CN113212100A - 一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,包括冷却液循环回路和热泵空调机构,所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵;所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器,所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路;所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。本发明还公开了一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理方法。本发明兼具加热和散热功能,在低温环境下,相变胶囊储存电机和热泵空调的热量,用于电池和座舱加热。

Description

一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车热管理系统技术领域,尤其是一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法。
背景技术
为应对环境污染、能源危机等严峻问题,大力发展纯电动汽车已成为了我国汽车产业发展的重要战略。纯电动汽车唯一动力源为动力电池,其使用性能、安全性能和使用寿命与温度密切相关。当电池温度过高时,若不能对电池进行有效散热,会严重影响电池寿命,甚至会引发热失控等安全问题;反之,当电池温度过低时,电池容量下降,放电时由于内部金属锂的沉淀,其放电效率下降,严重影响纯电动汽车的行驶里程。因此,为了保证动力电池的动力性和经济性,延长其使用寿命,必须采用热管理系统使电池的温度始终处于20℃到45℃区间内。
目前,纯电动汽车的热管理系统主要采用风冷和液冷两种方式。其中,风冷是以低温空气为介质,利用空气和动力电池的热对流来降低电池温度的一种散热方式,其受环境温度影响较大,散热效率较低;而液冷主要是利用低温冷却液的对流换热来降低电池等部件的温度,对于电池或座舱的加热,也仅仅是利用冷却液将电机废热传至电池或座舱,这一方式加热效率较低,且受限于纯电动汽车的行驶工况。针对这一问题,也有部分学者利用相变胶囊相变潜热高的特性,将相变胶囊参与冷却液的循环,充分利用了零部件废热,但这些研究成果没有考虑到相变胶囊相变传热的迟缓性,相变胶囊在冷却液的循环过程中无法做到提前储能,在实际应用中,相变胶囊应用于纯电动汽车的热管理效果并不明显。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种在冷却液的循环过程中,利用相变胶囊储存部分电机和热泵空调无法利用的热量和冷量,并将其合理分配给电池和座舱,有效提高纯电动汽车的安全性、经济性和动力性的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,包括冷却液循环回路和热泵空调机构;
其中,所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵;
所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器,所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路;
所述第一相变胶囊收集装置与室内换热器并联,第一相变胶囊收集装置位于室内换热器上方;所述第一水泵、第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路;所述第二水泵、电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路,散热器并联在第二相变胶囊收集装置两端,散热器通过第六三通电磁阀的B、C两口连通参与冷却液循环回路;
所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。
所述第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的B口均设置有滤网,第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述第一相变胶囊收集装置由第七三通电磁阀和换热器组成,第七三通电磁阀的B口设置有滤网,第七三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述第二相变胶囊收集装置由第八三通电磁阀和保温箱体组成,第八三通电磁阀的B口设置有滤网,第八三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述换热器内设置有蛇形金属盘管,蛇形金属盘管的一端与双向电磁阀相连,蛇形金属盘管的另一端第一膨胀阀相连,蛇形金属盘管内充满冷媒。
所述设置有滤网的三通电磁阀分别设置在第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二相变胶囊收集装置、电机的水套的冷却液出口处。
本发明的另一目的在于提供一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统的管理方法,该方法包括:
相变胶囊收集电机热量:当电机温度大于电机第一温度阈值,使第三三通电磁阀AC两口、第四三通电磁阀AB两口,第六三通电磁阀AB两口连通,使第五三通电磁阀AB两口连通,使第五三通电磁阀切换到滤网接口,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第二相变胶囊收集装置切换到非滤网接口;启动第二水泵,相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵,形成水循环,通过第五三通电磁阀的过滤作用,相变胶囊被收集在电机的水套中并吸收电机热量;收集完毕后,使第五三通电磁阀的AC两口连通,使第五三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀的AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第二水泵,相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊收集热泵空调热量:当热泵空调处于供暖循环且座舱无需快速升温时,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中;在热泵空调处于供暖循环时,打开双向电磁阀,调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度,高温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊储能;相变胶囊收集能量完毕,使第七三通电磁阀的AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊收集热泵空调冷量:当热泵空调处于制冷循环且无需为座舱持续快速降温时,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中;在热泵空调处于制冷循环,打开双向电磁阀,调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度,低温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊蓄冷;相变胶囊收集蓄冷完毕,使第七三通电磁阀的AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,蓄冷完毕的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊为电池加热:当电池温度小于电池第一温度阈值时,且相变胶囊已完成热量收集,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀AB两口、第三三通电磁阀AB两口、第四三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口;启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵形成水循环,在第二三通电磁阀的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池的液冷板中,通过相变胶囊相变凝固释放热量,为电池加热;
相变胶囊为座舱加热:当座舱温度小于座舱第一温度阈值时,且相变胶囊已完成热量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中,打开室内换热器中的空调风机,将热空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变凝固释放热量为座舱加热;
相变胶囊为电池散热:当电池温度大于电池第二温度阈值时,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀AB两口、第三三通电磁阀AB两口、第四三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口;启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵形成水循环,在第二三通电磁阀的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池的液冷板中,通过相变胶囊相变熔化吸热,为电池散热;
相变胶囊为座舱散热:当座舱温度大于座舱第二温度阈值时,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中,打开室内换热器中的空调风机,将冷空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变熔化吸热量为座舱散热。
由上述技术方案可知,本发明的有益效果为:第一,本发明通过相变胶囊在回路中的循环流动,实现电池热管理系统、座舱热管理系统、电机热管理系统和热泵空调机构之间的耦合;第二,本系统应用于电池和座舱的热管理,兼具加热和散热功能,在低温环境下,相变胶囊储存电机和热泵空调的热量,用于电池和座舱加热,避免了传统纯电动汽车采用PTC加热器消耗电动汽车本身电能加热的缺点;第三,在高温环境下,通过热泵空调制冷模式,相变胶囊将冷媒冷量传递至电池和座舱,避免了长时间开启电动压缩机消耗电能的缺点,因此,该系统在应用相变胶囊的基础上,能够有效控制电池和座舱温度,降低电池能耗,提高纯电动汽车的安全性、动力性和经济性;第四,本发明实现了相变胶囊提前储能功能,将主、被动热管理系统相结合,根据环境温度、热泵空调工作模式和电机工况等因素,通过不同的相变收集装置对不同部件进行储能或蓄冷,根据电池和座舱温度条件,相变胶囊适时参与循环,为电池和座舱加热或散热,充分利用不同系统多余能量,与传统纯电动汽车相比,大大提高了系统的能量利用效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为设置有滤网的三通电磁阀的正视图;
图3为设置有滤网的三通电磁阀的侧视图;
图4为设置有蛇形金属盘管的换热器的正视图;
图5为设置有蛇形金属盘管的换热器的内部侧视图。
具体实施方式
如图1所示,一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,包括冷却液循环回路和热泵空调机构;
其中,所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置9、第一水泵11、电池12、第二相变胶囊收集装置15、电机17、散热器20和第二水泵21;
所述热泵空调机构包括电动压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、室外换热器4、第二膨胀阀6和室内换热器7,所述电动压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、室外换热器4、第二膨胀阀6、室内换热器7依次通过管路连接形成回路;
所述第一相变胶囊收集装置9与室内换热器7并联,第一相变胶囊收集装置9位于室内换热器7上方;所述第一水泵11、第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13依次通过管路连接并形成回路;所述第二水泵21、电机17的水套、第五三通电磁阀18、第六三通电磁阀19、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16依次通过管路连接并形成回路,散热器20并联在第二相变胶囊收集装置15两端,散热器20通过第六三通电磁阀19的B、C两口连通参与冷却液循环回路;
所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。
所述第二三通电磁阀13和第五三通电磁阀18的B口均设置有滤网,第二三通电磁阀13和第五三通电磁阀18的A口和C口无滤网;所述第一相变胶囊收集装置9由第七三通电磁阀9a和换热器9b组成,第七三通电磁阀9a的B口设置有滤网,第七三通电磁阀9a的A口和C口无滤网;所述第二相变胶囊收集装置15由第八三通电磁阀15a和保温箱体15b组成,第八三通电磁阀15a的B口设置有滤网,第八三通电磁阀15a的A口和C口无滤网;所述换热器9b内设置有蛇形金属盘管,蛇形金属盘管的一端与双向电磁阀8相连,蛇形金属盘管的另一端第一膨胀阀5相连,蛇形金属盘管内充满冷媒。
所述设置有滤网的三通电磁阀分别设置在第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二相变胶囊收集装置15、电机17的水套的冷却液出口处。
本发明中所有的三通电磁阀均由控制器控制。
本方法包括:
相变胶囊收集电机17热量:当电机17温度大于电机17的第一温度阈值,电机17的第一温度阈值可优选为70℃,使第三三通电磁阀14AC两口、第四三通电磁阀16AB两口,第六三通电磁阀19AB两口连通,使第五三通电磁阀18AB两口连通,使第五三通电磁阀18切换到滤网接口,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第二相变胶囊收集装置15切换到非滤网接口;启动第二水泵21,相变胶囊悬浮液依次通过电机17的水套、第五三通电磁阀18、第六三通电磁阀19、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第二水泵21,形成水循环,通过第五三通电磁阀18的过滤作用,相变胶囊被收集在电机17的水套中并吸收电机17热量;收集完毕后,使第五三通电磁阀18的AC两口连通,使第五三通电磁阀18切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀15a的AB两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到滤网接口,启动第二水泵21,相变胶囊悬浮液依次通过电机17的水套、第五三通电磁阀18、第六三通电磁阀19、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第二水泵21,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置15的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置15中;
相变胶囊收集热泵空调热量:当热泵空调处于供暖循环且座舱无需快速升温时,使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAB两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到滤网接口,使第二三通电磁阀13的AC两口、第三三通电磁阀14的AB两口、第四三通电磁阀16的AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置9的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置9中;在热泵空调处于供暖循环时,打开双向电磁阀8,调整第一膨胀阀5和第二膨胀阀6的开度,高温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置9的蛇形金属盘管为相变胶囊储能;相变胶囊收集能量完毕,使第七三通电磁阀9a的AC两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀15a AB两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置15的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置15中;
其中,上述相变胶囊收集热泵空调机构、电机热量时可以单独进行也可以同时进行。
相变胶囊收集热泵空调冷量:当热泵空调处于制冷循环且无需为座舱持续快速降温时,使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAB两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到滤网接口,使第二三通电磁阀13的AC两口、第三三通电磁阀14的AB两口、第四三通电磁阀16的AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置9的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置9中;在热泵空调处于制冷循环,打开双向电磁阀8,调整第一膨胀阀5和第二膨胀阀6的开度,低温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置9的蛇形金属盘管为相变胶囊蓄冷;相变胶囊收集蓄冷完毕,使第七三通电磁阀9a的AC两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀15aAB两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置15的过滤作用下,蓄冷完毕的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置15中;
相变胶囊为电池12加热:当电池12温度小于电池12的第一温度阈值时,电池12的第一温度阈值可优选为20℃,且相变胶囊已完成热量收集,使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAC两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀13AB两口、第三三通电磁阀14AB两口、第四三通电磁阀16AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口;启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11形成水循环,在第二三通电磁阀13的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池12的液冷板中,通过相变胶囊相变凝固释放热量,为电池12加热;
相变胶囊为座舱加热:当座舱温度小于座舱的第一温度阈值时,座舱的第一温度阈值可优选为20℃,且相变胶囊已完成热量收集;使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAB两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到滤网接口,使第二三通电磁阀13的AC两口、第三三通电磁阀14的AB两口、第四三通电磁阀16的AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置9的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置9中,打开室内换热器7中的空调风机,将热空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变凝固释放热量为座舱加热;
相变胶囊为电池12散热:当电池12温度大于电池12的第二温度阈值时,电池12的第二温度阈值可优选为40℃,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAC两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀13AB两口、第三三通电磁阀14AB两口、第四三通电磁阀16AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口;启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11形成水循环,在第二三通电磁阀13的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池12的液冷板中,通过相变胶囊相变熔化吸热,为电池12散热;
相变胶囊为座舱散热:当座舱温度大于座舱的第二温度阈值时,座舱的第二温度阈值可优选为25℃,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀10AC两口连通,使第七三通电磁阀9aAB两口连通,使第七三通电磁阀9a切换到滤网接口,使第二三通电磁阀13的AC两口、第三三通电磁阀14的AB两口、第四三通电磁阀16的AC两口连通,使第八三通电磁阀15aAC两口连通,使第八三通电磁阀15a切换到非滤网接口,启动第一水泵11,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀10、第一相变胶囊收集装置9、电池12的液冷板、第二三通电磁阀13、第三三通电磁阀14、第二相变胶囊收集装置15、第四三通电磁阀16、第一水泵11,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置9的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置9中,打开室内换热器7中的空调风机,将冷空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变熔化吸热量为座舱散热。
综上所述,本发明实现了相变胶囊提前储能功能,将主、被动热管理系统相结合,根据环境温度、热泵空调工作模式和电机17工况等因素,通过不同的相变收集装置对不同部件进行储能或蓄冷,根据电池12和座舱温度条件,相变胶囊适时参与循环,为电池12和座舱加热或散热,充分利用不同系统多余能量,与传统纯电动汽车相比,大大提高了系统的能量利用效率。

Claims (4)

1.一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,其特征在于:包括冷却液循环回路和热泵空调机构;
其中,所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵;
所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器,所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路;
所述第一相变胶囊收集装置与室内换热器并联,第一相变胶囊收集装置位于室内换热器上方;所述第一水泵、第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路;所述第二水泵、电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路,散热器并联在第二相变胶囊收集装置两端,散热器通过第六三通电磁阀的B、C两口连通参与冷却液循环回路;
所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。
2.根据权利要求1所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,其特征在于:所述第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的B口均设置有滤网,第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述第一相变胶囊收集装置由第七三通电磁阀和换热器组成,第七三通电磁阀的B口设置有滤网,第七三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述第二相变胶囊收集装置由第八三通电磁阀和保温箱体组成,第八三通电磁阀的B口设置有滤网,第八三通电磁阀的A口和C口无滤网;所述换热器内设置有蛇形金属盘管,蛇形金属盘管的一端与双向电磁阀相连,蛇形金属盘管的另一端第一膨胀阀相连,蛇形金属盘管内充满冷媒。
3.根据权利要求2所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统,其特征在于:所述设置有滤网的三通电磁阀分别设置在第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二相变胶囊收集装置、电机的水套的冷却液出口处。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统的管理方法,其特征在于:该方法包括:
相变胶囊收集电机热量:当电机温度大于电机第一温度阈值,使第三三通电磁阀AC两口、第四三通电磁阀AB两口,第六三通电磁阀AB两口连通,使第五三通电磁阀AB两口连通,使第五三通电磁阀切换到滤网接口,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第二相变胶囊收集装置切换到非滤网接口;启动第二水泵,相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵,形成水循环,通过第五三通电磁阀的过滤作用,相变胶囊被收集在电机的水套中并吸收电机热量;收集完毕后,使第五三通电磁阀的AC两口连通,使第五三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀的AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第二水泵,相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊收集热泵空调热量:当热泵空调处于供暖循环且座舱无需快速升温时,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中;在热泵空调处于供暖循环时,打开双向电磁阀,调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度,高温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊储能;相变胶囊收集能量完毕,使第七三通电磁阀的AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊收集热泵空调冷量:当热泵空调处于制冷循环且无需为座舱持续快速降温时,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中;在热泵空调处于制冷循环,打开双向电磁阀,调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度,低温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊蓄冷;相变胶囊收集蓄冷完毕,使第七三通电磁阀的AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第八三通电磁阀AB两口连通,使第八三通电磁阀切换到滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下,蓄冷完毕的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中;
相变胶囊为电池加热:当电池温度小于电池第一温度阈值时,且相变胶囊已完成热量收集,使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀AB两口、第三三通电磁阀AB两口、第四三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口;启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵形成水循环,在第二三通电磁阀的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池的液冷板中,通过相变胶囊相变凝固释放热量,为电池加热;
相变胶囊为座舱加热:当座舱温度小于座舱第一温度阈值时,且相变胶囊已完成热量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中,打开室内换热器中的空调风机,将热空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变凝固释放热量为座舱加热;
相变胶囊为电池散热:当电池温度大于电池第二温度阈值时,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀切换到非滤网接口,使第二三通电磁阀AB两口、第三三通电磁阀AB两口、第四三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口;启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵形成水循环,在第二三通电磁阀的过滤作用下,相变胶囊被收集在电池的液冷板中,通过相变胶囊相变熔化吸热,为电池散热;
相变胶囊为座舱散热:当座舱温度大于座舱第二温度阈值时,且相变胶囊已完成冷量收集;使第一三通电磁阀AC两口连通,使第七三通电磁阀AB两口连通,使第七三通电磁阀切换到滤网接口,使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通,使第八三通电磁阀AC两口连通,使第八三通电磁阀切换到非滤网接口,启动第一水泵,相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵,形成水循环,在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下,相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中,打开室内换热器中的空调风机,将冷空气吹入座舱,通过相变胶囊发生相变熔化吸热量为座舱散热。
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