全开和全闭模式，全开模式下无节流效果，全闭模式下处于截止状态，第一节流阀6、第二节流阀9和第三节流阀12的节流效果与阀开度相关。第四节流阀3为常规节流阀。

本发明中，空调单元的工作模式包括制冷、普通制热、并联余热回收制热、串联余热回收制热、单增焓制热、增焓余热回收制热、串联除湿、并连除湿、常规除霜和余热补偿除霜；

电机电池冷却加热单元的工作模式包括电池均温自循环、电池加热、电机电池串联冷却和电池电机独立冷却四种工作模式。

图2是本发明中空调单元处于制冷模式时的制冷剂流向示意图，参考图2，图2中箭头所示即为空调单元处于制冷模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于制冷模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全冷角度，空调箱总成16内的风不经过车内冷凝器2，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6全开，第二节流阀9开启节流，第三节流阀12开启节流，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，先依次流经车内冷凝器2、经济器4和第一节流阀6后进入到车外换热器7，制冷剂在车外换热器7处冷凝放热后再通过单向阀8，然后分成两路，一路制冷剂经过第二节流阀9节流后进入车内蒸发器10，在车内蒸发器10处吸收乘员舱内的热量，另一路制冷剂经过第三节流阀12节流后进入余热回收换热器27，在余热回收换热器27处与电机电池冷却加热单元换热，然后两路制冷剂汇流至气液分离器11，最后回到压缩机1，如此完成制冷模式。

图3是本发明中空调单元处于普通制热模式时的制冷剂流向示意图，参考图3，图3中箭头所示即为空调单元处于普通制热模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于普通制热模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全热角度，空调箱总成16内的风全部经过车内冷凝器2，第一电磁阀15打开，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9全关，第三节流阀12全关，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行冷凝放热后流经经济器4，再在第一节流阀6节流后进入到车外换热器7，制冷剂在车外换热器7处蒸发吸收外界的热，换热后的制冷剂再依次经过第一电磁阀15和气液分离器11，最后回流至压缩机1，如此完成普通制热模式。

图4是本发明中空调单元处于并联余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图，参考图4，图4中箭头所示即为空调单元处于并联余热回收制热模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于并联余热回收制热模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全热角度，空调箱总成16内的风全部经过车内冷凝器2，第一电磁阀15打开，第二电磁阀14打开，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9全关，第三节流阀12开启节流，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行冷凝放热后流经经济器4，在经济器4出口处分为两路，一路制冷剂经过第一节流阀6节流后进入到车外换热器7，制冷剂在车外换热器7处蒸发吸收外界的热，换热后的制冷剂再流经第一电磁阀15，另一路制冷剂经过第二电磁阀14后在第三节流阀12处进行节流，节流后的制冷剂在余热回收换热器27处吸收电机电控等的余热，两路换热的制冷剂汇集到气液分离器11处，最后回流至压缩机1，如此完成并联余热回收制热模式。

图5是本发明中空调单元处于串联余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图，参考图5，图5中箭头所示即为空调单元处于串联余热回收制热模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于串联余热回收制热模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全热角度，空调箱总成16内的风全部经过车内冷凝器2，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9全关，第三节流阀12开启节流，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行冷凝放热后流经经济器4，在第一节流阀6处节流后进入车外换热器7，在车外换热器7处蒸发吸收外界环境的热，然后经过单向阀8和第三节流阀12后进入余热回收换热器27，在余热回收换热器27处继续吸收来自电机电控等的余热，最后经过气液分离器11回流至压缩机1，如此完成串联余热回收制热模式。

图6是本发明中空调单元处于单增焓制热模式时的制冷剂流向示意图，参考图6，图6中箭头所示即为空调单元处于单增焓制热模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于单增焓制热模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全热角度，空调箱总成16内的风全部经过车内冷凝器2，第一电磁阀15打开，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5打开，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9全关，第三节流阀12关闭，第四节流阀3开启节流。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行冷凝放热后分成两路，一路制冷剂直接进入经济器4，另一路制冷剂通过第第四节流阀3节流后进入经济器4，在经济器4中与直接进入经济器4的那一路制冷剂换热后通过第三电磁阀5流回压缩机1补气口，直接进入经济器4的制冷剂在经济器4中换热后在第一节流阀6处节流，节流后进入车外换热器7，在车外换热器7处吸收外界环境热量后再通过单向阀8和气液分离器11，最后回流至压缩机1，如此完成单增焓制热模式。

图7是本发明中空调单元处于增焓余热回收制热模式时的制冷剂流向示意图，参考图7，图7中箭头所示即为空调单元处于增焓余热回收制热模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于增焓余热回收制热模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17转动至全热角度，空调箱总成16内的风全部经过车内冷凝器2，第一电磁阀15打开，第二电磁阀14打开，第三电磁阀5打开，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9全关，第三节流阀12开启节流，第四节流阀3开启节流。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2处进行冷凝放热后分成两路，一路制冷剂直接进入经济器4，另一路制冷剂通过第四节流阀3节流后在经济器4处与直接进入经济器4的那一路制冷剂换热后通过第三电磁阀5流回压缩机1补气口，直接进入经济器4的制冷剂在经济器4换热后分为两路，一路制冷剂在第一节流阀6处节流，节流后进入车外换热器7，在车外换热器7处吸收外界环境热量后再通过第一电磁阀15，另一路制冷剂通过第二电磁阀14后在第三节流阀12处节流，节流过的制冷剂进入余热回收换热器27，在余热回收换热器27处换热后的制冷剂与在车外换热器7吸收热量后的制冷剂汇总在气液分离器11处，最后回流至压缩机1，如此完成增焓余热回收制热模式。

图8是本发明中空调单元处于串联除湿模式时的制冷剂流向示意图，参考图8，图8中箭头所示即为空调单元处于串联除湿模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于串联除湿模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17在中间区域转动调节，空调箱总成16内的风全部经过车内蒸发器10，部分经过车内冷凝器2，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6全开，第二节流阀9开启节流，第三节流阀12全关，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2冷凝放热，再流经经济器4，然后经过第一节流阀6，在外换热器7处继续放热，在车外换热器7处放热后再经过单向阀8后在第二节流阀9处节流，节流后的制冷剂进入车内蒸发器10蒸发吸热，最后经过气液分离器11回流至压缩机1。如此完成串联除湿模式。

图9是本发明中空调单元处于并联除湿模式时的制冷剂流向示意图，参考图9，图9中箭头所示即为空调单元处于并联除湿模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于并联除湿模式时，主动进气格栅30打开，空调箱总成16内的温度风门17在中间区域转动调节，空调箱总成16内的风全部经过车内蒸发器10，部分经过车内冷凝器2，第一电磁阀15打开，第二电磁阀14打开，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6开启节流，第二节流阀9开启节流，第三节流阀12全关，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，在车内冷凝器2冷凝放热，再流经经济器4，制冷剂在经济器4出口处分为两路，一路制冷剂经过第一节流阀6，在外换热器7处吸收外界的热，在车外换热器7处换热后再经过第一电磁阀15，另一路制冷剂经过第二电磁阀14在第二节流阀9节流后进入车内蒸发器10蒸发吸热，然后两路制冷剂汇集在气液分离器11入口，最后回流至压缩机1。如此完成并联除湿模式。

图10是本发明中空调单元处于普通除霜模式时的制冷剂流向示意图，参考图10，图10中箭头所示即为空调单元处于普通除霜模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于普通除霜模式时，主动进气格栅30关闭，空调箱总成16内的温度风门17转动至全冷角度，空调箱总成16内的风全部经过车内蒸发器10，不经过车内冷凝器2，第一电磁阀15开启，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6全开，第二节流阀9全关，第三节流阀12全关，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，依次经过车内冷凝器2、经济器4和第一节流阀6后进入车外换热器7，制冷剂在车外换热器7处放热后经过第一电磁阀15，最后经过气液分离器11，最后回流至压缩机1。如此完成普通除霜模式。

图11是本发明中空调单元处于余热补偿除霜模式时的制冷剂流向示意图，参考图11，图11中箭头所示即为空调单元处于余热补偿除霜模式时制冷剂的流动方向。

当空调单元处于余热补偿除霜模式时，主动进气格栅30关闭，空调箱总成16内的温度风门17转动至全冷角度，空调箱总成16内的风全部经过车内蒸发器10，不经过车内冷凝器2，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14关闭，第三电磁阀5关闭，第一节流阀6全开，第二节流阀9全关，第三节流阀12开启节流，第四节流阀3关闭。制冷剂由压缩机1排出后，依次经过车内冷凝器2、经济器4和第一节流阀6后进入车外换热器7，制冷剂在车外换热器7处放热后经过单向阀8在第三节流阀12处节流，节流后的制冷剂在余热回收换热器27吸收热量，吸热后的制冷剂经过气液分离器11，最后回流至压缩机1，如此完成余热补偿除霜模式。

图12是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池均温自循环模式时的冷却液流向示意图，参考图12，图12中箭头所示即为电机电池冷却加热单元处于电池均温自循环模式时冷却液的流动方向。

当电机电池冷却加热单元处于电池均温自循环模式时，第一四通水阀21开启调节，第二四通水阀23开启调节，三通水阀24开启调节，第一水泵22停止，第二水泵28运行调节。冷却液从膨胀水壶20流出后经过第一四通水阀21和第二水泵28，然后在电池冷却液流道29处换热，换热后的冷却液再经过第二四通水阀23和三通水阀24回流至膨胀水壶20。

图13是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池加热模式时的冷却液流向示意图，参考图13，图13中箭头所示即为电机电池冷却加热单元处于电池加热模式时冷却液的流动方向。

当电机电池冷却加热单元处于电池加热模式时，第一四通水阀21开启调节，第二四通水阀23开启调节，三通水阀24无动作，第一水泵22停止，第二水泵28运行调节。冷却液在加热器26加热后进入到第二水泵28，加热后的冷却液在电池冷却液流道29换热，换热后的冷却液再依次通过第二四通水阀23和余热回收换热器27后回流至加热器26待加热。

图14是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池电机串联冷却模式时的冷却液流向示意图，参考图14，图14中箭头所示即为电机电池冷却加热单元处于电池电机串联冷却模式时冷却液的流动方向。

当电机电池冷却加热单元处于电池电机串联冷却模式时，第一四通水阀21开启调节，第二四通水阀23开启调节，三通水阀24无动作，第一水泵22运行调节，第二水泵28运行调节。冷却液从膨胀水壶20流出后先经过第一四通水阀21和第二水泵28，在电池冷却液流道29换热后经过第二四通水阀23，再依次经过余热回收换热器27和加热器26，然后经过第一四通水阀21和第一水泵22后进入电机电控等冷却液通道，在电机电控冷却液通道处换热后再经过第二四通水阀23，从第二四通水阀23流出的冷却液在低温散热器25处散热后流回膨胀水壶20。

图15是本发明中电机电池冷却加热单元处于电池电机独立冷却模式时的冷却液流向示意图，参考图15，图15中箭头所示即为电机电池冷却加热单元处于电池电机独立冷却模式时冷却液的流动方向。

当电机电池冷却加热单元处于电池电机独立冷却模式时，第一四通水阀21开启调节，第二四通水阀23开启调节，三通水阀24无动作，第一水泵22运行调节，第二水泵28运行调节。冷却液分别在电机电控冷却循环和电池冷却循环中流动，在电机电控冷却循环中，冷却液从膨胀水壶20流出后先经过第一水泵22，在电机电控冷却液通道处换热后经过第二四通水阀23，再在低温散热器25处散热后回流至膨胀水壶20。在电池冷却循环中，冷却液在余热回收换热器27处换热，换热后的冷却液再依次经过加热器26和第二水泵28，然后进入到电池冷却液流道29，在电池冷却液流道29处换热后再通过第二四通水阀23流至余热回收换热器27处。

本发明中，车内冷凝器2、车外换热器7及车内蒸发器10的换热器型式均为平行流型式，余热回收换热器27的结构型式为微通道板式，微通道板式为具有制冷剂流道和冷却液流道的双流体流道结构。

本发明中，车外换热器7的进风处布置有温湿度传感器，车内蒸发器10及车内冷凝器2的出风处均布置有温度传感器；车外换热器7处的温湿度传感器用于采集环境温度和湿度，以进行系统模式切换；车内蒸发器10处布置的温度传感器主要用于监控车内蒸发器的工作状态，保证制冷和除湿效果；车内冷凝器2处布置的温度传感器主要用于监控车内冷凝器2的工作状态，保证制热效果。

本发明中，车外换热器7制冷剂侧出口处、车内冷凝器2制冷剂侧出口处及压缩机1补气口处均布置有温度压力传感器，温度压力传感器检测出的温度压力值作为系统制冷、制热、除湿、除霜以及补气增焓效果的控制参数点。

本发明中，电池冷却液流道29的进出口处设置有温度传感器，用于采集电池包的进出口冷却液温度信号，并反馈到控制器，以使控制器根据温度信号调节第二水泵28的流量及加热器26的加热功率，从而调节对电池包的加热效果。

参考图3至图7，本发明电动车用热管理系统的空调单元运行制热时，当外界温度较低时，带经济器4的增焓技术能将压缩机1排出的一部分制冷剂节流后进入经济器4，在经济器4处换热后再通过第三电磁阀5循环回压缩机1，可以有效降低系统的排气温度和排气压力，同时另一部分制冷剂在经济器4中进一步过冷，提高了阀前过冷度，改善系统循环，提升系统的制热性能。通过余热回收换热器27冷却液侧对电机电控等产生的余热进行热回收，然后转移到空调单元中，提升空调单元制热性能系数。

结合图8至图9所示，本发明所述当乘员舱湿度较大时，系统的除湿运行可以根据车外环境温度的高低开启不同除湿模式，同时配合温度风门17的开启角度调节，调节冷热风混合比例，达到合适的送风状态点，保证乘员舱的热舒适性。

结合图10至图11所示，本发明所述当外气温度较低、湿度较大时，制热运行容易造成车外换热器7处的结霜甚至结冰，系统的除霜模式运行时，也可通过余热回收换热器27冷却液侧吸收的余热可以辅助快速消除车外换热器9处的霜和冰，使得系统除霜模式尽早的切换回制热模式，保证供热运行的总体平稳性。

图16是本发明中电动车用热管理系统中各模式的控制方法示意图，如图16所示，典型系统匹配设定下，当外界气温高于20℃时，空调单元可运行制冷模式；当外界气温介于5℃-25℃时，空调单元可对乘员舱进行除湿，通过温度传感器检测车外环境温度，结合相应的控制策略对具体的除湿模式进行选择，另外，各除湿模式的除湿效果可以通过温度风门17的开启角度进行调节；当外界气温介于-20℃-10℃时，空调单元可对乘员舱进行供热；其中，当外气环境温度高于0℃时，空调单元可运行普通制热模式，电机电控等产生的余热回收改善了系统的换热条件和制热能力，当外气环境温度低于-5℃时，空调单元可运行单增焓制热模式，经济器增焓技术的使用将有力的保证系统低温外气环境下的高效稳定供热。普通制热模式也可与单增焓制热模式结合形成增焓余热回收制热模式，进一步提升系统的供热能力和稳定性。通过空调单元中车内冷凝器2出口处和车外换热器7布出口处布置的温度压力传感器，车内蒸发器10、车内冷凝器2表面布置的温度传感器以及车外换热器7表面布置的温湿度传感器检测出对应的温度、压力值和湿度作为空调单元各具体模式运行的控制参数。其中，增焓制热模式补气量的多少与中间压力相关，最佳中间压力值由系统循环效率最高或者经验公式来确定，系统运行的冷凝压力和蒸发压力对其均有影响。在本发明中，通过检测出的车内冷凝器2出口压力与车外换热器7出口压力得出最佳中间压力值，在不同使用环境下，控制调节节流阀的开度，保证最佳补气量。在本发明中，电机和电池发热量不大，电机电池冷却加热单元运行电机电池串联冷却模式时，应保证进入电池冷却液流道29的冷却液温度小于20℃，串联冷却模式可降低电机电池冷却的整体能耗。电池发热量较大时，需通过余热回收换热器27与空调单元的换热实现快速有效的冷却。

本发明的电动汽车热管理系统中，空调单元和电机电池冷却加热单元耦合运行，通过控制器对压缩机1、节流阀、电磁阀、风机、水泵、三通水阀、四通水阀、加热器等器件的状态进行调节，满足乘员舱温湿度的舒适性和安全性需求。相比于现有的空调系统，本发明中增焓技术和余热回收技术的联合使用可实现系统稳定高效的宽温区供热，高效除湿和快速融霜的运行提高了乘员舱的热舒适性和安全性。在使用较少阀件的前提下，实现了系统的多种模式，降低了系统控制的复杂程度和成本。本发明降低了整车能耗，且能在不同气候条件的区域推广新能源车，基于整车热管理角度，充分利用余热，引入增焓技术可以有效改善低温制热系统性能衰减过快，制热量不足的问题，整车能源利用率有较大提升。本发明电动汽车热管理系统中的高效除湿和快速融霜能有效保证驾乘的安全性和乘员舱舒适性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车用热管理系统，其特征在于，包括空调单元及电机电池冷却加热单元；

所述空调单元包括压缩机(1)、车内冷凝器(2)、经济器(4)、第一节流阀(6)、车外换热器(7)、第一电磁阀(15)、单向阀(8)、第二节流阀(9)、车内蒸发器(10)、第三节流阀(12)、第二电磁阀(14)、余热回收换热器(27)、气液分离器(11)、第四节流阀(3)及第三电磁阀(5)；

其中，所述压缩机(1)排气口与所述车内冷凝器(2)的进口相连接，所述车内冷凝器(2)的出口分为两路，分别连接所述第四节流阀(3)的进口和所述经济器(4)的一侧进口，所述第四节流阀(3)的出口与所述经济器(4)的另一侧进口相连，所述经济器(4)与所述第四节流阀(3)连接的一侧的出口与所述第三电磁阀(5)的进口相连，所述第三电磁阀(5)的出口与所述压缩机(1)的补气口相连，所述经济器(4)的另一侧出口分为两条支路，一条支路经过所述第二电磁阀(14)后与所述第二节流阀(9)进口相连，另一条支路与所述第一节流阀(6)的进口相连，所述第一节流阀(6)的出口与所述车外换热器(7)的进口相连，所述车外换热器(7)的出口分为两条支路，一条支路的制冷剂经过所述第一电磁阀(15)后与所述气液分离器(11)的进口相连，另一条支路经过所述单向阀(8)后再分为两条支路，一条支路的制冷剂通过所述第二节流阀(9)后与所述车内蒸发器(10)的进口相连，另一条支路制冷剂经过由所述第三节流阀(12)后与所述余热回收换热器(27)制冷剂侧的进口相连，所述车内蒸发器(10)的出口及所述余热回收换热器(27)制冷剂侧的出口均与所述气液分离器(11)的进口相连，所述气液分离器(11)的出口与所述压缩机(1)的进口相连；

所述电机电池冷却加热单元与所述余热回收换热器(27)冷却液侧连接，以使所述电机电池冷却加热单元通过所述余热回收换热器(27)与所述空调单元换热。

2.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述电机电池冷却加热单元包括膨胀水壶(20)、第一四通水阀(21)、第一水泵(22)、第二四通水阀(23)、三通水阀(24)、低温散热器(25)、加热器(26)、第二水泵(28)组成的冷却液循环回路；

其中，所述膨胀水壶(20)的一端连接所述第一四通水阀(21)的第一接口，所述膨胀水壶(20)的另一端与所述三通水阀(24)的第一接口连接，所述三通水阀(24)的第二接口与所述低温散热器(25)的一端连接，所述低温散热器(25)的另一端及所述三通水阀(24)的第三接口均连接至所述第二四通水阀(23)的第一接口；第一四通水阀(21)的第二接口连接所述第一水泵(22)的一端，所述第一水泵(22)的另一端连接电机的冷却液进口，所述电机的冷却液出口连接所述第二四通水阀(23)的第二接口；所述第一四通水阀(21)的第三接口连接所述加热器(26)的一端，所述加热器(26)的另一端连接所述余热回收换热器(27)另一侧的进口，所述余热回收换热器(27)另一侧的出口连接所述第二四通水阀(23)的第三接口；所述第一四通水阀(21)的第四接口连接所述第二水泵(28)的一端，所述第二水泵(28)的另一端连接电池冷却液流道(29)的进口，所述电池冷却液流道(29)的出口连接所述第二四通水阀(23)的第四接口。

3.根据权利要求2所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述空调单元的工作模式包括制冷、普通制热、并联余热回收制热、串联余热回收制热、单增焓制热、增焓余热回收制热、串联除湿、并联除湿、常规除霜和余热补偿除霜；

所述电机电池冷却加热单元的工作模式包括电池均温自循环、电池加热、电机电池串联冷却和电池电机独立冷却四种工作模式。

4.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，还包括温度风门(17)，所述温度风门(17)可以调节风是否经过所述车内冷凝器(2)以及流经所述车内冷凝器(2)的风量大小。

5.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，还包括空调箱总成(16)，所述车内冷凝器(2)及所述车内蒸发器(10)设于所述空调箱总成(16)内；所述车外换热器(7)处设有第一风机(19)，所述空调箱总成(16)内设置有第二风机(18)，所述第一风机(19)及所述第二风机(18)分别用于加强所述车外换热器(7)、所述车内蒸发器(10)及所述车内冷凝器(2)的散热。

6.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述第一节流阀(6)、所述第二节流阀(9)和所述第三节流阀(12)具有全开和全闭模式，全开模式下无节流效果，全闭模式下处于截止状态，所述第一节流阀(6)、所述第二节流阀(9)和所述第三节流阀(12)的节流效果与阀开度相关。

7.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述车内冷凝器(2)、所述车外换热器(7)及所述车内蒸发器(10)的换热器型式均为平行流型式；所述余热回收换热器(27)的结构型式为微通道板式，所述微通道板式为具有制冷剂流道和冷却液流道的双流体流道结构。

8.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述车外换热器(7)的进风处布置有温湿度传感器，所述车内蒸发器(10)及所述车内冷凝器(2)的出风处均布置有温度传感器；所述车外换热器(7)处的温湿度传感器用于采集环境温度和湿度，以进行系统模式切换；所述车内蒸发器(10)处布置的温度传感器用于监控车内蒸发器(10)的工作状态；所述车内冷凝器(2)处布置的温度传感器用于监控车内冷凝器(2)的工作状态。

9.根据权利要求1所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述车外换热器(7)制冷剂侧出口处、所述车内冷凝器(2)制冷剂侧出口处及所述压缩机(1)补气口处均布置有温度压力传感器，所述温度压力传感器检测出的温度压力值作为系统制冷、制热、除湿、除霜以及补气增焓效果的控制参数点。

10.根据权利要求2所述的电动车用热管理系统，其特征在于，所述电池冷却液流道的进出口处设置有温度传感器，用于采集电池包的进出口冷却液温度信号，以根据温度信号调节所述第二水泵(28)的流量及所述加热器(26)的加热功率，从而调节对所述电池包的加热效果。

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