CN113733848B - 一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效一体化水冷混合动力汽车热管理系统，该系统包括高温水散热系统、低温水散热系统、空调系统、电池热管理系统；高温水散热系统包括高温散热器、发动机、风扇、水加热器、第一电子水泵、第一三通电磁阀、板式换热器，低温水散热系统包括低温散热器、第二电子水泵、第二三通电磁阀、电机组件、水冷冷凝器、水冷中冷器，空调系统包括电动压缩机、热力膨胀阀、蒸发器、电子膨胀阀、电池冷却器，电池热管理系统包括动力电池、第三电子水泵。本发明实现了四个系统能够相互耦合换热，充分利用系统能量，最大范围的降低能耗。且整个热管理系统只通过发动机前端高温、低温散热器与环境进行散热，便于系统的集成及前端模块的布置。

Description

一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统

技术领域

本申请涉及新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统。

背景技术

混合动力汽车（Hybrid Vehicle）是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，其是新能源汽车的一个重要分支，它在使用便捷性与节能性、成本等等因素之间达到一种平衡。为了应对用户的需求，混合动力汽车在市场上越来越普遍。混合动力汽车包含发动机、电机两套动力系统，随着动力模式的不同，从而体现出纯电、混动、燃油三种不同的行驶模式。

由于混合动力汽车的动力系统较传统燃油车增大，其热管理系统的复杂性也将加大，动力电池、电机及高压附件等等都需要单独设计热管理系统来保证正常运行，这样一来，布置在前保格栅处的换热器数量就可能成倍增多（由传统车的2-3个，增加到4-5个），给前端模块布置提出了较高的要求。同时，热管理系统复杂性增加，系统内的水泵、压缩机、风扇等等的能耗也会加大，这些部件能耗的增加会降低动力电池的实际续航。基于上述原因，目前对于混合动力汽车来说，设计合理的热管理系统是一个较大较难的课题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提出一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统。

第一方面，本申请实施例提出了一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统，所述系统包括：

高温水散热系统、低温水散热系统、空调系统、电池热管理系统；

所述高温水散热系统包括高温散热器、发动机、风扇、水加热器、第一电子水泵、第一三通电磁阀、板式换热器，所述高温散热器与所述发动机形成闭环连接，所述发动机还通过第一电子水泵与所述水加热器连接，所述水加热器还通过所述第一三通电磁阀与所述板式换热器的板换热水侧的一端连接，所述板换热水侧的另一端通过第一电磁阀与所述发动机连接，所述板换热水侧的另一端还通过单向阀与所述第一电子水泵连接；

所述低温水散热系统包括低温散热器、第二电子水泵、第二三通电磁阀、电机组件、水冷冷凝器、水冷中冷器，所述低温散热器一端通过所述第二电子水泵与所述第二三通电磁阀连接，所述第二三通电磁阀另一端与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器水侧连接，所述水冷冷凝器水侧的另一端通过所述水冷中冷器与所述低温散热器连接，所述第二三通电磁阀未与所述第二电子水泵、水冷冷凝器水侧连接的一端通过电机组件与所述水冷冷凝器水侧连接所述水冷中冷器的一端连接；

所述空调系统包括电动压缩机、热力膨胀阀、蒸发器、电子膨胀阀、电池冷却器，所述蒸发器一端与所述热力膨胀阀连接，所述热力膨胀阀另一端通过第二电磁阀与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器冷媒连接，所述水冷冷凝器冷媒的另一端通过所述电动压缩机与所述蒸发器的另一端连接，所述水冷冷凝器冷媒还通过第三电磁阀与电子膨胀阀连接，所述电子膨胀阀的另一端通过所述电池冷却器的冷却器冷媒与所述蒸发器连接；

所述电池热管理系统包括动力电池、第三电子水泵，所述动力电池通过所述电池冷却器的冷却器水侧与所述板式换热器的板换冷水侧连接，所述板换冷水侧另一端通过所述第三电子水泵与所述动力电池的另一端连接。

优选的，所述发动机连接有节温器，所述节温器与所述高温散热器一端连接；所述发动机还连接有水泵，所述水泵与所述高温散热器另一端连接，且所述水泵还与所述第一电磁阀连接。

优选的，所述第一三通电磁阀未与所述水加热器、板换热水侧连接的一端连接有暖风芯体，所述暖风芯体的另一端与所述板换热水侧连接所述第一电磁阀的一端连接，所述暖风芯体旁设有鼓风机，所述鼓风机用以将所述暖风芯体的热量吹至所述蒸发器。

优选的，所述电机组件包括依次串联的充电机、P3电机控制器、P3电机、P4电机控制器、P4电机。

优选的，所述高温散热器设置于所述低温散热器一旁，且所述高温散热器一旁还设置有风扇，所述风扇用于将所述高温散热器和低温散热器散发的热量吹走。

优选的，所述高温水散热系统与所述电池热管理系统之间通过所述板换热水侧与板换冷水侧互耦。

优选的，所述低温水散热系统与所述空调系统之间通过所述水冷冷凝器冷媒与水冷冷凝器水侧互耦。

优选的，所述空调系统与所述电池热管理系统之间通过所述冷却器水侧与冷却器冷媒互耦。

本发明的有益效果为：1、四个系统能够相互耦合换热，充分利用系统能量，在满足各个零部件工作温度需求的情况下最大范围的降低能耗。

2、整个热管理系统只通过发动机前端高温、低温散热器与环境进行散热、大大减少系统的复杂的程度，同时便于系统的集成及前端模块的布置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统的原理举例示意图；

图2为本申请实施例提供的高温水系统的原理举例示意图；

图3为本申请实施例提供的低温水系统的原理举例示意图；

图4为本申请实施例提供的空调系统的原理举例示意图；

图5为本申请实施例提供的电池热管理系统的原理举例示意图；

图6为本申请实施例提供的燃油或混合动力模式下乘员舱采暖及电池芯体加热的原理举例示意图；

图7为本申请实施例提供的电动模式下乘员舱采暖及电池芯体加热的原理举例示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1是本申请实施例提供的一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统的原理举例示意图。在本申请实施例中，所述系统包括：

高温水散热系统、低温水散热系统、空调系统、电池热管理系统；

所述高温水散热系统包括高温散热器、发动机、风扇、水加热器、第一电子水泵、第一三通电磁阀、板式换热器，所述高温散热器与所述发动机形成闭环连接，所述发动机还通过第一电子水泵与所述水加热器连接，所述水加热器还通过所述第一三通电磁阀与所述板式换热器的板换热水侧的一端连接，所述板换热水侧的另一端通过第一电磁阀与所述发动机连接，所述板换热水侧的另一端还通过单向阀与所述第一电子水泵连接；

所述低温水散热系统包括低温散热器、第二电子水泵、第二三通电磁阀、电机组件、水冷冷凝器、水冷中冷器，所述低温散热器一端通过所述第二电子水泵与所述第二三通电磁阀连接，所述第二三通电磁阀另一端与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器水侧连接，所述水冷冷凝器水侧的另一端通过所述水冷中冷器与所述低温散热器连接，所述第二三通电磁阀未与所述第二电子水泵、水冷冷凝器水侧连接的一端通过电机组件与所述水冷冷凝器水侧连接所述水冷中冷器的一端连接；

所述空调系统包括电动压缩机、热力膨胀阀、蒸发器、电子膨胀阀、电池冷却器，所述蒸发器一端与所述热力膨胀阀连接，所述热力膨胀阀另一端通过第二电磁阀与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器冷媒连接，所述水冷冷凝器冷媒的另一端通过所述电动压缩机与所述蒸发器的另一端连接，所述水冷冷凝器冷媒还通过第三电磁阀与电子膨胀阀连接，所述电子膨胀阀的另一端通过所述电池冷却器的冷却器冷媒与所述蒸发器连接；

所述电池热管理系统包括动力电池、第三电子水泵，所述动力电池通过所述电池冷却器的冷却器水侧与所述板式换热器的板换冷水侧连接，所述板换冷水侧另一端通过所述第三电子水泵与所述动力电池的另一端连接。

在本申请实施例中，高温水散热系统是用于满足发动机散热、乘员舱采暖及电池芯体加热等需求，低温水散热系统是用于满足中冷器、电机、控制器、充电机等散热需求，空调系统是用于满足乘员舱内降温等需求，电池热管理系统是用于电池芯体的加热及冷却。

在一种可实施方式中，所述发动机连接有节温器，所述节温器与所述高温散热器一端连接；所述发动机还连接有水泵，所述水泵与所述高温散热器另一端连接，且所述水泵还与所述第一电磁阀连接。

具体的，如图2所示，发动机旁连接有节温器和水泵，节温器是控制冷却液流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着热胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。通过节温器与水泵（此处的水泵可以是机械水泵）的作用，将发动机中的热量通过节温器输送至高温散热器，再将高温散热器中冷却后的气流输送回发动机内，实现闭环散热。此外，板式换热器能够将高温水系统中高温水循环的热量与电池热管理系统中电池水循环的进行换热。而第一电磁阀即电磁阀1和单向阀的设置，能够控制板换热水侧处经过的高温水路是否通过发动机，进而控制不同模式下的高温水路的联通方式。此外，水加热器即PTC与第一电子水泵（即电子水泵1）的配合，保证了高温水系统中的高温水路循环，通过高温水路的温度实现了电动模式下的乘员舱制热。

在一种可实施方式中，所述第一三通电磁阀未与所述水加热器、板换热水侧连接的一端连接有暖风芯体，所述暖风芯体的另一端与所述板换热水侧连接所述第一电磁阀的一端连接，所述暖风芯体旁设有鼓风机，所述鼓风机用以将所述暖风芯体的热量吹至所述蒸发器。

在本申请实施例中，第一三通电磁阀（即三通电磁阀1）的另一通路与暖风芯体所连接，通过水加热器提供的高温水路循环，能够在对乘员舱制热的同时，通过鼓风机对暖风芯体产生热量的鼓风作用，实现对电池芯体的加热需求。

在一种可实施方式中，所述电机组件包括依次串联的充电机、P3电机控制器、P3电机、P4电机控制器、P4电机。

在本申请实施例中，如图3所示，低温水系统中采用水冷中冷器，能够一方面降低汽车进气系统阻力，辅助提高进气量，另一方面其优秀的进气温度控制也有利于降低发动机冷启动油耗，还利于排放性能的提升。此外，水冷冷凝器能够通过水冷冷凝器冷媒与水冷冷凝器水侧的耦合热交换，将空调系统中的热量交换至低温水系统，再通过第二电子水泵（即电子水泵2）与水冷中冷器的抽吸作用，将交换至低温水系统中的热量传输至低温散热器进行散热，减少了制冷管路，同时水系统较大的热惯性，能够使得水冷冷凝器对于城市工况下具有更好的稳定性，有利于降低汽车电动压缩机的排气压力，提高电动压缩机COP值，即机组制冷量与机组能耗（包括燃料释放出的能量和电能）之比，从而降低压缩机能耗。此外，低温水系统还承担着大量系统部件的散热需求，如充电机、电机、控制器等，对其流量及低温散热器性能提出较高的要求，在本实施例中电机组件依次串联有充电机、P3电机控制器、P3电机、P4电机控制器、P4电机。其中P3电机指电机置于变速器输出轴。可以实现纯电驱动，减少动力通过变速器带来的损失，也可电机助力驱动，也可实现与发动机直连，可实现停车发电。P4电机指电机与发动机不驱动同一轴。通过本申请的连接方式，前端模块只有低温散热器和高温散热器两个散热器，布置空间较大，可以保证低温散热器的设计尺寸要求。

在一种可实施方式中，所述高温散热器设置于所述低温散热器一旁，且所述高温散热器一旁还设置有风扇，所述风扇用于将所述高温散热器和低温散热器散发的热量吹走。

在本申请实施例中，将高温散热器和低温散热器设置在一起后，通过风扇便能够同时将二者散发的热量吹走，保证此处的局部温度不会过高。

在一种可实施方式中，所述高温水散热系统与所述电池热管理系统之间通过所述板换热水侧与板换冷水侧互耦。

在一种可实施方式中，所述低温水散热系统与所述空调系统之间通过所述水冷冷凝器冷媒与水冷冷凝器水侧互耦。

在一种可实施方式中，所述空调系统与所述电池热管理系统之间通过所述冷却器水侧与冷却器冷媒互耦。

在本申请实施例中，四个系统能够通过电池冷却器、水冷冷凝器、板式换热器实现互相耦合换热，充分利用系统能量，在满足各个零部件工作温度需求的情况下最大范围的降低能耗，同时整个热管理系统只通过发动机前端高温、低温散热器与环境进行散热、大大减少系统的复杂的程度、便于系统的集成及前端模块的布置。

具体的，参见图4，对于空调系统而言，暖风芯体产生的热量还可以被鼓风机吹至蒸发器处。当第二电磁阀（即电磁阀2）连通时，水冷冷凝器冷媒、电动压缩机、蒸发器、热力膨胀阀（即TXV）形成闭环，满足正常空调制冷结构，以此满足乘员舱制冷除湿需求。此外，上述闭环连接结构中还并联有电池冷却器，当第三电磁阀（即电磁阀3）连通时，电子膨胀阀（即EXV）与电池冷却器的冷却器冷媒（即Chiller冷媒）配合工作，实现低温制冷剂与电池水路的换热，满足电池对于冷量的需求，保证电池芯体在适合的工作温度下安全的运行。因为电池作为电动车的动力部件，其安全运行是必须保证的，在电池降温需求和乘员舱降温需求发生冲突时，将通过对第二电磁阀和第三电磁阀的闭合开启控制来优先保证电池需求。

具体的，参见图5，对于电池热管理系统而言，电池热管理系统由板换冷水侧、冷却器水侧（即Chiller水侧）、动力电池、第三电子水泵（即电子水泵3）所形成的闭环构成，由第三电子水泵来控制整个电池热管理系统的水路循环。为了电池芯体在最佳工作温度下工作，板式换热器通过高温水循环在低温工况下为电池提供热量，电池冷却器通过空调系统制冷剂回路在高温工况下为电池提供制冷。

示例性的，以实际情况下本申请系统的工作原理进行举例说明，如图6所示，在燃油或混合动力模式下，若要对乘员舱采暖以及对电池芯体加热，由于这些模式下需要发动机运行，将控制连通第一电磁阀而不连通单向阀，即可使高温水路经水泵抽至经过发动机实现水路循环。而在电动模式下，如图7所示，由于电动模式下的制热不需要发动机配合，通过导通单向阀并且断开第一电磁阀，便能使得板换热水侧出来的高温水路直接经第一电子水泵进入水加热器来实现循环制热。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种一体化水冷混合动力汽车热管理系统，其特征在于，所述系统包括：

高温水散热系统、低温水散热系统、空调系统、电池热管理系统；

所述高温水散热系统包括高温散热器、发动机、风扇、水加热器、第一电子水泵、第一三通电磁阀、板式换热器，所述高温散热器与所述发动机形成闭环连接，所述发动机还通过第一电子水泵与所述水加热器连接，所述水加热器还通过所述第一三通电磁阀与所述板式换热器的板换热水侧的一端连接，所述板换热水侧的另一端通过第一电磁阀与所述发动机连接，所述板换热水侧的另一端还通过单向阀与所述第一电子水泵连接；

所述低温水散热系统包括低温散热器、第二电子水泵、第二三通电磁阀、电机组件、水冷冷凝器、水冷中冷器，所述低温散热器一端通过所述第二电子水泵与所述第二三通电磁阀连接，所述第二三通电磁阀另一端与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器水侧连接，所述水冷冷凝器水侧的另一端通过所述水冷中冷器与所述低温散热器连接，所述第二三通电磁阀未与所述第二电子水泵、水冷冷凝器水侧连接的一端通过电机组件与所述水冷冷凝器水侧连接所述水冷中冷器的一端连接；

所述空调系统包括电动压缩机、热力膨胀阀、蒸发器、电子膨胀阀、电池冷却器，所述蒸发器一端与所述热力膨胀阀连接，所述热力膨胀阀另一端通过第二电磁阀与所述水冷冷凝器的水冷冷凝器冷媒连接，所述水冷冷凝器冷媒的另一端通过所述电动压缩机与所述蒸发器的另一端连接，所述水冷冷凝器冷媒还通过第三电磁阀与电子膨胀阀连接，所述电子膨胀阀的另一端通过所述电池冷却器的冷却器冷媒与所述蒸发器连接；

所述电池热管理系统包括动力电池、第三电子水泵，所述动力电池通过所述电池冷却器的冷却器水侧与所述板式换热器的板换冷水侧连接，所述板换冷水侧另一端通过所述第三电子水泵与所述动力电池的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发动机连接有节温器，所述节温器与所述高温散热器一端连接；所述发动机还连接有水泵，所述水泵与所述高温散热器另一端连接，且所述水泵还与所述第一电磁阀连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一三通电磁阀未与所述水加热器、板换热水侧连接的一端连接有暖风芯体，所述暖风芯体的另一端与所述板换热水侧连接所述第一电磁阀的一端连接，所述暖风芯体旁设有鼓风机，所述鼓风机用以将所述暖风芯体的热量吹至所述蒸发器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机组件包括依次串联的充电机、P3电机控制器、P3电机、P4电机控制器、P4电机。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高温散热器设置于所述低温散热器一旁，且所述高温散热器一旁还设置有风扇，所述风扇用于将所述高温散热器和低温散热器散发的热量吹走。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高温水散热系统与所述电池热管理系统之间通过所述板换热水侧与板换冷水侧互耦。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温水散热系统与所述空调系统之间通过所述水冷冷凝器冷媒与水冷冷凝器水侧互耦。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空调系统与所述电池热管理系统之间通过所述冷却器水侧与冷却器冷媒互耦。

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