CN113459767A - 一种电动车热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动车热管理系统，属于汽车空调领域，包括热泵空调系统回路、电池热管理回路及电驱系统散热回路；所述热泵空调系统回路沿冷媒流动方向依次包括电动压缩机、四通阀、外置换热器、储液罐、HVAC总成、气液分离器，以及与HVAC总成并联布置的电池冷却器；所述气液分离器与四通阀及电动压缩机分别连通；所述电池热管理回路连接在电池冷却器上并与电驱系统散热回路相连通。本发明旨在简化热管理系统，减少零件使用，降低成本，降低冷媒流动音风险，增加热管理系统功能场景，实现整车能量的回收利用。

Description

一种电动车热管理系统

技术领域

本发明属于汽车空调领域，涉及一种电动车热管理系统。

背景技术

在电车空调的使用过程中存在如下弊端：夏季制冷时，高温冷媒经过空调箱内置冷凝器，然后再通过室外冷凝器散热，再回到空调箱蒸发器进行制冷，这时空调箱内的冷凝器2作为热源，热辐射和风门漏风对空调箱的制冷性能有恶化影响；乘员舱制冷时，冷凝器出口无法有效保持过冷状态，冷媒进入室内蒸发器时容易出现冷媒流动音，整车NVH舒适性较差；热泵状态时，室外冷凝器是唯一直接蒸发热源，长时间运行结霜后，热泵性能受影响，同时没有第二热源供给乘员舱使用，使用舒适性大大降低；整套热管理系统设计复杂，冷却液侧两个低温散热器，增加了管路和阀件，成本较高，并且空调箱两个换热器，还有进一步降本的空间；空调箱内无第二热源，超低温环境下无法整车满足采暖需求；电机余热不能直接回收给热泵使用，中间换热器对电机余热的回收利用有限，当电池不需要采暖时，多余的电机余热会被向外界散热浪费掉，电池热量无法有效回收利用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电动车热管理系统，以简化热管理系统，优化整车能量流。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电动车热管理系统，包括热泵空调系统回路、电池热管理回路及电驱系统散热回路；所述热泵空调系统回路沿冷媒流动方向依次包括电动压缩机、四通阀、外置换热器、储液罐、HVAC总成、气液分离器，以及与HVAC总成并联布置的电池冷却器；所述气液分离器与四通阀及电动压缩机分别连通；所述电池热管理回路连接在电池冷却器上并与电驱系统散热回路相连通。

可选的，所述电池热管理回路通过第三三通阀及第四三通阀分别连接电池冷却器及电驱系统散热回路；所述电池热管理回路依次包括高压水暖PTC、第二水泵、电池包。

可选的，所述电池包通过第三三通阀回连至高压水暖PTC。

可选的，所述电驱系统散热回路依次包括PDU、第一水泵、低温散热器，所述低温散热器通过第二三通阀回连至PDU。

可选的，所述电驱系统散热回路还包括电子风扇，装配在低温散热器背风面；所述低温散热器装配在电子风扇和外置冷凝器之间。

可选的，储液罐通过单向截止阀连接至HVAC及电池冷却器，该单向截止阀与HVAC总成之间设有第一双向全通电子阀、与电池冷却器之间设有第二双向全通电子阀。

可选的，所述电池冷却器通过并联布置的第一截止阀与第二截止阀分别连通至四通阀。

可选的，所述HVAC总成包括风机、换热器、高压风暖PTC。

可选的，所述HVAC总成通过第四截止阀回连至外置换热器。

可选的，所述低温散热器与第一水泵之间设有第一三通阀，第一三通阀连通至低温散热器与第二三通阀之间。

本发明的有益效果在于：

1、将电池热管理回路与电驱系统热管理回路连接在一起，共用1个散热器，减少零件使用，降低成本。

2、HVAC采用单换热器设计，该换热器可在夏季时用于制冷，冬季时用于制热采暖，降低HVAC成本和空间大小，利于整车空间利用。

3、HVAC采用双层流设计，采暖时引入低温干燥的外气确保玻璃不起雾。

4、外置冷凝器出口增加储液罐，降低夏季制冷时的冷媒流动音风险。

5、增加热管理系统功能场景，增加电池自循环回路，并且电池余热可通过电池冷却器回收给热泵使用供乘员舱采暖。

6、电驱系统余热可通过电池冷却器回收给热泵使用供乘员舱采暖，并且减少一个中间换热器的使用，降低成本，同时外置换热器结霜以后，热泵系统仍然有蒸发热源维持系统工作持续采暖。

7、HVAC增加高压风暖PTC用于快速加热或低温采暖需求。

该系统对外界和整车能量进行最大化的回收利用，并通过冷媒和冷却液介质传递到乘员舱、电池、电驱系统，为整车提供热管理的同时，最大化的降低整车能耗，提高整车续航里程，利用该系统进行整车能量流管理。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为乘员舱制冷模式下参与循环的回路示意图；

图3为热泵采暖(外置换热器蒸发)模式下参与循环的回路示意图；

图4为热泵采暖(电池余热蒸发)模式下参与循环的回路示意图；

图5为热泵采暖(电机余热回收)模式下参与循环的回路示意图；

图6为热泵采暖(外换蒸发+电池余热回收)模式下参与循环的回路示意图；

图7为热泵采暖(外换蒸发+电机余热回收)模式下参与循环的回路示意图；

图8为高压风暖PTC+制冷除湿模式下参与循环的回路示意图；

图9为电池冷却(空调系统)模式下参与循环的回路示意图；

图10为电池冷却(散热器)模式下参与循环的回路示意图；

图11为电池回路自循环热平衡模式下参与循环的回路示意图；

图12为电池采暖(PTC)模式下参与循环的回路示意图；

图13为电池采暖(热泵)模式下参与循环的回路示意图；

图14为电池采暖(电机余热)模式下参与循环的回路示意图；

图15为电驱散热(散热器)模式下参与循环的回路示意图。

附图标记：第一温压传感器1、外置换热器2、低温散热器3、电子风扇4、第三截止阀5、储液罐6、第四截止阀7、单向截止阀8、第一三通阀9、第一水泵10、第一温度传感器11、PDU12、第五截止阀13、第二三通阀14、电动压缩机15、四通阀16、气液分离器17、风机18、换热器19、高压风暖PTC20、第一双向全通电子阀21、第一截止阀22、第二截止阀23、第四三通阀24、高压水暖PTC25、第二水泵26、电池包27、第二温度传感器28、第二双向全通电子阀29、电池冷却器30、第二温压传感器31、第三温压传感器32、第三三通阀33。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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发明和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1～图15，为一种电动车热管理系统，是一种可对整车乘员舱、动力电池、电驱系统进行能量管理的集成系统，具体可以实现以下功能。

一、乘员舱热管理，主要实现对乘员舱进行制冷、采暖和除湿功能，包含有多个换热器19进行热交换的热泵空调系统和辅助提供采暖功能的高压风暖PTC20。热泵空调系统为直接式热泵空调，包含电动压缩机15、四通阀16、外置换热器19、储液罐6、HVAC总成、电池冷却器30、气液分离器17和设置在管路上的阀门等零件。所述HVAC总成采用双层流设计，包含可实现蒸发和冷凝两用功能的内置换热器19，风机18，高压风暖PTC20；所述电动压缩机15、四通阀16、外置换热器19、储液罐6、HVAC总成、电池冷却器30、气液分离器17由制冷剂管路连接，通过设置在管路上的阀门开闭分别形成制冷回路、制热回路。

1、乘员舱制冷，通过制冷回路利用冷媒相变制冷，回路包括电动压缩机15、四通阀16、外置换热器19、储液罐6、HVAC总成、电池冷却器30、气液分离器17，由制冷剂管路依次连接，通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成制冷循环；HVAC总成中的风机18开启，将冷空气沿特定风道吹向车厢；高压风暖PTC20不参与工作。

2、乘员舱采暖，可通过两种方式实现，一种是采用热泵空调系统进行采暖，此时HVAC总成中的换热器19被当做冷凝器使用，该热泵系统包括电动压缩机15、四通阀16、外置冷凝器、储液罐6、电池冷却器30、气液分离器17，由制冷剂管路依次连接；通过设置在管路上的阀门开闭形成制热循环；HVAC总成中的风机18开启，将热空气沿特定风道吹向车厢；高压风暖PTC20不参与工作；同时热泵系统的蒸发侧有五种工作模式，a、外置换热器19作为蒸发器与外界进行热交换，为热泵提供能量，b、当电池有制冷需求时，电池冷却器30作为蒸发器，回收电池热量进行蒸发为热泵提供能量，c、当电池没有制冷需求时，电机冷却回路水循环系统参与工作，电池冷却器30作为蒸发器使用，回收电机余热为热泵提供蒸发器热负荷。d、外置换热器19和电池热量同时为热泵系统提供能量。e、外置换热器19和电机余热同时为热泵系统提供能量。另外，也可以采用HVAC中的高压风暖PTC20直接为乘员舱提供热量采暖。

3、除湿功能，特别是在春秋和冬季车内需要防止车窗起雾，这时为了不影响车内是舒适度，需要制热采暖的同时进行制冷除湿，由于本发明只有1个车内换热器19，因此对于车内的湿度管理有以下方式可以实现：

1)采用制冷功能除湿，通过制冷回路利用冷媒相变制冷进行车内除湿，同时开启高压风暖PTC20用于维持车内舒适度。压缩机出来的高温冷媒经过外置换热器2冷凝，再通过车内换热器19进行蒸发制冷，车内高温高湿的空气经过蒸发器后，空气中的水被冷凝排出，降温后的空气再经过高压风暖PTC20制热吹到乘员舱中

2)HVAC采用双层流设计，HVAC分为上下两层，上层引入外界低温干燥的空气平衡车内湿度，并防止前挡玻璃和车窗起雾，下层引入车内内气用于采暖，此方式可以有效防止车内起雾，并能防止频繁除湿带来的功耗损失，能起到节能降耗的作用。

二、电池热管理，主要实现电池冷却、电池采暖、电池热平衡等功能，包含电池冷却回路、电池加热回路、电池自循环回路。

1、电池冷却，本发明有4种电池冷却实现方式：

1)采用空调系统冷媒回路制冷与电池冷却液回路进行热交换为电池降温，所述方式的回路包含电动压缩机15、四通阀16、外置换热器2、电池冷却器30、气液分离器17通过冷媒管路连接，利用阀的开闭形成制冷回路，电池冷却器30作为蒸发器件，在电池冷却器30中，低温冷媒使电池冷却回路中的高温冷却液降温冷却，然后降温后的冷却液再通过电池冷却液回路循环对电池进行降温冷却，所述电池冷却液回路包含第二水泵26、第二三通阀14、第四三通阀24、水温传感器，通过管路连接成封闭回路。

2)采用低温散热器3将电池热量散发到环境中，所述方式的回路包含低温散热器3、第一三通阀9、第一水泵10、第一温度传感器11、通过第四三通阀24、高压水暖PTC、第二水泵26、电池包、第二水温传感器28、第三三通阀33、第二三通阀14通过管路连接成封闭回路，电池中的冷却液与电池换热后，继续流入电驱系统，然后再进入低温散热器3向外界散热，降温后的冷却液通过第二三通阀14再次回到电池包27对电池进行冷却，整个循环过程利用低温散热器3为电池降温。

3)电池冷却回路自循环，使电池内部热平衡，所述方式的回路包含第二水泵26、第二温度传感器28、第三三通阀33，通过管路连接成封闭回路，当电池局部发热量较大时，可以先通过自循环回路，通过冷却液的循环使电池内部热平衡为局部电池降温。

4)电池热量供给热泵使用，利用热泵将电池热量回收到乘员舱使用。

2、电池采暖，本发明有4种电池采暖实现方式：

1)电池冷却回路自循环，使电池内部热平衡，所述方式的回路包含第二水泵26、第二温度传感器28、第三三通阀33，通过管路连接成封闭回路，当电池局部发热量较大时，可以先通过自循环回路，通过冷却液的循环使电池内部热平衡达到自保温的效果。

2)通过高压水暖PTC25进行采暖，所述方式的回路为电池冷却液回路包含第二水泵26、第三三通水阀、第二温度传感器28、高压水暖PTC25，利用高压水暖PTC25直接加热冷却液，通过水泵循环为电池包27加热。

3)通过热泵系统进行采暖，所述方式的回路包含热泵空调回路和电池冷却液回路，所述热泵空调回路包含电动压缩机15、四通阀16、电池冷却器30、外置换热器2、气液分离器17通过管路系统连接成冷媒系统回路；所述电池冷却液回路包含第二水泵26、第二温度传感器28、第三三通阀33、第四三通阀24、电池冷却器30，通过管路连接成封闭回路。热泵系统压缩机运行，高温高压冷媒经过电池冷却器30，电池冷却液回路中的冷水与电池冷却器30中的冷媒换热，使高温冷媒冷凝然后经过电第二双向全通电子膨胀阀进入外置换热器2，与外界环境进行蒸发热交换，蒸发后的冷媒继续经过四通阀16进入气液分离器17后回到压缩机进入下一个循环，电池冷却器30内部进行冷媒-水换热将热量传递到电池冷却液回路，被加热后的电池冷却液经过电池冷却液回路中的第二水泵26循环将热量带入电池包27，2个循环回路不断运行，为电池进行加热采暖。

4)通过电驱系统余热对电池进行加热和保温，所述方式的回路包含第一水泵10、第一三通阀9、第一温度传感器11、第二三通阀、第三三通阀、第二水温传感器、第二水泵、高压水暖PTC、第四三通阀、通过管理连接和电池包27形成闭合水回路。整车电机和电控系统运行产生的余热加热冷却液在水泵的带动下进入电池包27，为电池包27采暖和保温。

三、电驱系统热管理，主要是为整车驱动电机以及电控系统进行降温冷却，主要实现方式有3种：

1)通过低温散热器3向环境中散热，所述方式的回路包含第一水泵10、第一三通水阀、低温散热器3、第二三通阀、第一温度传感器11通过管路连接形成闭合回路，散热附件还包含电子风扇4，当电驱系统请求散热时，第一水泵10运行带动冷却液流动，第一三通阀9运行到与低温散热器3连通的位置，电驱系统的热量通过冷却液进入低温散热器3，电子风扇4运行和整车运行的迎面风与散热器中的冷却液进行换热，使冷却液降温后循环回到电驱系统中进行下一次循环。

2)通过电池包27散热，电驱系统产生的热量通过冷却液进入需要加热的电池包27，将热量提供给电池包27，降温后的冷却液循环回电驱系统，进行下一次循环。此方式是回收电驱系统余热供给电池采暖，能量回收利用达到节能的效果。

3)通过热泵系统散热，电驱系统产生的热量通过电池冷却器30传递给冷媒，作为热泵系统的蒸发热源使用，降温后的冷却液再循环回电驱系统进行下一次循环，此时电池冷却器30相当于余热回收器，回收利用电驱系统余热提供给乘员舱采暖，达到节能的效果。

本发明是一种新能源电动车一体化热管理系统，包含热泵空调系统、电池热管理系统、电驱热管理系统，采用集成的方式对环境热源、电池热源、电驱热源进行分配和管理。

所述热泵空调系统为直接式热泵空调系统包括电动压缩机15、HVAC总成、四通阀16、外置冷凝器2、储液罐6、电池冷却器30、气液分离器17、电子膨胀阀、截止阀通过管路连接形成冷媒运行回路；热泵能量通过冷媒传递到乘员舱和电池。所述热泵系统可实现制冷、制热、余热回收的功能，同时可实现电池冷却、电池加热保温等功能。所述HVAC总成为单换热器19双层流HVAC，冷媒换热器19可实现蒸发和冷凝功能。所述热泵系统设置四通换向阀，通过换向实现制冷、制热功能。

所述第一双向全通电子阀21、第二双向全通电子阀29为大口径全导通电子膨胀阀，可实现截止、全导通、双向节流电子阀的功能，集成后可减少空间占用以及成本，同时该全导通电子膨胀阀可替换截止阀和电子阀两路并联形式，也可实现该热泵系统功能，也可替换为截止阀和电子阀两路导通的组合阀件。所述电池热管理系统包含制冷回路、电池冷却液回路，制冷回路为冷媒系统回路；电池冷却液回路包含第二水泵26、第二温度传感器28、第三三通阀14、第四三通阀24、电池冷却器30通过管路系统连接，可实现电池内部自循环热平衡、电池降温、热泵加热保温、高压水暖PTC25加热保温、电机余热为电池加热保温等电池热管理功能。

所述电驱热管理系统包含第一水泵10、第一温度传感器11、第一三通阀9、低温散热器3、第二三通阀通过管路系统连接，并通过第三三通阀及第四三通阀与电池冷却回路相连，电驱系统可实现通过低温散热器3散热、可通过电池包27散热、可通过热泵系统散热等功能。所述电驱热管理系统还包含电子风扇4，装配在低温散热器3背风面，低温散热器3装配在电子风扇4与外置冷凝器之间。所述电池热管理回路与电驱热管理回路，通过第四三通阀24和第二三通阀14连接在一起，可独立循环，也可以交叉循环实现上述热管理系统功能。所述电池热管理回路与电驱热管理回路中使用的三通阀可根据需求设计为组合多通路阀组，也可实现上述热管理功能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电动车热管理系统，其特征在于：包括热泵空调系统回路、电池热管理回路及电驱系统散热回路；所述热泵空调系统回路沿冷媒流动方向依次包括电动压缩机、四通阀、外置换热器、储液罐、HVAC总成、气液分离器，以及与HVAC总成并联布置的电池冷却器；所述气液分离器与四通阀及电动压缩机分别连通；

所述电池热管理回路连接在电池冷却器上并与电驱系统散热回路相连通。

2.根据权利要求1所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述电池热管理回路通过第三三通阀及第四三通阀分别连接电池冷却器及电驱系统散热回路；所述电池热管理回路依次包括高压水暖PTC、第二水泵、电池包。

3.根据权利要求2所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述电池包通过第三三通阀回连至高压水暖PTC。

4.根据权利要求1-3任一项中所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述电驱系统散热回路依次包括PDU、第一水泵、低温散热器，所述低温散热器通过第二三通阀回连至PDU。

5.根据权利要求4所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述电驱系统散热回路还包括电子风扇，装配在低温散热器背风面；所述低温散热器装配在电子风扇和外置冷凝器之间。

6.根据权利要求1所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：储液罐通过单向截止阀连接至HVAC及电池冷却器，该单向截止阀与HVAC总成之间设有第一双向全通电子阀、与电池冷却器之间设有第二双向全通电子阀。

7.根据权利要求1所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述电池冷却器通过并联布置的第一截止阀与第二截止阀分别连通至四通阀。

8.根据权利要求1所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述HVAC总成包括风机、换热器、高压风暖PTC。

9.根据权利要求1所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述HVAC总成通过第四截止阀回连至外置换热器。

10.根据权利要求4所述的一种电动车热管理系统，其特征在于：所述低温散热器与第一水泵之间设有第一三通阀，第一三通阀连通至低温散热器与第二三通阀之间。

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