CN114475145A - 一种热泵冷媒循环装置及电动汽车热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热泵冷媒循环装置及电动汽车热管理系统，电动汽车热管理系统包括水路循环系统和热泵冷媒循环装置，热泵冷媒循环装置包括：空调循环系统和液冷冷凝器；所述空调循环系统包括依次通过冷媒管路串联的冷却器的冷媒侧、电动压缩机、外部冷凝器、储液器和与所述冷却器的冷媒侧并联的空调箱蒸发器；所述液冷冷凝器的冷媒侧通过所述冷媒管路与所述外部冷凝器并联；所述水路循环系统包括空调箱暖风、暖风水泵和所述液冷冷凝器的水路侧，所述液冷冷凝器的水路侧通过水路依次和所述空调箱暖风、所述暖风水泵连通。通过设置冷却器，使得可以通过非热泵空调循环系统的冷却器间接吸收热量，提升了整车的制热效率，降低了能源的消耗。

Description

一种热泵冷媒循环装置及电动汽车热管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车热管理技术领域，尤其涉及一种热泵冷媒循环装置及电动汽车热管理系统。
背景技术
电动汽车的热管理系统的主要任务是为驾驶舱乘客提供空调制冷或暖风加热，并保证电池组和驱动电机系统等电气系统工作在合理的温度范围内。而现有技术中此电动汽车的热管理系统与传统燃油车的热管理系统相比存在着很大差异。
现有的电动汽车的电池热管理方式主要有以下几种：
1、仅采用直冷方式，无加热功能；
2、采用直冷和风热模式，由于风热方式换热系数小、热容量小、升温速度慢，不利于动力电池的快速温度控制。且加热模块和风扇直接置于电池包内，容易引发热失控，增加了使用风险。
3、采用液热方式，但热源普遍采用PTC，仅适用于轻度低温环境，并且过多消耗电池包的电量会导致整车能耗增加，系统效率会大幅降低，行驶里程大幅降低。
因此，需要提供一种节省能源能耗并且冷媒循环系统结构简单并且降低制造成本的热管理系统来解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车热管理系统。解决了现有技术中电动汽车热源采用PTC过多消耗电池包的电量，导致整车能耗增加，行驶里程大幅降低的问题。
本发明的技术效果通过如下实现的：
一种热泵冷媒循环装置，包括：空调循环系统和液冷冷凝器；
所述空调循环系统包括冷却器、电动压缩机、外部冷凝器、储液器和空调箱蒸发器，所述冷却器的冷媒侧通过冷媒管路和所述电动压缩机、所述外部冷凝器、所述储液器依次串联，所述调箱蒸发器和所述冷却器的冷媒侧并联；
所述液冷冷凝器的冷媒侧通过冷媒管路与所述外部冷凝器并联。
进一步地，所述空调循环系统还包括：冷媒电磁阀和单向阀；
所述冷媒电磁阀连通于所述电动压缩机和所述外部冷凝器的入口之间；
所述单向阀连通于所述储液器和所述液冷冷凝器的出口之间。通过在传统燃油车的空调循环系统的基础上，在高压侧串联一个外部冷凝器，并且在外部冷凝器的入口增加一个冷媒电磁阀，在外部冷凝器的出口增加一个单向阀，形成热泵冷媒循环装置，减少了部件的使用，降低了热泵冷媒循环装置的复杂度，节省了开发费用，缩短了开发周期。
另外，还提供一种电动汽车热管理系统，包括水路循环系统和上述的热泵冷媒循环装置，所述水路循环系统包括空调箱暖风、暖风水泵和所述液冷冷凝器的水路侧，所述液冷冷凝器的水路侧通过水路依次和所述空调箱暖风、所述暖风水泵连通。通过设置液冷冷凝器的水路侧通过水路和空调箱暖风连通，实现了乘客舱的热泵采暖功能，省去了空调箱内部的冷凝器。
进一步地，所述水路循环系统还包括PTC，所述PTC连通于所述液冷冷凝器和所述空调箱暖风之间。
进一步地，所述水路循环系统还包括第一二通水阀，所述第一二通水阀和所述空调箱暖风并联。
进一步地，所述水路循环系统还包括第一四通水阀、第二四通水阀、动力电池和电池水泵，所述第一四通水阀的第二端口和所述第一二通水阀的进水口连通，所述第一二通水阀的出水口和所述第二四通水阀的第四端口连通，所述第二四通水阀的第二端口和所述电池水泵的进水口连通，所述电池水泵的出水口和所述动力电池的负极连通，所述动力电池的正极和所述所述第一四通水阀的第四端口连通。
进一步地，所述水路循环系统还包括第一三通水阀，所述第一三通水阀的第一进水口和所述空调箱暖风连通，所述第一三通水阀的第二进水口和所述PTC连通，所述第一三通水阀的出水口和所述第二四通水阀的第四端口连通。
进一步地，所述水路循环系统还包括ADAS系统和第二二通水阀，所述第二二通水阀连通于所述动力电池正极和所述第一四通水阀的第四端口之间，所述ADAS系统和所述第二二通水阀并联。
进一步地，所述水路循环系统还包括电机系统和电机水泵，所述第二四通水阀的第三端口和所述电机水泵的进水口连通，所述电机水泵的出水口和所述电机系统的进水口，所述电机系统的出水口和所述第一四通水阀的第一端口连通，所述冷却器的水路侧连通于所述第一四通水阀的第三端口和所述第二四通水阀的第一端口之间。通过设置液冷冷凝器的水路侧通过水路和电机系统连通，从而实现电机系统的热泵加热功能。
进一步地，所述水路循环系统还包括低温散热器和第二三通水阀，所述低温散热器和所述第二三通水阀连通于所述第二四通水阀的第三端口和所述电机系统之间，所述第三四通水阀的第三端口和所述第二三通水阀的进水口连通，所述第二三通水阀的第一出水口和所述低温散热器一端连通，所述电机系统、所述第二三通水阀的第二出水口分别和所述低温散热器另一端连通。通过设置冷却器的水路侧和电机系统、低温散热器连通，可以通过冷却器间接吸收行驶过程中电动汽车产生的电驱废热和低温散热器从空气中获取的空气，从而实现乘客舱的热泵采暖和电池的热泵加热功能。
如上所述，本发明具有如下有益效果：
1)通过在传统燃油车的空调循环系统的基础上，在高压侧串联一个外部冷凝器，并且在外部冷凝器的入口增加一个冷媒电磁阀，在外部冷凝器的出口增加一个单向阀，形成热泵冷媒循环装置，减少了部件的使用，降低了热泵冷媒循环装置的复杂度，节省了开发费用，缩短了开发周期。
2)通过设置冷却器的水路侧和电机系统、低温散热器连通，可以通过冷却器间接吸收行驶过程中电动汽车产生的电驱废热和低温散热器从空气中获取的空气，从而实现乘客舱的热泵采暖和电池的热泵加热功能。
3)通过设置液冷冷凝器的水路侧通过水路和空调箱暖风连通，实现了乘客舱的热泵采暖功能，省去了空调箱内部的冷凝器。
4)通过设置液冷冷凝器的水路侧通过水路和电机系统连通，从而实现电机系统的热泵加热功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本说明书实施例提供的一种热泵冷媒循环装置的结构示意图；
图2为本说明书实施例提供的一种电动汽车热管理系统的结构示意图；
图3为本说明书实施例提供的制冷时的电动汽车热管理系统的结构示意图；
图4为本说明书实施例提供的采用第一种方式进行采暖时的电动汽车热管理系统的结构示意图；
图5为本说明书实施例提供的采用第二种方式进行采暖时的电动汽车热管理系统的结构示意图。
其中，图中附图标记对应为：
空调循环系统1、液冷冷凝器2、冷却器3、电动压缩机4、外部冷凝器5、储液器6、空调箱蒸发器7、冷媒电磁阀8、单向阀9、水路循环系统10、空调箱暖风11、暖风水泵12、PTC13、第一二通水阀14、第一四通水阀15、第二四通水阀16、动力电池17、电池水泵18、第一三通水阀19、ADAS系统20、第二二通水阀21、电机系统22、电机水泵23、低温散热器24、第二三通水阀25、节流装置26、电子膨胀阀27。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1：
如图1所示，本说明书实施例提供了一种热泵冷媒循环装置，包括：空调循环系统1和液冷冷凝器2；
空调循环系统1包括冷却器3、电动压缩机4、外部冷凝器5、储液器6和空调箱蒸发器7，冷却器3的冷媒侧通过冷媒管路和电动压缩机4、外部冷凝器5、储液器6依次串联，调箱蒸发器7和冷却器3的冷媒侧并联；
液冷冷凝器2的冷媒侧通过冷媒管路与外部冷凝器5并联。
其中，冷却器3用于进行热交换，冷却器3的冷媒侧用于通过冷媒，冷却器3的水路侧用于通过冷却液，通过冷媒和冷却液进行热交换，以达到给冷却液降温或者回收冷却液中热量的目的。
优选地，空调循环系统1还包括：冷媒电磁阀8和单向阀9；冷媒电磁阀8连通于电动压缩机4和外部冷凝器5的入口之间；单向阀9连通于储液器6和液冷冷凝器2的出口之间。
通过在传统燃油车的空调循环系统的基础上，在高压侧串联一个外部冷凝器5，并且在外部冷凝器5的入口增加一个冷媒电磁阀8，在外部冷凝器5的出口增加一个单向阀9，形成热泵冷媒循环装置，减少了部件的使用，降低了热泵冷媒循环装置的复杂度，节省了开发费用，缩短了开发周期。
实施例2：
如图2-5所示，本说明书实施例提供了一种电动汽车热管理系统，包括水路循环系统10和实施例1中的热泵冷媒循环装置，水路循环系统10包括空调箱暖风11、暖风水泵12和液冷冷凝器2的水路侧，液冷冷凝器2的水路侧通过水路依次和空调箱暖风11、暖风水泵12连通。图2-5中的实线代表有冷媒或水流通，虚线代表没有冷媒或水流通。
需要说明的是，现有技术中乘客舱热泵采暖通过外部冷凝器从空气中直接吸收热量作为热泵的热源，并且空调箱采用蒸发器、内部冷凝器和暖风的三芯体结构，因此电动汽车的冷媒系统需要比传统燃油车的冷媒系统多设置若干个控制阀，使得冷媒系统的管路复杂，部件使用过多；冬季电池加热通过直接采用PTC电加热，而未使用空气源进行加热，导致能源消耗过多。
因此，本申请通过设置冷却器3的水路侧和电机系统22、低温散热器24连通，可以通过冷却器3间接吸收行驶过程中电动汽车产生的电驱废热和低温散热器24从空气中获取的空气，从而实现乘客舱的热泵采暖和电池的热泵加热功能；液冷冷凝器2水侧通过水路和空调箱暖风11相连，从而实现乘客舱热泵采暖功能，从而省去了现有技术中传统燃油车的空调箱的内部冷凝器，液冷冷凝器2水侧还可通过水路和动力电池17相连，从而实现电池热泵加热功能，实现夏季乘客舱制冷和电池降温，春秋季乘客舱除湿和电池降温，冬季乘客舱热泵采暖和电池热泵加热，以及冬季低温散热器除冰的功能。
优选地，水路循环系统10还包括PTC 13，PTC 13连通于液冷冷凝器2和空调箱暖风11之间。通过设置PTC 13，使得在冬季采暖时可以采用PTC 13对乘客舱或动力电池17提供热源。
优选地，水路循环系统10还包括第一二通水阀14，第一二通水阀14和空调箱暖风11并联。
具体地，通过设置第一二通水阀14，使得当液冷冷凝器2的水路侧和第一四通水阀15的第二端口、第二四通水阀16的第四端口均不连通，可以通过第一二通水阀14所在支路和动力电池17所在支路连通，形成水路循环，实现对ADAS 20和动力电池17的降温功能。
优选地，水路循环系统10还包括第一四通水阀15、第二四通水阀16、动力电池17和电池水泵18，第一四通水阀15的第二端口和第一二通水阀14的进水口连通，第一二通水阀14的出水口和第二四通水阀16的第四端口连通，第二四通水阀16的第二端口和电池水泵18的进水口连通，电池水泵18的出水口和动力电池17的负极连通，动力电池17的正极和第一四通水阀15的第四端口连通。图2中的第一四通水阀15旁标注的圆圈1、圆圈2、圆圈3和圆圈4分别为第一四通水阀15的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；图2中的第二四通水阀16旁标注的圆圈1、圆圈2、圆圈3和圆圈4分别为第二四通水阀16的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。
具体地，通过设置第一四通水阀15和第二四通水阀16，使得在制冷时，可以控制第一四通水阀15的第一端口和第二端口连通，第三端口和第四端口连通，第二四通水阀16的第一端口和第二端口连通，第三端口和第四端口连通，从而使动力电池17所在支路和冷却器3的水路侧连通，实现对动力电池17的降温。
当通过电驱废热和空气中吸热进行采暖时，控制第一四通水阀15的第一端口和第三端口连通，第二端口和第四端口连通，第二四通水阀16的第一端口和第三端口连通，第二端口和第四端口连通，从而使动力电池17所在支路和液冷冷凝器2的水路侧连通，实现对动力电池17和乘客舱的加热。
优选地，水路循环系统10还包括第一三通水阀19，第一三通水阀19的第一进水口和空调箱暖风11连通，第一三通水阀19的第二进水口和PTC13连通，第一三通水阀19的出水口和第二四通水阀16的第四端口连通。图2中的第一三通水阀19旁标注的圆圈1为第一三通水阀19的第一进水口，第一三通水阀19旁标注的圆圈2为第一三通水阀19的第二进水口。
优选地，水路循环系统10还包括ADAS系统20和第二二通水阀21，第二二通水阀21连通于动力电池17正极和第一四通水阀15的第四端口之间，ADAS系统20和第二二通水阀21并联。
优选地，水路循环系统10还包括电机系统22和电机水泵23，第二四通水阀16的第三端口和电机水泵23的进水口连通，电机水泵23的出水口和电机系统22的进水口，电机系统22的出水口和第一四通水阀15的第一端口连通，冷却器3的水路侧连通于第一四通水阀15的第三端口和第二四通水阀16的第一端口之间。通过设置液冷冷凝器2的水路侧通过水路和电机系统22连通，从而实现电机系22统的热泵加热功能。
具体地，电机系统22包括前电机、充电机和后电机，前电机用于驱动电动汽车的前轮，后电机用于驱动电动汽车的后轮，充电机用于给动力电池17充电。
优选地，水路循环系统10还包括低温散热器24和第二三通水阀25，低温散热器24和第二三通水阀25连通于第二四通水阀16的第三端口和电机系统22之间，第三四通水阀的第三端口和第二三通水阀25的进水口连通，第二三通水阀25的第一出水口和低温散热器24一端连通，电机系统22、第二三通水阀25的第二出水口分别和低温散热器24另一端连通。图2中的第二三通水阀25旁标注的圆圈1为第二三通水阀25的第一出水口，第二三通水阀25旁标注的圆圈2为第二三通水阀25的第二出水口。
具体地，如图3所示，当夏季制冷时，第一四通水阀15的第一端口和第二端口连通，第一四通水阀15的第三端口和第四端口连通，第二四通水阀16的第一端口和第二端口连通，第二四通水阀16的第三端口和第四端口连通，液冷冷凝器2的水路侧和第一四通水阀15的第二端口、第二四通水阀16的第四端口均不连通。此时，动力电池17所在支路和冷却器3的水路连通进行制冷。
空调箱蒸发器7所在支路的节流装置26打开，冷却器3所在支路的电子膨胀阀27打开，使得动力电池17降温和乘客舱制冷可以同时运行；也可以关闭节流装置26，相应的只进行动力电池17降温。
其中，乘客舱制冷通过空调箱蒸发器7运行进行制冷。
具体地，当冬季采暖时，包括以下两种实施方式：
在一种实施方式中，如图4所示，当从电驱废热和空气中吸热加热乘客舱和动力电池17时，第一四通水阀15的第一端口和第三端口连通，第一四通水阀15的第二端口和第四端口连通，第二四通水阀16的第一端口和第三端口连通，第二四通水阀16的第二端口和第四端口连通，单向阀9关闭，空调箱蒸发器7所在支路的节流装置26关闭，关闭第一二通水阀14以使液冷冷凝器2的水路侧和第一四通水阀15的第二端口、第二四通水阀16的第四端口均连通，使得可以通过第一三通水阀19分配水流量从而控制乘客舱和动力电池17加热的开启及加热温度；当电驱废热足够时，水不流过低温散热器24；当电驱废热不足时，第二三通水阀25的第二出水口关闭，水可部分或全部流过低温散热器24从空气中吸热进行加热。此时，动力电池17所在支路通过和液冷冷凝器2的水路侧连通进行加热。
其中，电驱废热为电机系统22中前电机、充电机和后电机产生的电驱废热，乘客舱加热通过空调箱暖风11运行进行加热。
在另一种实施方式中，如图5所示，当从动力电池17吸热加热乘客舱时，打开第一二通水阀14以使液冷冷凝器2的水路侧和第一四通水阀15的第二端口、第二四通水阀16的第四端口均不连通，单向阀9关闭，空调箱蒸发器7所在支路的节流装置26关闭，此时，空调箱暖风11通过从动力电池17吸热加热乘客舱，此种情况适用于动力电池17本体温度较高的情况下，例如动力电池17刚刚快充完成或动力电池17采用蓄热时。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种热泵冷媒循环装置，其特征在于，包括：空调循环系统(1)和液冷冷凝器(2)；
所述空调循环系统(1)包括冷却器(3)、电动压缩机(4)、外部冷凝器(5)、储液器(6)和空调箱蒸发器(7)，所述冷却器(3)的冷媒侧通过冷媒管路和所述电动压缩机(4)、所述外部冷凝器(5)、所述储液器(6)依次串联，所述调箱蒸发器(7)和所述冷却器(3)的冷媒侧并联；
所述液冷冷凝器(2)的冷媒侧通过冷媒管路与所述外部冷凝器(5)并联。
2.根据权利要求1所述的热泵冷媒循环装置，其特征在于，所述空调循环系统(1)还包括：冷媒电磁阀(8)和单向阀(9)；
所述冷媒电磁阀(8)连通于所述电动压缩机(4)和所述外部冷凝器(5)的入口之间；
所述单向阀(9)连通于所述储液器(6)和所述液冷冷凝器(2)的出口之间。
3.一种电动汽车热管理系统，其特征在于，包括水路循环系统(10)和如权利要求1或2所述的热泵冷媒循环装置，所述水路循环系统(10)包括空调箱暖风(11)、暖风水泵(12)和所述液冷冷凝器(2)的水路侧，所述液冷冷凝器(2)的水路侧通过水路依次和所述空调箱暖风(11)、所述暖风水泵(12)连通。
4.根据权利要求3所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括PTC(13)，所述PTC(13)连通于所述液冷冷凝器(2)和所述空调箱暖风(11)之间。
5.根据权利要求4所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括第一二通水阀(14)，所述第一二通水阀(14)和所述空调箱暖风(11)并联。
6.根据权利要求5所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括第一四通水阀(15)、第二四通水阀(16)、动力电池(17)和电池水泵(18)，所述第一四通水阀(15)的第二端口和所述第一二通水阀(14)的进水口连通，所述第一二通水阀(14)的出水口和所述第二四通水阀(16)的第四端口连通，所述第二四通水阀(16)的第二端口和所述电池水泵(18)的进水口连通，所述电池水泵(18)的出水口和所述动力电池(17)的负极连通，所述动力电池(17)的正极和所述所述第一四通水阀(15)的第四端口连通。
7.根据权利要求6所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括第一三通水阀(19)，所述第一三通水阀(19)的第一进水口和所述空调箱暖风(11)连通，所述第一三通水阀(19)的第二进水口和所述PTC(13)连通，所述第一三通水阀(19)的出水口和所述第二四通水阀(16)的第四端口连通。
8.根据权利要求6所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括ADAS系统(20)和第二二通水阀(21)，所述第二二通水阀(21)连通于所述动力电池(17)正极和所述第一四通水阀(15)的第四端口之间，所述ADAS系统(20)和所述第二二通水阀(21)并联。
9.根据权利要求8所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括电机系统(22)和电机水泵(23)，所述第二四通水阀(16)的第三端口和所述电机水泵(23)的进水口连通，所述电机水泵(23)的出水口和所述电机系统(22)的进水口，所述电机系统(22)的出水口和所述第一四通水阀(15)的第一端口连通，所述冷却器(3)的水路侧连通于所述第一四通水阀(15)的第三端口和所述第二四通水阀(16)的第一端口之间。
10.根据权利要求9所述的电动汽车热管理系统，其特征在于，所述水路循环系统(10)还包括低温散热器(24)和第二三通水阀(25)，所述低温散热器(24)和所述第二三通水阀(25)连通于所述第二四通水阀(16)的第三端口和所述电机系统(22)之间，所述第三四通水阀的第三端口和所述第二三通水阀(25)的进水口连通，所述第二三通水阀(25)的第一出水口和所述低温散热器(24)一端连通，所述电机系统(22)、所述第二三通水阀(25)的第二出水口分别和所述低温散热器(24)另一端连通。
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