CN114801646A - 车辆热管理系统及作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆热管理领域，提供一种车辆热管理系统及作业机械，其中，车辆热管理系统包括：压缩机、第一换热器、第一制热循环回路和电机电控热管理单元，第一换热器包括第一换热侧和第二换热侧；电池热管理单元的第一制热循环回路、所述压缩机与所述第一换热侧串联；电机电控热管理单元与第二换热侧串联。用以解决现有技术中使用PTC水暖加热器对电池进行加热，能耗高的缺陷，本发明提供的车辆热管理系统，通过回收的电机电控热管理单元的热量经过第一换热器进行热交换给压缩机的冷媒，为冷媒蒸发提供足够的蒸发温度并且在压缩机中的冷媒中储存足够的潜热；降低压缩机的能耗，提高车辆的续航里程，保证电池所需的温度，延长电池的使用寿命。

Description

车辆热管理系统及作业机械

技术领域

本发明涉及车辆热管理技术领域，尤其涉及一种车辆热管理系统及作业机械。

背景技术

目前，国家大力推行电动化产品，例如电动挖掘机配有空调、暖风和电池热管理系统等温度调节装置，现有空调系统、暖风系统、电池热管理系统相互独立，整车布置结构复杂、零部件购置成本高，且动力电池长时间在高低温下使用时，会影响电池充放电效率，甚至实现无法充放电，其日历寿命和循环寿命也会大大降低。电池在极寒温度下，电子活性下降、放电效率降低，低温放电造成的容量大幅衰减，影响电池的容量和使用寿命。

现有车辆热管理系统为了满足电池的制热需求，使用PTC水暖加热器对电池进行加热，能耗高，严重影响车辆的续航里程。

发明内容

本发明提供一种车辆热管理系统及作业机械，用以解决现有技术中使用PTC水暖加热器对电池进行加热，能耗高，严重影响车辆的续航里程的缺陷，通过第一换热器收集电机电控热管理单元的热量，从而提高压缩机的功率，在电池的第一制热循环回路进行制热时，能够快速提高制热温度，降低能耗，保证车辆的续航里程。

本发明提供一种车辆热管理系统，包括：

压缩机；

第一换热器，所述第一换热器包括第一换热侧和第二换热侧；

电池热管理单元，包括第一制热循环回路，所述第一制热循环回路、所述压缩机与所述第一换热侧串联；

电机电控热管理单元，所述电机电控热管理单元与所述第二换热侧串联。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述第一换热侧包括第一输入口和第一输出口，所述第一输入口与所述第一输出口连通，所述第一输出口与所述压缩机的输入端连通，所述第一制热循环回路的输出端与所述第一输入口连通；

所述第二换热侧包括第二输入口和第二输出口，所述电机电控热管理单元的输出端与所述第二输入口连通，所述第二输入口与所述第二输出口连通，所述第二输出口与所述电机电控热管理单元的输入端连通，所述压缩机的输出端与所述第一制热循环回路的输入端连通。

根据本发明提供的车辆热管理系统，还包括驾驶室热管理单元，所述驾驶室热管理单元包括第二制热循环回路，所述第二制热循环回路的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述第二制热循环回路的输出端与所述第一输入口连通；

其中，所述第一制热循环回路的输入端设置有第一电磁阀，所述第二制热循环回路的输入端设置有第二电磁阀。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述电池热管理单元还包括第一制冷循环回路，所述第一制冷循环回路的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述第一制冷循环回路的输出端与所述压缩机的输入端连通；

其中，所述第一制冷循环回路的输入端设置有第三电磁阀。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述第一制冷循环回路包括第一冷凝器和第二换热器，所述第一冷凝器的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述第一冷凝器的输出端与所述第二换热器的输入端连通，所述第二换热器的输出端与所述压缩机的输入端连通；

所述第三电磁阀设置在所述第一冷凝器的输入端。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述驾驶室热管理单元包括第二制冷循环回路，所述第二制冷循环回路的输入端与所述第一冷凝器的输出端连通，所述第二制冷循环回路的输出端与所述压缩机的输入端连通；

其中，所述第二制冷循环回路的输入端设置有第二膨胀阀；所述第二换热器的输入端设置有第三膨胀阀。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述第二制冷循环回路包括蒸发器，所述第二制热循环回路包括第二冷凝器。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述第一制热循环回路还包括第一内循环输入口和第一内循环输出口，所述第一制冷循环回路还包括第二内循环输入口和第二内循环输出口；

所述第一内循环输出口与所述第二内循环输入口连通，所述第二内循环输出口与所述第一内循环输入口连通。

根据本发明提供的车辆热管理系统，所述电机电控热管理单元包括加热器，所述第一换热器包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述第二输入口；

其中，所述温度传感器与所述加热器电连通。

本发明还提供了一种作业机械，包括上述的车辆热管理系统。

本发明提供的车辆热管理系统，通过在电池热管理单元的第一制热循环回路与电机电控热管理单元之间设置第一换热器，将回收的电机电控热管理单元的热量经过第一换热器的第一换热侧和第二换热侧进行热交换给压缩机的冷媒，为冷媒蒸发提供足够的蒸发温度并且在压缩机中的冷媒中储存足够的潜热；在对电池进行制热时，能够有效降低压缩机的能耗，提高车辆的续航里程，保证电池所需的温度，延长电池的使用寿命。

进一步，在本发明提供的作业机械中，由于具备如上所述的车辆热管理系统，因此同样具备如上所述的各种优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的车辆热管理系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的车辆热管理系统的结构示意图之二；

图3是本发明提供的车辆热管理系统的结构示意图之三；

图4是本发明提供的车辆热管理系统的结构示意图之四。

附图标记：

100：压缩机；110：第一换热器；101：第一输入口；102：第一输出口；103：第二输入口；104：第二输出口；105：温度传感器；120：第三电磁阀；130：第三膨胀阀；140：第一电磁阀；150：第一膨胀阀；160：第二电磁阀；170：第二膨胀阀；180：油分离器；

200：电池热管理单元；201：第一制热循环回路；210：第三换热器；220：第二换热器；230：第一冷凝器；211：第一内循环输入口；212：第一内循环输出口；221：第二内循环输入口；222：第二内循环输出口；240：第二水泵；250：水冷板；

300：电机电控热管理单元；301：加热器；302：第一水泵；303：控制器；304：电机；305：散热器；

400：驾驶室热管理单元；401：第二制热循环回路；410：第二冷凝器；420：蒸发器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图4，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。

本发明提供了一种车辆热管理系统，包括：压缩机100、第一换热器110、电池热管理单元200和电机电控热管理单元300，压缩机100为整个车辆热管理系统提供冷媒，电机电控热管理单元300通过第一换热器110将余热传递给压缩机100，提高进入压缩机100的冷媒潜热，提升压缩机100的工作效率，压缩机100将高温高压的冷媒传递给第一制热循环回路201，从而提高第一制热循环回路201的制热效率，使第一制热循环回路201在低温环境下，低能耗的为电池提供热量。

具体地，如图1所示，第一换热器110包括第一换热侧和第二换热侧；电池热管理单元200包括第一制热循环回路201，第一制热循环回路201、压缩机100与第一换热侧串联；电机电控热管理单元300与第二换热侧串联。其中，第一换热器110可以为板式换热器。

在本发明的一个实施例中，第一换热器110的第一换热侧包括第一输入口101和第一输出口102，第二换热侧包括第二输入口103和第二输出口104，第一输入口101与第一输出口102连通，第二输入口103与第二输出口104连通；其中，第一输出口102与压缩机100的输入端连通。

压缩机100的输出端与第一制热循环回路201的输入端连通，第一制热循环回路201的输出端与第一换热器110的第一输入口101连通。

电机电控热管理单元300的输出端与第一换热器110的第二输入口103连通，第二输出口104与电机电控热管理单元300的输入端连通。

也就是说，电机电控热管理单元300加热的防冻液在第一换热器110中与冷媒进行热交换，从而将热量传递给冷媒，提高冷媒的潜热。

继续参考图1，在本发明的一个实施例中，车辆热管理系统还包括驾驶室热管理单元400，驾驶室热管理单元400包括第二制热循环回路401，第二制热循环回路401的输入端与压缩机100的输出端连通，第二制热循环回路401的输出端与第一换热器110的第一输入口101连通。其中，第一制热循环回路201的输入端设置有第一电磁阀140，第二制热循环回路401的输入端设置有第二电磁阀160。

换句话说，在驾驶室热管理单元400和电池热管理单元200同时进行制热时，压缩机100同时给第一制热循环回路201和第二制热循环回路401提供冷媒，第一换热器110通过回收电机电控热管理单元300的热量，来蒸发液态冷媒。通过控制第一电磁阀140和第二电磁阀160的开关，可以实现第一制热循环回路201和第二制热循环回路401的开启和关闭。

此外，在本发明的一些实施例中，第一换热器110的第一输入口101处还设置有第一膨胀阀150，通过控制第一膨胀阀150的开度大小，来控制冷媒的通过量从而控制换热量。

如图2所示，在本发明的另一个实施例中，电池热管理单元200还包括第一制冷循环回路，第一制冷循环回路的输入端与压缩机100的输出端连通，第一制冷循环回路的输出端与压缩机100的输入端连通；其中，第一制冷循环回路的输入端设置有第三电磁阀120。也就是说，电池热管理单元200不仅能够实现制热还能够实现制冷，防止电池在较高温度下，影响电池充放电效率，甚至使电池无法放电，影响电池的使用寿命。

其中，通过控制第三电磁阀120和第一电磁阀140实现对第一制冷循环回路和第一制热循环回路201的开和关，在电池需要制冷时，关闭第一电磁阀140，开启第三电磁阀120，第一制冷循环回路对电池进行制冷；在电池需要制热时，开启第一电磁阀140，关闭第三电磁阀120，第一制热循环回路201对电池进行制热。

继续参考图2，在本发明的可选实施例中，针对本发明的第一制冷循环回路而言，第一制冷循环回路包括第一冷凝器230和第二换热器220，第一冷凝器230的输入端与压缩机100的输出端连通，第一冷凝器230的输出端与第二换热器220的输入端连通，第二换热器220的输出端与压缩机100的输入端连通；第三电磁阀120设置在第一冷凝器230的输入端。其中，第二换热器220可以为板式换热器。

具体来说，压缩机100输出端提供高温高压的气体给第一冷凝器230，第一冷凝器230将气体转化为液体，提供给第二换热器220，第二换热器220吸收电池的热量，将液体转化为气体，带走热量，进入到压缩机100中。

其中，在本发明的其它实施例中，第一制热循环回路201包括第三换热器210。第三换热器210的输入端设置有第一电磁阀140，第三换热器210通过第一电磁阀140与压缩机100连通，第三换热器210的输出端与第一换热器110的输入端连通。具体地，压缩机100输出的高温高压的气体进入第三换热器210中，第三换热器210释放热量给电池，将气体转化为液体，进入第一换热器110中，进一步吸收热量，循环到压缩机100中。其中，第三换热器210可以为板式换热器。

进一步地，在本发明的另一个可选实施例中，针对本发明的电池热管理单元200而言，第一制热循环回路201还包括第一内循环输入口211和第一内循环输出口212，第一制冷循环回路还包括第二内循环输入口221和第二内循环输出口222；第一内循环输出口212与第二内循环输入口221连通，第二内循环输出口222与第一内循环输入口211连通。换言之，防冻液从第一内循环输入口211进入到第三换热器210中，与第三换热器210中的冷媒进行热交换，防冻液进入到第二换热器220中，与第二换热器220中的冷媒进行热交换，进而实现防冻液的循环。

其中，电池热管理单元200还包括水冷板250和第二水泵240，水冷板250设置在电池上，第二水泵240用于驱动防冻液在第二换热器220和第三换热器210中循环。在电池热管理单元200进行制热时，防冻液在第三换热器210中通过，第三换热器210不存在热交换，只作为通道。在电池热管理单元200进行制冷时，防冻液在第二换热器220中通过，第二换热器220不存在热交换，只作为通道。

电池热管理单元200使用双板式换热器结构，满足电池冷却和加热需求。电机电控热管理单元300采用第一换热器110，将电机电控热管理单元300的余热回收嵌入到电池热管理单元200中。电机电控热管理单元300与冷媒换热，可使压缩机100进口前端蒸发热量充足。车辆低温环境工作，制热效果好，提高零部件利用率，提高系统集成度。

如图3所示，在本发明的一个优选实施例中，驾驶室热管理单元400包括第二制冷循环回路，第二制冷循环回路的输入端与第一冷凝器230的输出端连通，第二制冷循环回路的输出端与压缩机100的输入端连通。其中，第二制冷循环回路的输入端设置有第二膨胀阀170；第二换热器220的输入端设置有第三膨胀阀130。

换言之，第一冷凝器230的输出端分别与第二膨胀阀170和第三膨胀阀130连通，通过控制第二膨胀阀170和第三膨胀阀130的开度，控制压缩机100转速来获取并分配制冷量。也可以通过控制第二膨胀阀170和第三膨胀阀130实现第一制冷循环回路和第二制冷循环回路的同时开启、同时关闭，以及其中一个制冷循环回路工作。

其中，第二制冷循环回路包括蒸发器420，压缩机100输出的高温高压气体经过第一冷凝器230，将气体转化为液体，进入蒸发器420，蒸发器420吸收驾驶室内的热量，将液体转化为气体，回到压缩机100内，实现驾驶室的制冷效果。

在本发明的实施例中，第二制冷循环回路包括蒸发器420，同时第二制热循环回路401包括第二冷凝器410。具体地，第二冷凝器410的输入端通过第二电磁阀160与压缩机100连通，第二冷凝器410的输出端通过第一膨胀阀150与第一换热器110连通驾驶舱采暖，仅使用1个室内冷凝器，使空调系统(HVAC)结构简单，成本低。

如图1和图2所示，在本发明的另一个实施例中，电机电控热管理单元300包括加热器301，第一换热器110包括温度传感器105，温度传感器105设置在第一换热器110的第二输入口103，方便及时监测第二输入口103处的防冻液的温度；其中，温度传感器105与加热器301电性连接。

具体来说，温度传感器105获取第二输入口103处的防冻液的温度，在防冻液温度低于第一预设值时，加热器301开启进行预热，在第二输入口103处的温度达到第二预设值时，关闭加热器301，停止加热。实现第一换热器110有足够的温度用于与冷媒进行交换，保证压缩机100在低温环境下的制热需求。其中，加热器301可以选择PTC加热器。

其中，在本发明的一些实施例中，电机电控热管理单元300包括散热器305、第一水泵302、控制器303和电机304。第一水泵302驱动防冻液获取控制器303、电机304以及加热器301的热量，通过第一换热器110进行换热，多余热量通过散热器305释放。

如图4所示，在本发明的一个具体实施例中，驾驶室热管理单元400的第二制热循环回路401与电机电控热管理单元300同时工作。

具体地，关闭第三电磁阀120，关闭第一电磁阀140，开启第二电磁阀160，调整第一膨胀阀150的开度。

压缩机100输出高温高压气态冷媒，经过第二电磁阀160进入第二冷凝器410中，第二冷凝器410吸收驾驶室内的冷量，将热量散发到驾驶室内对驾驶室制热。将气态冷媒转换成液态冷媒，经过第一膨胀阀150进入第一换热器110的第一输入口101，液态冷媒在第一换热器110内与高温的防冻液进行热交换，将液态冷媒转换成气态冷媒，从第一输出口102输出，经过油分离器180进入到压缩机100中。

其中，温度传感器105获取第一换热器110的第二输入口103的温度，在极寒环境下，第二输入口103的防冻液的温度低于第一预设值，启动加热器301，使防冻液温度升高，温度达到第二预设值时，关闭加热器301。从而达到电机电控热管理单元300的余热在环境温度较低的情况下对驾驶室热管理单元400进行辅热，降低压缩机100能耗，提高电机电控热管理单元300的余热利用率，使驾驶室温度快速达到预定需求。

继续参考图3，在本发明的另一个具体实施例中，驾驶室热管理单元400的第二制冷循环回路与电池热管理单元200的第一制热循环回路201同时工作。也就是说，驾驶室制冷，电池制热；开启第三电磁阀120，关闭第二电磁阀160，关闭第三膨胀阀130，开启第一电磁阀140，调整第一膨胀阀150开度。在本发明的一个实施例中，驾驶室热管理单元400的第二制冷循环回路与电池热管理单元200的第一制冷循环回路同时工作。也就是说，驾驶室制冷，电池制冷；开启第三电磁阀120，关闭第一电磁阀140和第二电磁阀160，开启第三膨胀阀130和第二膨胀阀170，并调节开度。

在本发明的另一个实施例中，驾驶室热管理单元400的第二制热循环回路401与电池热管理单元200的第一制冷循环回路同时工作。也就是说，驾驶室制热，电池制冷；开启第三电磁阀120，关闭第二膨胀阀170，开启第三膨胀阀130，开启第二电磁阀160，关闭第一电磁阀140，调整第一膨胀阀150的开度。

如图2和图3所示，在本发明的其他实施例中，车辆热管理系统还包括油分离器180，压缩机100的输入端设置有油分离器180。用于压缩机100的润滑密封和冷却作用。

本发明还提供了一种作业机械，包括上述实施例的车辆热管理系统。例如，作业机械可以为诸如起重机、挖掘机、桩机等工程机械，或者为诸如登高车、消防车、搅拌车等工程车辆。

本发明提供的车辆热管理系统，通过在电池热管理单元200的第一制热循环回路201与电机电控热管理单元300之间设置第一换热器110，将回收的电机电控热管理单元300的热量经过第一换热器110进行热交换给压缩机100的冷媒，为冷媒蒸发提供足够的蒸发温度并且在压缩机100中的冷媒中储存足够的潜热；在对电池进行制热时，能够有效降低压缩机100的能耗，提高车辆的续航里程，保证电池所需的温度，延长电池的使用寿命。

进一步，在本发明提供的作业机械中，由于具备如上所述的车辆热管理系统，因此同样具备如上所述的各种优势。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车辆热管理系统，其特征在于，包括：

压缩机；

第一换热器，所述第一换热器包括第一换热侧和第二换热侧；

电池热管理单元，包括第一制热循环回路，所述第一制热循环回路、所述压缩机与所述第一换热侧串联；

电机电控热管理单元，所述电机电控热管理单元与所述第二换热侧串联。

2.根据权利要求1所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述第一换热侧包括第一输入口和第一输出口，所述第一输入口与所述第一输出口连通，所述第一输出口与所述压缩机的输入端连通，所述第一制热循环回路的输出端与所述第一输入口连通；

所述第二换热侧包括第二输入口和第二输出口，所述电机电控热管理单元的输出端与所述第二输入口连通，所述第二输入口与所述第二输出口连通，所述第二输出口与所述电机电控热管理单元的输入端连通，所述压缩机的输出端与所述第一制热循环回路的输入端连通。

3.根据权利要求2所述的车辆热管理系统，其特征在于，还包括驾驶室热管理单元，所述驾驶室热管理单元包括第二制热循环回路，所述第二制热循环回路的输入端与所述压缩机的输出端连接，所述第二制热循环回路的输出端与所述第一输入口连通；

其中，所述第一制热循环回路的输入端设置有第一电磁阀，所述第二制热循环回路的输入端设置有第二电磁阀。

4.根据权利要求3所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述电池热管理单元还包括第一制冷循环回路，所述第一制冷循环回路的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述第一制冷循环回路的输出端与所述压缩机的输入端连通；

其中，所述第一制冷循环回路的输入端设置有第三电磁阀。

5.根据权利要求4所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述第一制冷循环回路包括第一冷凝器和第二换热器，所述第一冷凝器的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述第一冷凝器的输出端与所述第二换热器的输入端连通，所述第二换热器的输出端与所述压缩机的输入端连通；

所述第三电磁阀设置在所述第一冷凝器的输入端。

6.根据权利要求5所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述驾驶室热管理单元包括第二制冷循环回路，所述第二制冷循环回路的输入端与所述第一冷凝器的输出端连通，所述第二制冷循环回路的输出端与所述压缩机的输入端连通；

其中，所述第二制冷循环回路的输入端设置有第二膨胀阀；所述第二换热器的输入端设置有第三膨胀阀。

7.根据权利要求6所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述第二制冷循环回路包括蒸发器，所述第二制热循环回路包括第二冷凝器。

8.根据权利要求4所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述第一制热循环回路还包括第一内循环输入口和第一内循环输出口，所述第一制冷循环回路还包括第二内循环输入口和第二内循环输出口；

所述第一内循环输出口与所述第二内循环输入口连通，所述第二内循环输出口与所述第一内循环输入口连通。

9.根据权利要求2所述的车辆热管理系统，其特征在于，所述电机电控热管理单元包括加热器，所述第一换热器包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述第二输入口；

其中，所述温度传感器与所述加热器电连接。

10.一种作业机械，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的车辆热管理系统。

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