CN114379313B - 用于车辆的整体热管理热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的热管理热泵系统和方法包括：包括制冷剂回路的驾驶室热管理回路，包括冷却剂回路的能量储存系统热管理回路；包括所述冷却剂回路的电力电子器件热管理回路；热交换器，所述热交换器响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者选择性地联接制冷剂回路和冷却剂回路；以及多端口阀组件，所述多端口阀组件响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者选择性地联接能量储存系统热管理回路和电力电子器件热管理回路。

Description

用于车辆的整体热管理热泵系统

技术领域

本公开大体上涉及汽车领域。更具体地，本公开涉及一种用于诸如电动车辆(EV)的车辆的整体热管理热泵系统。

背景技术

在直接和间接立法的推动下，未来的汽车领域将要求电气化实现合规性。随着EV市场的迅速普及，持续改进热泵技术以实现更高的效率、更高的容量和更低的成本，始终致力于满足不断增长的电气化需求。

本背景仅作为说明性环境背景提供，并且不应被解释为以任何方式进行限制。本公开的原理可以同等地应用于其它环境背景中。

发明内容

本公开涉及一种热泵系统，其提供EV中的整体热管理，具有集成制冷剂回路和冷却剂回路并实现能够处理各种操作条件的高效综合模式的简化架构。本公开的热管理热泵系统选择性地集成EV的驾驶室热管理回路、能量储存系统(ESS)(即，电池)热管理回路和电力电子器件热管理回路，通过潜在地消除高压加热器而具有成本效益，并且通过稳健、全面的操作模式在广泛的环境条件下是能量高效的。热管理热泵系统利用制冷剂侧上的一个或多个膨胀阀(EXV)、一个或多个关闭阀(SOV)和一个或多个单向止回阀(CV)的有利配置，利用用以集成冷却剂侧上的ESS和电力电子器件热管理回路的多端口阀组件，以及利用经由制冷剂与冷却剂热交换器(例如，冷却器)在制冷剂回路与冷却剂回路之间的热连通。

在一个说明性实施例中，热管理热泵系统包括：包括制冷剂回路的驾驶室热管理回路；包括冷却剂回路的能量储存系统热管理回路；包括所述冷却剂回路的电力电子器件热管理回路；以及第一热交换器，所述第一热交换器响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者，选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路。

在另一说明性实施例中，热管理热泵系统还包括多端口阀组件，所述多端口阀组件响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者选择性地联接能量储存系统热管理回路和电力电子器件热管理回路。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述驾驶室热管理回路包括：用于压缩制冷剂的压缩机；第二热交换器，其接收从所述压缩机的出口端口排出的制冷剂；第一膨胀阀，其根据操作模式接收离开所述第二热交换器的制冷剂的第一部分；第一关闭阀，其根据操作模式接收离开所述第二热交换器的制冷剂的第二部分；和第三热交换器，其根据操作模式接收离开所述第一膨胀阀的制冷剂。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述驾驶室热管理回路还包括蓄能器，所述蓄能器根据操作模式接收离开所述第一热交换器的制冷剂和经由第二关闭阀离开所述第三热交换器的制冷剂中的至少一者。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述第一热交换器根据操作模式接收经由第一止回阀和第二膨胀阀离开所述第三热交换器的制冷剂的第一部分以及经由所述第二膨胀阀离开所述第一关闭阀的制冷剂的第一部分中的至少一者。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述驾驶室热管理回路还包括第四热交换器，所述第四热交换器根据操作模式接收经由所述第一止回阀和第三膨胀阀离开所述第三热交换器的制冷剂的第二部分以及经由所述第三膨胀阀离开所述第一关闭阀的制冷剂的第二部分中的一者或两者，并且将出口制冷剂引导到所述蓄能器。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述驾驶室热管理回路还包括第二止回阀，所述第二止回阀防止制冷剂流回到所述第四热交换器。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述能量储存系统热管理回路包括至少能量储存系统和所述第一热交换器。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述电力电子器件热管理回路包括至少电力电子器件和适于影响所述车辆的电力电子器件的温度的第五热交换器。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在冷却操作模式中，所述第三热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并用作冷凝器以将热量排出到外部流体。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第一加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第二加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，并且所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第三加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第一除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的高温制冷剂并用作冷凝器以将热量排出到所述外部流体。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第二除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，在第三除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器被绕过。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述多端口阀组件可操作以在以下各项中的一者中选择性地操作所述热管理热泵系统：所述能量储存系统热管理回路与所述电力电子器件热管理回路隔离的隔离模式；以及所述能量储存系统热管理回路与所述电力电子器件热管理回路互连的互连模式。

在热管理热泵系统的又一说明性实施例中，所述多端口阀组件是四端口阀。

在另一说明性实施例中，所述热管理热泵方法包括：给定包括制冷剂回路的驾驶室热管理回路、包括冷却剂回路的能量储存系统热管理回路，以及包括所述冷却剂回路的电力电子器件热管理回路，响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者使用第一热交换器选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路，并且响应于所述车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者使用多端口阀组件选择性地联接所述能量储存系统热管理回路和所述电力电子器件热管理回路。

在又一说明性实施例中，一种存储在存储器中并由处理器执行以执行热管理热泵方法步骤的非暂时性计算机可读介质包括：给定包括制冷剂回路的驾驶室热管理回路、包括冷却剂回路的能量储存系统热管理回路，以及包括所述冷却剂回路的电力电子器件热管理回路，响应于车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者使用第一热交换器选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路，并且响应于所述车辆的感测的和命令的操作状态中的一者或多者使用多端口阀组件联接所述能量储存系统热管理回路和所述电力电子器件热管理回路。

在以下描述中，示出并描述了热管理热泵系统和相关方法的实施例。应认识到，所述系统和方法能够有其它不同实施例，并且其若干细节能够在不脱离本公开所阐述和描述的热管理热泵系统和方法的情况下在所有各种显而易见的方面进行修改。因此，附图和描述在本质上应被视为是说明性的且不是限制性的。

附图说明

本文中参考各种附图来说明和描述本公开，其中适当地使用相同的附图标记来表示类似的系统部件/方法步骤，并且其中：

图1为本公开的热管理热泵系统的一个说明性实施例的示意图；

图2为本公开的电力电子器件的两个说明性实施例的示意图；

图3为示出了本公开的热管理热泵系统利用的制冷剂(即，蒸汽压缩)循环的基本原理的示意性和相关联的压力-焓图；

图4为本公开的热管理热泵系统利用的传感器系统的一个说明性实施例的示意图；

图5为本公开的热管理热泵系统利用的电子控制单元(ECU)的一个说明性实施例的示意图；

图6为本公开的热管理热泵系统利用的冷却模式的一个说明性实施例的示意图；

图7为利用本公开的热管理热泵系统利用的空气源的第一加热模式的一个说明性实施例的示意图；

图8为利用本公开的热管理热泵系统利用的冷却剂源的第二加热模式的一个说明性实施例的示意图；

图9为利用本公开的热管理热泵系统利用的空气源和冷却剂源的第三加热模式的一个说明性实施例的示意图；

图10为本公开的热管理热泵系统利用的第一除湿模式的一个说明性实施例的示意图；

图11为本公开的热管理热泵系统利用的第二除湿模式的一个说明性实施例的示意图；

图12为本公开的热管理热泵系统利用的第三除湿模式的一个说明性实施例的示意图；

图13为本公开的热管理热泵系统利用的冷却剂模式的三个说明性实施例的示意图，以及

图14为可以与本公开的热管理热泵系统结合使用的控制系统的框图。

具体实施方式

热泵作为热管理系统提供，该热管理系统由于其高效率和整体能源管理能力用来改进EV的现实世界行驶里程，因此在满足日益增长的电气化需求方面具有巨大的潜力。随着市场的迅速普及，始终寻求持续改进这种技术以提高效率、提高能力和降低成本。

本公开提供了这样一种热泵系统，其提供EV中的整体热管理，具有集成制冷剂回路和冷却剂回路并实现能够处理各种操作条件的高效综合模式的简化架构。本公开的热管理热泵系统选择性地集成EV的驾驶室热管理回路、ESS热管理回路和电力电子器件热管理回路，通过潜在地消除高压加热器而具有成本效益，并且通过稳健、全面的操作模式在广泛的环境条件下是能量高效的。热管理热泵系统利用制冷剂侧上的一个或多个膨胀阀(EXV)、一个或多个关闭阀(SOV)和一个或多个单向止回阀(CV)的有利配置，利用用以集成冷却剂侧上的ESS和电力电子器件热管理回路的多端口阀组件，以及利用经由制冷剂与冷却剂热交换器(例如，冷却器)在制冷剂回路与冷却剂回路之间的热连通。

现在具体参考图1，在一个说明性实施例中，本公开的热管理热泵系统10包括制冷剂侧上的驾驶室热管理回路12和冷却剂侧上的ESS热管理回路14和电力电子器件热管理回路16。

驾驶室热管理回路12包括：压缩机18，其可以是用于混合动力电动车辆或纯电动车辆(EV)的电动压缩机；或用于内燃发动机(ICE)车辆的带驱动式压缩机。压缩机18联接到第二热交换器24。在图1中，第二热交换器24是位于暖通空调(HVAC)箱22内的制冷剂与空气冷凝器，以与驾驶室气流直接交换热量。替代实施例使用制冷剂与冷却剂热交换器与涉及加热器核心的冷却剂回路相结合以间接地与驾驶室气流交换热量，如本领域的普通技术人员所理解的。温度混合门90邻近驾驶室冷凝器定位，从而通过相应地移动门位置来实现完全、部分或无气流。暖通空调(HVAC)箱22还可包括任选的加热器26，例如正温度系数(PTC)电加热器，以在需要时提供补充热量。典型HVAC箱中的其它部件，例如鼓风机、再循环门和模式选择门在此未描绘，并且是本领域的普通技术人员已知的。

第二热交换器24联接到第一膨胀阀(EXV)38，该第一膨胀阀在三种模式中的一种模式中操作，所述三种模式是将高压制冷剂调节到低压制冷剂的膨胀模式、允许自由流动的打开模式以及防止任何流动的关闭模式。第二热交换器24还并联联接到第一关闭阀(SOV)40，该第一关闭阀可操作以允许或防止制冷剂流动。第一膨胀阀38联接到第三热交换器42，该第三热交换器可设置在车辆的前端处，并且可根据操作模式作为冷凝器操作以将热量排出到外部流体(例如，空气)或作为蒸发器操作以吸收来自外部流体(例如，空气)的热量。

第三热交换器42联接到第二关闭阀46，该第二关闭阀可操作以允许或防止制冷剂流动并且并联联接到蓄能器36以及第一止回阀(CV)48。蓄能器36是储存制冷剂和油，确保足够的油回流，并且基本上允许蒸汽制冷剂返回到压缩机18的容器。第一止回阀48经由第二膨胀阀52联接到第一热交换器54，并且经由第三膨胀阀50联接到第四热交换器30。在图1中，第四热交换器30是位于暖通空调(HVAC)箱22内的用于冷却驾驶室气流的制冷剂与空气蒸发器。本领域的普通技术人员可以理解使用制冷剂与冷却剂热交换器与涉及冷却器核心的冷却剂回路相结合以间接地与驾驶室气流交换热量的替代实施例。第二止回阀88放置在第四热交换器30的下游以防止任何回流。第二膨胀阀52在至少将高压制冷剂调节为低压制冷剂的膨胀模式和防止任何流动的关闭模式中操作，而第三膨胀阀50类似于第一膨胀阀38在三种模式中的一种模式中操作，所述三种模式是将高压制冷剂调节为低压制冷剂的膨胀模式、允许自由流动的打开模式，以及防止任何流动的关闭模式。第一热交换器直接联接到蓄能器，并且第四热交换器经由第二止回阀间接联接到蓄能器，以允许制冷剂流入蓄能器中并最终返回到压缩机18。

驾驶室热管理回路12经由第一热交换器54与ESS热管理回路14联接。ESS热管理回路14大体上包括ESS 58(例如，电池或电池组)以及冷却剂泵组件62。可包括任选的冷却剂加热器64以辅助加热。共同地，ESS 58、第一热交换器54、冷却剂泵组件62和任选的加热器64可操作以用于控制与ESS 58相关联的环境。

电力电子器件热管理回路16大体上包括电力电子器件66(例如，电机、逆变器/变换器、传感器、控制系统、其它接口电子器件)、第五热交换器68和泵组件70。共同地，电力电子器件66、第五热交换器68和泵组件70可操作以用于控制与电力电子器件66相关联的环境。脱气组件72(包括提供冷却剂储存和除气功能的脱气瓶和相关联的软管和T形接头)通常联接在ESS热管理回路14与电力电子器件热管理回路16之间。

ESS热管理回路14和电力电子器件热管理回路16经由多端口阀组件74选择性地联接，所述多端口阀组件允许ESS热管理回路14和电力电子器件热管理回路16互连或隔离。在图1中，多端口阀组件74是四端口阀。本领域的普通技术人员可以理解使用另一类型的阀(例如五端口阀)或阀组合的替代实施例。因此，可以通过多端口阀组件74和第一热交换器54整体地管理制冷剂侧和冷却剂侧。

图2为本公开的电力电子器件66的两个说明性实施例的示意图。在一个说明性实施例中，电力电子器件66包括联接到直流/直流(DC/DC)变换器80的集成逆变器76和牵引电机78，所述直流/直流变换器联接到车载充电器(OBC)82。在另一说明性实施例中，电力电子器件66包括联接到DC/DC变换器80的单独的逆变器76和牵引电机78/变速器，所述DC/DC变换器联接到OBC 82。逆变器76和电机78/变速器各自联接到油热交换器84。

图3为示出了本公开的热管理热泵系统10(图1)利用的制冷剂蒸汽压缩循环的基本原理的示意性和相关联的压力-焓图(用于亚临界制冷剂，如R134a或R1234yf)。制冷剂被压缩成高压、高温蒸汽并从压缩机排出(点1)。高压、高温蒸汽经由热换热器(例如，驾驶室冷凝器或外部热交换器)将热量排出到外部流体(例如，空气)，并且在热换热器的出口处冷凝成高压、中温液体(点2)。膨胀阀将高压、中温液体调节到低压、低温液体-蒸汽混合物(点3)，该低压、低温液体-蒸汽混合物进入冷换热器(例如，蒸发器或冷却器)以吸收来自外部流体(例如，空气或冷却剂)的热量并在冷换热器的出口处沸腾成为低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或大部分是蒸汽小部分是液体)(点4)。低压、低温、基本上蒸汽制冷剂进入蓄能器，经历压力损失到点4’，并且以低压、低温、基本上蒸汽状态流回压缩机以完成该周期。取决于操作模式，热管理热泵系统10中的不同部分可以起到热换热器、膨胀阀和冷换热器的功能，稍后将进行详细描述。

通常有三种类型的膨胀阀：i)毛细管(固定孔径；最简单)；ii)热膨胀阀(调节孔径使得出口流满足预设状态的机械装置)；和iii)电子膨胀阀(调节孔径使得出口流满足所需状态的电子装置；最高级)。图1中的第一、第二和第三膨胀阀优选地是电子膨胀阀，但其它阀组件也可实现类似功能。再次，第一膨胀阀和第三膨胀阀可以实现三种模式中的一种模式，即膨胀、打开和关闭，而第二膨胀阀可以实现至少膨胀和关闭模式。

图4示出了用于控制热管理热泵系统10的传感器系统的一个说明性实施例。对于驾驶室热管理回路12，第一温度传感器20放置在压缩机的出口处以测量排放制冷剂温度；集成压力/温度传感器28放置在第二热交换器(这里是驾驶室冷凝器)的出口处以测量制冷剂压力和温度；第二温度传感器44放置在第三热交换器的出口处以测量制冷剂温度；第三温度传感器32和第四温度传感器34分别放置在翅片通道内部和第四热交换器的出口处；并且第二集成压力/温度传感器56放置在第一热交换器的出口处。冷却剂温度传感器60放置在ESS之前以监测ESS热管理回路14中的冷却剂温度。此处未描绘对热管理热泵系统的控件具有相对较小影响的其它传感器，例如ESS和电力电子器件内的传感器。对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是可以等效地使用其它传感器配置。

现在具体参考图5，在一个说明性实施例中，ECU 87从图4中所示的传感器读取信号，并且相应地将每个可控部件调整到所需状态。例如，将压缩机控制到一定速度，将EXV控制到一定开度，将SOV控制为打开或关闭，将泵控制到一定速度，将四通阀控制为一定构造，并且将加热器控制到一定功率。

图6为本公开的热管理热泵系统10利用的冷却模式的一个说明性实施例的示意图，其中驾驶室冷却和电池冷却均开启。对于高于0℃的环境，可以请求驾驶室冷却，并且可以在任何环境温度下请求电池冷却。参考图3，第三热交换器42接收从压缩机18排出的高压、高温蒸汽，并且通过将热量排出到环境而将其冷凝成高压、中温液体。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90阻挡气流到第二热交换器24(即，处于“全冷却”位置)，以允许内部热制冷剂与外部冷空气之间的最小热传递。第一膨胀阀38处于打开模式以允许自由流动(即，通过装置的压力损失最小)。因此，离开压缩机18的制冷剂状态与离开第二热交换器24的制冷剂状态相似，并且与离开第一膨胀阀38的制冷剂状态相似。第三膨胀阀50在膨胀模式中操作以将离开第三热交换器42的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第四热交换器30(即，“冷HEX”)以进行驾驶室冷却。类似地，在平行路径中，第二膨胀阀52也在膨胀模式中操作以将离开第三热交换器42的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第一热交换器54(即，“冷HEX”)以进行电池冷却。离开第四热交换器30和第一热交换器54的低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)合并，进入蓄能器36，且最终流回压缩机18以完成循环。在此冷却模式中，第一关闭阀40和第二关闭阀46保持关闭以防止任何制冷剂流动。

图7为利用本公开的热管理热泵系统10利用的空气源的第一加热模式的一个说明性实施例的示意图。对于低于15℃的环境，可以请求驾驶室加热。在此第一加热模式中，第二热交换器24接收从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽，并且通过将热量排出到驾驶室气流而将其冷凝成高压、中温液体(即，“热HEX”；因此使驾驶室变暖)。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流穿过第二热交换器24。现在，第一膨胀阀38在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第三热交换器42(即，“冷HEX”)，以吸收来自环境空气的热量。离开第三热交换器42的低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分液体)经由第二关闭阀46进入蓄能器36并最终流回压缩机18以完成循环。在此第一加热模式中，第一关闭阀40、第二膨胀阀52和第三膨胀阀50在关闭位置操作以防止任何制冷剂流动。

图8为利用本公开的热管理热泵系统10利用的冷却剂源的第二加热模式的一个说明性实施例的示意图。由于空气源可限制在-10℃以下，此模式经由第一热交换器54中的热交换利用来自冷却剂侧的由ESS和电力电子器件产生的潜在热源。冷却剂源可以被自然地利用(没有对电力电子器件66进行特殊操作(图1和2))或者通过根据需要以低效方式运行电力电子器件66以产生废热而被有意地利用。在此第二加热模式中，第二热交换器24接收从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽，并且通过将热量排出到驾驶室气流而将其冷凝成高压、中温液体(即，“热HEX”；因此使驾驶室变暖)。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流穿过第二热交换器24。现在，第二膨胀阀52在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第一热交换器54(即，“冷HEX”)，以吸收来自冷却剂的热量。离开第一热交换器54的低压、低温、基本上是蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)进入蓄能器36并最终流回压缩机18以完成循环。在此第二加热模式中，第二关闭阀46、第一膨胀阀38和第三膨胀阀50在关闭位置操作以防止任何制冷剂流动。第二止回阀88可防止潜在的制冷剂回流到第四热交换器30中。

图9为利用本公开的热管理热泵系统10利用的空气源和冷却剂源的第三加热模式的一个说明性实施例的示意图。此模式经由第一热交换器54中的热交换(即环境空气和冷却剂两者用作热源)清除来自冷却剂侧的由ESS和电力电子器件产生的废热。在此第三加热模式中，第二热交换器24接收从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽，并且通过将热量排出到驾驶室气流而将其冷凝成高压、中温液体(即，“热HEX”；因此使驾驶室变暖)。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流穿过第二热交换器24。第一膨胀阀38在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的高压、中温液体的一部分调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第三热交换器42(即，“冷HEX”)以吸收来自环境空气的热量。并行地，第一关闭阀40现在打开以允许离开第二热交换器24的剩余的高压、中温液体进入第二膨胀阀52中，在第二膨胀阀中，液体被调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第一热交换器54(即，“冷HEX”)以吸收来自冷却剂回路的热量。离开第三热交换器42和第一热交换器54的低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)合并，进入蓄能器36，且最终流回压缩机18以完成循环。在此第三加热模式中，第三膨胀阀50在关闭模式中操作以防止任何制冷剂流入第四热交换器30中。第二止回阀88可防止潜在的制冷剂回流到第四热交换器30中。

图10为本公开的热管理热泵系统10利用的第一除湿模式的一个说明性实施例的示意图，其中第三热交换器42用作冷凝器(即，“热HEX”)以将热量排出到环境空气。这种模式可对于相对温暖的环境(例如高于15℃)发生。在此第一除湿模式中，从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽在第二热交换器24和第三热交换器42两者中排出热量，并冷凝成高压、中温液体。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流通过第二热交换器24。取决于第二热交换器24上的再热负载，第一膨胀阀38可以被控制在膨胀模式或打开模式中。第三膨胀阀50在膨胀模式中操作以将离开第三热交换器42的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第四热交换器30(即，“冷HEX”)以吸收来自驾驶室气流的热量，因此将空气温度降低到露点以下以进行除湿。低压、低温液体-蒸汽混合物沸腾成低压、低温、基本上是蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)，然后进入蓄能器36，并且最终流回压缩机18以完成循环。在此第一除湿模式中，第一关闭阀40、第二关闭阀46和第二膨胀阀52在关闭位置操作以防止任何制冷剂流动。

图11为本公开的热管理热泵系统10利用的第二除湿模式的一个说明性实施例的示意图，其中第三热交换器42用作蒸发器(即，“冷HEX”)以吸收来自环境空气的热量。此模式可对于相对冷的环境(例如低于15℃)发生。在此第二除湿模式中，从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽在第二热交换器24中排出热量并冷凝成高压、中温液体。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流穿过第二热交换器24。第一膨胀阀38在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物中并供应到第三热交换器42(即，“冷HEX”)以吸收来自环境空气的热量。取决于第二热交换器24上的再热负载，第三膨胀阀50可以被控制在膨胀模式或打开模式中。低压、低温液体-蒸汽混合物在第三热交换器42和第四热交换器30(即，“冷HEX”)两者中沸腾成低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)，然后进入蓄能器36，并且最终流回到压缩机18以完成循环。在此第二除湿模式中，第一关闭阀40、第二关闭阀46和第二膨胀阀52在关闭位置操作以防止任何制冷剂流动。

图12为本公开的热管理热泵系统10利用的第三除湿模式的一个说明性实施例的示意图，其中第三热交换器42被绕过，其与环境空气进行最小热交换。如果来自冷却剂侧的热量足以支撑再热负载，则可能发生此模式。前端冷却风扇关闭，并且可以关闭主动进气格栅(AGS)以提高空气动力学效率。在此第三除湿模式中，第二热交换器24接收从压缩机18排出的高压、高温制冷剂蒸汽，并且通过将热量排出到驾驶室气流而将其冷凝成高压、中温液体(即，“热HEX”)。暖通空调(HVAC)箱22中的混合门90移动到“全加热”位置以允许所有气流穿过第二热交换器24。第二膨胀阀52在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的高压、中温液体的一部分调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第一热交换器54(即，“冷HEX”)以吸收来自冷却剂回路的热量。并行地，第三膨胀阀50也在膨胀模式中操作以将离开第二热交换器24的剩余的高压、中温液体调节成低压、低温液体-蒸汽混合物并供应到第四热交换器30(即，‘冷HEX’)以吸收来自环境的热量。离开第一热交换器54和第四热交换器30的低压、低温、基本上蒸汽(即，纯蒸汽或主要是蒸汽一小部分是液体)合并，进入蓄能器36，并且最终流回压缩机18以完成循环。在此第三加热模式中，第一膨胀阀38在关闭模式中操作以使制冷剂绕过第三热交换器42。第一止回阀48可以防止制冷剂回流到第三热交换器42中。第一关闭阀40关闭以防止任何制冷剂流动。

图13为本公开的热管理热泵系统10(图1)利用的冷却剂模式的三个说明性实施例的示意图，突出了ESS热管理回路14和电力电子器件热管理回路16的选择性互连。在隔离模式a)中，ESS热管理回路14与电力电子器件热管理回路16隔离，并且第一热交换器54关闭(例如，ESS温度均衡，而制冷剂回路不进行主动冷却)。在隔离模式b)中，ESS热管理回路14与电力电子器件热管理回路16隔离，并且第一热交换器54开启(即，制冷剂回路进行ESS主动冷却)。在互连模式c)中，ESS热管理回路14与电力电子器件热管理回路16互连。此模式可用于由第五热交换器68冷却的ESS和电力电子器件，或用于由电力电子器件加热(例如，电池加热)的ESS，或用于热管理热泵系统10以清除来自ESS和电力电子器件的废热。

应当认识到，取决于实例，本文所述的任何技术的某些动作或事件可以不同顺序执行，可以添加、合并或完全省略(例如，并非所有描述的动作或事件对于技术的实践是必需的)。此外，在某些实例中，动作或事件可以例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器同时执行，而不是依序执行。

图14示出了控制系统100，包括与ECU相关联的处理器102，该控制系统可以用于指导本公开的热管理热泵系统的操作。处理器102是用于执行非暂时性计算机可读介质中包含的软件指令的硬件装置。处理器102可以是任何定制的或商购可得的处理器、中央处理单元(CPU)、与服务器相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(呈微芯片或芯片组的形式)，或通常用于执行软件指令的任何装置。当控制系统100在操作时，处理器102被配置成执行存储在存储器110内的软件，向和从存储器110传送数据，并且根据软件指令大体上控制控制系统100的操作。I/O接口104可用于从一个或多个装置或部件接收用户输入和/或用于将系统输出提供到一个或多个装置或部件。

网络接口106可用来使控制系统100能够在诸如互联网或局域网(LAN)的网络上进行通信。网络接口106可包括例如以太网卡或适配器(例如，10BaseT、快速以太网、千兆以太网或10GbE)或无线局域网(WLAN)卡或适配器(例如，802.11a/b/g/n/ac)。网络接口106可包括地址、控制和/或数据连接，以在网络上实现适当通信。数据存储器108可用于存储数据。数据存储器108可包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等))、非易失性存储器元件(例如ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)及其组合中的任一个。此外，数据存储器108可并有电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。在一个实例中，数据存储器108可位于控制系统100的内部，例如，连接到控制系统100中的本地接口112的内部硬盘驱动器。另外，在另一实施例中，数据存储器108可以位于控制系统100的外部，例如，连接到I/O接口104的外部硬盘驱动器(例如，SCSI或USB连接)。在另一实施例中，数据存储器108可通过网络(例如，附接到网络的文件服务器)连接到控制系统100。

存储器110可包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器(RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等))、非易失性存储器元件(例如ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)及其组合中的任一个。此外，存储器110可并有电子、磁性、光学和/或其它类型的存储介质。注意，存储器110可具有分布式架构，其中各个部件彼此远离定位，但可由处理器102访问。存储器110中的软件可包括一个或多个软件程序，每个软件程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。存储器110中的软件包括合适的操作系统(O/S)114和一个或多个程序116。操作系统114基本上控制其它计算机程序(例如一个或多个程序116)的执行，并提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、内存管理，以及通信控制和相关服务。一个或多个程序116可被配置成实施本文所述的各种过程、算法、方法、技术等等。

应了解，本文所述的一些实施例可包括：一个或多个通用或专用处理器(“一个或多个处理器”)，例如微处理器；中央处理单元(CPU)；数字信号处理器(DSP)；定制处理器，例如网络处理器(NP)或网络处理单元(NPU)，图形处理单元(GPU)等；现场可编程门阵列(FPGA)等以及唯一存储的程序指令(包括软件和固件两者)以对其进行控制，以结合某些非处理器电路实施本文所述的方法和/或系统的一些、大部分或全部功能。备选地，一些或全部功能可以由不具有存储的程序指令的状态机实施，或在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实施，其中每个功能或某些功能的一些组合被实施为定制逻辑或电路。当然，可以使用前述方法的组合。对于本文所述的某些实施例，硬件中且任选地具有软件、固件及其组合的对应装置可被称为被配置成或适于根据数字和/或模拟信号执行一组操作、步骤、方法、过程、算法、功能、技术等的“电路”、“逻辑”等等，如本文针对各种实施例所述。

此外，一些实施例可包括其上存储有计算机可读代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述计算机可读代码用于对计算机、服务器、器具、装置、处理器、电路等等(其中的每一个可包括处理器以执行如本文所述和声明的功能)进行编程。此类计算机可读存储介质的实例包括但不限于硬盘、光学存储装置、磁存储装置、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可电擦除可编程只读存储器(EEPROM)、散列存储器等等。当存储在非暂时性计算机可读介质中时，软件可包括可由处理器或装置(例如，任何类型的可编程电路或逻辑)执行的指令，所述指令响应于此类执行而使处理器或装置执行一组操作、步骤、方法、过程、算法、功能、技术等，如本文针对各种实施例所述。

虽然参考说明性实施例及其实例来说明和描述本公开，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是其他实施例和实例可以执行类似功能和/或实现类似结果。所有此类等同实施例和实例都在本公开的精神和范围内，因此被考虑，并且出于所有目的旨在由以下非限制性权利要求涵盖。

Claims (19)

1.一种用于车辆的热管理热泵系统，包括：

制冷剂回路，所述制冷剂回路包括驾驶室热管理回路；

冷却剂回路，所述冷却剂回路包括能量储存系统热管理回路和电力电子器件热管理回路；以及

第一热交换器，所述第一热交换器响应于所述车辆的给定操作状态选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路，并且

其中所述驾驶室热管理回路包括：

用于压缩制冷剂的压缩机；

第二热交换器，所述第二热交换器接收从所述压缩机的出口端口排出的制冷剂；

第一膨胀阀，所述第一膨胀阀根据操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第一部分；

第一关闭阀，所述第一关闭阀根据所述操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第二部分；以及

第三热交换器，所述第三热交换器根据所述操作模式接收来自所述第一膨胀阀的制冷剂。

2.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，还包括多端口阀组件，所述多端口阀组件响应于所述车辆的给定操作状态选择性地联接所述能量储存系统热管理回路和所述电力电子器件热管理回路。

3.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，其中所述驾驶室热管理回路还包括蓄能器，所述蓄能器根据所述操作模式接收来自所述第一热交换器的制冷剂和经由第二关闭阀来自所述第三热交换器的制冷剂中的至少一者。

4.根据权利要求3所述的热管理热泵系统，其中所述第一热交换器根据所述操作模式接收经由第一止回阀和第二膨胀阀来自所述第三热交换器的制冷剂的第一部分以及经由所述第二膨胀阀来自所述第一关闭阀的制冷剂的第一部分中的一者或两者。

5.根据权利要求4所述的热管理热泵系统，其中所述驾驶室热管理回路还包括第四热交换器，所述第四热交换器根据所述操作模式接收经由所述第一止回阀和第三膨胀阀来自所述第三热交换器的制冷剂的第二部分以及经由所述第三膨胀阀来自所述第一关闭阀的制冷剂的第二部分中的一者或两者，并且将出口制冷剂引导到所述蓄能器。

6.根据权利要求5所述的热管理热泵系统，其中所述驾驶室热管理回路还包括第二止回阀，所述第二止回阀防止制冷剂流回到所述第四热交换器。

7.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，其中所述能量储存系统热管理回路包括能量储存系统和所述第一热交换器。

8.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，其中所述电力电子器件热管理回路包括电力电子器件和适于影响所述车辆的电力电子器件的温度的第五热交换器。

9.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，其中在冷却操作模式中，所述第三热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且用作冷凝器以将热量排出到外部流体。

10.根据权利要求1所述的热管理热泵系统，其中在第一加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

11.根据权利要求4所述的热管理热泵系统，其中在第二加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，并且所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

12.根据权利要求4所述的热管理热泵系统，其中在第三加热操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

13.根据权利要求5所述的热管理热泵系统，其中在第一除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的高温制冷剂并且用作冷凝器以将热量排出到所述外部流体。

14.根据权利要求5所述的热管理热泵系统，其中在第二除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器接收来自所述第一膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量。

15.根据权利要求5所述的热管理热泵系统，其中在第三除湿操作模式中，所述第二热交换器接收来自所述压缩机的高温制冷剂并且将热量排出到外部流体，所述第四热交换器接收来自所述第三膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，所述第一热交换器接收来自所述第二膨胀阀的低温制冷剂并且用作蒸发器以吸收来自所述外部流体的热量，并且所述第三热交换器被绕过。

16.根据权利要求2所述的热管理热泵系统，其中所述多端口阀组件可操作以在以下各项中的一者中选择性地操作所述热管理热泵系统：

所述能量储存系统热管理回路与所述电力电子器件热管理回路隔离的隔离模式；以及

所述能量储存系统热管理回路与所述电力电子器件热管理回路互连的互连模式。

17.根据权利要求16所述的热管理热泵系统，其中所述多端口阀组件是四端口阀。

18.一种用于车辆的热管理热泵方法，包括：

给定包括驾驶室热管理回路的制冷剂回路以及包括能量储存系统热管理回路和电力电子器件热管理回路的冷却剂回路，响应于所述车辆的给定操作状态使用第一热交换器选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路，并且响应于所述车辆的给定操作状态使用多端口阀组件选择性地联接所述能量储存系统热管理回路和所述电力电子器件热管理回路，并且

其中所述驾驶室热管理回路包括：

用于压缩制冷剂的压缩机；

第二热交换器，所述第二热交换器接收从所述压缩机的出口端口排出的制冷剂；

第一膨胀阀，所述第一膨胀阀根据操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第一部分；

第一关闭阀，所述第一关闭阀根据所述操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第二部分；以及

第三热交换器，所述第三热交换器根据所述操作模式接收来自所述第一膨胀阀的制冷剂。

19.一种存储在存储器中并且由处理器执行以执行热管理热泵方法步骤的非暂时性计算机可读介质，包括：

给定包括驾驶室热管理回路的制冷剂回路以及包括能量储存系统热管理回路和电力电子器件热管理回路的冷却剂回路，响应于车辆的给定操作状态使用第一热交换器选择性地联接所述制冷剂回路和所述冷却剂回路，并且响应于所述车辆的给定操作状态使用多端口阀组件联接所述能量储存系统热管理回路和所述电力电子器件热管理回路，并且

其中所述驾驶室热管理回路包括：

用于压缩制冷剂的压缩机；

第二热交换器，所述第二热交换器接收从所述压缩机的出口端口排出的制冷剂；

第一膨胀阀，所述第一膨胀阀根据操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第一部分；

第一关闭阀，所述第一关闭阀根据所述操作模式接收来自所述第二热交换器的制冷剂的第二部分；以及

第三热交换器，所述第三热交换器根据所述操作模式接收来自所述第一膨胀阀的制冷剂。