CN113370750A - 水路热管理系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种水路热管理系统及车辆，涉及汽车热管理技术领域，车辆包括第一产热模块和第二产热模块，水路热管理系统包括：换热构件；第一回路和第三回路，均与换热构件连通，并分别包括与第一产热模块串联的第一泵构件和与第二产热模块串联的第三泵构件；第一回路和第三回路二者中的第一者被设置为进行不与第一回路和第三回路二者中的第二者进行换热的介质循环以及被设置为进行与第二者进行换热的介质循环。根据以上方案，水路可以根据车辆例如电动汽车中不同的产热模块进行不同的适配安装；利用回路间热传递进行余热回收和分担热负荷，具有广泛的实际应用性，并且具有高整车热管理的参与度，合理利用了整车热能。

Description

水路热管理系统及车辆

技术领域

本申请涉及汽车热管理技术领域，尤其是涉及一种水路热管理系统及车辆。

背景技术

电动汽车的“里程焦虑”问题限制着电动汽车的发展。因此，水路的热管理是重要的，然而，目前水路热管理系统的设计应用较少，反而是在针对电动汽车的空调冷媒循环设计中添加小部分附带的水路设计居多，水路对整车的热管理的各个环节的参与较少的同时，也导致目前水路实际应用性与适配性不强。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种水路热管理系统及车辆，以提高水路对整车热管理的参与度，并提高水路实际应用性和适配性。

第一方面，本申请提供一种水路热管理系统，用于车辆，所述车辆包括第一产热模块和第二产热模块，所述水路热管理系统包括：

换热构件；

第一回路和第三回路，均与所述换热构件连通，并分别包括与所述第一产热模块串联的第一泵构件和与所述第二产热模块串联的第三泵构件；

所述第一回路和所述第三回路二者中的第一者被设置为进行不与所述第一回路和所述第三回路二者中的第二者进行换热的介质循环以及被设置为进行与所述第二者进行换热的介质循环。

根据以上方案，水路可以根据车辆例如电动汽车中不同的产热模块进行不同的适配安装。这里所提到的“产热模块”是指在整车当中的集成为一体的装配体，该装配体在工作情况下发热，例如下面提到的电机模块和电池模块，皆是产热模块。

在以上方案中，两个产热模块所在的两个回路可以分别进行独立运行，即不进行换热；也可以根据实际需要进行换热运行。所谓的实际需要可以例如根据两个回路的热负荷来进行判断。譬如，其中一个回路具有高热负荷，需要与另一个回路进行换热来分担高热负荷，这相当于为前面的回路中的产热模块降温。又例如，其中一个回路中的产热模块依靠自身产热不足以维持其温度要求，这种情况常见于冬季，那么就利用另一个回路将热量传递到该回路来对该回路的产热模块进行加热，这相当于回收前面回路中的余热对后面回路中的产热模块进行加热。这确保本方案具有广泛的实际应用性，并且具有高整车热管理的参与度，合理利用了整车热能。

优选地，所述车辆包括需热模块，所述水路热管理系统还包括：

第二回路，与所述换热构件连通，并包括与所述需热模块串联的第二泵构件，所述第二回路被设置为与所述第一者和/或所述第二者进行换热的介质循环以及被设置为与所述第一者和所述第二者均不进行换热的介质循环。

根据以上方案，“需热模块”应被至少理解为能够消耗其所在回路的热量的模块，例如待加热的电子元器件或者下面提到的暖风芯体，在其一个工作状态下，其回路中介质的热量被输送到乘员舱中。包括了需热模块的第二回路的加入使得水路热管理系统所能够提供的循环形式更多，换言之，对于热量的管控更为有效，因为适配的工况将会进一步增加。

具体而言，根据以上方案，实质上水路热管理系统具有五种循环方式，即仅第一回路与第三回路换热循环、仅第一回路与第二回路换热循环、仅第二回路与第三回路换热循环、第一至第三回路三者换热循环以及第一至第三回路三者均独立循环。

显然，需热模块和第二回路至少丰富了余热回收情况的应用场景，即利用其余回路的余热来补充需热模块所消耗的热量，对此需要模块便无需再利用额外的加热元件进行加热。这是非常具有实际意义的，以电动汽车为例，冬季采暖时，由于环境温度低，热泵采暖效率不高，无法满足乘客舒适性要求，现有技术一般采用前面的加热元件来满足冬季制热需求，但加热元件的加热会消耗大量电池能量，影响行驶里程，通常会使行驶里程衰减30％-60％。因此，本方案事实上可以有效地解决里程衰减问题。

优选地，所述进行换热的介质循环被设置为介质间混合换热循环。

根据以上方案，混合换热具有较高的换热效率，这尤其有利于减小整体水路系统的体积，进一步提高系统的适用性。

优选地，所述第一回路还包括：

串联于第一产热模块的下游侧的第一散热构件，所述第一散热构件与所述换热构件连通；

第一并联路径，并联于所述第一散热构件的两端，所述第一并联路径被设置为能够关断和开启。

根据以上方案，第一散热构件可以例如为散热水箱等散热元件，实际应用中，第一散热构件与第一并联路径配合，可以根据实际情况，利用第一并联路径“短路”第一散热构件，使得介质以更高的温度在换热构件中与其余回路中的介质进行换热，进而回收更多的余热。

此外，这里所说的下游侧是根据介质流动的方向来定义的，例如介质流过一个部件，介质流入该部件的位置的所在侧为上游侧，介质流出该部件的位置的所在侧为下游侧，以下同理。

优选地，所述第三回路还包括：

第二散热构件，串联于所述第三泵构件与所述第二产热模块之间；

第三并联路径，所述第三并联路径的两端分别并联于所述第三泵构件的上游侧和第二产热模块的下游侧，所述第三并联路径被设置为能够关断和开启。

根据以上方案，在第二产热模块为电池模块时，第二散热构件可以为整车当中的电池冷却器，其与整车的冷媒侧是连通的。本方案利用第三并联路径的启闭将第三回路在换热循环和独立循环之间快速切换。

优选地，所述第二回路包括第二并联路径，所述第二并联路径并联于所述第三泵构件的上游侧和所述需热模块的下游侧，所述第二并联路径被设置为能够关断和开启。

根据以上方案，类似地，本方案利用第二并联路径的启闭将第二回路在换热循环和独立循环之间快速切换。

优选地，所述第二回路还包括：

换热元件和加热元件，二者依次串联于所述第二泵构件与所述需热模块之间。

根据以上方案，换热元件例如可以为水冷冷凝器，其与整车的冷媒侧是相关联的，加热元件例如可以为PTC。本方案中，换热元件和加热元件进一步提高了水路热管理系统的适应性，尤其是换热元件与冷媒侧关联的情况下，水路热管理系统可以根据冷媒侧的工况作对应调整。而加热元件甚至可以主动为第二回路提供热量，来加热例如第三回路中的第二产热模块。

优选地，所述第一回路还包括：

阀构件，包括与第一产热模块连通的第一端口、与第一散热构件连通的第二端口以及与换热构件连通的第三端口；

在所述阀构件设置于所述第一产热模块与所述第一散热构件之间时，所述第二端口和所述第三端口被设置为开度能够调节；

在所述阀构件设置于所述第一散热构件与所述换热构件之间时，所述第一端口和所述第二端口被设置为开度能够调节。

根据以上方案，无论哪种情况，阀构件的开度可调均能够确保第一散热构件和与第一散热构件并联的第一并联路径二者内介质的流量，这样可以细化余热回收的过程，便于精确地调控换热。

优选地，所述第一产热模块为电机模块，所述第二产热模块为电池模块，所述需热模块为暖风芯体。

根据以上方案，这里所说的电机模块和电池模块应作广义理解，换言之，应分别理解为单独的电机和单独的电池以及分别理解为电机及其相关的电路、冷却配套元件和电池及其相关的电池管理单元等。

第二方面，本申请提供一种车辆，包括如上所述的水路热管理系统。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第一实施方式的示意图；

图2示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第一循环模式的示意图；

图3示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第二循环模式的示意图；

图4示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第三循环模式的示意图；

图5示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第四循环模式的示意图；

图6示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第五循环模式的示意图；

图7示出了根据本申请提供的水路热管理系统的第二实施方式的示意图。

附图标记：

1-水壶；2-散热水箱；3-第一三通阀；4-电机模块；5-第一水泵；6-第二水泵；7-水冷冷凝器；8-PTC；9-暖风芯体；10-第二三通阀；11-电池模块；12-第三三通阀；13-电池冷却器；14-第三水泵；A-第一进口；B-第二进口；C-第三进口；a-第一出口；b-第二出口；c-第三出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本实施例提供的水路热管理系统包括水壶1、散热水箱2、第一三通阀3、电机模块4、第一水泵5、第二水泵6、水冷冷凝器7、PTC8(加热器，由例如陶瓷发热件和铝管组成)、暖风芯体9、第二三通阀10、电池模块11、第三三通阀12、电池冷却器13以及第三水泵14。以下将结合图1至图6具体描述前述部件的连通关系和工作原理。

如图1所示，图1示出了根据本实施例的水路热管理系统的各部件连通关系的第一实施方式的示意图。尤其参见图1，在实施例中，水路热管理系统包括三个回路，这里为了便于描述，依据回路中所包括的主要部件对回路的名称进行定义，具体地，三个回路的名称可以分别为电机回路、电池回路和暖风芯体9回路。此外，图1给出的示例中，水壶1对应三个回路共设置有六个开口，以下据此分别描述三个回路的设置方式。

电机回路为图1中位于左侧的回路，电机回路包括第一水泵5、电机模块4、第一三通阀3和散热水箱2，其中，电机回路的进口为第三进口C，出口为第三出口c。具体地，第三进口C与第一水泵5的输入端连通，第一水泵5的输出端与电机模块4连通，电机模块4与第一三通阀3的第一端连通。第一三通阀3的第二端连通散热水箱2，散热水箱2与第三出口c连通；第一三通阀3的第三端直接与第三出口c连通。

电池回路为图1中位于右侧的内部的回路，电池回路包括第三水泵14、电池冷却器13、电池模块11和第三三通阀12，其中，电池回路的进口为第一进口A，出口为第一出口a。具体地，第一进口A与第三水泵14的输入端连通，第三水泵14、电池冷却器13与电池模块11三者顺次连通，电池模块11与第三三通阀12的第一端连通。第三三通阀12的第二端与第一出口a连通，第三三通阀12的第三端与第三水泵14的输入端连通。

暖风芯体9回路为图1中位于右侧的外部的回路，暖风芯体9回路包括第二水泵6、水冷冷凝器7、PTC8、暖风芯体9和第二三通阀10。其中，暖风芯体9回路的进口为第二进口B，出口为第二出口b。具体地，第二进口B与第二水泵6的输入端连通，第二水泵6、水冷冷凝器7、PTC8和暖风芯体9四者顺次连通，暖风芯体9与第二三通阀10的第一端连通。第二三通阀10的第二端与第二出口b连通，第二三通阀10的第三端与第二水泵6的输入端连通。

根据以上所描述的特征，以下将在图1的基础上具体描述本实施例提供的水路热管理系统的不同的循环模式，以下将具体描述5中循环模式，不同的循环方式通过三通阀的切换以及水泵的启停实现切换。

如图2所示，图2示出了第一循环模式的示意图，图2中呈虚线部分可以理解为没有水路介质流通的状态(以下图3至图6中的虚线作相同理解)，具体的循环过程将在以下进行详细描述。第一循环模式中，三个水泵均运行，第一三通阀3的第一端和第二端开启，第三端关闭；第二三通阀10的第一端和第三端开启第三端关闭，第二端关闭；第三三通阀12的第一端和第三端开启，第二端关闭。

如此，电机回路中水路介质自第三进口C进入回路，随后依次流经第一水泵5、电机模块4、第三三通阀12的第一端、第三三通阀12的第二端和散热水箱2，然而经第三出口c流入水壶1。电池回路和暖风芯体9回路二者的水路介质在各自回路内形成循环而不流经水壶1，具体地，电池回路中水路介质经由第三水泵14泵送而依次流经电池冷却器13、电池模块11、第三三通阀12的第一端、第三三通阀12的第三端，最后流回到第三水泵14的输入端；暖风芯体9回路也是类似的循环过程，水路介质经由第二水泵6的泵送而依次流经水冷冷凝器7、PTC8、暖风芯体9、第二三通阀10的第一端、第二三通阀10的第三端，最后流回到第二水泵6的输入端。因此，在第一循环模式下，三个回路独立循环，不进行热交换。

第一循环模式适于电机和电池都具有较高的热负荷的状态，这种状态下，电机模块4的热量通过散热水箱2散发到环境中，从而使电机模块4被冷却；电池模块11通过电池冷却器13进行冷却。如此，这两个回路的中的高温水路介质在各自的循环中流转，不会对除它们自身之外的其余循环造成影响。

如图3所示，图3示出了第二循环模式，相对于第一循环模式，第二循环模式依旧保持暖风芯体9回路进行独立循环，区别在于，在第二循环模式中，第一三通阀3的三个端口均开启，而第三三通阀12的第三端关闭，且第一端和第二端开启。如此，在电机回路中，与散热水箱2形成并联的路径开启。而对于电池回路而言，经过第三三通阀12的水路介质经由第一出口a流入水壶1，水壶1中的水路介质经由第一进口A流入到第三水泵14的输入端，换言之，此时电池回路流经水壶1。因此，在第二循环模式中，电机回路中的水路介质和电池回路中的水路介质均流经水壶1，两股水路介质在水壶1中进行混合换热，随后分别经由第三进口C和第一进口A流回电机回路和电池回路，这样便实现了两个回路之间的换热。

第二循环模式实质上形成了电机回路和电池回路的串联运行、暖风芯体9回路独立运动的状态。这一模式有多种应用场景，在此会列举一些应用示例。例如，当电池模块11侧具有较高热负荷而电机模块4侧热负荷较低时(如电池充电场景下)，电池回路的高温介质进入水壶1后可将热量散发给电机回路的介质，再由电机回路的散热水箱2将热量散发给环境。又例如，当冷媒侧需要余热回收时，电机回路的热量可以通过在水壶1中传给电池回路，电池回路中的电池冷却器13可吸收电机与电池的余热传给冷媒侧，达到余热回收的作用。

在以上两种列举的情况中，根据实际需要调节第一三通阀3来调控流入散热水箱2的水路介质的流量。在需要散热水箱2进行散热时，可调大第一三通阀3的第二端的开度，而减小第一三通阀3的第三端的开度甚至关闭第一三通阀3的第三端，这样促使更大的流量的水路介质流经散热水箱2进行散热。而在需要余热回收时，为了提高电机回路传递给电池回路的热量，可调小第一三通阀3的第二端的开度甚至关闭第一三通阀3的第二端，这样促使流经电机模块4的水路介质更多地直接经由第三出口c流入水壶1。此外，实际的应用情况并不限于以上两种情况，在此仅以代表性示例进行说明，以下的示例也是如此。

如图4所示，图4示出了第三循环模式。第三循环模式与第二循环模式类似，区别在于，由电池回路进行独立循环，而由暖风芯体9回路流经水壶1，来使得暖风芯体9回路中的水路介质与电机回路中的水路介质在水壶1内进行混合换热，随后水路介质分别经由第二进口B和第三进口C流回到暖风芯体9回路和电机回路。为此，在保持第二循环模式中第一三通阀3的开闭情况的基础上，第三循环模式中，第二三通阀10的第一端和第二端开启且第三端关闭，第三三通阀12的第一端和第三端开启且第二端关闭。如此，暖风芯体9回路中，自第二进口B流入到暖风芯体9回路的水路介质被第二水泵6泵送，而依次经过水冷冷凝器7、PTC8、暖风芯体9、第二三通阀10的第一端、第二三通阀10的第二端，最后经由第二出口b流入水壶1。

第三循环模式形成了实质上的电机回路和暖风芯体9回路的串联运行、电池回路独立运行状态。此模式下的应用场景，例如当冷媒侧为制冷模式时，水冷冷凝器7将冷媒侧热量散发至水路循环中，再通入水壶1中与电机回路介质进行热量交换，随后热量被带入电机回路通过散热水箱2散发至环境中(类似地，这里对于第一三通阀3开度的调整参见第二循环模式中的描述)，同时电机产生的热量也通过散热水箱2散发至环境中。又例如除湿工况或者制热工况时，此时第一三通阀3可切换至使散热水箱2不通过水路介质(此时第一三通阀3的第二端关闭，第三端开启)，流过电机模块4的高温介质进入水壶1中将热量传给暖风芯体9回路介质，暖风芯体9可将热量供给乘员舱，可利用电机产生的余热直接供热给乘员舱，达到余热回收的效果。

如图5所示，图5示出了第四循环模式。在第四循环模式下，第一水泵5停止工作，电机回路的水路介质不流经水壶1，而第二水泵6和第三水泵14正常工作。进一步地，在第四循环模式下，电池回路和暖风芯体9回路二者的水路介质均流经水壶1，并在水壶1内进行混合换热。因此，这里第二三通阀10的状态可以参见第三循环模式，第三三通阀12的状态可以参见第二循环模式，在此便不再赘述。

第四循环模式形成了实质上的电池回路和暖风芯体9回路串联运行状态。此模式下适用于多种应用场景，例如若电池模块11有加热需求，由暖风芯体9回路的PTC8加热水路介质后进入水壶1中与来自电池回路的水路介质进行混合换热，后经换热后的水路介质进入电池回路对电池模块11进行加热，达到用PTC8给电池模块11加热的作用。又例如当电池模块11有一定热负荷时，可通过水路介质的换热将电池模块11产生的热量带给暖风芯体9，将电池模块11产生的余热散发给乘员舱供热，达到余热回收的作用。

如图6所示，图6示出了第五循环模式。第五循环模式中，三个水泵均运行，电机回路、电池回路和暖风芯体9回路三者的水路介质均在水壶1内进行混合换热。作为一种示例，第一三通阀3的第三端关闭，第一端和第二端开启，第二三通阀10和第三三通阀12二者的状态可以参见以上描述，在此不再赘述。

第五循环模式形成了实质上的电机回路、电池回路和暖风芯体9回路三者串联运行。此模式下三种回路的水路介质都会进入水壶1中进行热量交换，此时电机模块4与电池模块11二者产生的余热可以传给暖风芯体9回路介质，通过暖风芯体9将热量散发给乘员舱供热，达到余热回收的作用。

根据本实施例提供的水路热管理系统，可以满足电池冷却和余热回收等工作模式，五种循环模式进行切换能够满足整车热管理的需求，合理利用热能，提高汽车的里程，实用应用价值较高。

如图7所示，图7给出了本实施例的水路热管理系统的第二实施方式(图中示出的是三个回路串联运行的状态，即第五循环模式)。该第二实施方式与图1给出的第一实施方式的区别在于回路进出口的设置方式和三个三通阀的设置方式。具体而言，水壶1统一设置一个第一进口A和一个第一出口a；第二三通阀10和第三三通阀12二者在各自所在回路中的端口连接情况时不变的，但二者的第二端口均于第一出口a连通。对于第一三通阀3，其设置于并联在散热水箱2的路径的下游侧，第一三通阀3的第一端与电机模块4连通，第二端与散热水箱2连通，第二端与第一出口a连通，而电机模块4还与散热水箱2连通。进一步地，第一出口a与三个水泵的输入端均连通。

如此，在第二实施方式中，三个三通阀可以设置得很近，便于集成化布置，甚至可以布置为集成水阀，提高水路部件的整体布置形，降低成本。

本实施例还提供一种车辆，例如电动汽车，车辆包括如上所述的水路热管理系统，也包括如上有益效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是在本申请的创新构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水路热管理系统，用于车辆，所述车辆包括第一产热模块和第二产热模块，其特征在于，所述水路热管理系统包括：

换热构件；

第一回路和第三回路，均与所述换热构件连通，并分别包括与所述第一产热模块串联的第一泵构件和与所述第二产热模块串联的第三泵构件；

所述第一回路和所述第三回路二者中的第一者被设置为进行不与所述第一回路和所述第三回路二者中的第二者进行换热的介质循环以及被设置为进行与所述第二者进行换热的介质循环。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆包括需热模块，所述水路热管理系统还包括：

第二回路，与所述换热构件连通，并包括与所述需热模块串联的第二泵构件，所述第二回路被设置为与所述第一者和/或所述第二者进行换热的介质循环以及被设置为与所述第一者和所述第二者均不进行换热的介质循环。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述进行换热的介质循环被设置为介质间混合换热循环。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一回路还包括：

串联于第一产热模块的下游侧的第一散热构件，所述第一散热构件与所述换热构件连通；

第一并联路径，并联于所述第一散热构件的两端，所述第一并联路径被设置为能够关断和开启。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第三回路还包括：

第二散热构件，串联于所述第三泵构件与所述第二产热模块之间；

第三并联路径，所述第三并联路径的两端分别并联于所述第三泵构件的上游侧和第二产热模块的下游侧，所述第三并联路径被设置为能够关断和开启。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述第二回路包括第二并联路径，所述第二并联路径并联于所述第三泵构件的上游侧和所述需热模块的下游侧，所述第二并联路径被设置为能够关断和开启。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二回路还包括：

换热元件和加热元件，二者依次串联于所述第二泵构件与所述需热模块之间。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一回路还包括：

阀构件，包括与第一产热模块连通的第一端口、与所述第一散热构件连通的第二端口以及与换热构件连通的第三端口；

在所述阀构件设置于所述第一产热模块与所述第一散热构件之间时，所述第二端口和所述第三端口被设置为开度能够调节；

在所述阀构件设置于所述第一散热构件与所述换热构件之间时，所述第一端口和所述第二端口被设置为开度能够调节。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的系统，其特征在于，

所述第一产热模块为电机模块，所述第二产热模块为电池模块，所述需热模块为暖风芯体。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的水路热管理系统。

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