CN113183715A - 一种电动汽车集成热管理系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车集成热管理系统及实现方法，其设置包括一压缩机，以及，一室内换热器和一室外换热器，包括相对独立设置的一制冷剂回路和一第二液体回路；所述第一热交换器和所述第二热交换器分别设置在所述制冷剂回路中所述压缩机的下游和上游；在所述第二液体回路中设置包括有通过管路连接的所述室外热交换器和所述第一热交换器的二次侧，及所述第二热交换器的二次侧；在所述第二液体回路中还设置有用于连接电池热交换器的管路。本发明电动汽车集成热管理系统及实现方法由于采用了相对独立设置的制冷剂回路和第二液体回路，室外换热器处于第二液体回路，无需承受制冷剂回路的高压，提高了其工作可靠性。

Description

一种电动汽车集成热管理系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种车辆的空调装置及系统和方法，尤其涉及的是一种电动汽车的集成热管理系统、装置及方法的改进。

背景技术

现有技术中，电动汽车取代燃油汽车已成为必然趋势，因其具有低噪音、加速机动性能好、使用几乎零碳排放、使用成本相对较低等优点，越来越受到社会各界大众消费者的青睐。但电动汽车的工作原理与传统燃油车不同，在设计上必须要有相应同步更新，才能满足用户对舒适性、节能和续航里程等方面日益提高的品质要求。

传统燃油车在发动机工作时，不可避免地会放出大量的热量，在寒冷的冬天正好可以利用这些工作废热透过液体热交换器(热风芯子)加热空气，从而使乘客舱内温度升高；夏天则可利用发动机的机械动力带动空调压缩机等所构成的制冷系统从蒸发器(冷风芯子)吸收驾乘室空气热量进行制冷降温。

目前大多数的电动汽车则完全依靠自身电池所存储的电量，通过PTC等电阻性发热元件加热热风芯子使乘客舱内温度升高以度过寒冬，夏天则利用电池驱动电动压缩机所构成的制冷系统，通过蒸发器(冷风芯子)来进行车内制冷降温。热风芯子和冷风芯子互为独立完成制冷与制热功能。

采用PTC陶瓷发热元件制热，能耗比相对较大，其单位制热量所消耗的电能比(COP，Positive Temperature Coefficient)约为1，如用4000W功率的加热器，制热量最大值为4000W。为了提高制热效率，一些车型开始使用热泵空调，制热的能效系数(COP)比较高，即制热量与耗电量的比值较大，一般可达2以上，如当耗电功率为2000W时，室内获得的热量可以在4000W以上，但其电力消耗仍对续航里程存在不可忽视的负面影响。

另一方面，目前的动力电池(如磷酸铁锂电池和三元锂电池)在低温条件下充电易发生负极析锂，形成锂枝晶后可能刺穿隔膜，严重影响电池安全和寿命，所以在低温工况下,电池管理系统(BMS，Battery Management System)会更严格限制其工作充放电边界；再者，气温越低，电池中化学成分的活性就越低、电解液变得粘稠后导电能力就会下降，同时电池内阻变大，充放电功率都明显降低。

一些研究表明，在其他条件不变时，当气温降低到零下25℃时，锂电池充放电容量比常温(如正5摄氏度时)要衰减达50％或以上，并且，因充电性能下降，低温下为了保护电池，车辆大都会减少或放弃制动能量回收，光制动能量回收这一部份对续航里程的影响就可达到10％或以上。所以现今很多电动汽车在低温环境下续航里程会急剧下降。

综上，低温下的续航里程一直是制约新能源汽车推广普及的痛点，在现有条件下如何提高低温工况下电池的续航里程关键在于热管理，在于对电池的有效热管理提高电池充放电容量，以及提高空调制热效率减少电力消耗量。

纯电动汽车上所有的热量最终都来源于电池输出的电，电机和电机控制器对于电池用电的效率较高，电机控制器的用电效率一般在0.96～0.97左右，电机的用电高效率点也在0.96左右，传动系的发热量较低，电机余热可以用来给电池加热，当电机出口水温达到一定条件之后即可以用来给电池加热。

目前，电池的质量一般在350kg～500kg，在一些相关技术实现方式中，热管理较为简单，单纯地利用电机余热对电池进行加热，但电机余热并不能在所有状态下都能把电池加热到理想的温度，以使电池具有很好的充放电能力。

随着自动驾驶控制及其信息处理和计算需求的增加，除电机及其驱动部份、电源管理外，辅助驾驶控制单元的发热量也是大幅增加，如果只是利用散热系统把这些热量散发到空气中，是巨大的明显浪费。特别在冬天寒冷的天气，需要设计一种新型高效的热管理技术产品，以最大化地回收利用热能，用于车内空调制热取暖和电池热管理，尽可能降低空调制热耗电量，这已经成为电动汽车领域非常关注的重要课题，但迄今为止尚无有效的解决方案。

对于冬季结霜的问题，由于热泵空调冬季吸收室外空气热量向驾乘室内排放，随着室外温度的降低其室外的蒸发器表面温度也会随之降低，常下降至低于环境温度甚至低于0℃。当室外空气在流经蒸发器被冷却时，空气中的水蒸气接触到温度低于空气露点温度的蒸发器表面，就会发生相变结露现象。此时，空气中所含的水分就会析出并依附于蒸发器表面，当室外环境温度或蒸发器表面持续低于0℃时，蒸发器表面所依附的水分将可能进一步凝结形成霜层。表面温度越低，相对湿度的越大，结霜速度越快。结霜层积累直至表面逐渐被霜所覆盖，形成连续的霜层。

作为多孔介质的霜层由于导热系数小，不仅会降低系统的传热性能，增加能耗，严重时甚至会堵塞室外风机的气流通道，造成蒸发器温度越来越低直至无法完成蒸发功能而导致系统堵塞或液击损坏压缩机，引发非常严重的故障后果。所以冬季的室外风机需要进行融霜除霜，目前的主要除霜技术手段为切换至制冷模式主动除霜，侦测室外热交换器表面温度，当低于设定值并维持一段时间后就开始进行融霜工作，具体做法是切换四通换向阀，暂停制热，使其工作于制冷模式。

压缩机输出高温高压蒸汽进入室外热交换器(制冷模式的冷凝器)，为使其本体温度尽快升高到足以融霜，会先暂停室外风机，融化的霜雪化为水流出后再启动风机吹干水份。融霜过程结束后再控制四通换向阀使空调恢复到制热模式。这种方法除霜时间短，但是在除霜运行时，需要暂停制热，反从驾驶室内吸热，造成了室内温度波动较大，降低了室内环境舒适性，且换向阀需频繁换向，易磨损且噪音较大。

另一常用方式为旁通阀主动除霜，制热时开启融霜阀，从压缩机输出的高温高压蒸气直接通入室外热交换器(制热模式下作为蒸发器)进行除霜。运用该种除霜方法时，四通阀不需要进行换向，融霜旁通电磁阀开启，关闭风机，压缩机排气经旁通管路送至室外换热器(制热模式下作为蒸发器)入口进行放热除霜，融霜后的制冷剂通过四通换向阀进入气液分离器，最后被压缩机吸入。该方式的缺点同样是，在除霜时制热将停止而会造成室内温度的波动。

因此，在冬季需要融霜除霜时，制热过程不稳定而使车内温度波动较大，现有技术还存在缺陷而有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车集成热管理系统及实现方法，通过将热泵空调、电池包热交换器、电机及其驱动部分、电源管理及自动驾驶控制单元等发热部件进行综合管理，形成方便控制和管理的针对电动汽车集成热管理的系统和实现方法，实现更方便地热管理和控制。

本发明的技术方案如下：

一种电动汽车集成热管理系统，其设置包括一压缩机，以及，一室内换热器和一室外换热器，其中，包括相对独立设置的一制冷剂回路和一第二液体回路；

在所述制冷剂回路中设置包括有通过管路连接的所述压缩机、所述室内换热器以及一第一热交换器的一次侧和一第二热交换器的一次侧，通过所述第一和/或第二热交换器与所述第二液体回路进行热交换；

所述第一热交换器和所述第二热交换器分别设置在所述制冷剂回路中所述压缩机的下游和上游；

在所述第二液体回路中设置包括有通过管路连接的所述室外热交换器和所述第一热交换器的二次侧，及所述第二热交换器的二次侧；

在所述第二液体回路中还设置有用于连接电池热交换器的管路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第二液体回路中还设置有用于连接电机及电机驱动部分热交换器的管路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第二液体回路中还设置有用于连接电源管理及自动驾驶控制热交换器的管路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述系统还设置采用模块化设置，并在第二液体回路中还设置有：第一管路接口和第二管路接口，用于与压缩机/电机的热交换器插接；第三管路接口和第四管路接口，用于与电机驱动、电源转换器及驾驶控制系统的热交换器插接；以及第五管路接口和第六管路接口，用于与电池部位的热交换器插接；所述第二管路接口与所述第三管路接口直接导通，所述第一管路接口连通所述第一泵，所述第六管路接口连通所述第一换热器的二次侧。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第一至第六管路接口设置在所述模块化的系统上，并具有标准化的管路接口布置。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述第二液体回路中还设置有：一第一泵，设置在所述第一热交换器的二次侧上游，用于驱动所述第二液体回路中的冷却液流动；在所述第一泵与所述第一热交换器的二次侧上游之间的管路上设置所述第一至第六管路接口。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第五管路接口与一第五旁路阀导通，所述第五旁路阀用于受控旁路所述第一至第四管路接口。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第四管路接口还与一第六旁路阀导通，所述第六旁路阀用于受控旁路所述第五至第六管路接口。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述第一管路接口的支路上还设置有一第三泵，用于驱动冷却液流出所述第一管路接口。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述第四管路接口与所述第五管路接口之间还连接有一第二单向阀，用于防止冷却液从第五管路接口内部向第四管路接口反方向流动。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第五旁路阀上游还设置有一第三单向阀，用于保证冷却液的单向流向。

所述第六旁路阀与第六旁路阀同时受控导通时，所述第五与第六管路接口间所接负荷(比如电池包热交换器)与第一与第四管路间所接负荷(比如各种需散热的电控模块和电源管理模块的热交换器)将处于并联工作状态。

所述第六旁路阀与第六旁路阀同时受控截止时，所述第五与第六管路接口间所接负荷(比如电池包热交换器)与第一与第四管路间所接负荷(比如各种需散热的电控模块和电源管理模块的热交换器)将处于串联工作状态。在此状态下，冷却液在所述第一泵的推动下先经过第一与第四管路间所接负荷并收集带走其热量，液体温度将被加热而升高，再从所述第五管路进入第五与第六管路接口间所接负荷(比如电池包热交换器)，起到加热所述第五与第六管路接口间所接负荷(比如电池包热交换器)的作用。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，还包括一热管理控制器，设置在所述电动汽车集成热管理系统的电路中，用于执行不同控制策略。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，与所述第一热交换器的二次侧并行设置有一第一旁路阀，用于受控形成旁路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，与所述第二热交换器的二次侧并行设置有一第二旁路阀，用于受控形成旁路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，与所述第一热交换器的一次侧下游连通设置有一第一电子膨胀阀，与该连通通路并行设置有一第三旁路阀，用于受控形成旁路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，与所述第二热交换器的一次侧上游连通设置有一第二电子膨胀阀，与该连通通路并行设置有一第四旁路阀，用于受控形成旁路。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第一热交换器的二次侧与所述第一旁路阀的下游共端连接一第一三通阀的1端，所述第一三通阀的2端连接所述室外换热器；所述第一三通阀的3端连接一第二三通阀的1端，所述第二三通阀的2端与所述室外换热器的下游端共端设置，并连接到所述第二热交换器的二次侧；所述第二三通阀的3端设置与所述第一泵的入口连接。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述室外热交换器的上游端设置有一第二泵，用于驱动冷却液循环。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述第一泵及所述第二泵的上游设置有一储液罐，所述储液罐设置采用A、B两个储液区，该两储液区在底部连通；并且，所述第一泵的入口与所述第二三通阀的3端在所述储液罐的A储液区内抵近并开放设置；所述第二泵的入口与所述第二换热器的下游端出液口在所述储液罐的B储液区内抵近并开放设置。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，在所述第一泵的下游与所述第一泵串联还设置有一PTC。

所述的电动汽车集成热管理系统，其中，所述第一热交换器以及所述第二热交换器采用板式热交换器。

一种任一所述电动汽车集成热管理系统的实现方法，其设置包括一热管理控制器，设置在所述电动汽车集成热管理系统的电路中，用于执行不同控制策略；并包括以下步骤：

所述制冷剂回路中通过所述压缩机进行制冷剂压缩，并连通所述室内热交换器进行室内空气的热交换；

所述第二液体回路中设置连通室外热交换器，与室外空气进行热交换；

所述制冷剂回路与所述第二液体回路相对独立运行，所述第二液体回路可选择通过第一热交换器与所述室外热交换器作为制冷模式或选择通过第二热交换器与所述室外热交换器作为制热模式的热交换；

在所述第二液体回路中还设置有用于连接电池热交换器的管路。

本发明所提供的一种电动汽车集成热管理系统及实现方法，由于采用了相对独立设置的制冷剂回路和第二液体回路，分别通过管路连通连接室内换热器和室外换热器，这样室外换热器处于第二液体回路工作，无需承受制冷剂回路的高压，提高了其工作可靠性，并可延长其使用寿命；第二液体回路的管路设计可以形成更为自由的逻辑管控方式，以针对不同的环境温度要求进行温度调控处理；另外，将电池包的热量进行接入热泵空调的管理管路，实现了针对极低温度下的电池温度维持功能，还可收集电池及其它发热部件的热量用于热泵空调制热以提高制热效率减少电力消耗。并且可以将整个集成热管理系统及实现方法设置成模块化的结构，由热管理控制器实现更自由的控制策略，而且诸控制策略可以通过控制器的编程实现。

附图说明

图1为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法的原理框图示意图。

图2为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的结构示意图。

图3为本发明及现有技术中热泵空调原理压焓示意图表。

图4为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制冷模式工作原理示意图。

图5为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制冷模式中进一步降温的工作原理示意图。

图6为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制热模式热量回收工作原理示意图。

图7为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制热模式中进一步需要室外换热器吸收空气热量的工作原理示意图。

图8为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制热模式下利用外部热源和热泵对电池的温度加热升温之工作原理示意图(除霜蓄热同)。

图9为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例的制热模式下利用热泵和外部热源对电池进行加热升温同时附加PTC快速强化加热的示意图(加速除霜蓄热同)。

图10为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热模式下冷却液体需要保温时的停止热泵加热工作原理示意图。

图11为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热模式下需要做融霜时的工作原理示意图。

图12为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在不开空调行车工况下制冷剂回路无须工作的情况下对废热的常规散热工作原理示意图。

图13为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在低温工况下充电或低温待机时的工作原理示意图。

图14为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中具体空调管路结构示意图。

图15为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制冷模式下分别对电池和废热进行散热的管路结构示意图。

图16为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制冷模式下进一步加强散热降温的管路结构示意图。

图17为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在不开空调充电或待机低温工况下制冷剂回路停止工作时的节温管路结构示意图。

图18为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在不开空调常温工况下制冷剂回路停止工作时散热保持温度时的管路结构示意图。

图19为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热状态下水温常温时对电池和废热回收余热用于制热的管路结构示意图。

图20为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热模式下水温正常偏凉但比气温低制热的管路结构示意图。

图21为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热同时利用热泵及工作废热对电池加热升温的管路结构示意图。

图22为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中在制热模式中需要停止从热泵吸热的保温状态做融霜准备管路结构示意图。

图23为本发明所述电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中融霜操作的管路结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明所提供的一种电动汽车集成热管理系统及实现方法较佳实施例中，其可以通过将热泵空调、电池包热交换器、电机及其驱动部份、电源管理及自动驾驶控制单元等发热部件综合考虑，进行集成设计，使其由分散化的热管理向模块成化热管理转变。集成式热管理系统对减小空间体积、提高整车的能源的利用效率很有意义。

本发明较佳实施例中设计提供了一种集成式的热管理系统，采用了两个相对独立的制冷剂回路和第二液体回路，分别实现对外部的热交换和对车内内部的热交换，并在所述制冷剂回路与所述第二液体回路之间设置有相互之间进行热交换的热交换器。本发明可以通过协调统一管理各种工况下热泵空调的制冷剂回路与第二液体回路中电池包热回路及其它各功能单元的热流路径和组态，使各部份始终工作于合理的工作温度条件，发挥出最佳工作效能。

在严寒条件下，可以利用电机及其驱动部份、电源管理部份及自动驾驶控制单元等电动汽车发热部件产生的热量(这些部件在正常工作时就不可避免发热且需要散热，以下统称外部热源)，以及通过热泵空调吸收空气热能所产生的热量经换热器聚合并根据需要可以控制实现串流或并流，在串流时液体携带热泵热量和外部热源废热经过电池包热交换器使之温度快速升高到合适的温度区间，保证电池的充放电容量不受低温条件制约。对电池包的完善热管理，以利发挥出动力电池最好的充放电效能，提升低温工况下的续航里程。

本发明所述电动汽车集成热管理系统较佳实施例的另一目的在于通过集成式综合架构设计，设计一种全新的热泵空调技术，使其在低温制热工作模式下，尽最大可能收集利用电池包、电机及其驱动部份、电源管理及自动驾驶控制等功能部件(或称外部热源)工作发出的热量，可做到最大化的余热回收利用，用于热泵空调进行制热供暖，以降低制热的电能消耗，提高制热能效系数(COP)。

本发明所述系统及实现方法较佳实施例中的余热回收机制，结合新式热泵空调结构，可以高效回收并储蓄电动车工作废热，在低温结霜工况下释放出来用于融霜除冰以达节能目的。且该融霜除冰过程与热泵制热过程同时进行，并不需要先停止制热来进行除霜，保证了制热工作的连续性，减小室内温度波动从而大大提高驾乘舒适性。

在夏天需要制冷的高温条件下，本发明较佳实施例中动力电池热交换器、电机及其驱动部份、电源管理及辅助驾驶控制单元等液体回路的热量不仅共用热泵空调系统的冷凝散热器进行散热，不需要重复设置两套散热器；而且在必要时也能通过制冷剂的热交换器(蒸发)吸收热量而主动控制其液体温度于合理范围。更进一步地，因热泵空调创新的结构设计原理，使室内热交换器4(如图2所示)既可作为制冷状态下冷风芯子(蒸发器)，又可复用于制热状态的热风芯子(冷凝器)，两个热交换器的功能复用，较传统汽车空调系统结构明显简化，对降低整车成本和缩减空间大有裨益。

本发明所述应用于电动汽车的集成热管理系统较佳实施例，如图1和图2所示的，其包括一系统主机41和附属部件及其连接接头和管道。在实际的产品设计中，可以设置所述系统主机41为一体化的模块设备，并设置对应的连接接头可以与电动汽车的外部散热管路插接连接，这种模块化的设计方式，可以将各个管路的接口设置为一个统一的标准接头，在该接头上设置对应各个部件的进出管路接口，例如应用到动力电池的热交换管路，以及应用到车辆其他散热功能部件上的管路接口，可以通过一个标准接头实现方便插接，这样可以通过一个标准化模块实现对各种不同车型的匹配适应。

本发明所述附属部件作为所述主机功能实现的一部份，称其为附属部件仅指其安放位置在主机箱体以外，以下对所述主机的说明中仍会包括附属部件。所述附属部件包括：室内换交换器4及其配套20风扇、导风元件和其接线连接端，室外热交换器13及其配套第一风扇19和其接线连接端子、电源输入端口Power，电池热交换器32、电机及电机驱动部份热交换器33、电源管理及自动驾驶控制热交换器34、室内温度传感器T_room 22、室外温度传感器Ta 25、室外热交换器13表面温度传感器T_s_49、与整车控制器通讯的控制总线接线端子(CAN或LIN或其它类型数据接口)。

需要注意的是，所述电池热交换器32是本发明较佳实施例中需要特别关注和保持温度平衡的机构，而电机及电机驱动部分热交换器，以及电源管理及自动驾驶控制热交换器等等将车辆运行所产生的热量，在车辆热管理的系统作用下，及时传递散发到需要热量的地方，从而可以实现在减少电池能量损耗的情况下，更好地提高车辆运行效率从而增加续航里程。

所述连接接头和管道包括主机41与室外热交换器13连接的冷却液接头和管道42、主机41与室内热交换器4连接的冷媒接头和管道43、主机41与电池热交换器32连接的冷却液接头39、40和管道44、主机41与电机及电机驱动部份热交换器34连接的冷却液接头35、36和管道45、主机41与电源管理及自动驾驶控制热交换器33连接的冷却液接头37、38和管道46。

本发明所述主机41的大部份设计在一个箱式壳体内，其包括一热管理控制器48和集成热管理回路，如图2所示，集成热管理回路又包括制冷剂回路和第二液体回路，具体结构如下文详细说明。所述热管理控制器48设置在一个独立的电路板上，并连接到所述集成热管理回路的各泵、阀及风扇等，通过预先的编程管理策略实现对相应泵、阀及风扇开关的控制，实现相应的制冷、制热、除霜、融霜等功能。

本发明所述主机中的集成热管理回路中，除了将所述室内换热器和室外换热器以及电池、电机以及电源的结构(电池、电机以及电源等为车辆原有功能结构)设置在所述主机之外，而将所述制冷剂回路以及所述第二液体回路的剩余大部分管路都设置在了一个主机之内，并在对外连接的位置，尤其是与车辆的电机和电源热管理回路插接的位置，设置采用标准的管接头结构，用来对车辆的不同发热部件进行热管理连接。

同时，所述制冷剂回路如图2所示的包括依次连通连接并形成循环的一压缩机1，第一热交换器2的一次侧，第一电子膨胀阀3，室内热交换器4及其对应的室内热交换器第二风扇20，第二电子膨胀阀5，第二热交换器6的一次侧，以及气液分离器8。工作在制冷模式时，由电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽，于第一热交换器2与制冷剂回路进行热交换，由第一热交换器2传递热量到第二液体回路再经第二液体回路的室外热交换器13散热到室外空气，而制冷剂从室内热交换器4吸收室内空气热量，导致室内温度下降以降温纳凉。在制热模式下时，第二热交换器6可从第二液体回路吸收热量后，并从室内热交换器4向室内空气排放热量以升温取暖。第一和第二电子膨胀阀3和5用来转换制冷剂回路的工作模式和进行室内温度控制。

所述热管理控制器48设置在控制电路中，可根据工控策略调节第一电子膨胀阀3和第二电子膨胀阀5来转换制冷剂回路的工作模式和进行室内温度控制(制冷或制热)，还监测各温度传感器的数据来控制各种阀门的动作以及调节压缩机1的转速以控制温度，本系统与整车控制器之间的数据和控制通讯也是由所述热管理控制器48完成的。

本发明较佳实施例的所述第二液体回路包括第一泵22、第二泵15、第三泵27、第一热交换器2的二次侧(一侧与二次侧之间不连通但进行相互热交换)、第一旁路阀9、第一三通阀10、室外热交换器13及其第一风扇19，第二三通阀11、第二热交换器6的二次侧(一侧与二次侧之间不连通但进行相互热交换)、第二旁路阀12、储液罐16(或类似连接功能的多口接头)、第一单向阀21、对外冷却液进出接头35-40及所有连接管路44-46。

其中室外热交换器13及其第一风扇19在制冷模式中用于把第二液体回路中载冷液体的热量散发排放到室外空气中，或在制热模式中用于从室外空气中吸收热量给第二液体回路中的载冷液体。所述第二热交换器6的二次侧和第一热交换器2的二次侧接入到所述第二液体回路的管路之中，用于与制冷剂回路进行热交换，在制冷模式下可吸收制冷剂蒸汽的热，在制热模式下用于将第二液体回路中载冷液体的热量传递给制冷剂回路而使制冷剂蒸发。

所述第一泵22、第三泵27和第二泵15提供循环的推动力，根据工作模式的不同需要，其运转受控于热管理控制器48发出的控制信号，来实现对相应泵的流量驱动力；所述第一泵22在所述储液罐16中设置有开口，并在所述第一泵22的下游设置有分叉形成两个支路的第三泵27和一第五旁路阀28，所述第三泵27设置有第一管路接口35，以及在所述主机内设置的一管路，在所述主机接管面上设置两个管路接口即第二管路接口36和第三管路接口37(两个管路接口之间直接导通)，在所述第一管路接口35与第二管路接口36之间设置有待连通连接的外部接口，用来连接压缩机/电机的热交换器或其它发热部件的热交换器，以便将其上的热量可以通过热交换器从第二管路接口36导入所述主机内。

所述第二泵15设置在所述室外热交换器的上游管路中，与第一泵及第一热交换器二次侧等的管路并行，形成方便设计更多功能的额外一条循环支路。本说明书中的上游与下游用语，是指在流体循环路径中，沿着流体流动方向，比较靠近本器件的上侧即流体来的方向(上游)或下侧即流体去的方向(下游)。

另外还可以设置更多的管路接口以适应更多的发热部件的液体热交换器，例如图2中所示的第四管路接口38以及第五管路接口39和第六管路接口40，通过所述第三管路接口37和第四管路接口38与外部对应接口的插接，可以实现对电机驱动、电源转换器以及驾驶控制系统等设置的热交换器进行连通连接并收集其热量导入所述第二液体回路。通过所述第五管路接口39和所述第六管路接口40的连通连接，可以实现将所述电池部位的热交换器32进行连通并接入所述第二液体回路。

根据电动汽车的各工作部件，可以设置多个不同的管路接口，除了针对电池包的管路接口需要考虑保温进行特别设置之外，其他产生“废热”的部件都可以分别设置对应的管路连接接口，只需增加设置类似于第二管路接口36和第三管路接口37的串接接管和管路接头即可。

在所述第四管路接口38与第五管路接口39之间设置有一第二单向阀30，可以用来保证冷却液从第四管路接口内部向第五管路接口方向流动；并且第五管路接口39还连通所述第五旁路阀28的另一端，在所述第五旁路阀28的前端还设置有一第三单向阀31，从而保证在第二液体回路中，所述第五旁路阀28的支路上管内液体的单向流通。所述第三泵27可以增加所述第一管路接口35中的冷却液从所述第一管路接口中流出的驱动压力。在所述第四管路接口38与所述第六管路接口40之间还设置有一第六旁路阀29，上述第五旁路阀28和第六旁路阀29都可以经过所述热管理控制器48的控制实现对应的开关，从而实现相应的工控功能。

这样所述第五旁路阀28可以通过受控实现对第一至第四管路接口的旁路，从而可以在某些必要的情况下(比如液体温度较高)使冷却液经第五旁路阀28跨过其它外部发热源流向电池热交换器，电动汽车其它外部“废热”部件所产生热量不用来加热电池包。所述第六旁路阀29通过受控可以实现对第五至第六管路接口进行旁路，与五旁路阀28共同作用下，液体温度足够高的情况下可以跨越电池包而直接收集“废热”，该废热不对电池包进行加热。

所述第一旁路阀9和第二旁路阀12分别用于受控制开关来改变第二液体回路中载冷液体的流通路径，其接通时载冷液将通过其形成的旁路直接分别跨过第一热交换器2的二次侧和第二热交换器6的二次侧，从而可以实现选择是否与制冷剂回路发生热量交换的功能，从而对应实现相应热管理功能。

所述第一旁路阀9并接在所述第一热交换器2的二次侧两端，所述第二旁路阀12并接在所述第二热交换器6的二次侧两端。所述第一旁路阀9与所述第一热交换器2的二次侧的并接端连通连接有第一三通阀10的1端，所述第一三通阀10的3端连通所述第二三通阀11的1端，所述第一三通阀10的2端连通连接所述室外热交换器13的一端。需要说明的是，在本发明所述主机41内可以设置开放的位置用来安装所述室外热交换器13和风扇19，也可以将车辆的室外热交换器安装于所述主机41箱体之外车辆的任何地方，并以管道与所述主机41进行连通连接。

所述室外热交换器13的另一端连通连接所述第二三通阀11的2端，并与所述第二热交换器6二次侧以及所述第二旁路阀12的一侧并端连通连接。所述第二三通阀11的3端与所述第二旁路阀12的另一侧端并端连通，并在所述储液罐16中设置有开口端，并与所述第一泵22在所述储液罐16中的开口端抵近设置，并开放于该储液罐16中设置。所述第二热交换器6的二次侧另一端也连通设置到所述储液罐16中，并与所述第二泵15在所述储液罐16中的开口抵近设置，并开放设置。

上述两个抵近的开放开口位置设置在所述储液罐16中的A、B两个储液区内，该两个储液区在所述储液罐16的底部设置为开通的通道，并将两个抵近位置设置在两个不同储液区的上部，这样在进行循环时，可以保证在所述储液罐16内通过抵近设置可以保持本循环的稳定，同时开放可以使得的在所述第二液体回路中的液体可以通过所述储液罐进行补充，以及在需要蓄热时，可以通过开放的开口进行逐步的液体交换，从而在所述储液罐16内形成一定的蓄热过程。而通过在所述储液罐16的底部形成两个储液区的沟通，可以实现两个储液区之间的蓄热交互。所述储液罐16也可以采用多向管接头实现，并且也可以设置所述储液罐16的体积具有不同的尺寸，从而根据实际需要可以设置匹配不同车辆的蓄热需求。储液罐16上还设置有一加液盖17，用来对储液罐16进行冷却液的添加。

所述第五旁通阀28用于控制所述第一泵22支路液体是否全部流经外部热源热交换器33和34，所述第二三通阀11可以用于配合控制第一泵22支路液体是否流经热交换器6的二次侧，特别是在制热模式下的加热升温蓄热过程中实现第一泵22支路与第一泵15的制热支路相对独立，保证了制热与蓄热工作可以同时进行。所述第一单向阀21的作用是在一些不需要第二泵15工作的情况下，可以阻止第一泵22支路输出的较高温度液体经第二泵15返流形成短路。

本发明设计的较佳实施例中，将动力电池热交换器32(以下简称电池包)、电机及其驱动部份34、电源管理及自动驾驶控制单元33(以下总称外部发热源)的液体冷却回路与热泵空调制冷剂回路通过热交换器密切耦合在一起，通过热管理控制器48调节制冷剂与冷却液的流通路径和组态策略控制，可以实现对电池包和外部发热源有效综合热管理，使其工作于合适的温度区间，并且在冬季寒冷环境尽最大可能利用热泵回收电池包和外部热源的热量以用于驾乘室内供暖，并保证电池包的温度在合理范围之内，并提高制热效率，大大减少热泵空调制热时的电力消耗。

如图3所示是本发明以及现有技术中的空调制冷剂进行制冷循环的压焓图，梯形代表的是四个焓值变化的阶段，而弧线代表的是制冷剂的三个状态区域，弧线内为气液混合态，而弧线外左侧为液态，弧线外右侧为气态区。梯形的边表明了空调工作过程中的状态变化，包括压力和焓值。以下说明中，所有提到压焓点的位置，都请参考图3所示。

在不同的用户操作选项中，如开空调或不开空调、充电待机等，和不同的初始温度条件下，本发明较佳实施例中设计了分别不同的控制策略，以下将利用简图结合热泵空调压焓图(图3)分别说明其工作原理和过程，因为目的在于解析设计思路和系统运作主要过程，所以简图先被省去第二冷却液回路中的部分阀组件。阀组件是实现这些设计意图的执行器件，其工作由所述热管理控制器按48依照控制策略来操控，而阀组件的设置及其控制程序又是根据以下说明的原理进行配置的，各具体实施案例将进一步进行阐述：

1、制冷模式的工作循环(参见简化示意图4和图5)：

结合图2所示，在热泵空调打开后，所述热管理控制器读取用户事先设定的室内目标温度T_r(比如25℃)，当T_r低于室外环境温度T_a时,即进入制冷工作模式。在此模式下工作过程为：压缩机1将制冷剂从常温蒸汽态(压焓图点1)压缩成为高温高压的汽态(压焓图点2)，进入所述第一热交换器2的一次侧，与接入所述第二液体回路的二次测液体发生热交换而温度下降，冷凝成为高压中温液态(压焓图点3)。再经过第一电子膨胀阀3节流降压成为湿蒸汽或汽液混合物(压焓图点4)，送入室内热交换器4吸收室内空气热量从而使室内降温，制冷剂因吸收热量温度上升焓增加蒸发恢复成为蒸气(压焓图点1)。在此循环中，点1到点4是室内热交换器4的吸热制冷过程，其单位制冷量q0＝h1-h3(或q0＝h1-h4),压缩机单位理论做功ω0＝h2-h1。

在制冷状态下，如图4所示，所述热管理控制器读取设置于第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2温度正常(比如T2<55℃),控制器判断并选择适用的控制策略，如简化示意图4所示：电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34都经过冷却回路并联(因在此温度下电池包无需额外加热)，冷却液被相应的泵推送去第二热交换器2的二次侧再吸收制冷剂蒸汽的热量，从而使制冷剂完成冷凝过程。然后经过室外热交换器13，利用第一风扇19强制室外空气带走热量，以完成散热。而第二液体回路上的液体温度下降后返回储液罐进入抵近的水泵入水口，周流循环。

由此可以看出，空调制冷与电池包32和外部发热源33、34热量都是从室外热交换器13散发出去，不需要分别设置不同的散热器，共用该器件的好处不仅是在成本大大降低而且整个系统的体积缩小，可以更方便地应用在车辆空调装置上。

在制冷状态下，如图5所示，本发明较佳实施例的车载热管理系统中，其热管理控制器可以读取设置于所述第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2温度偏高(比如T2>55℃)需要加强散热以快速将所述第二液体回路冷却液温度降低,所述热管理控制器判断并选择适用的控制策略：与前面不同的地方是冷却液经室外热交换器13散热后，再进一步进入热交换器6(Chiller)进行降温。

如图5所示，电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34冷却回路并联(因在此温度下电池包无需额外关注加热)，第二液体回路上的液体被相应泵推送去第一热交换器2的二次侧吸收制冷剂蒸汽的热量使制冷剂完成冷凝过程。经热量聚合后的液体携带热量送室外热交换器13，利用第一风扇19强制室外空气带走热量完成散热。

第二液体回路上的液体温度下降后，经过阀门组件的切换送入第二热交换器6(Chiller)的二次侧与已蒸发的制冷剂进行热交换。因第二热交换器6的一次侧流动的是较低温度汽体或气液混合物，经过第一热交换器6的热交换后能够降低二次侧冷却液的温度并促进一次侧制冷剂的完全蒸发，这样有利于避免压缩机吸入液态制冷剂而发生液击损坏故障。但需注意的是压缩机入口蒸汽的温度过高对一般压缩机自身的冷却不利，在所有工况应用条件下需要设计者根据实际工作温度范围做好相应的选型和冷却措施(液冷或油冷)，以防止过高的吸气温度使压缩机过热损坏。

本发明所述第二液体回路内的冷却液经第二热交换器6(Chiller)二次冷却后温度进一步降低，再返回储液罐进入抵近的水泵及其入水口，周流循环。

可以看出，空调制冷时的热量与电池包32和外部发热源33、34热量都是由第二液体回路内冷却液吸收聚合后再从室外热交换器13散发出去，共用该器件的好处不仅是成本大大降低而且可以使得整个系统体积缩小。另一方面，这个较高的冷却液温度T2需要更加强的降温冷却速度，经过第二热交换器6(Chiller)的主动冷却可使其温度尽快降下去并至更合适范围。

2、制热工作循环(参见简化示意图6、图7和图8)：

在热泵空调打开后，本发明较佳实施例中的热管理控制器读取用户事先设定的室内目标温度T_r(比如25℃)，当T_r高于室外环境温度T_a时,即进入制热工作模式。在此模式下的工作过程为：压缩机1将制冷剂从常温蒸汽态(压焓图点1)压缩成为高温高压的汽态(压焓图点2)，通过(或利用旁路阀跨过)第一热交换器2，并将第一电子膨胀阀3开到最大开度(或旁通模式)，进入室内热交换器4并在其对应风机20作用下与室内空气发生热交换而使室内温度上升，制冷剂在此冷凝成为高压中温液态(压焓图点3)。

制冷剂经过室内热交换器4冷凝后再经过第二电子膨胀阀5节流降压成为湿蒸汽或汽液混合物(压焓图点4)，送入第二热交换器6的一次测吸收第二液体回路内液体的热量，制冷剂因吸收热量而温度上升、焓增加，蒸发恢复为蒸气(压焓图点1)。在此循环中，图3中的点2到点3是室内热交换器4的排出热的制热过程，其单位制热量q0＝h2-h3,压缩机单位理论做功ω0＝h2-h1。

如图6所示的较佳实施例中，在制热状态下，所述热管理控制器读取设置于第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2温度正常(比如0<T2<50℃)且T2高于室外环境温度T_a时,所述热管理控制器依此判断适用相应的控制策略，该策略的设计出发点为尽最大可能将电池包32和外部发热源33、34的废热回收，用于提高热泵空调制热效率。所以第二液体回路将绕过室外换热器13而直接由第二热交换器6内的制冷剂吸收，在所述第二热交换器6内形成一侧和二次侧之间的热交换。

因所述第二液体回路中的冷却液携带电池包和外部发热源的废热能量温度高于室外环境空气温度T_a，故能够使制热回路更高效工作，相当于压焓图点1右移，压缩机做同样的压缩功，但制冷剂焓值也更高(h2同步右移)，又因为单位制热量q0＝h2-h3，h2更大，制热量也将越大，制热效率更高。

如图6所示：电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路并联(因在此温度下电池包无需额外关注并加热，所以并联)，冷却液被相应的泵推送，在阀组的切换下跨越而跳过第一热交换器2及室外热交换器13，送入第二热交换器6的二次侧与制冷剂进行热交换使其蒸发。

因第二换热器6的一次侧流动的是较低温度制冷剂，在经过第二热交换器6的热交换后能够降低二次侧冷却液的温度(热量被吸收)，并促进一次侧制冷剂的完全蒸发，避免压缩机吸入液态制冷剂而发生液击损坏故障。

冷却液经第二热交换器6冷却后返回所述储液罐进入抵近设置的第一泵1入水口，这样就可以周流循环。须注意的是，所述冷却液可以是采用常用的水，或者为了抵抗冷冻，可以是经过调制的各种抗冷液，因现有技术中市场上已有各种常见的抗冷液，在此不再赘述。

可以看出，本发明所述热泵空调较佳实施例中所制热与电池包32和外部发热源33、34热量都是共用室内热交换器4排放到室内的，复用该器件的好处不仅是成本大大降低而且整个系统体积缩小。冷却液温度传感器26的温度随时被热管理控制器监测和控制处于设定的合理范围。另一方面，最大化回收利用电池包和外部发热源的热量用于室内制热取暖，这个节温和热回收的理念贯穿始终，由于本发明较佳实施例中可以设置相应的阀组件及管路进行管路的跳接，从而可以形成更多的管路管理策略，提高热泵空调的制热效率，减少室内制热取暖电能的消耗，使得寒季续航里程得到大大提升。

如图7所示，在制热状态下的较佳实施例中，还存在另一种情况是，第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2正常，但低于室外环境温度T_a(比如0℃<T2<50℃，T2<T_a)，或者，液体温度传感器26的冷却液温度T2明显超高(比如T2>50℃)，此两种情况所述热管理控制器将依此判断并选用适用的控制策略，该策略的设计出发点除了上述的废热回收，用于提高热泵空调制热效率外，还要考虑到室外环境温度T_a比冷却液还要高或者冷却液的温度很高(比如T2>50℃)的情形，所以第二液体回路液体可在阀组件切换下经过室外换热器13吸收(或排放)热量，再由第二热交换器6内的制冷剂吸收其热量而蒸发。

因所述冷却液携带电池包32和外部发热源33、34的废热能量，并吸收了室外环境空气的热量，故能够在使制热回路温度尽可能上升，使热泵制热效率较高。如图7所示：电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路并联(在该正常温度下电池包无需额外关注并加热，所以并联)，冷却液被相应的泵推送，在阀组件的切换下跨过第一热交换器2，经室外热交换器13吸收空气热能量(或在液体过高温时向室外排放热量)，送入第二热交换器6(Chiller)的二次侧与一次侧制冷剂进行热交换促使其完成蒸发。

因第二换热器6的一次侧流动的是较低温度汽体或汽液混合体，经过第二热交换器6(Chiller)后降低冷却液的温度并促进剂冷剂的完全蒸发，有利于避免压缩机吸入液态制冷剂而发生液击损坏故障。而冷却液经第二热交换器6(Chiller)吸热后返回储液罐进入抵近设置的第一泵入水口，形成周流循环。

可以看出，本发明所述热泵空调较佳实施例中所制热与电池包32和外部发热源33、34热量都是共用室内热交换器4排放到室内的，复用该器件的好处不仅是成本大大降低而且整个系统体积缩小。所述冷却液温度传感器26的温度随时被热管理控制器监测和控制处于设定的合理范围。同时可以最大化回收利用电池包和外部发热源的热量使液体温度升高并在热交换器6二次侧被吸热用于室内制热取暖，提高热泵空调制热效率，减少室内制热取暖电能的消耗，寒季续航里程得到大大提升。

而另一种可能情况下冷却液的温度很高(比如T2>50℃)，经过经室外热交换器13与空气热热交换后，其温度降低，带着余温的冷却液再送入第二热交换器6(Chiller)的二次侧与一次侧制冷剂进行热交换促使其完成蒸发。如此设计既有效控制了冷却液的温度，又使制冷剂得到充份的蒸收热量，提高制热效率。

如图8和图9所示的较佳实施例中，在制热状态下，所述第二液体回路中的冷却液温度传感器26监测到冷却液温度T2较低时(比如T2<0℃),所述热管理控制器依此判断适用图8和图9的控制策略。在室外温度较低的情况下，考虑到冷却液温度也较低，动力电池需要外部热量加热回温才能获得最大充放电容量和安全性，故将电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路改为串联，冷却液先经外部热源33、34加热后再流入电池包32以利用废热进行对电池包的加热。

但仅利用上述外部发热源加热可能是不够和来不及的，因此在许多情况下可能无法很好满足电池包加热升温需求，因为电动汽车发热部件大多需要在行驶过程中才会逐步累积较多热量而产生升温作用，更况且外部发热源33、34的发热功率不是一个恒定值。因此利用热泵空调制热来加热第二液体回路成为最可行的方式。

再者，考虑到现今信息技术在车辆的应用如火如荼，出门之前先通过远程遥控指令可以让汽车空调和坐椅提前预热或自动到达指定位置等候将成为常规应用，新技术的应用能让用户避免经受上车后一段时间内的严寒酷暑，大大改善汽车的使用舒适性。同理，借助遥控或定时开启空调预热的同时，加热电池包也成为集成式热管理系统的较优实施选项。

当然，在恶劣冰雪天气条件下需要紧急升温使用时，使用PTC串联在第二液体回路中，来快速加热除霜且预热电池包也是一个用户个性化的选择需求，参见图9的工作流程。值得关注的是，PTC的耗能较大，能效系数(COP)不高，一般只在冷却液温度极低(如低于-20℃)条件下的启动之初，或用户需要加速升温以除霜除冰和加热电池包时，才由热管理控制器控制执行该附加加热策略，开启PTC加热。

在完成第一次除霜和电池包加热工作后关闭PTC的加热，PTC的应用和工作控制方式也应作为一个可能的较优实施选项。如图8和图9所示的：此时热泵空调处于主动制热过程中，压缩机1处于压缩制热工作中，冷却液电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路串联，第二液体回路采用两个支路兵分两路循环(注意两个支路之间实际上在储液罐位置有相对隔离和底部连通，下不赘述)，与热源串联回路的冷却液被第一泵(Pump1)推送流动(实线箭头支路)，在阀组的切换下进入第一热交换器2的二次侧，从压缩机1输出的高温高压制冷剂蒸汽也送往第一热交换器2的一次侧，二者在第一热交换器2中进行热交换，二次侧的冷却液被加热而升温，一次侧的制冷剂蒸汽通过室内换热器4进一步放出热量冷凝成高压中温液体，再经第二电子膨胀阀5节流降压。因制冷剂的压力骤降，至第二换热器6中吸收板式第二换热器6二次侧冷却液的热量而蒸发，再经汽液分离器回到压缩机1吸气口，周而复始。

经过若干循环后，所述第二热交换器6的二次侧冷却液被加热至稍高于本实施例策略所定义的设定温度值(如28℃)时，所述热管理控制器随后根据实际冷却液温度T2选择相应控制策略,此举出发点为，电池包温度被升高后尽可能依赖外部发热源和电池包自发热效应来维持合理工作温度并提供给热泵空调进行热量回收。

在图8和图9中所示实施例中另一液体支路(浅色箭头支路)，第二泵(Pump2)推送液体经过室外热交换器13，与室外空气进行热交换后再送至第二热交换器6的二次侧与一次侧的制冷剂进行热交换(吸热)，制冷剂吸收该支路热量蒸发，然后返回压缩机1吸气口形成闭环。

从上述工作过程可以看出，在冷却液温度T2较低(比如低于0℃)时，本发明热泵空调较佳实施例中，热泵所制热量与外部发热源33、34热量聚合一同加热冷却液，因电池包32被加热，温度快速上升至最适宜工作温度，保证其在低温外部环境下获得最佳充放电性能。因其加热热源来自于热泵空调系统和其它外部热源工作时产生的废热，其加热能效也比单纯采用PTC等电热方式要高得多。

而图9所示实施例为温度为极端寒冷条件下(如冷却液温度T2<-20℃)的工作模式，可以手动或自动开启PTC以帮助加速升温。本发明较佳实施例的设计只在冷却液温度极低(例如低于-20℃)条件下的启动之初，或用户需要加速升温以快速加热电池包的短暂时间段内时，可手动或自动开启以执行图9所示策略进行加速升温，开启PTC加热，并仅在完成一次紧急升温使得二次侧的冷却液被加热至稍高于本策略所定义的设定温度值(如28℃)后，即可关闭PTC，PTC不需要持续性工作。

较佳实施例中，在空调开机后，或正常工作中，所述热管理控制器读取用户事先设定的室内目标温度T_r，当室外温度T_a低于T_r时,即进入制热工作模式。在制热工作启动后，如果所述热管理控制器侦测到室外温度T_a低于0度，并且，室外换热器13表面温度T_s低于所设定的除霜条件温度(比如T_s<-3℃),所述热管理控制器依此判断并选用相应的控制策略,即制热+自动除霜模式。具体地分成三个阶段：

第一阶段，利用本发明较佳实施例中热泵空调制热和外部热源或者以及PTC加热(T_a<-20℃自动开启PTC，或随时手动开启)对第二液体回路中的冷却液进行加热，其工作方式与前述图8和图9所示实施例一样开始制热蓄热。因第二液体回路冷却液温度升高，在所述储液罐及整个第二液体回路中蓄储了一定的热量，该热量大致为所有冷却液的比热容乘以重量和所需温升。该蓄热过程是为融霜的准备工作，在此过程中制热工作并未停止，唯因蓄热支路接入而吸收板式第一换热器2的余热量而使制冷剂焓值更低，使室内换热器4出口温度稍有下降，但该过冷温度的变化将被热管理控制器的温度传感器24(感知温度T1)所及时感知并通过加大压缩机转速或调整第二电子膨胀阀5(Vf)开度而得到快速闭环修正，所以并不会造成影响。

第二阶段，在蓄热温度到达设定除霜温度(比如28℃)后满足除霜的温度条件时，开始计时(比如40分钟)并保温，保温方式如图10所示即控制冷却液不再经板式第一换热器2主动加热，并停止PTC主动加热(如有开)。待温度降低至低于除霜温度下限值后再回到前述加热阶段(即如图8的工作模式)，可以重复加热-保温-加热过程，以维持电池包换热器中冷却液的温度。因为在每一次除霜后，并不是立即就会结霜至影响室外蒸发器运作，使得室外换热器都可正常工作一段时间才会再次结霜。所以经过蓄热后保温并延时设定的时间后(比如设定为40分钟)，再进行除霜。本发明较佳实施例的热泵空调装置在汽车第一次启动时并不需延时，在符合除霜温度条件时可以经过蓄热后立即执行除霜，以融化室外换热器13可能存在的冰霜。

第三阶段，除霜，如图11所示，经过上述蓄热保温准备后冷却液温度上升至设定值(比如28℃)，此时所述热管理控制器控制阀组使高温冷却液流向室外换热器13去进行融霜。因为液体温度较高，室外换热器13被加热升温而融化表面凝结的霜或冰。为了让换热器表面温度快速上升，除霜过程中须关闭换热器所附风扇19，待融霜完成后，霜化成液体水流走后再开启该第一风扇19吹干室外换热器表面水份。

除霜时，冷却液经过室外换热器13后再流经第二换热器6的二次侧，余热有利于制冷剂蒸发吸收热量，制冷剂蒸汽温度也将较高(压焓图中点1点2右移)，压缩后焓值更高，同样压缩做功得到更大的制热量，提高了制热效率。同时，在蓄热-除霜过程中，制热过程是不需要停止，避免了除霜过程中室内温度的波动，提高了车内驾乘环境舒适性。

除霜完成后，控制器再根据具体的冷却液温度26(T2)选择相对应的控制策略控制程序。

本发明所述热泵空调装置较佳实施例中，如图12所示的，在车辆启动后，用户可能并没有开空调的需求。此时假定车内环境温度适宜，可知电池也不需要升温而仅需要进行常规散热。所述热管理控制器根据该条件选择相应的控制程序：此时压缩机1不需启动，第二液体回路的路径如图12所示，电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34冷却回路并联(因在此温度下的电池包无需额外加热)，被相应泵推送经过第一换热器2的二次侧(因本实施例中制冷剂回路并未工作，经不经过无影响)，然后过室外热交换器13，利用第一风扇19强制室外空气带走热量完成散热，第二液体回路上的液体温度下降后返回储液罐进入抵近的水泵入水口，这样就可以形成周流循环。由此可以看出，该实施例模式中无需热泵制冷或制热，仅第二液体回路的液体循环帮助外部热源与电池包散热即可，其耗电最小。且电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34的热量是借由统一的室外热交换器13散热的，无需分别设置，节省了装置的空间和成本。

本发明所述热泵空调装置的较佳实施例中，如图13所示的，低温充电或低温待机时(比如室外环境温度T_a<-5℃)，充电或待机时应保证电池包温度处于合适水平，所述热管理控制器根据工作需求和温度条件选择相应的控制程序：因考虑到气温较低，动力电池需要加热回温才能获得最大充放电容量和安全性，故将电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路串联，由相应的泵推动冷却液经PTC和外部热源33、34加热后再入电池包32以加热，再经过室外换热器13和板式第二换热器6后回到储液罐内的抵近设置的水泵入水口。

因为处于充电或热待机状态，车辆并未行驶，压缩机也处于关闭状态，此时外部热源产热可能并不足以维持温度，必要时控制器可以启用PTC进行加热补充，并调整PTC的供电电压使冷却液维持在设定的待机温度(如10℃)附近。为减少不必要的热量损失，所述第一风扇19内定关闭。

因大电流充电时，电池及相关的充电控制电路有热量产生，冷却液温度可能上升至超出设定高温值(比如50度)，此时所述热管理控制器开启第一风扇19对外散热直至低于设定安全值后再关闭风扇。该状态需要液体循环泵运转以推动冷却液不断循环，因压缩机1处于关闭状态，冷却液路径是否经过室外换热器13或板式第二换热器6并无影响，如图13所示。

本发明所述的热泵空调装置及系统中，其制冷与制热工作模式不再使用传统热泵空调的四通换向阀进行切换，而采用相对独立设置的制冷剂回路和第二液体回路，在所述制冷剂回路上设置所述室内换热器，在所述第二液体回路上设置所述室外换热器，并在两个回路之间设置至少一个热交换器进行相互之间的热交换，简化了制冷剂流动路径并将制冷剂的切换动作，在进一步的实施例中，统一通过第二热交换器6和第一热交换器2耦合传递到第二液冷回路，并与第二液冷回路中的电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34的热量进行聚合处理，再根据需要调节控制其路径去作出相应处理，以达到统一热管理(包括但不限于制冷，制热，制热+蓄热，制热+融霜，保温，散热等)的目的。

本发明较佳实施例中，建立了第二液冷回路与制冷剂回路之间的耦合联系，并使其有条件按照热管理的意图进行相应的操作。冬天需要制热，尽最大可能回收第二液冷回路中电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34的热量至制冷剂回路用于提高制热取暖的效率。而回收的方法和途径又根据第二液冷回路中冷却液的不同温度而采用不同的控制策略，如此区分的目的在于实现热回收且得到最高的回收效率。

热量通过制冷剂回路的第二热交换器6(制热时的蒸发器)吸收,而根据冷却液温度与室外空气温度对比，控制器又区分出如图6和图7所示的两种不同的控制策略，都是为了尽可能减少不必要的热量损失而尽可能提高热回收率。

当冷却液温度超高(比如T2>50℃)，同样适用图7所示的控制策略，冷却液将送室外换热器13进行散热，再经制冷剂回路的第二热交换器6(制热时的蒸发器)吸收余热，这样既尽可能回收热量又有效控制冷却液温度处于合理区间，以保证电池包及所有车辆的发热部件温度处于正常合理范围。

所述第二液体回路中冷却液温度T2较低时(比如T2<0℃),所述热管理控制器依此判断适用如图8和图9的控制策略，因此时温度较低，电池包热交换器32和外部发热源33、34需要依靠热泵空调的热量来由第一换热器2来加热(图8)，而当冷却液温度极低(如低于-20℃)条件下的启动之初，或用户需要加速升温以除霜除冰和加热电池包时，由热管理控制器控制执行如图9的策略，开启PTC加热，在完成第一次除霜和电池包加热工作后关闭。温度回升后将转到其它控制程序。

在制热工作启动后，如果所述热管理控制器侦测到室外温度T_a低于0度，并且，室外换热器13表面温度T_s低于所设定的除霜条件温度(比如T_s<-3℃),控制器依此条件判断适用制热+自动除霜模式。在该控制的实施例中,分蓄热(工作方式与图8和图9相同),延时保温，融霜(图11)三个阶段。依靠热泵制热的余热储蓄在冷却液中，并使加热过的冷却液流过室外换热器13以达到除霜的目的。待下次再达到需要除霜的温度后再次重复以上过程。在本发明较佳实施例中，除霜与制热过程可同时进行，室内温度不因除霜而波动，舒适性会更高。

本发明较佳实施例中在低温充电或低温待机或不开空调行驶时，制冷剂回路不工作因而压缩机不需启动，仅靠第二液体回路也可以单独完成散热和加热保温工作。由此可见本发明热泵空调装置的设计灵活性，非常突出。

以下将以一个具体实施例如图14所示，结合图3所示的压焓图，说明各个工作状态的工作过程：

如图1和图14所示的，本发明一种应用于电动汽车的集成热管理系统较佳实施例中，其包括一系统主机41和附属部件及其连接接头和管道。对其工作原理和过程具体分析如下：

A1、在本发明所述热泵空调打开后，所述热管理控制器获取用户事先设定的室内目标温度T_r，当室外环境温度T_a高于T_r时,即进入制冷工作模式。在制冷模式状态下，读取设置于第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2<55℃,控制器判断适用制冷的A1控制策略。

为方便说明，以下结合图15来分析热管理过程，用实线箭头标示出制冷剂工作循环路径，以点划线箭头和虚点线箭头示出第二液体回路，其中虚点线箭头为电池包支路。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

A1-1:第三旁路阀14设置在与第一板式热交换器2的一次侧及第一电子膨胀阀3连接起来的管路两端，用于接通时旁路上述管路，该第三旁路阀14断开；第四旁路阀7接通，所述第四旁路阀7设置连接在所述第二板式热交换器6的一次侧及其第二电子膨胀阀5所连接管路的两端，用于接通时旁路该第二热交换器的一次侧管路，所述制冷剂回路中的制冷剂蒸汽将通过第一换热器2的一次侧，并跨越第二换热器6和第二电子膨胀阀5的管路。

A1-2:所述第一电子膨胀阀3调到开度最大复位，并关闭PTC。

A1-3:压缩机1开启工作，建立循环。

A1-4:待若干秒压缩机1完成启动后，所述第一电子膨胀阀3调到工作初始开度(比如30％)。

A1-5:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24(温度T1)和室内换热器出风口温度传感器23(温度T_room)运算并闭环控制所述第一电子膨胀阀3的开度。

A1-6:所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24(温度T1)和室内换热器出风口温度传感器23(T_room)运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

A1-7:第五旁路阀28和第六旁路阀29采用电磁阀，打开(即导通)，所述电池包热交换器32和外部发热源33、34形成并联关系。流经第一换热器2的二次侧吸收聚合制冷剂汽热量。

A1-8:第二液体回路中的第一三通阀10(Va)切向2-1联通3关闭(以下Va＝2表示，该表示方式方便工控编程时作为指令进行使用)，控制冷却液流向室外热交换器13进行散热。此时第一旁路阀9断开。

A1-9:所述第二液体回路中的第二旁路阀12接通(以下Vd＝1表示)，冷却液被旁路跨越第二换热器6的二次侧，而直接流回储液罐16。

A1-10:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15的开或关无影响。

A1-11:所述热管理控制器根据冷却液温度控制室外换热器13所附第一风扇19的转速，使其在温度满足要求的前提下转速和噪音最低。

如图16所示的A2控制模式实施例中：

A2、在热泵空调打开后，所述热管理控制器取用户设定的室内目标温度T_r，当室外环境温度T_a高于T_r,即进入制冷工作模式。制冷模式状态下，读取设置于第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2>55℃,控制器判断适用A2控制策略：为方便说明，以下结合图16来分析热管理过程，用实线箭头标示出制冷剂工作循环路径，以点划线箭头和虚点线示出第二液体回路，其中虚点线箭头为电池包支路。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

A2-1:第三旁路阀14断开，第四旁路阀7断开，制冷剂蒸汽将通过第一换热器2的一次侧，也通过第二换热器6一次侧和第二电子膨胀阀5的管路。A2-2:所述第二电子膨胀阀5调到最大开度(或旁通模式)，所述第一电子膨胀阀3调到开度最大复位。

A2-3:所述压缩机1开启工作，建立循环,并关闭PTC 18。

A2-4:待若干秒压缩机1完成启动后，所述第一电子膨胀阀3调到工作初始开度(比如30％)。

A2-5:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24感知温度T1和室内换热器出风口温度传感器23感知温度T_room，然后运算并闭环控制第一电子膨胀阀3开度。

A2-6:所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24感知的温度T1和室内换热器出风口温度传感器23感知的温度T_room运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态。

所述热管理控制器按以下步骤控制所述第二液体回路：

A2-7:将第五旁路阀28和第六旁路阀29即相应的电磁阀打开，电池包热交换器32和外部发热源33、34并联管路连接，所述第二液体回路中的冷却液流经第一换热器2吸收聚合制冷剂汽热量。

A2-8:所述第一三通阀10(Va)切向2-1联通保持3断开(以下Va＝2表示)，控制冷却液流向室外热交换器13进行散热。

A2-9:所述第二旁路阀12断开(以下Vd＝0表示)，冷却液即进入第二换热器6的二次侧与一次侧的制冷剂进行热交换，这样可以进一步降温。

A2-10:第一泵22、第三泵27都受控开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15开或关无影响。

A2-11:所述热管理控制器根据冷却液温度控制室外换热器13所附第一风扇19的转速，使其在温度满足要求的前提下转速和噪音最低。

如图17所示是本发明热泵空调较佳实施例中的B0具体控制策略：

B0、在低温充电或低温待机时(比如室外环境温度T_a<-5℃)，充电或待机都应保证电池包的温度处于合适水平，所述热管理控制器根据工作需求和温度条件选择B0控制策略：因考虑到气温度较低，动力电池需要加热回温才能获得最大充放电容量和安全性，故将电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路进行串联连通，因为处于充电或热待机状态时，车辆并未行驶，因此压缩机也处于关闭状态，外部热源产热可能并不足以维持电池包温度，所述热管理控制器可以根据需要启用PTC 18加热，并调整PTC18的供电电压使冷却液维持在设定的待机温度(如10℃)附近。

为减少不必要的热量损失，第一风扇19内定关闭。因大电流充电时，电池及相关的充电控制电路也会有热量产生，冷却液温度T2可能上升至超出设定高温值(比如45度)，此时所述热管理控制器会控制开启第一风扇19对外散热直至冷却液温度T2低于设定值后再关闭该风扇。该状态需要液体循环泵运转以推动冷却液不断循环，因压缩机1处于关闭状态，冷却液路径是否经过室外换热器13或板式换热器6并无影响，如图16所示，为方便说明，以下分析热管理控制过程，以点划线箭头示出第二液体回路的循环路径。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路的循环：

B0-1:压缩机关闭。所述制冷剂回路停止工作。

所述热管理控制器按以下步骤控制所述第二液体回路的工作流程：

B0-2:将第五旁路阀28和第六旁路阀29即电磁阀进行关闭，所述电池包热交换器32和外部发热源33、34液体回路进行串联连通。

B0-3:第一旁路阀9接通，这样冷却液就可以跨越所述第一换热器2的二次侧，而所述第二旁路阀12断开，这样冷却液就可以通过所述第二热交换器6的二次侧。(由于制冷剂回路没有工作，第一旁路阀9和第二旁路阀12开或不开无影响)

B0-4:所述第一三通阀10(Va)切向2-1联通(以下Va＝2表示)，控制冷却液流向室外热交换器13。

B0-6:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15开或关无影响。

B0-7:所述热管理控制器根据冷却液温度控制室外换热器13所附第一风扇19的转速，使其在温度满足要求的前提下转速和噪音最低。

B0-8:所述热管理控制器根据冷却液温度T2来控制PTC 18的加热，使冷却液温度T2维持在设定的待机温度(如10℃)附近。

请参见图18所示的，本发明热管理系统的B1控制策略如下：

B1、使用本发明热泵空调的车辆启动、开机后，但可能用户并没有开空调的需求。此时假定车内环境温度适宜(比如T_a<28℃)，可知电池也不需要升温仅需要进行常规散热。所述热管理控制器根据该条件选择B1控制策略：所述压缩机1不需启动，所述第二液体回路的工作路径如图18所示，电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34冷却回路并联连通(因在此温度下电池包无需额外加热)，被第一泵22推送经过第一换热器2的二次侧(因制冷剂回路并未工作，经不经过无影响)，然后过室外热交换器13，利用其第一风扇19强制室外空气带走热量完成散热，所述第二液体回路上的液体温度下降后返回储液罐进入第一泵的入水口，形成周流循环。可以看出，该模式无需热泵制冷或制热，仅第二液体回路的液体循环帮助外部热源与电池包散热即可，其实现的耗电最小。

此时所述热管理控制器开启第一风扇19对外散热并调节该第一风扇19的转速以使冷却液温度大约或等于设定值(如T2<45℃)。该状态需要液体循环泵运转以推动冷却液不断循环，因所述压缩机1处于关闭状态，冷却液路径是否经过第一换热器2或第二板式换热器6并无影响，如图18所示：为方便说明，以下分析热管理过程，以点划线箭头和虚点线箭头示出第二液体回路的循环，其中虚点线箭头的支路为电池包液体支路。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

B1-1:压缩机关闭。所述制冷剂回路停止工作。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

B1-2:所述第五旁路阀28和所述第六旁路阀29即相应电磁阀开启，电池包热交换器32和外部发热源33、34并联连通。

B1-3:所述第一旁路阀9、所述第二旁路阀12接通，冷却液跨越第一换热器2和第二换热器6(由于制冷剂回路不工作，所述第一旁路阀9、第二旁路阀12开或不开无影响)。

B1-4:所述第一三通阀10(Va)切向2-1联通(以下Va＝2表示)，控制冷却液流向室外热交换器13。

B1-6:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15开或关无影响。

B1-7:所述热管理控制器根据冷却液温度控制室外换热器13所附第一风扇19的转速，使其在温度满足要求的前提下转速和噪音最低。

如图19所示的为本发明所述热泵空调装置及系统的C控制策略：

C、制热工作循环：

在本发明较佳实施例的热泵空调打开后，所述热管理控制器读取用户事先设定的室内目标温度T_r(比如25℃)，当T_r高于室外环境温度T_a,即进入制热工作模式。

在此模式下工作过程为：压缩机1将制冷剂从常温蒸汽态(压焓图点1)压缩成为高温高压的汽态(压焓图点2)，通过(或利用旁路阀跨过)第一热交换器2，第一电子膨胀阀3开到最大开度或旁通模式，进入室内热交换器4并在第二风机20作用下与室内空气发生热交换，室内空气被加热用于室内取暖，制冷剂温度下降冷凝成为高压中温液态(压焓图点3)。

制冷剂经过热交换器4冷凝后再经过第二电子膨胀阀5节流降压，成为湿蒸汽或汽液混合物(压焓图点4)，送入第二热交换器6的一次侧吸收第二液体回路内液体的热量，制冷剂因吸收热量温度上升焓增加，蒸发成为蒸气(压焓图点1)并经气液分离器8返回压缩机1吸气口。在此循环中，压焓图点2到点3是室内热交换器4的排出热的制热过程，其单位制热量q0＝h2-h3,压缩机单位理论做功ω0＝h2-h1。

C4控制策略：水温正常。在制热状态下，所述热管理控制器读取设置于所述第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2，当T2温度正常(比如0>T2<50℃)且T2高于室外环境温度T_a,所述热管理控制器依此判断适用C4控制策略，该策略的设计出发点为尽最大可能将电池包32和外部发热源33、34的热量回收，用于提高热泵空调制热效率。所以第二液体回路将绕过室外换热器13而直接由第二热交换器6(蒸发器)回收热量。

因所述冷却液携带电池包32和外部发热源33、34的废热能量温度高于室外环境空气温度T_a，故能够使制热回路更高效工作，相当于压焓图点1右移，压缩机做同样的压缩功，但制冷剂焓值也更高(h2同步右移)，又因为单位制热量q0＝h2-h3，h2更大，制热量也将越大，制热效率更高。

如图19所示，电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路并联连通(因在此温度下电池包无需额外关注并加热，所以并联设置)，所述冷却液被第一泵推送，在阀组的切换下跨越而跳过第一热交换器2及室外热交换器13，送入到第二热交换器6的二次侧与已蒸发的制冷剂进行热交换。

因所述第二换热器6的一次侧流动的是较低温度制冷剂，经过第二热交换器6的热交换后能够降低二次侧冷却液的温度(热量被吸收)，并促进一次侧制冷剂的完全蒸发，避免压缩机吸入液态制冷剂而发生液击损坏故障。冷却液经第二热交换器6(Chiller)冷却后返回储液罐16进入第一泵的入水口，从而形成周流循环。为方便说明，以下分析热管理控制过程，以虚线箭头示出第二液体回路的循环支路，实线箭头示出制冷剂循环路径。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

C4-1:所述第三旁路阀14接通，制冷剂蒸汽将跨越所述第一换热器2的一次侧和第一电子膨胀阀3的通路。

C4-2:第四旁路阀7断开，制冷剂通过第二换热器6和第二电子膨胀阀5的通路。

C4-3:所述第二电子膨胀阀5调到开度最大复位。

C4-4:所述压缩机1开启工作，建立循环,关闭PTC 18。

C4-5:待若干秒压缩机1完成启动后，所述第二电子膨胀阀5调到工作初始开度(比如30％)。

C4-6:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24感知的温度T1和室内换热器出风口温度传感器23感知的温度T_room，进行策略运算并闭环控制所述第二电子膨胀阀5的开度。

C4-7:所述热管理控制器根据蒸发器出口的温度传感器24感知的温度T1和室内换热器出风口温度传感器23感知的温度T_room，进行策略运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

C4-8:所述第五旁路阀28和所述第六旁路阀29即对应的电磁阀都接通，电池包热交换器32和外部发热源33、34液体回路并联连通。

C4-9:所述第一旁路阀9接通，冷却液跨越第一换热器2的二次侧，第二旁路阀12断开，冷却液通过第二热交换器6的二次侧，并回收热量到制冷剂回路。

C4-10:所述第一三通阀10(Va)切向3-1联通(以下Va＝3表示)，控制冷却液绕过室外热交换器13，避免热量散发。所述第二三通阀11切向2-1导通。

C4-11:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15的开或关无影响。

如图20所示是本发明所述热泵空调装置执行C3控制策略的实施例步骤：

C3、在制热状态下，另一种情况是，第二液体回路上的液体温度传感器26的冷却液温度T2正常，但低于室外环境温度T_a(比如0℃<T2<50℃，T2<T_a)，或冷却液温度超高(比如T2>50℃),所述热管理控制器依此判断适用C3的控制策略。该策略的设计出发点是除了上述的废热回收，用于提高热泵空调制热效率外，还考虑到室外环境温度T_a比冷却液还要高，所以第二液体回路液体可在阀组件切换下经过室外换热器13吸收室外环境空气热量，再由第二热交换器6内的制冷剂吸收其热量。

因所述冷却液携带电池包32和外部发热源33、34的废热能量并吸收了室外环境空气的热量，故能够在使制热回路温度尽可能上升至接近室外环境温度T_a,使热泵制热效率更高。

另外，当冷却液温度超高(比如T2>50℃)同样适用本控制策略，第二液体回路液体可在阀组件切换下经过室外换热器13向室外环境空气散热降温，再由第二热交换器6内的制冷剂吸收其余热，既抑制了冷却液温度不至于再升高，又尽可能回收了其热量用于提高热泵制热效率。

如图20所示的，因在制热状态下，且冷却液温度T2比室外环境温度T_a还要低，故电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路串联连通，冷却液被第一泵及第三泵推送，在阀组件的切换下跨过第一热交换器2的二次侧，经室外热交换器13吸收(或排放)热能量，然后送入第二热交换器6的二次侧与其一次侧制冷剂进行热交换。

因第二换热器6的一次侧流动的是较低温度汽体，经过第二热交换器6后冷却液的温度将降低，制冷剂吸收热量而蒸发，有利于避免压缩机吸入液态制冷剂而发生液击损坏故障。冷却液经第二热交换器6吸热后返回储液罐进入第一泵的入水口，从而形成周流循环。为方便说明，以下分析热管理控制过程，以虚线箭头示出第二液体回路，实线箭头示出制冷剂循环路径。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

C3-1:所述第三旁路阀14接通，制冷剂蒸汽将跨越所述第一换热器2的一次侧和第一电子膨胀阀3的通路。

C3-2:所述第四旁路阀7断开，制冷剂通过第二换热器6的一次侧和第二电子膨胀阀5的通路。

C3-3:所述第二电子膨胀阀5调到开度最大复位。

C3-4:所述压缩机1开启工作，建立循环,关闭PTC 18。

C3-5:待若干秒压缩机1完成启动后，第二电子膨胀阀5调到工作初始开度(比如30％)。

C3-6:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口的温度传感器24所感知的温度T1和室内换热器出风口温度传感器23所感知的温度T_room，进行运算并闭环控制第二电子膨胀阀5的开度。

C3-7:所述热管理控制器根据蒸发器出口的温度传感器24所感知的温度T1和室内换热器出风口温度传感器23所感知的温度T_room，进行运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

C3-8:控制所述第五旁路阀28和所述第六旁路阀29即电磁阀都关闭，使得电池包热交换器32和外部发热源33、34液体回路串联连通。

C3-9:所述第一旁路阀9接通，使得冷却液跨越第一换热器2的二次侧；第二旁路阀12断开，冷却液通过第二热交换器6的二次侧，从而进行热交换，回收热量到制冷剂回路。

C3-10:所述第一三通阀10(Va)切向2-1联通(以下Va＝2表示)，控制冷却液通过室外热交换器13，与空气热交换。

C3-11:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15的开或关无影响。

如图21所示，是本发明所述热泵空调装置采用C2和C1的控制策略下的处理过程：

C2&C1、在制热状态下，所述第二液体回路中的冷却液温度传感器26监测到冷却液温度T2较低时(比如T2<0℃),所述热管理控制器依此判断适用C2和C1如图21所示的控制策略。

考虑到冷却液温度较低，动力电池需要外部热量加热回温才能获得最大充放电容量和安全性，故将电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路串联连通连接，冷却液先经外部热源33、34加热再流入电池包32以加热。

但仅利用上述外部发热源加热是不够和来不及的，许多情况下不能够很好地满足电池包加热升温需求。因为电动汽车发热部件大多需要在行驶过程中才会逐步累积较多热量而产生升温作用，况且外部发热源33、34的发热功率不是一个恒定值。利用热泵空调制热来加热第二液体回路成为最可行的方式。

再者，考虑到现今信息技术在车辆的应用如火如荼，出门之前可先通过远程遥控指令让汽车空调和坐椅提前预热或自动到达指定位置等候将成为常规应用，新技术的应用能让用户避免经受上车后一段时间内严寒酷暑，大大改善汽车的使用舒适性。

同理，借助遥控或定时开启空调预热的同时，也可加热电池包。当然，在恶劣冰雪天气条件下需要紧急升温使用时，可以使用PTC 18串联在第二液体回路中来快速加热除霜且预热电池包，这也是一个用户个性化的选择需求。

值得关注的是，PTC 18的耗能较大，能效系数(COP)不高，只在冷却液温度极低(如低于-20℃)条件下且作为启动之初，或用户需要加速升温以除霜除冰和加热电池包时，由所述热管理控制器控制执行C1策略，才开启PTC 18的加热，在完成第一次除霜和电池包加热工作后关闭。PTC的应用和工作控制方式也应作为一个可能的较优实施选项。

如图21所示，此时热泵空调处于主动制热过程中，压缩机1处于压缩制热工作中，冷却液电池包热交换器32与电机驱动、电源管理、驾驶控制系统热交换器、压缩机、主电机等外部发热源33、34热交换器回路串联连通连接，第二液体回路分成两路循环，与热源串联回路的冷却液被第一泵22(Pump1)和第三泵27(Pump3)推送流动(虚线箭头支路)，在阀组的切换下进入第一热交换器2的二次侧，从压缩机1输出的高温高压制冷剂蒸汽也送往第一热交换器2一次侧，二者在所述第一热交换器2中进行热交换。

二次侧的冷却液被加热而升温，一次侧的制冷剂蒸汽被冷却而温度稍有下降，通过室内换热器4与室内空气热交换而进一步冷凝成高压中温液体，再经第二电子膨胀阀5节流降压，因压力骤降，至板式第二换热器6中吸收二次侧冷却液的热量而蒸发成气态，再经汽液分离器回到压缩机1吸气口，周而复始。

经过若干循环后，所述第二热交换器6的二次侧冷却液被加热至稍高于本策略所定义的设定温度值(如28℃)，所述热管理控制器随后根据实际冷却液温度T2重新选择相应控制策略,此举出发点为，电池包温度被升高后不需要被继续加热，尽可能依赖外部发热源和电池包自发热效应来维持合理工作温度并提供给热泵热量回收。

在图21中所示另一虚点线箭头的液体支路中，由第二泵15(Pump2)推送液体经过室外热交换器13，与室外空气进行热交换后再送至第二热交换器6的二次侧与一次侧的制冷剂进行热交换(吸热)，制冷剂吸收该支路热量蒸发，然后返回压缩机1吸气口形成闭环。

以下分析热管理控制过程(图21)，以点划线和虚点线示出第二液体回路，实线箭头示出制冷剂循环路径。

所述热管理控制器按以下步骤控制制冷剂回路：

C2C1-1:第三旁路阀14断开，制冷剂蒸汽将经过第一换热器2的一次侧再通过第一电子膨胀阀3的通路。

C2C1-2:第四旁路阀7断开，制冷剂通过第二换热器6和第二电子膨胀阀5的通路。

C2C1-3:所述第一电子膨胀阀3调到最大开度或旁通模式，第二电子膨胀阀5调到开度最大复位。

C2C1-4:压缩机1开启工作，建立循环。关闭PTC 18。

C2C1-5:待若干秒压缩机1完成启动后，所述第二电子膨胀阀5调到工作初始开度(比如30％)。

C2C1-6:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口温度传感器24感知的温度T1运算并闭环控制第二电子膨胀阀5开度，T1(24)越低第二电子膨胀阀5开度越小，反之亦反。防止制热过程中蒸发器蒸发不完全而发性液击故障(出口温度过低)。

C2C1-7:所述热管理控制器根据室内换热器出风口温度传感器23感知的温度T_room运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态，T_room(23)高于设定基准室温T_r越多，通过压缩机变频控制使其转速越低，反之越高。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

C2C1-8:所述第五旁路阀28和第六旁路阀29的对应电磁阀都断开，电池包热交换器32和外部发热源33、34液体回路串联连通连接。

C2C1-9:所述第一旁路阀9断开，以使冷却液通过第一换热器2的二次侧。

C2C1-10:所述第一三通阀10(Va)切向3-1联通(以下Va＝3表示)，控制虚点线箭头支路冷却液跳过室外热交换器13。

C2C1-11:所述第二三通阀11(Vb)切向3-1联通(以下Va＝3表示)，控制虚点线支路冷却液跳过第二热交换器6直接回到储液罐16A。

C2C1-12:所述第二旁路阀12断开，控制点划线箭头支路的冷却液通过第二热交换器6。控制点划线箭头支路冷却液经过第二热交换器6与制冷剂进行热交换。然后再回到储液罐16B区中。

C2C1-13:第一泵22、第三泵27都开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15也开启。冷却液分点划线箭头和虚点线箭头两路循环。

C1-14:如果车辆是第一次启动，且在温度极低的环境，冷却液温度极低(如低于-20℃)，或用户需要加速升温以除霜除冰和加热电池包时，由所述热管理控制器控制执行C1策略，开启PTC 18加热，在完成第一次除霜和电池包加热工作后PTC 18关闭。

C2-15:PTC 18关闭。

参见附图22图22和图23，是本发明热泵空调装置的C0控制策略处理步骤：

C0、空调开机后，或正常工作中，所述热管理控制器读取用户设定的室内目标温度T_r，当室外温度T_a低于T_r,即进入制热工作模式。在制热工作启动后，如果所述热管理控制器侦测到室外温度T_a低于0度，并且，室外换热器13表面温度T_s低于所设定的除霜条件温度(比如，T_s<-3℃),所述热管理控制器依此判断适用C0控制策略,即制热+自动除霜模式。

所述C0的控制策略,分成三个阶段：

第一阶段，利用热泵空调制热和外部热源以及PTC加热(T_a<-20℃自动开启PTC，或随时手动开启)第二液体回路中的冷却液，其工作方式与所述C2和C1策略一样开始制热蓄热，参照图21所示。因第二液体回路冷却液温度升高，蓄储了一定的热量，该热量大致为所有冷却液的比热容乘以重量和所需温升，而储液罐可以设置冷却液的容量(重量)。蓄热过程为融霜的准备工作，在此过程中制热工作并未停止，唯因蓄热支路接入而吸收板式第一换热器2的余热量而使制冷剂焓值更低，使室内换热器4出口温度稍有下降，但该过冷温度的变化将被所述热管理控制器的温度传感器23和24所感知的温度T1和T_room所及时感知并通过加大压缩机转速或调整第二电子膨胀阀5(Vf)的开度而得到快速闭环修正，所以并不会造成影响。

第二阶段，在蓄热温度到达设定除霜温度(比如28℃)后满足除霜的温度条件，开始计时(比如40分钟)并保温，保温方式如图22所示，即控制冷却液不再经板式第一换热器2主动加热，并停止PTC 18的主动加热(如有开)。待温度降低至低于除霜温度下限值后再回到前述加热阶段如图21所示，本阶段重复加热(图21)-保温(图22)-加热(图21)过程，以维持冷却液的温度在设定除霜温度(比如28℃)附近。

因为每一次除霜后，并不是立即就会结霜至影响室外蒸发器运作，都可正常工作一段时间才会再次结霜。所以经过蓄热后保温并延时设定的时间后(比如，设定为40分钟)再进行下一次除霜。但在汽车第一次启动并不需延时时，符合除霜温度条件并经过蓄热后可以立即执行除霜，以融化室外换热器13可能已存在的冰霜。

第三阶段，除霜过程如图23所示，经过上述蓄热保温准备后冷却液温度上升至设定值(比如28℃)，此时所述热管理控制器控制阀组使高温冷却液流向室外换热器13去进行融霜。因为液体温度较高，室外换热器13被加热升温而融化表面凝结的霜或冰。为了让换热器表面温度快速上升，除霜过程中关闭换热器所附第一风扇19，待融霜完成后，霜化成液体水流走后再开启风扇吹干换热器表面水份。

除霜时，冷却液经过室外换热器13后再流经第二换热器6的二次侧，余热有利于制冷剂蒸发吸收热量，制冷剂蒸汽温度也将较高，压焓图点1点2右移，压缩后焓值更高，同样压缩做功得到更大的制热量，提高了制热效率。同时，在蓄热-除霜过程中，制热过程是不需要停止的，避免了除霜过程中室内温度的波动，提高了车内驾乘环境舒适性。

除霜完成后，所述热管理控制器再根据具体的冷却液温度传感器26所感知的温度T2选择相对应的控制程序，直至再次满足自动除霜条件而触发C0控制程序。

具体地，

第一阶段，蓄热，与C2&C1工作策略一样，只是一边制热一边把冷却液加热升温到达设定除霜温度(比如28℃)。

第二阶段，延时保温，经过蓄热后保温并延时设定的时间(比如，设定为40分钟)，在此期间保温方式如图22所示，与蓄热的差别是接通第一旁路阀9以控制冷却液不再经板式第一换热器2主动加热，并停止PTC 18的主动加热(如有开)。

第三阶段，制热同时使高温冷却液流向室外换热器13去进行融霜，控制器按以下步骤控制制冷剂回路(图23)：

C0-1:第三旁路阀14断开，制冷剂蒸汽将经过第一换热器2的一次侧再通过第一电子膨胀阀3的通路。

C0-2:第四旁路阀7断开，制冷剂通过第二换热器6和第二电子膨胀阀5的通路。

C0-3:第一电子膨胀阀3调到最大开度或旁通模式，第二电子膨胀阀5调到开度最大复位。

C0-4:压缩机1开启工作，建立循环。

C0-5:待若干秒压缩机1完成启动后，第二电子膨胀阀5调到工作初始开度(比如30％)。

C0-6:待若干秒后，所述热管理控制器根据蒸发器出口的温度传感器24感知的温度T1运算并闭环控制第二电子膨胀阀5开度，T1(24)越低第二电子膨胀阀5的开度越小，反之亦反。防止制热过程中蒸发器蒸发不完全仍有液态制冷剂(出口温度过低)。

C0-7:所述热管理控制器根据室内换热器出风口温度传感器23感知的温度T_room运算并调节压缩机使其处于最经济节能状态，T_room(23)高于设定基准室温T_r越多，通过压缩机变频控制使其转速越低，反之越高。

所述热管理控制器按以下步骤控制第二液体回路：

C0-8:所述第五旁路阀28和第六旁路阀29对应的电磁阀都断开，电池包热交换器32和外部发热源33、34液体回路串联连通连接。

C0-9:所述第一旁路阀9断开，冷却液通过第一换热器2的二次侧。

C0-10:第一三通阀10(Va)切向2-1联通(以下Va＝2表示)，控制虚线箭头支路的冷却液通过室外热交换器13进行融霜(同时风扇19关闭)。

C0-11:第二旁路阀12断开，控制虚线箭头支路已蓄热的冷却液通过第二热交换器6。冷却液带着余温经过第二热交换器6与制冷剂进行热交换，以迫使制冷器完全蒸发且使蒸汽温度上升，更利于制热。然后再回到所述储液罐16的B区。

C0-13:第一泵22、第三泵27开启(以下Pump1＝1,Pump3＝1表示),第二泵15关闭。冷却液沿虚线箭头支路单路循环。

C0-14:如果车辆是第一次启动，且环境温度极低，则冷却液温度可能极低(如低于-20℃)，或用户需要加速升温以除霜除冰和加热电池包时，由所述热管理控制器控制执行C1策略，开启PTC 18的加热动作，在完成第一次快速除霜和电池包加热工作后在关闭PTC18。

以下对本发明所述热管理热泵空调装置、系统及实现方法的较佳实施例的各控制策略做图表整理：

制热(设定室温T_r高于室外温度T_a)

制冷降温(设定室温T_r低于室外温度T_a)

正常	T2<55℃	A1	并联风冷散热
				正常偏热	T2>55℃	A2	并联散热+Chiller主动冷却

不开空调(人为选择控制)

需要说明的是，上述本发明较佳实施例中的描述，例如对温度的具体数值的使用仅为实施例，在实际的产品中可以根据不同地域、季节的不同或电池特性规格不同，做不同于上述实施例中具体温度值的改变或调整，对本领域技术人员来说应该是可以做出各种不同的改变或变形的。

本发明所述热管理方式的热泵空调装置、系统及实现方法较佳实施例中，主要是针对电动汽车的车载空调进行原理设计，并因为采用板式换热器都能精致的结构，可以将管路进行一体化设置，从而形成体积较小车载空调装置。此外，在进行模块化设置的情况下，还可以将与电池包以及电机及其驱动部份、电源管理及自动驾驶控制单元等车辆原有工作部件的散热、保温(主要针对寒冷环境下的电池包)、废热利用等，形成方便插接的管路插头，从而可以形成匹配不同电动汽车的标准化模块元件，并配合设置在电路中的热管理控制器实现各种操控策略，从而形成智能化的电动汽车热管理系统，方便装配和拆换。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述结构和原理说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (22)

1.一种电动汽车集成热管理系统，其设置包括一压缩机，以及，一室内换热器和一室外换热器，其特征在于，包括相对独立设置的一制冷剂回路和一第二液体回路；

在所述制冷剂回路中设置包括有通过管路连接的所述压缩机、所述室内换热器以及一第一热交换器的一次侧和一第二热交换器的一次侧，通过所述第一和/或第二热交换器与所述第二液体回路进行热交换；

所述第一热交换器和所述第二热交换器分别设置在所述制冷剂回路中所述压缩机的下游和上游；

在所述第二液体回路中设置包括有通过管路连接的所述室外热交换器和所述第一热交换器的二次侧，及所述第二热交换器的二次侧；

在所述第二液体回路中还设置有用于连接电池热交换器的管路。

2.根据权利要求1所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第二液体回路中还设置有用于连接电机及电机驱动部分热交换器的管路。

3.根据权利要求2所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第二液体回路中还设置有用于连接电源管理及自动驾驶控制热交换器的管路。

4.根据权利要求3所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述系统还设置采用模块化设置，并在第二液体回路中还设置有：第一管路接口和第二管路接口，用于与压缩机/电机的热交换器插接；第三管路接口和第四管路接口，用于与电机驱动、电源转换器及驾驶控制系统的热交换器插接；以及第五管路接口和第六管路接口，用于与电池部位的热交换器插接；所述第二管路接口与所述第三管路接口直接导通，所述第一管路接口连通所述第一泵，所述第六管路接口连通所述第一换热器的二次侧。

5.根据权利要求4所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第一至第六管路接口设置在所述模块化的系统上，并具有标准化的管路接口布置。

6.根据权利要求5所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述第二液体回路中还设置有：一第一泵，设置在所述第一热交换器的二次侧上游，用于驱动所述第二液体回路中的冷却液流动；在所述第一泵与所述第一热交换器的二次侧上游之间的管路上设置所述第一至第六管路接口。

7.根据权利要求6所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第五管路接口与一第五旁路阀导通，所述第五旁路阀用于受控旁路所述第一至第四管路接口。

8.根据权利要求7所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第四管路接口还与一第六旁路阀导通，所述第六旁路阀用于受控旁路所述第五至第六管路接口。

9.根据权利要求8所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述第四管路接口与所述第五管路接口之间还连接有一第二单向阀，用于防止冷却液从第五管路接口内部向第四管路接口内部及第六旁路阀反方向流动。

10.根据权利要求9所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第五旁路阀上游还设置有一第三单向阀，用于保证冷却液的单向流向。

11.根据权利要求10所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述第一管路接口的支路上还设置有一第三泵，用于驱动冷却液流出所述第一管路接口。

12.根据权利要求11所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，还包括一热管理控制器，设置在所述电动汽车集成热管理系统的电路中，用于执行不同控制策略。

13.根据权利要求12所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，与所述第一热交换器的二次侧并行设置有一第一旁路阀，用于受控形成旁路。

14.根据权利要求13所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，与所述第二热交换器的二次侧并行设置有一第二旁路阀，用于受控形成旁路。

15.根据权利要求14所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，与所述第一热交换器的一次侧下游连通设置有一第一电子膨胀阀，与该连通通路并行设置有一第三旁路阀，用于受控形成旁路。

16.根据权利要求15所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，与所述第二热交换器的一次侧上游连通设置有一第二电子膨胀阀，与该连通通路并行设置有一第四旁路阀，用于受控形成旁路。

17.根据权利要求16所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第一热交换器的二次侧与所述第一旁路阀的下游共端连接一第一三通阀的1端，所述第一三通阀的2端连接所述室外换热器；所述第一三通阀的3端连接一第二三通阀的1端，所述第二三通阀的2端与所述室外换热器的下游端共端设置，并连接到所述第二热交换器的二次侧；所述第二三通阀的3端设置与所述第一泵的入口抵近连通。

18.根据权利要求17所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述室外热交换器的上游端设置有一第二泵，用于驱动冷却液循环。

19.根据权利要求18所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述第一泵及所述第二泵的上游设置有一储液罐，所述储液罐设置采用A、B两个储液区，该两储液区在底部连通；并且，所述第一泵的入口与所述第二三通阀的3端在所述储液罐的A储液区内抵近并开放设置；所述第二泵的入口与所述第二换热器的下游端出液口在所述储液罐的B储液区内抵近并开放设置。

20.根据权利要求19所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，在所述第一泵的下游与所述第一泵串联还设置有一PTC。

21.根据权利要求1至20任一所述的电动汽车集成热管理系统，其特征在于，所述第一热交换器以及所述第二热交换器采用板式热交换器。

22.一种如权利要求1至21任一所述电动汽车集成热管理系统的实现方法，其设置包括一热管理控制器，设置在所述电动汽车集成热管理系统的电路中，用于执行不同控制策略；并包括以下步骤：

所述制冷剂回路中通过所述压缩机进行制冷剂压缩，并连通所述室内热交换器进行室内空气的热交换；

所述第二液体回路中设置连通室外热交换器，与室外空气进行热交换；

所述制冷剂回路与所述第二液体回路相对独立运行，所述第二液体回路可选择通过第一热交换器与所述室外热交换器作为制冷模式或选择通过第二热交换器与所述室外热交换器作为制热模式的热交换；

在所述第二液体回路中还设置有用于连接电池热交换器的管路及接头。

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