CN113602055A - 新能源电动汽车热管理系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动汽车热管理系统，包括热泵空调系统、电机冷却回路和水电加热回路，所述热泵空调系统通过第二换热器与水电加热回路换热，所述水电加热回路与乘员舱通过暖风芯体换热，所述电机冷却回路并联在第二换热器的两端与水电加热回路并联。本发明还提供一种新能源电动汽车热管理系统的控制方法，包括第一低温制热模式、第二低温制热模式、第三低温制热模式和高温制冷模式。本发明针对不同低温提供多种制热模式，利用回收的电机冷却水余热提高系统热效率，保证极寒天气下的制热效果。

Description

新能源电动汽车热管理系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车热管理技术领域，具体地指一种新能源电动汽车热管理系统及控制方法。
背景技术
在由于世界和各国政府对大气污染控制和全球变暖的挑战，目前生产的燃油版汽车的大背景下，开始逐步兴起了混合动力汽车、电动汽车和燃料电池汽车的生产制造。然而，由于电池的储能技术的瓶颈；在一定的规格的电池下，为保证足够大续航里程，就要求空调系统在耗能低的条件下，也能满足客户的舒适性的需求。
中国专利CN201010246505.8公开了一种电动汽车空调系统，包括电源、车辆管理系统、空调控制器，冷循环系统、热循环系统、电动压缩机控制器和燃油加热器控制器，其中所述冷循环系统有电动压缩机、冷凝器、热力膨胀阀和蒸发器芯连接组成，所述的热循环系统是由燃油加热器、水泵、膨胀水箱和加热器连接组成。虽然满足了空调制冷和制热的舒适性需求，但制热系统中还是使用了燃油作为加热的能源，并没有很好地解决新能源车的设计的初衷，节能减排，保护环境。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种新能源电动汽车热管理系统及控制方法，提供多种不同制热模式以及提高系统热效率，实现节能。
为实现上述目的，本发明提供一种新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：包括热泵空调系统、电机冷却回路和水电加热回路，所述热泵空调系统通过第二换热器与水电加热回路换热，所述水电加热回路与乘员舱通过暖风芯体换热，所述电机冷却回路并联在第二换热器的两端与水电加热回路并联。
进一步地，所述热泵空调系统包括依次串联的电动压缩机、第二换热器、第一旁通阀、第二电子膨胀阀、第一三通阀和储液瓶。
进一步地，所述第一旁通阀两端并联有第一电子膨胀阀和蒸发器，所述第二电子膨胀阀两端并联有第二旁通阀，所述第一换热器两端并联有旁通管。
进一步地，所述水电加热回路包括串联的第三三通阀、第一水泵、单向阀、暖风芯体、第一水温传感器、水PTC、第二换热器和第二三通阀，所述暖风芯体的空气换热管道还串联有空气PTC和鼓风机。
进一步地，所述电机冷却回路包括依次连接的第四三通阀、第二水温传感器、电机总成、第五三通阀、第三换热器、和第二水泵，所述第四三通阀还与第二三通阀连接，所述第五三通阀还与第三三通阀连接。
本发明还提供一种基于上述所述的新能源电动汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：包括第一低温制热模式，当环境温度小于第一低温且大于第二低温时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵、鼓风机、水PTC、第二三通阀和第三三通阀的三个接口，控制空气PTC、第四三通阀靠第三换热器一端的接口和第五三通阀靠第二水泵一端的接口关闭。
进一步地，还包括第二低温制热模式，当环境温度小于第二低温且大于第三低温时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵、鼓风机和水PTC，控制空气PTC、第二三通阀靠第四三通阀一端的接口和第三三通阀靠第五三通阀一端的接口关闭。
进一步地，还包括第三低温制热模式，当环境温度小于第三低温时，开启第一水泵、空气PTC、鼓风机和水PTC，控制热泵空调系统、第二三通阀靠第四三通阀一端的接口和第三三通阀靠第五三通阀一端的接口关闭。
进一步地，还包括高温制冷模式，当环境温度大于第一高温或驾乘人员主动选择制冷时，控制热泵空调系统处于制冷模式，控制第二三通阀和第三三通阀，关闭水电加热回路，控制第四三通阀和第五三通阀使第二换热器与第三换热器和第二水泵串联。
进一步地，在高温制冷模式中，当电机冷却水温超过电机预设温度时，还开启第四三通阀靠第二水温传感器一端的接口和第五三通阀靠电机总成一端的接口。
本发明的有益效果：
1、针对不同低温提供多种制热模式。本发明针对在低温下不同的环境温度范围提供多种制热模式，热泵空调系统、水PTC加热器和空气PTC加热器的制热速度和制热量依次增大，而当环境温度低于第二低温时，电机冷却水无法提供额外的余热，在环境温度低于第三低温时，热泵空调系统制热效果不好。因此在第一低温模式下可开启热泵空调系统、电机冷却水回路和水电加热回路；在第二低温模式下由于电机冷却水回路无法提供余热只能开启热泵空调系统和水电加热回路，在第三低温模式下则由水电加热回路和空气PTC实现制热。
2、余热回收提高系统热效率。本发明在环境温度位于第一低温和第二低温之间时，电机冷却水可以提供多余热量，回收之后用于乘员舱制热，提高了整个系统的热效率。
3、保证极寒天气下的制热效果。将空气PTC布置在暖风芯体的空气换热管道上，在极寒天气下由于热泵空调系统制热效果不佳，可以通过开启空气PTC实现快速制热。
附图说明
图1为本发明的热管理系统结构示意图。
图中各部件标号如下：旁通管1、第一换热器2、第一三通阀3、第一散热风扇4、储液瓶5、第二旁通阀6、第二电子膨胀阀7、压力传感器8、第二换热器9、电动压缩机10、第一旁通阀13、第一电子膨胀阀14、蒸发器15、第二三通阀16、第三三通阀17、第一水泵18、单向阀19、暖风芯体20、空气PTC、鼓风机22、第一水温传感器23、水PTC24、第四三通阀25、第二水温传感器26、电机总成27、第五三通阀28、第三换热器29、第二散热风扇30、第二水泵31。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明，便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1所示，一种新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：包括热泵空调系统、电机冷却回路和水电加热回路，热泵空调系统通过第二换热器9与水电加热回路换热，水电加热回路与乘员舱通过暖风芯体20换热，电机冷却回路并联在第二换热器9的两端与水电加热回路并联。
热泵空调系统包括依次串联的电动压缩机10、第二换热器9、第一旁通阀13、第二电子膨胀阀7、第一三通阀3、储液瓶5和压力传感器8。这样，第一旁通阀13两端并联有第一电子膨胀阀14和蒸发器15，第二电子膨胀阀7两端并联有第二旁通阀6，第一换热器2两端并联有旁通管1。
当开启电动压缩机10、第一旁通阀13和第二电子膨胀阀7，关闭第一电子膨胀阀14、第二旁通阀6和第一旁通管1时，热泵空调系统处于制热模式；当开启电动压缩机10、第一电子膨胀阀14、第二旁通阀6和第一旁通管1，关闭第一旁通阀13和第二电子膨胀阀7时，热泵空调系统处于制冷模式。
水电加热回路包括串联的第三三通阀17、第一水泵18、单向阀19、暖风芯体20、第一水温传感器23、水PTC24、第二换热器9和第二三通阀16，暖风芯体20的空气换热管道还串联有空气PCT21和鼓风机22。
电机冷却回路包括依次连接的第四三通阀25、第二水温传感器26、电机总成27、第五三通阀28、第三换热器29、和第二水泵31，第四三通阀25还与第二三通阀16连接，第五三通阀28还与第三三通阀连接17。
上述新能源电动汽车热管理系统的控制如下：
第一低温制热模式，当环境温度小于8℃且大于0℃时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵18、鼓风机22、水PTC24、第二三通阀16和第三三通阀17的三个接口，控制空气PTC21、第四三通阀25靠第三换热器29一端的接口和第五三通阀28靠第二水泵31一端的接口关闭。
在环境温度位于8℃和0℃之间时，电机冷却水可以提供多余热量，回收之后用于乘员舱制热，提高了整个系统的热效率。
在第一低温制热模式的控制基础上，当环境温度高于8℃且乘员舱有制热需求时，此时控制热泵空调系统处于制热模式，控制第二三通阀16和第三三通阀17关闭水电加热回路。此时只需要热泵空调系统和电机冷却水余热即可满足制热需求。
第二低温制热模式，当环境温度小于0℃且大于-18℃时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵18、鼓风机22和水PTC24，控制空气PTC21、第二三通阀16靠第四三通阀25一端的接口和第三三通阀17靠第五三通阀28一端的接口关闭。此时，电机冷却水无法提供额外的余热，本模式下优先通过热泵空调系统制热，当热泵空调系统制热量不足时才开启水电加热回路。
第三低温制热模式，当环境温度小于-18℃时，开启第一水泵18、空气PTC21、鼓风机22和水PTC24，控制热泵空调系统、第二三通阀16靠第四三通阀25一端的接口和第三三通阀17靠第五三通阀28一端的接口关闭。将空气PTC布置在暖风芯体的空气换热管道上，在极寒天气下由于热泵空调系统制热效果不佳，因此需要关闭热泵空调系统，开启空气PTC实现快速制热。
高温制冷模式：当环境温度高于30度或者驾乘人员主动选择制冷时，控制热泵空调系统处于制冷模式，控制第二三通阀16和第三三通阀17关闭水电加热回路，控制第四三通阀25和第五三通阀28使第二换热器9与第三换热器29和第二水泵31串联。
在高温制冷模式中，当电机冷却水温超过电机预设温度时，还开启第四三通阀25靠第二水温传感器26一端的接口和第五三通阀28靠电机总成27一端的接口。这样，热泵关空调系统的热量和电机总成的热量均在第三换热器处通过风冷进行散热，减少风扇的数量，提高了整个热管理系统结构布置的紧凑性。

Claims (8)

1.一种新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：包括热泵空调系统、电机冷却回路和水电加热回路，所述热泵空调系统通过第二换热器(9)与水电加热回路换热，所述水电加热回路与乘员舱通过暖风芯体(20)换热，所述电机冷却回路并联在第二换热器(9)的两端与水电加热回路并联。
2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：所述热泵空调系统包括依次串联的电动压缩机(10)、第二换热器(9)、第一旁通阀(13)、第二电子膨胀阀(7)、第一三通阀(3)和储液瓶(5)。
3.根据权利要求2所述的新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：所述第一旁通阀(13)两端并联有第一电子膨胀阀(14)和蒸发器(15)，所述第二电子膨胀阀(7)两端并联有第二旁通阀(6)，所述第一换热器(2)两端并联有旁通管(1)。
4.根据权利要求3所述的新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：所述水电加热回路包括串联的第三三通阀(17)、第一水泵(18)、单向阀(19)、暖风芯体(20)、第一水温传感器(23)、水PTC(24)、第二换热器(9)和第二三通阀(16)，所述暖风芯体(20)的空气换热管道还串联有空气PCT(21)和鼓风机(22)。
5.根据权利要求4所述的新能源电动汽车热管理系统，其特征在于：所述电机冷却回路包括依次连接的第四三通阀(25)、第二水温传感器(26)、电机总成(27)、第五三通阀(28)、第三换热器(29)、和第二水泵(31)，所述第四三通阀(25)还与第二三通阀(16)连接，所述第五三通阀(28)还与第三三通阀连接(17)。
6.一种基于权利要求5所述的新能源电动汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：包括第一低温制热模式，当环境温度小于第一低温且大于第二低温时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵(18)、鼓风机(22)、水PTC(24)、第二三通阀(16)和第三三通阀(17)的三个接口，控制空气PTC(21)、第四三通阀(25)靠第三换热器(29)一端的接口和第五三通阀(28)靠第二水泵(31)一端的接口关闭。
7.根据权利要求6所述的新能源电动汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：还包括第二低温制热模式，当环境温度小于第二低温且大于第三低温时，控制热泵空调系统处于制热模式，开启第一水泵(18)、鼓风机(22)和水PTC(24)，控制空气PTC(21)、第二三通阀(16)靠第四三通阀(25)一端的接口和第三三通阀(17)靠第五三通阀(28)一端的接口关闭。
8.根据权利要求6所述的新能源电动汽车热管理系统的控制方法，其特征在于：还包括第三低温制热模式，当环境温度小于第三低温时，开启第一水泵(18)、空气PTC(21)、鼓风机(22)和水PTC(24)，控制热泵空调系统、第二三通阀(16)靠第四三通阀(25)一端的接口和第三三通阀(17)靠第五三通阀(28)一端的接口关闭。
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