CN113400890B - 一种电动汽车热泵型热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车热泵型热管理系统，包括制冷剂回路、暖风冷却液回路、电池冷却液回路、电机冷却液回路，所述制冷剂回路与暖风冷却液回路间通过水冷冷凝器换热，所述制冷剂回路与电池冷却液回路间通过电池冷却换热器换热，所述电机冷却液回路与暖风冷却液回路连通既可使电机冷却液回路与暖风冷却液回路间形成回路，还可使暖风冷却液回路、电池冷却液回路、电机冷却液回路间形成回路。本发明可根据电池、电机和乘员舱的热管理需求，通过调节各个水泵和截止阀的工作状态，实现整车热量的系统性、集成式管理。

Description

一种电动汽车热泵型热管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车热管理，具体地指一种电动汽车热泵型热管理系统。
背景技术
电动汽车动由于没有发动机的热水作为乘员舱采暖的热源，乘客舱内的采暖就需要寻找新的热源。传统的电动汽车通常采用PTC(正温度系数热敏电阻)水加热器类似的技术方案，但是PTC由于其电能转化为热泵的原理限制，其制热时的能效比＜1，冬季采暖时会造成大量的电量消耗，进而对电动汽车的续航里程造成影响。
目前，大多数电动汽车采用空气PTC或者水PTC的电阻丝加热方案，乘客舱采暖和电池预热的能量源全部来自于动力电池。常规电动车热管理方案存在以下缺点：1)采用PTC的技术方案采暖时整车能耗高，不能利用环境中的热量；2)春秋季车内除雾时需要对车内空气先制冷除湿，再通过PTC将干空气加热到舒适的温度提供给乘客舱，这样会造成压缩机和PTC加热器两个高压用电器件同时工作，整车高压负载功率增加，整车能耗增加。
目前，市场上有少数车辆也采用了热泵的原理，但是其为了提升热泵的效率，采用的是将常规动力车的空调系统中的暖风芯体用室内冷凝器替换的直接式热泵方案。直接式热泵方案存在以下缺点：1)对于同一车型同时存在燃油版和纯电动车的情况，空调箱体由于内部换热器和原理性的差异，两者不能统一，对于生产组织和管理带来很大的工作量；2)由于热泵制热获取的热量是通过布置在乘客舱内的室内冷凝器散出的，不能用于动力电池系统的加热，动力电池仍需要单独的加热器，造成整车成本的增加。
公开号为CN112109521 A的中国发明专利公开了一种纯电动汽车整车热管理系统，包括：制冷剂系统回路、暖风水系统回路、电池水系统回路、电机水系统回路，可单独实现乘员舱制冷、乘员舱制热、乘员舱除湿、电池冷却、电池加热、混合制冷、混合制热、电机冷却、室外换热器化霜等功能模式时，亦可同时实现上述功能模式的组合。电池水系统回路和电机水系统回路经四通水阀耦合，制冷剂系统回路上设有制冷剂四通阀，制冷剂四通阀可在制热模式时将制冷剂通向吸热室外换热器吸热、可在除湿制热时将制冷剂通向蒸发器使湿空气冷凝、可在制冷模式时先将制冷剂通向吸热室外换热器放热再一部分通向Chiller将电池回路中冷却液冷却、另一部分通向蒸发器对乘员舱进风进行冷却。
该专利具有如下缺陷：1.电池水系统回路仅与电机水系统回路耦合，在环境温度较低电机余热不足时，无法将电池水系统回路中的电池包升温至适宜温度，导致电池放出的总电量减少；2.制冷剂四通阀在制热模式和制冷模式间切换时，制冷剂流经室外换热器时会逆向流动，这就对制冷剂系统回路要求极高，因为双向流动的管道与单向流动管道相比，其外部保温材料设置、内壁阻力损失计算都十分复杂，不利于管道清理维护；3.暖风水系统回路无散热部件，导致除湿制热时暖风水系统回路中热量无法根据环境温度进行调整，当环境温度较高时，若暖风水系统回路从水冷冷凝器获得的热量已经使暖风芯体超过空调所需温度，而整个暖风水系统回路无任何散热部件，这将导致空调出风过热。
因此，需要开发出一种制冷剂系统回路无逆流、电池水系统回路可利用暖风水系统回路中热量、可根据环境温度调整暖风水系统回路热量的电动汽车热泵型热管理系统。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种制冷剂系统回路无逆流、电池水系统回路可利用暖风水系统回路中热量、可根据环境温度调整暖风水系统回路热量的电动汽车热泵型热管理系统。
本发明的技术方案为：一种电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路、暖风冷却液回路、电池冷却液回路、电机冷却液回路，
所述暖风冷却液回路包括依次串联形成大回路的水冷冷凝器、水加热器、暖风芯体、电机水泵、低温散热器、第一冷却液截止阀、暖风水泵，还包括第四冷却液截止阀，所述第四冷却液截止阀与电机水泵、低温散热器、第一冷却液截止阀形成的整体间并联使水冷冷凝器、水加热器、暖风芯体、第四冷却液截止阀、暖风水泵间可依次串联形成小回路；
所述电池冷却液回路包括依次串联形成回路的电池冷却换热器、动力电池冷板、第二冷却液截止阀、电池水泵，所述电池冷却液回路可通过第一连接管、第二连接管与暖风冷却液回路连通形成回路；
所述制冷剂回路与暖风冷却液回路间通过水冷冷凝器换热，所述制冷剂回路与电池冷却液回路间通过电池冷却换热器换热，所述电机冷却液回路与暖风冷却液回路连通既可使电机冷却液回路与暖风冷却液回路间形成回路，还可使暖风冷却液回路、电池冷却液回路、电机冷却液回路间形成回路。
优选的，所述制冷剂回路包括依次串联形成回路的压缩机、水冷冷凝器、第一电子膨胀阀、室外蒸发器、制冷剂截止阀，还包括第二电子膨胀阀、蒸发冷凝器、第三电子膨胀阀、电池冷却换热器，所述第二电子膨胀阀、蒸发冷凝器串联且串联形成的整体与制冷剂截止阀并联，所述第三电子膨胀阀、电池冷却换热器串联且串联形成的整体与第一电子膨胀阀、室外蒸发器形成的整体并联。
进一步的，所述制冷剂回路上设置第一管道将压缩机、水冷冷凝器、第一电子膨胀阀、室外蒸发器、制冷剂截止阀串联形成回路，所述第二电子膨胀阀入口端连接于第一管道上临近制冷剂截止阀入口端处，所述蒸发冷凝器出口端连接于第一管道上临近制冷剂截止阀出口端处；所述第三电子膨胀阀入口端连接于第一管道上临近第一电子膨胀阀入口端处，所述电池冷却换热器出口端连接于第一管道上临近室外蒸发器出口端处。
优选的，所述暖风冷却液回路上设置第二管道将水冷冷凝器、水加热器、暖风芯体、电机水泵、低温散热器、第一冷却液截止阀、暖风水泵串联形成大回路，所述电池冷却液回路上设置第三管道将电池冷却换热器、电池水泵、第二冷却液截止阀、动力电池冷板串联形成回路；
所述第一连接管入口端设置于第二管道上临近暖风芯体出口端处，所述第一连接管出口端设置于第三管道上电池水泵、第二冷却液截止阀之间。
进一步的，所述第二连接管入口端设置于第三管道上第二冷却液截止阀、动力电池冷板之间，所述第二连接管出口端设置于第二管道上临近第一冷却液截止阀入口端处，所述第二连接管上设有第三冷却液截止阀。
更进一步的，所述第四冷却液截止阀入口端连接于第二管道上临近暖风芯体出口端处，第四冷却液截止阀出口端连接于第二管道上第一冷却液截止阀、暖风水泵之间。
优选的，电机冷却液回路包括驱动电机和第五冷却液截止阀，所述驱动电机和第五冷却液截止阀串联且串联形成的整体与暖风冷却液回路上低温散热器、电机水泵形成的整体并联，使驱动电机、第五冷却液截止阀、电机水泵低温散热器可依次串联形成回路。
进一步的，所述电机冷却液回路上设置第四管道将驱动电机和第五冷却液截止阀串联，所述第四管道入口端连接于暖风冷却液回路上低温散热器、第一冷却液截止阀之间临近低温散热器出口端处，所述第四管道出口端连接于暖风冷却液回路上暖风芯体、电机水泵之间临近电机水泵入口端处。
进一步的，还包括空调机箱，所述室外蒸发器、暖风芯体均设置于空调机箱内，所述室外蒸发器一侧设置第一风扇，另一侧设置暖风芯体，室外蒸发器、暖风芯体之间设置风门用于控制暖风芯体的进风量。
进一步的，所述蒸发冷凝器一侧设有第二风扇。
本发明的有益效果为：
1.暖风冷却液回路上设置有低温散热器，低温散热器可与环境交换热量，除湿制热时暖风水系统回路中热量可根据环境温度进行调整，使暖风芯体达到空调所需温度，避免空调出风过热。
2.电池水系统回路与暖风冷却液回路可二者连通形成回路，在环境温度较低情况下利用暖风冷却液回路中的电加热器进行制热，满足电池包升温需求。电机冷却液回路与暖风冷却液回路可二者连通形成回路，在环境温度稍高时利用暖风冷却液回路上的低温散热器对电机进行散热。
3.电池水系统回路、暖风冷却液回路、电机冷却液回路可三者连通形成回路，在环境温度稍低情况下，可利用电机冷却液回路上电机产热对电池水系统回路上电池包升温。
4.制冷剂回路中无逆向循环，因此制冷剂的流动阻力低，热泵的工作温度更低，制热效率更高；而且制冷剂回路设有蒸发冷凝器与截止阀并联，可通过操作截止阀调节通过蒸发冷凝器的制冷剂流量，从而控制蒸发冷凝器从环境吸热。
5.采用优化的间接式热泵系统方案，将乘员舱的制冷制热和除雾需求、电机的散热需求和动力电池的加热冷却需求通过完善的架构方案进行系统的整合，充分利用空气源和电机余热回收用于乘员舱及电池制热，降低热管理能耗，提供电动汽车冬季续航里程；空调系统的能量转移通过冷却液系统实现，制冷剂回路采用储液罐系统，制冷回路不存在逆向循环，不改变原有燃油车空调箱体结构，可更便捷的在多个油电共存的车型平台进行搭载应用。
6.采用间接制热泵空调热管理系统在春秋季和冬季可以从外界环境中充分获取热量用于乘客舱和电池包的温度控制，相比于完全依靠电加热器制热的系统，节省了能源，提升了电动汽车的整车续航里程。
附图说明
图1为本发明电动汽车热泵型热管理系统的结构示意图
图2为制冷工况下情况a时本发明状态图
图3为制冷工况下情况b时本发明状态图
图4为制热工况下情况a时本发明状态图
图5为制热工况下情况b时本发明状态图
图6为制热工况下情况c时本发明状态图
图7为除雾工况下情况a时本发明状态图
图8为除雾工况下情况b时本发明状态图
图9为除雾工况下情况c时本发明状态图(ΔT＞3℃)
图10为除雾工况下情况c时本发明状态图(ΔT≤3℃)
其中：1-压缩机2-水冷冷凝器3-第一电子膨胀阀4-室外蒸发器5-制冷剂截止阀6-第二电子膨胀阀7-蒸发冷凝器8-第三电子膨胀阀9-电池冷却换热器10-水加热器11-暖风芯体12-第四冷却液截止阀13-暖风水泵14-第一冷却液截止阀15-电池水泵16-第二冷却液截止阀17-动力电池冷板18-第三冷却液截止阀19-低温散热器20-电机水泵21-驱动电机22-第五冷却液截止阀23-第一风扇24-风门25-第二风扇31-第一管道32-第二管道33-第三管道34-第四管道35-第一连接管道36-第二连接管道100-制冷剂回路200-暖风冷却液回路300-电池冷却液回路400-电机冷却液回路500-空调机箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。图2-10中三角实心箭头指向表示制冷剂流向，实线箭头指向表示冷却液流向。
如图1所示，本发明提供的一种电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路100、暖风冷却液回路200、电池冷却液回路300、电机冷却液回路400、空调机箱500。
制冷剂回路100包括依次串联形成回路的压缩机1、水冷冷凝器2、第一电子膨胀阀3、室外蒸发器4、制冷剂截止阀5，还包括第二电子膨胀阀6、蒸发冷凝器7、第三电子膨胀阀8、电池冷却换热器9，第二电子膨胀阀6、蒸发冷凝器7串联且串联形成的整体与制冷剂截止阀5并联，第三电子膨胀阀8、电池冷却换热器9串联且串联形成的整体与第一电子膨胀阀3、室外蒸发器4形成的整体并联。制冷剂回路100上设置第一管道31将压缩机1、水冷冷凝器2、第一电子膨胀阀3、室外蒸发器4、制冷剂截止阀5串联形成回路，第二电子膨胀阀6入口端连接于第一管道31上临近制冷剂截止阀5入口端处，蒸发冷凝器7出口端连接于第一管道31上制冷剂截止阀5、压缩机1之间临近制冷剂截止阀5出口端处；第三电子膨胀阀8入口端连接于第一管道31上水冷冷凝器2、第一电子膨胀阀3之间临近第一电子膨胀阀3入口端处，电池冷却换热器9出口端连接于第一管道31上临近室外蒸发器4出口端处。
本发明中压缩机1、水冷冷凝器2、第一电子膨胀阀3、室外蒸发器4、制冷剂截止阀5依次串联形成回路时制冷剂在第一管道31流向为从前至后方向，则电池冷却换热器9出口端、第二电子膨胀阀6入口端在室外蒸发器4、制冷剂截止阀5之间前后连接于第一管道31上。
暖风冷却液回路200包括依次串联形成大回路的水冷冷凝器2、水加热器10、暖风芯体11、电机水泵20、低温散热器19、第一冷却液截止阀14、暖风水泵13，还包括第四冷却液截止阀12，第四冷却液截止阀12与电机水泵20、低温散热器19、第一冷却液截止阀14形成的整体间并联使水冷冷凝器2、水加热器10、暖风芯体11、第四冷却液截止阀12、暖风水泵13间可依次串联形成小回路。暖风冷却液回路200上设置第二管道32将水冷冷凝器2、水加热器10、暖风芯体11、电机水泵20、低温散热器19、第一冷却液截止阀14、暖风水泵13串联形成大回路，第四冷却液截止阀12入口端连接于第二管道32上临近暖风芯体11出口端处，第四冷却液截止阀12出口端连接于第二管道32上第一冷却液截止阀14、暖风水泵13之间。
电池冷却液回路300包括依次串联形成回路的电池冷却换热器9、动力电池冷板17、第二冷却液截止阀16、电池水泵15，电池冷却液回路300可通过第一连接管35、第二连接管36与暖风冷却液回路200连通形成回路；电池冷却液回路300上设置第三管道33将电池冷却换热器9、动力电池冷板17、第二冷却液截止阀16、电池水泵15串联形成回路。
第一连接管35入口端设置于第二管道32上暖风芯体11、电机水泵20之间临近暖风芯体11出口端处，第一连接管35出口端设置于第三管道33上电池水泵15、第二冷却液截止阀16之间。第二连接管36入口端设置于第三管道33上第二冷却液截止阀16、动力电池冷板17之间，第二连接管36出口端设置于第二管道32上低温散热器19、第一冷却液截止阀14之间临近第一冷却液截止阀14入口端处，第二连接管32上设有第三冷却液截止阀18。
电机冷却液回路400与暖风冷却液回路200连通既可使电机冷却液回路400与暖风冷却液回路200间形成回路，还可使暖风冷却液回路200、电池冷却液回路300、电机冷却液回路400间形成回路。电机冷却液回路400包括驱动电机21和第五冷却液截止阀22，驱动电机21和第五冷却液截止阀22串联且串联形成的整体与暖风冷却液回路200上低温散热器19、电机水泵20形成的整体并联，使驱动电机21、第五冷却液截止阀22、电机水泵20低温散热器19可依次串联形成回路。
电机冷却液回路400上设置第四管道34将驱动电机21和第五冷却液截止阀22串联，第四管道34入口端连接于第二管道32上低温散热器19、第一冷却液截止阀14之间临近低温散热器19出口端处，第四管道34出口端连接于第二管道32上暖风芯体11、电机水泵20之间临近电机水泵20入口端处。
本发明中水冷冷凝器2、水加热器10、暖风芯体11、电机水泵20、低温散热器19、第一冷却液截止阀14、暖风水泵13依次串联形成大回路时冷却液在第二管道32流向为从前至后方向，则第四冷却液截止阀12入口端、第一连接管35入口端、第四管道34出口端在暖风芯体11、电机水泵20之间从前至后依次连接于第二管道32上。第四管道34入口端、第二连接管36出口端在第二管道32上低温散热器19、第一冷却液截止阀14之间前后连接于第二管道32上。
室外蒸发器4、暖风芯体11均设置于空调机箱500内，室外蒸发器4一侧设置第一风扇23，另一侧设置暖风芯体11，室外蒸发器4、暖风芯体11之间设置风门24用于控制室外蒸发器4出风经过暖风芯体11的风量。
本发明中，制冷剂回路100流通制冷剂，暖风冷却液回路200、电池冷却液回路300、电机冷却液回路400中均流通同种冷却液(一般为水)。制冷剂回路100、暖风冷却液回路200间通过水冷冷凝器2换热，制冷剂回路100与电池冷却液回路300间通过电池冷却换热器9换热。
以上各部件中，压缩机1用于将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂；水冷冷凝器2内设制冷剂流道和冷却液流道，用于制冷剂、冷却液间热交换；第一电子膨胀阀3、第二电子膨胀阀6、第三电子膨胀阀8均可通过节流降低冷剂温度和压力；室外蒸发器4可与乘员舱进风进行热交换，冷却液蒸发吸热同时对乘员舱进风进行冷却；制冷剂截止阀5用于阻止或允许制冷剂流过；蒸发冷凝器7为与外界空气进行换热，根据其内部制冷剂和外界空气的状态，既用于蒸发器也可做冷凝器；电池冷却换热器9内设制冷剂流道和冷却液流道，用于制冷剂、冷却液间热交换；水加热器10即PTC电阻丝加热器，用于加热冷却液，不工作时冷却液也可顺利流过；暖风芯体11可与乘员舱进风进行热交换，对经过室外蒸发器4后的乘员舱进风进行加热；第四冷却液截止阀12用于阻止或允许冷却液流过；暖风水泵13、电机水泵20可调节暖风冷却液回路中冷却液流量；第一冷却液截止阀14、第二冷却液截止阀16、第三冷却液截止阀18、第四冷却液截止阀12、第五冷却液截止阀22均用于阻止或允许冷却液流过；电池水泵15用于调节电池冷却液回路中冷却液流量；动力电池冷板17用于冷却电池包；低温散热器19用于与环境换热，可将暖风冷却液回路200多余热量向环境散失；电机水泵20用于调节电机冷却液回路400中冷却液流量；驱动电机21用于驱动车轮转动；第一风扇23用于控制室外蒸发器4的进风量，即乘员舱进风量；风门24用于控制室外蒸发器4出风进入暖风芯体11的风量；第二风扇25用于向蒸发冷凝器7进风增加与环境热交换。
本发明中热管理系统会根据整车使用过程中不同的需求，分别实现乘员舱制冷、乘员舱制热、乘员舱除湿、电池冷却、电池加热、电机冷却及不同环境温度下除湿制热等多种模式，其各回路可根据实际需要进行多种组合。
实施例1
制冷工况下，本系统既可采用制冷剂强制制冷，也可通过低温散热器制冷，详见以下的情况a和情况b。
a.制冷工况下，当环境温度≥5℃时，制冷剂同时实现乘员舱制冷+电池制冷，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图2所示。
制冷剂流动路径为：制冷剂回路100上压缩机1工作，驱动制冷剂流动至水冷冷凝器2，第一电子膨胀阀3、第三电子膨胀阀8开启，第二电子膨胀阀6关闭，制冷剂分成并联的两路从室外蒸发器4、冷却换热器9流过，再合并从制冷剂截止阀5流回压缩机1。第一电子膨胀阀3控制制冷剂流量，制冷剂进入室外蒸发器4将乘员舱进风制冷，调节风门24使室外蒸发器4出风不经过暖风芯体11，第三电子膨胀阀8控制制冷剂流量，制冷剂进入冷却换热器9与电池冷却液回路300换热，实现电池制冷。
冷却液流动路径：
暖风冷却液回路200的暖风水泵13工作，驱动冷却液进入水冷冷凝器2，第一冷却液截止阀14开启、第四冷却液截止阀12关闭、第五冷却液截止阀22关闭，经由水冷冷凝器2的冷却液通过水加热器10(不工作，仅通过)和暖风芯体11进入电机水泵20，从电机水泵20流出的冷却液经由低温散热器19散热后进入第一冷却液截止阀14进口，冷却液进入暖风水泵13，从而形成暖风冷却液回路200冷却液的大循环。
电池冷却液回路300的第二冷却液截止阀16开启、第三冷却液截止阀18关闭，电池水泵15运行驱动冷却液在电池小循环回路运行，电池冷却的冷却液流通路径为电池水泵15出口至电池冷却换热器9，冷却液在电池冷却换热器9内部被低温的制冷剂冷却后经由管路进入动力电池冷板17进行换热，换热后经由内部联通的第二冷却液截止阀16进入电池水泵15，从而形成电池冷却回路的循环。
b.制冷工况下，当环境温度＜5℃时，无需制冷剂强制制冷，低温散热器即可同时实现电机制冷+电池制冷，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图3所示，
制冷剂回路100不工作。
暖风冷却液回路200、电池冷却液回路300、电机冷却液回路400三者连通实现循环回路。冷却液流动路径：
电机水泵20工作，驱动冷却液进入低温散热器19，第五冷却液截止阀22开启，从低温散热器19流出的冷却液进入电机21，从第五冷却液截止阀22流出的冷却液一部分回到电机水泵20，另一部分经第二管道32、第一连接管35流入电池水泵15。第二冷却液截止阀16关闭、第四冷却液截止阀12关闭、第一冷却液截止阀14关闭、第三冷却液截止阀18开启，电池水泵15运行驱动冷却液经电池冷却换热器9(不换热，仅通过)、动力电池冷板17、第三冷却液截止阀18后进入电机21，形成大循环回路，低温散热器19将电机21、动力电池冷板17的热量朝环境散失。
实施例2
制热工况下，本系统既可采用水加热器强制制热，也可通过热泵制热，还可通过电机余热直接对动力电池制热，详见以下的情况a、情况b、情况c。
a.制热工况下，当环境温度≤-18℃时，采用水加热器可同时实现乘员舱制热+电池制热，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图4所示。
制冷剂回路100不工作。
暖风冷却液回路200、电池冷却液回路300二者连通实现循环回路。冷却液流动路径：
第一冷却液截止阀14开启、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18开启、第四冷却液截止阀12关闭、第五冷却液截止阀22关闭，电机水泵20不工作。暖风水泵13工作驱动冷却液经由管路流向水冷冷凝器2后，进入水加热器10，水加热器10工作，对冷却液进行升温后，高温的冷却液流出经管路进入暖风芯体11内散热，调节风门24使乘员舱进风经过暖风芯体11，使得乘员舱内部升温，乘员舱加热功能实现。
从暖风芯体11流出的高温冷却液经第一连接管道35流至电池水泵15的入口，经过电池水泵15后经由电池冷却换热器9(不换热，仅通过)进入动力电池冷板17对动力电池进行加热，从动力电池冷板17流出的冷却液经第二连接管道36流至第一冷却液截止阀14入口端，从第一冷却液截止阀14出来的冷却液进入暖风水泵13，电池加热的功能实现。
b.制热工况下，当环境温度＞-18℃时，采用热泵可同时实现乘员舱制热+电池制热，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图5所示。
制冷剂流动路径为：制冷剂回路100的压缩机1运行，对制冷剂进行压缩升温，驱动制冷剂流向水冷冷凝器2，高温制冷剂在水冷冷凝器2中进行散热，将热量散发到暖风冷却液回路200后制冷剂冷凝降温，流入第一电子膨胀阀3进行节流降压后进入室外蒸发器4进行换热，由于采暖时的室外蒸发器4进风温度(环境温度)低于此时的制冷剂温度，制冷剂进行冷却降温，蒸发器4的出风进行一次升温，调节风门24使室外蒸发器4的出风经过暖风芯体11，使其流经暖风芯体11进行二次换热，以达到需求的乘员舱出风温度，乘员舱加热功能实现。从室外蒸发器4流出的制冷剂进入第二电子膨胀阀6的入口进行节流膨胀，制冷剂截止阀5关闭，形成低于环境温度的低温低压的制冷剂，进入蒸发冷凝器7中进行吸热蒸发，之后低温低压的气态制冷剂进入压缩机1中，形成完整的制冷剂循环回路。
冷却液流动路径为：
第一冷却液截止阀14开启、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18开启、第四冷却液截止阀12关闭、第五冷却液截止阀22关闭，电机水泵20不工作。暖风水泵13工作驱动冷却液经由管路流向水冷冷凝器2后对冷却液进行升温，经水加热器10不工作，仅通过)进入暖风芯体11内散热，调节风门24使乘员舱进风经过暖风芯体11，使其二次换热以达到需求的乘员舱出风温度。
从暖风芯体11流出的高温冷却液经第一连接管道35流至电池水泵15的入口，经过电池水泵15后经由电池冷却换热器9内部(不换热)进入动力电池冷板17对动力电池进行加热，从动力电池冷板17流出的冷却液经第二连接管道36流至第一冷却液截止阀14入口端，从第一冷却液截止阀14出来的冷却液进入暖风水泵13，电池加热的功能实现。
c.制热工况下，当环境温度较高至电机余热足以实现电池制热时，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图6所示。
制冷剂回路100不工作、暖风冷却液回路200不工作。电机冷却液回路400、电池冷却液回路300二者经暖风冷却液回路200连通实现循环回路。
冷却液流动路径为：
第一冷却液截止阀14关闭、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18开启、第四冷却液截止阀12关闭、第五冷却液截止阀22开启，电机水泵20不工作、暖风水泵13不工作。电池水泵15运行驱动冷却液经电池冷却换热器9、动力电池冷板17、第三冷却液截止阀18后进入电机21，冷却液吸收电机21热量升温，经第一连接管道35进入电池水泵15形成循环回路，实现对动力电池冷板17加热。
实施例3
在春秋季环境湿度较大的工况下，热泵空调系统需要对潮湿的车内或车外空气进行除湿和再加热处理，以保证乘员舱内的空气为干燥的热空气，以避免车内出现车窗起雾影响驾驶安全的状况。可根据环境温度对热管理系统进行调整，详见以下情况a、情况b、情况c。
a.除雾工况下，3℃＜环境温度＜10℃时，通过热泵系统实现乘员舱除湿+乘员舱制热，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图7所示。
制冷剂流动路径为：压缩机1运行，对制冷剂进行压缩升温，驱动制冷剂流向水冷冷凝器2，高温制冷剂在水冷冷凝器2中进行散热，将热量散发到暖风冷却液回路200后制冷剂冷凝降温，流入第一电子膨胀阀3进行节流降压后进入室外蒸发器4进行换热，此时蒸发器内部的制冷剂温度低于室外蒸发器4进风温度(环境温度)，湿热的空气在蒸发器表面进行换热，使空气中的水分凝结，以获得干冷的空气，调节风门24使室外蒸发器4的出风再流经暖风芯体11进行换热，以达到需求的乘员舱出风温度；从室外蒸发器4流出的制冷剂进入第二膨胀阀6的入口进行节流膨胀，制冷剂截止阀5关闭，形成低于环境温度的低温低压的制冷剂，进入蒸发冷凝器7中进行吸热蒸发，之后低温低压的气态制冷剂进入压缩机1中，形成完整的制冷剂循环回路。
冷却液流动路径为：第一冷却液截止阀14关闭、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18关闭、第四冷却液截止阀12开启、第五冷却液截止阀22关闭，水冷冷凝器2、水加热器10、暖风芯体11、第四冷却液截止阀12、暖风水泵13间形成独立的小循环。暖风水泵13工作驱动冷却液经由管路流向水冷冷凝器2后，进入水加热器10，水加热器10工作，对冷却液进行升温后，高温的冷却液流出经管路进入暖风芯体11内散热，使得乘员舱内部升温，经过换热后的冷却液经由第四冷却液截止阀12流至暖风水泵13处，形成完整的冷却液循环回路。
b.除雾工况下，10℃≤环境温度＜20℃时，通过热泵系统实现乘员舱除湿+乘员舱制热，但是由于环境温度升高，从蒸发冷凝器7中获取的热量可能会高于乘员舱采暖的需求值，此时需要开启制冷剂截止阀5对制冷剂进行旁通，此时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图8所示。
制冷剂流动路径为：压缩机1运行，对制冷剂进行压缩升温，驱动制冷剂流向水冷冷凝器2，高温制冷剂在水冷冷凝器2中进行散热，将热量散发到暖风冷却液回路200后制冷剂冷凝降温，流入第一电子膨胀阀3进行节流降压后进入室外蒸发器4进行换热，此时蒸发器内部的制冷剂温度低于进风温度，湿热的空气在蒸发器表面进行换热，使空气中的水分凝结，以获得干冷的空气，调节风门24使室外蒸发器4的出风再流经暖风芯体11进行换热，以达到需求的乘员舱出风温度；从室外蒸发器4流出的制冷剂进入第二膨胀阀6的入口进行节流膨胀，制冷剂截止阀5根据环境温度和车内温度的需要适时开启，以旁通进入蒸发冷凝器7中的制冷剂流量，形成低于环境温度的低温低压的制冷剂，进入蒸发冷凝器7中进行吸热蒸发，之后低温低压的气态制冷剂与经过制冷剂截止阀5旁通的制冷剂混合后进入压缩机1中，形成完整的制冷剂循环回路。
冷却液循环的回路与3℃＜环境温度＜10℃时冷却循环回路相同。
c.除雾工况下，当环境温度≥20℃时，通过热泵系统实现乘员舱除湿+乘员舱制热，但是由于环境温度升高，从室外蒸发器4处获得的热量已经足够用于暖风芯体处的加热，不再从蒸发冷凝器7处进行吸热。
制冷剂流动路径为：压缩机1运行，制冷剂截止阀5开启、第二电子膨胀阀6开启、第三电子膨胀阀8关闭，对制冷剂进行压缩升温，驱动制冷剂流向水冷冷凝器2，高温制冷剂在水冷冷凝器2中进行散热，将热量散发到暖风冷却液回路200后制冷剂冷凝降温，流入第一电子膨胀阀3进行节流降压后进入室外蒸发器4进行换热，此时蒸发器内部的制冷剂温度低于进风温度，湿热的空气在蒸发器表面进行换热，使空气中的水分凝结，以获得干冷的空气，调节风门24使室外蒸发器4的出风再流经暖风芯体11进行换热，以达到需求的乘员舱出风温度；从室外蒸发器4流出的制冷剂经由制冷剂截止阀5回到压缩机1中，形成完整的制冷剂循环回路。
根据暖风芯体11进口实际水温与乘员舱空调需求水温的差值ΔT(此时暖风芯体进口实际水温＞乘员舱空调需求水温的差值，ΔT＞0)来确定冷却液回路：
ΔT＞3℃时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图9所示，此时冷却液流动路径为：第一冷却液截止阀14开启、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18关闭、第四冷却液截止阀12关闭、第五冷却液截止阀22关闭，暖风水泵13工作，驱动冷却液进入水冷冷凝器2，经由水冷冷凝器2的冷却液通过水加热器10(仅通过，不工作)和暖风芯体11进入电机水泵20，从电机水泵20流出的冷却液经由低温散热器19散热后进入第一冷却液截止阀14进口，第一冷却液截止阀14开启，冷却液进入暖风水泵13，从而形成冷却液的散热循环。
ΔT≤3℃时本发明电动汽车热泵型热管理系统状态如图10所示，此时冷却液流动路径为：第一冷却液截止阀14关闭、第二冷却液截止阀16关闭、第三冷却液截止阀18关闭、第四冷却液截止阀12开启、第五冷却液截止阀22关闭，暖风水泵13工作驱动冷却液经由管路流向水冷冷凝器2后，对冷却液进行升温后，流经水加热器10(不工作)，高温的冷却液流出经管路进入暖风芯体11内散热，经过室外蒸发器4之后的低温气体流经暖风芯体11实现乘员舱内部的除湿/除雾功能，经过换热后的冷却液经由第四冷却液截止阀12流至暖风水泵13处，形成完整的冷却液循环回路。

Claims (7)

1.一种电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，包括制冷剂回路(100)、暖风冷却液回路(200)、电池冷却液回路(300)、电机冷却液回路(400)，
所述暖风冷却液回路(200)包括依次串联形成大回路的水冷冷凝器(2)、水加热器(10)、暖风芯体(11)、电机水泵(20)、低温散热器(19)、第一冷却液截止阀(14)、暖风水泵(13)，还包括第四冷却液截止阀(12)，所述第四冷却液截止阀(12)与电机水泵(20)、低温散热器(19)、第一冷却液截止阀(14)形成的整体间并联使水冷冷凝器(2)、水加热器(10)、暖风芯体(11)、第四冷却液截止阀(12)、暖风水泵(13)间可依次串联形成小回路；
所述电池冷却液回路(300)包括依次串联形成回路的电池冷却换热器(9)、动力电池冷板(17)、第二冷却液截止阀(16)、电池水泵(15)，所述电池冷却液回路(300)可通过第一连接管(35)、第二连接管(36)与暖风冷却液回路(200)连通形成回路；
所述制冷剂回路(100)与暖风冷却液回路(200)间通过水冷冷凝器(2)换热，所述制冷剂回路(100)与电池冷却液回路(300)间通过电池冷却换热器(9)换热，所述电机冷却液回路(400)与暖风冷却液回路(200)连通既可使电机冷却液回路(400)与暖风冷却液回路(200)间形成回路，还可使暖风冷却液回路(200)、电池冷却液回路(300)、电机冷却液回路(400)间形成回路；
所述制冷剂回路(100)包括依次串联形成回路的压缩机(1)、水冷冷凝器(2)、第一电子膨胀阀(3)、室外蒸发器(4)、制冷剂截止阀(5)，还包括第二电子膨胀阀(6)、蒸发冷凝器(7)、第三电子膨胀阀(8)、电池冷却换热器(9)，所述第二电子膨胀阀(6)、蒸发冷凝器(7)串联且串联形成的整体与制冷剂截止阀(5)并联，所述第三电子膨胀阀(8)、电池冷却换热器(9)串联且串联形成的整体与第一电子膨胀阀(3)、室外蒸发器(4)形成的整体并联；
电机冷却液回路(400)包括驱动电机(21)和第五冷却液截止阀(22)，所述驱动电机(21)和第五冷却液截止阀(22)串联且串联形成的整体与暖风冷却液回路(200)上低温散热器(19)、电机水泵(20)形成的整体并联，使驱动电机(21)、第五冷却液截止阀(22)、电机水泵(20)、低温散热器(19)可依次串联形成回路；
还包括空调机箱(500)，所述室外蒸发器(4)、暖风芯体(11)均设置于空调机箱(500)内，所述室外蒸发器(4)一侧设置第一风扇(23)，另一侧设置暖风芯体(11)，室外蒸发器(4)、暖风芯体(11)之间设置风门(24)用于控制暖风芯体(11)的进风量。
2.如权利要求1所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述制冷剂回路(100)上设置第一管道(31)将压缩机(1)、水冷冷凝器(2)、第一电子膨胀阀(3)、室外蒸发器(4)、制冷剂截止阀(5)串联形成回路，所述第二电子膨胀阀(6)入口端连接于第一管道(31)上临近制冷剂截止阀(5)入口端处，所述蒸发冷凝器(7)出口端连接于第一管道(31)上临近制冷剂截止阀(5)出口端处；所述第三电子膨胀阀(8)入口端连接于第一管道(31)上临近第一电子膨胀阀(3)入口端处，所述电池冷却换热器(9)出口端连接于第一管道(31)上临近室外蒸发器(4)出口端处。
3.如权利要求1所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述暖风冷却液回路(200)上设置第二管道(32)将水冷冷凝器(2)、水加热器(10)、暖风芯体(11)、电机水泵(20)、低温散热器(19)、第一冷却液截止阀(14)、暖风水泵(13)串联形成大回路，所述电池冷却液回路(300)上设置第三管道(33)将电池冷却换热器(9)、电池水泵(15)、第二冷却液截止阀(16)、动力电池冷板(17)串联形成回路；
所述第一连接管(35)入口端设置于第二管道(32)上临近暖风芯体(11)出口端处，所述第一连接管(35)出口端设置于第三管道(33)上电池水泵(15)、第二冷却液截止阀(16)之间。
4.如权利要求3所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述第二连接管(36)入口端设置于第三管道(33)上第二冷却液截止阀(16)、动力电池冷板(17)之间，所述第二连接管(36)出口端设置于第二管道(32)上临近第一冷却液截止阀(14)入口端处，所述第二连接管(36)上设有第三冷却液截止阀(18)。
5.如权利要求3所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述第四冷却液截止阀(12)入口端连接于第二管道(32)上临近暖风芯体(11)出口端处，第四冷却液截止阀(12)出口端连接于第二管道(32)上第一冷却液截止阀(14)、暖风水泵(13)之间。
6.如权利要求5所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述电机冷却液回路(400)上设置第四管道(34)将驱动电机(21)和第五冷却液截止阀(22)串联，所述第四管道(34)入口端连接于暖风冷却液回路(200)上低温散热器(19)、第一冷却液截止阀(14)之间临近低温散热器(19)出口端处，所述第四管道(34)出口端连接于暖风冷却液回路(200)上暖风芯体(11)、电机水泵(20)之间临近电机水泵(20)入口端处。
7.如权利要求1所述的电动汽车热泵型热管理系统，其特征在于，所述蒸发冷凝器(7)一侧设有第二风扇(25)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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