CN114851805A - 电动汽车整车热管理系统及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种电动汽车整车热管理系统及电动汽车。电动汽车整车热管理系统包括:冷媒侧热管理系统;载冷剂侧热管理系统;以及,液液换热器;载冷剂侧热管理系统包括:电池包热管理回路;电机电控热管理回路;以及,切换阀,用于控制电池包热管理回路与电机电控热管理回路并联或串联。本申请提供的电动汽车整车热管理系统,设置切换阀来连接电池包热管理回路与电机电控热管理回路,电池包热管理回路与液液换热器相连,从而通过切换阀控制电池包热管理回路与电机电控热管理回路串联与并联,以控制电池包热管理回路与电机电控热管理回路经液液换热器进行换热,无需使用复杂结构的换热器或增加换热器的数量,简化结构,降低成本,便于控制。
Description
技术领域
本申请属于车辆技术领域,更具体地说,是涉及一种电动汽车整车热管理系统及电动汽车。
背景技术
车辆,尤其是电动汽车,为保证行驶过程及充电过程中的乘员舱舒适性、电池包和电机电控等电器设备的安全性,以及运行在合理的效率区间,必须在整车层面对乘员舱、外界环境、电池包、电机电控系统及制冷系统中其它可用冷热源的冷、热量进行综合管理。
近年来,电动汽车热管理系统一般包括车载空调系统、电池包热管理系统和电机电控热管理系统。并且设置液液换热器,通过车载空调系统与电池包热管理系统和电机电控热管理系统进行热交换,以实现通过车载空调系统对电池包和电机电控进行热管理。然而这种热管理系统需要在电器设备侧设置两套热管理系统,需要在两套电器设备侧分别设置液液换热器(即液-液式热交换器)与车载空调系统换热,或使用具有至少三路液路的液液换热器,来将车载空调系统、电池包热管理系统和电机电控热管理系统并联,结构复杂。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电动汽车整车热管理系统及电动汽车,以解决现有技术中的电动汽车热管理系统需要在其电器设备侧设置两套热管理系统,并需要在两套电器设备侧分别设置液液换热器与车载空调系统换热,或使用具有至少三路液路的液液换热器,来将车载空调系统、电池包热管理系统和电机电控热管理系统并联,导致结构复杂的技术问题。
为实现上述目的,本申请实施例采用的技术方案是:提供一种电动汽车整车热管理系统,包括:
冷媒侧热管理系统,用于对乘员舱进行热管理;
载冷剂侧热管理系统,用于对汽车电器设备进行热管理;以及,
液液换热器,用于实现所述冷媒侧热管理系统与所述载冷剂侧热管理系统之间的热交换,所述液液换热器与所述冷媒侧热管理系统相连;
所述载冷剂侧热管理系统包括:
电池包热管理回路,用于对电池包进行热管理,所述电池包热管理回路与所述液液换热器相连;
电机电控热管理回路,用于对电机电控进行热管理;以及,
切换阀,连接所述电池包热管理回路与所述电机电控热管理回路,用于控制所述电池包热管理回路与所述电机电控热管理回路并联或串联。
在一个可选实施例中,所述电池包热管理回路包括电池包组件、电池包侧水泵和膨胀水壶,所述电池包侧水泵、所述液液换热器、所述切换阀及所述膨胀水壶依次串联形成回路。
在一个可选实施例中,所述电池包热管理回路还包括用于控制旁通所述电池包组件的第一三通阀,所述第一三通阀的三个阀口分别与所述电池包组件的两端及所述液液换热器相连。
在一个可选实施例中,所述电池包热管理回路还包括用于对所述载冷剂侧热管理系统中的载冷剂加热的载冷剂侧加热器,所述载冷剂侧加热器设于所述第一三通阀与所述液液换热器之间。
在一个可选实施例中,所述电机电控热管理回路包括电控侧水泵、电机电控组件和室外散热器,所述电控侧水泵、所述电机电控组件、所述室外散热器和所述切换阀依次串联形成回路。
在一个可选实施例中,所述电机电控热管理回路还包括用于控制旁通所述室外散热器的第二三通阀,所述第二三通阀的三个阀口分别与所述室外散热器的两端及所述电机电控组件相连。
在一个可选实施例中,所述电机电控热管理回路还包括用于控制旁通所述电机电控组件的第三三通阀,所述第三三通阀的三个阀口分别与所述电机电控组件的两端及所述电控侧水泵相连。
在一个可选实施例中,所述冷媒侧热管理系统包括压缩机、舱室冷凝器、舱室蒸发器、气液分离器、室外换热器、第一阀组、第二阀组、第一膨胀阀和第二膨胀阀,所述舱室冷凝器与所述第一膨胀阀串联形成舱室加热支路,所述舱室蒸发器与所述第二膨胀阀串联形成舱室降温支路,所述压缩机的排气口、所述第一阀组、第二阀组及所述舱室加热支路的一端相连,所述压缩机的进气口与所述气液分离器的出口相连,所述气液分离器的入口、所述第一阀组、所述舱室降温支路的一端及所述第二阀组相连,所述液液换热器的一端与所述第一阀组相连,所述室外换热器的一端与所述第二阀组相连,所述舱室加热支路的另一端、所述舱室降温支路的另一端、所述室外换热器的另一端及所述液液换热器的另一端相连;所述第一阀组用于控制所述液液换热器与所述压缩机的排气口及所述气液分离器的入口连通,所述第二阀组用于控制所述室外换热器与所述压缩机的排气口及所述气液分离器的入口连通,所述舱室冷凝器用于对所述乘员舱加热,所述舱室蒸发器用于从所述乘员舱吸热。
在一个可选实施例中,所述冷媒侧热管理系统还包括第三膨胀阀,所述第三膨胀阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述气液分离器的入口。
在一个可选实施例中,所述冷媒侧热管理系统还包括第四膨胀阀,所述第四膨胀阀与所述室外换热器串联形成室外换热支路,所述室外换热支路的两端分别连接所述舱室加热支路的另一端与所述第二阀组。
在一个可选实施例中,所述室外换热支路包括并联设置的至少两个所述第四膨胀阀;和/或,所述室外换热支路包括并联设置的至少一个所述第四膨胀阀和至少一个室外辅助阀。
在一个可选实施例中,所述冷媒侧热管理系统还包括第五膨胀阀,所述第五膨胀阀与所述液液换热器串联形成液液换热支路,所述液液换热支路的两端分别连接所述舱室加热支路的另一端与所述第一阀组。
在一个可选实施例中,所述液液换热支路包括并联设置的至少两个所述第五膨胀阀;和/或,所述室外换热支路包括并联设置的至少一个所述第五膨胀阀和至少一个液控辅助阀。
在一个可选实施例中,所述冷媒侧热管理系统还包括用于对所述乘员舱进行加热的冷媒侧加热器。
在一个可选实施例中,所述舱室加热支路包括并联设置的至少两个所述第一膨胀阀;和/或,所述舱室加热支路包括并联设置的至少一个所述第一膨胀阀和至少一个辅助调节阀。
在一个可选实施例中,所述舱室加热支路还包括与所述舱室冷凝器串联的第一辅助控流阀,所述第一辅助控流阀为通断阀、止回阀和单向阀中的任一种。
在一个可选实施例中,所述舱室降温支路还包括与所述舱室蒸发器串联的第二辅助控流阀,所述第二辅助控流阀为通断阀、止回阀和单向阀中的任一种。
在一个可选实施例中,所述第一阀组包括第一通断阀和第二通断阀,所述第一通断阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述液液换热器的一端,所述第二通断阀的两端分别连接所述气液分离器的入口与所述液液换热器的一端;
或者,所述第一阀组包括第一冷媒侧三通阀,所述第一冷媒侧三通阀的三个阀口分别连接所述压缩机的排气口、所述液液换热器的一端及所述气液分离器的入口。
在一个可选实施例中,所述第二阀组包括第一开关阀和第二开关阀,所述第一开关阀的两端分别连接所述气液分离器的入口与所述室外换热器的一端,所述第二开关阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述室外换热器的一端;
或者,所述第二阀组包括第二冷媒侧三通阀,所述第二冷媒侧三通阀的三个阀口分别连接所述压缩机的排气口、所述室外换热器的一端及所述气液分离器的入口。
在一个可选实施例中,所述第一阀组控制所述液液换热器与所述气液分离器的入口连通,且使所述液液换热器与所述压缩机的排气口关断,所述液液换热器向所述载冷剂侧热管理系统的载冷剂散热;
或者,所述第一阀组控制所述液液换热器与所述气液分离器的入口关断,且使所述液液换热器与所述压缩机的排气口连通,所述液液换热器从所述载冷剂侧热管理系统的载冷剂吸热。
在一个可选实施例中,所述第二阀组控制所述室外换热器与所述气液分离器的入口连通,且使所述室外换热器与所述压缩机的排气口关断,所述室外换热器从室外空气吸热;
或者,所述第二阀组控制所述室外换热器与所述气液分离器的入口关断,且使所述室外换热器与所述压缩机的排气口连通,所述室外换热器向室外空气散热。
本申请实施例的另一目的在于提供一种电动汽车,包括如上任一实施例所述的电动汽车整车热管理系统。
本申请实施例提供的电动汽车整车热管理系统的有益效果在于:与现有技术相比,本申请实施例的电动汽车整车热管理系统,通过设置冷媒侧热管理系统对乘员舱进行热管理,设置载冷剂侧热管理系统对汽车电器设备进行热管理,设置液液换热器来实现冷媒侧热管理系统与载冷剂侧热管理系统的热交换;而载冷剂侧热管理系统包括电池包热管理回路、电机电控热管理回路和切换阀,通过电池包热管理回路对电池包进行热管理,通过电机电控热管理回路对电机电控进行热管理,并通过切换阀来连接电池包热管理回路与电机电控热管理回路,而电池包热管理回路与液液换热器相连,从而通过切换阀控制电池包热管理回路与电机电控热管理回路并联或串联。当电池包热管理回路与电机电控热管理回路串联时,载冷剂侧热管理系统中载冷剂经液液换热器与冷媒侧热管理系统进行换热;当电池包热管理回路与电机电控热管理回路并联时,冷媒侧热管理系统经液液换热器与电池包热管理回路热交换,从而无需使用复杂结构的换热器或增加换热器的数量,有效简化了整车热管理系统的结构,降低了成本,且热交换便于控制。
本申请实施例提供的电动汽车的有益效果在于:与现有技术相比,本申请实施例的电动汽车,使用了上述实施例的电动汽车整车热管理系统,具有上述电动汽车整车热管理系统的技术效果,在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或示范性技术描述中所需要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是本申请实施例一提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图2是本申请实施例二提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图3是本申请实施例三提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图4是本申请实施例四提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图5是本申请实施例五提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图6是本申请实施例六提供的电动汽车整车热管理系统的结构示意图;
图7是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制冷模式第一实施例的结构示意图;
图8是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制冷模式第二实施例的结构示意图;
图9是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制冷模式第三实施例的结构示意图;
图10是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制冷模式第一实施例的结构示意图;
图11是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制冷模式第二实施例的结构示意图;
图12是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制冷模式第三实施例的结构示意图;
图13是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制冷模式第一实施例的结构示意图;
图14是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制冷模式第二实施例的结构示意图;
图15是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制热模式第一实施例的结构示意图;
图16是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制热模式第二实施例的结构示意图;
图17是本申请的电动汽车整车热管理系统于第一制热模式第三实施例的结构示意图;
图18是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第一实施例的结构示意图;
图19是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第二实施例的结构示意图;
图20是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第三实施例的结构示意图;
图21是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第四实施例的结构示意图;
图22是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第五实施例的结构示意图;
图23是本申请的电动汽车整车热管理系统于第二制热模式第六实施例的结构示意图;
图24是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制热模式第一实施例的结构示意图;
图25是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制热模式第二实施例的结构示意图;
图26是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制热模式第三实施例的结构示意图;
图27是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制热模式第四实施例的结构示意图;
图28是本申请的电动汽车整车热管理系统于第三制热模式第五实施例的结构示意图;
图29是本申请的电动汽车整车热管理系统于储能与余热利用模式第一实施例的结构示意图;
图30是本申请的电动汽车整车热管理系统于储能与余热利用模式第二实施例的结构示意图;
图31是本申请的电动汽车整车热管理系统于储能与余热利用模式第三实施例的结构示意图;
图32是本申请的电动汽车整车热管理系统于除雾除霜除湿模式第一实施例的结构示意图;
图33是本申请的电动汽车整车热管理系统于除雾除霜除湿模式第二实施例的结构示意图;
图34是本申请的电动汽车整车热管理系统于除雾除霜除湿模式第三实施例的结构示意图;
图35是本申请的电动汽车整车热管理系统于除雾除霜除湿模式第四实施例的结构示意图;
图36是本申请的电动汽车整车热管理系统于换热器化霜模式第一实施例的结构示意图;
图37是本申请的电动汽车整车热管理系统于换热器化霜模式第二实施例的结构示意图;
图38是本申请的电动汽车整车热管理系统于换热器化霜模式第三实施例的结构示意图;
图39是本申请的电动汽车整车热管理系统于换热器化霜模式第四实施例的结构示意图。
其中,图中各附图主要标记:
100-冷媒侧热管理系统;101-压缩机;1020-舱室加热支路;102-舱室冷凝器;1021-第一膨胀阀;1022-第一辅助控流阀;1023-辅助调节阀;1030-舱室降温支路;103-舱室蒸发器;1031-第二膨胀阀;1032-第二辅助控流阀;1040-排气旁通支路;104-气液分离器;1041-第三膨胀阀;1050-室外换热支路;105-室外换热器;1051-第四膨胀阀;1052-室外辅助阀;106-冷媒侧加热器;111-第一温度压力传感器;112-第二温度压力传感器;113-第三温度压力传感器;121-第一阀组;1211-第一通断阀;1212-第二通断阀;1213-第一冷媒侧三通阀;122-第二阀组;1221-第一开关阀;1222-第二开关阀;1223-第二冷媒侧三通阀;
200-电池包热管理回路;201-电池包组件;202-膨胀水壶;203-电池包侧水泵;204-第一三通阀;205-载冷剂侧加热器;
210-电机电控热管理回路;211-电机电控组件;212-电控侧水泵;213-室外散热器;214-第二三通阀;215-第三三通阀;
22-四通阀;
300-液液换热支路;30-液液换热器;301-第五膨胀阀;302-液控辅助阀;
40-乘员舱。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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申请和简化描述,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申请的限制。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“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,或一体地连接;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,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。此外,在一个或多个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
需要说明的是,本申请实施例的各附图中,各三通阀上标号1指该三通阀的第一阀口,各三通阀上标号2指该三通阀的第二阀口,各三通阀上标号3指该三通阀的第三阀口。四通阀上标号1指该四通阀的第一阀口,四通阀上标号2指该四通阀的第二阀口,四通阀上标号3指该四通阀的第三阀口,四通阀上标号4指该四通阀的第四阀口。
请参阅图1,现对本申请提供的电动汽车整车热管理系统进行说明。所述电动汽车整车热管理系统,包括冷媒侧热管理系统100、载冷剂侧热管理系统(图未标)和液液换热器30;其中,冷媒侧热管理系统100用于对乘员舱40进行热管理,如对乘员舱40进行加热、降温等热管理。载冷剂侧热管理系统用于对汽车电器设备进行热管理,如对电池包、电机电控等电器设备加热、降温等热管理。冷媒侧热管理系统100和载冷剂侧热管理系统均与液液换热器30相连,如冷媒侧热管理系统100与液液换热器30的一路液路的两端相连,载冷剂侧热管理系统与液液换热器30的另一路液路的两端相连,从而通过液液换热器30将冷媒侧热管理系统100与载冷剂侧热管理系统并联,以便冷媒侧热管理系统100和载冷剂侧热管理系统,通过液液换热器30进行热交换,如冷媒侧热管理系统100通过液液换热器30对载冷剂侧热管理系统加热或降温。
载冷剂侧热管理系统包括电池包热管理回路200、电机电控热管理回路210和切换阀。电池包热管理回路200用于对电池包进行热管理,如控制载冷剂流经电池包组件,以对电池包组件进行加热或降温。电机电控热管理回路210用于对电机电控进行热管理,如控制载冷剂流经电机电控组件,以对电机电控组件进行加热或降温。电池包热管理回路200和电机电控热管理回路210均与切换阀相连,通过切换阀来控制电池包热管理回路200和电机电控热管理回路210串联或并联。切换阀可以为四通阀22,以通过四通阀22来实现切换电池包热管理回路200和电机电控热管理回路210串联或并联。当然,切换阀也可以使用其他阀件,只要能控制电池包热管理回路200和电机电控热管理回路210串联与并联切换即可。以下切换阀以四通阀22为例进行说明。
四通阀22连接电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210,也就是说,电池包热管理回路200与四通阀22的两个阀口相连,电机电控热管理回路210与四通阀22的另两个阀口相连。四通阀22可以使用两位四通阀,当然四通阀22也可以使用三位四通阀等。例如,可以将电池包热管理回路200与四通阀22的第一阀口和第四阀口相连,电机电控热管理回路210与四通阀22的第二阀口和第三阀口相连。从而通过控制四通阀22,可以控制电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210并联或串联,如当四通阀22控制第一阀口与第四阀口连通,第二阀口与第三阀口连通,以将电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210并联;当四通阀22控制第一阀口与第二阀口连通,第三阀口与第四阀口连通,以将电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210串联,以简化结构,便于电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210的控制。
电池包热管理回路200与液液换热器30相连,也就是说,电池包热管理回路200与液液换热器30的另一路液路的两端相连,从而将液液换热器30的另一路液路串联到电池包热管理回路200中。
当电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210并联,则冷媒侧热管理系统100经液液换热器30与电池包热管理回路200进行换热。当电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210串联,则冷媒侧热管理系统100经液液换热器30与电池包热管理回路200及电机电控热管理回路210进行换热。从而无需增加换热器的数量,或者无需复杂的换热器结构,以简化结构,方便控制,降低成本。
本申请提供实施例的电动汽车整车热管理系统,与现有技术相比,本申请实施例的电动汽车整车热管理系统,设置冷媒侧热管理系统100对乘员舱40进行热管理,设置载冷剂侧热管理系统对汽车电器设备进行热管理,设置液液换热器30来实现冷媒侧热管理系统100与载冷剂侧热管理系统的热交换;而载冷剂侧热管理系统设置电池包热管理回路200和电机电控热管理回路210,通过电池包热管理回路200对电池包进行热管理,电机电控热管理回路210对电机电控进行热管理,并设置切换阀来连接电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210,而电池包热管理回路200与液液换热器30相连,从而通过切换阀控制电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210并联或串联,进而在电池包热管理回路200与电机电控热管理回路串联时,载冷剂侧热管理系统中载冷剂经液液换热器30与冷媒侧热管理系统100进行换热,进而与冷媒侧热管理系统100热交换,而电池包热管理回路200与电机电控热管理回路并联时,冷媒侧热管理系统100经液液换热器30与电池包热管理回路200热交换,从而无需使用复杂结构的换热器或增加换热器的数量,简化结构,降低成本,便于控制。
在一个实施例中,请参阅图1,电池包热管理回路200包括电池包组件201、电池包侧水泵203和膨胀水壶202,电池包侧水泵203、液液换热器30、四通阀22及膨胀水壶202依次串联形成回路。也就是说,电池包侧水泵203、液液换热器30的另一路液路、电池包组件201、四通阀22的第一阀口与第四阀口及膨胀水壶202依次串联形成回路,例如,膨胀水壶202的出口与电池包侧水泵203的入口相连,电池包侧水泵203的出口与液液换热器30的另一路液路的一端相连,液液换热器30的另一路液路的另一端与电池包组件201的一端相连,电池包组件201的另一端与四通阀22的第四阀口相连,四通阀22的第一阀口与膨胀水壶202的入口相连,从而在电池包侧水泵203工作时,载冷剂依次经过液液换热器30的另一路液路、电池包组件201、四通阀22、膨胀水壶202,再到电池包侧水泵203,以实现载冷剂在液液换热器30中进行热交换,并且通过载冷剂控制电池包组件201的温度。可以理解地,电池包热管理回路200中载冷剂的流路方向也可以设置相反。
在一个实施例中,请参阅图1,电池包热管理回路200还包括第一三通阀204,第一三通阀204位于电池包组件201与液液换热器30之间,第一三通阀204的三个阀口分别与电池包组件201的两端及液液换热器30相连,如第一三通阀204的第一阀口与液液换热器30的另一路液路相连,第一三通阀204的第二阀口与电池包组件201的一端相连,第一三通阀204的第三阀口与电池包组件201的另一端相连,从而使第一三通阀204控制是否旁通电池包组件201,即控制电池包热管理回路200中载冷剂是否流过电池包组件201。例如,第一三通阀204的第一阀口与第二阀口连通,载冷剂会流过电池包组件201,而当第一三通阀204的第一阀口与第三阀口连通时,载冷剂则不会流过电池包组件201,以对电池包组件201旁通。
在一个实施例中,请参阅图1,电机电控热管理回路210包括电控侧水泵212、电机电控组件211和室外散热器213,电控侧水泵212、电机电控组件211、室外散热器213和四通阀22依次串联形成回路。例如,电控侧水泵212的出口与电机电控组件211的一端相连,电机电控组件211的另一端与室外散热器213的一端相连,室外散热器213的另一端与四通阀22的第二阀口相连,四通阀22的第三阀口与电控侧水泵212的入口相连,则电机电控热管理回路210工作时,载冷剂从四通阀22至电控侧水泵212、电机电控组件211、室外散热器213,再回到四通阀22,从而载冷剂在室外散热器213中,与外界进行热交换,并经过电机电控组件211时,调控电机电控组件211的温度。可以理解地,电机电控热管理中载冷剂的流路方向也可以设置相反。
在一个实施例中,请参阅图1,电机电控热管理回路210还包括第二三通阀214,第二三通阀214位于电机电控组件211与室外散热器213之间,第二三通阀214的三个阀口分别与室外散热器213的两端及电机电控组件211相连,如第二三通阀214的第一阀口与电机电控组件211远离电控侧水泵212的一端相连,第二三通阀214的第二阀口与室外散热器213的一端相连,第二三通阀214的第三阀口与室外散热器213的另一端相连,从而使第二三通阀214控制是否旁通室外散热器213,即控制电机电控热管理回路210中载冷剂是否流过室外散热器213。例如,第二三通阀214的第一阀口与第二阀口连通,载冷剂会流过室外散热器213,而当第二三通阀214的第一阀口与第三阀口连通时,载冷剂则不会流过室外散热器213,以对室外散热器213旁通。
在一个实施例中,四通阀22控制第一阀口与第二阀口连通,第三阀口与第四阀口连通,以将电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210串联,则载冷剂从膨胀水壶202进入电池包侧水泵203加压,再经液液换热器30的另一路液路,与冷媒侧热管理系统100热交换,再经第一三通阀204控制载冷剂是否流过电池包组件201,若流过电池包组件201,以与电池包组件201热交换,以调控电池包组件201的温度,再经四通阀22进入电控侧水泵212加压,再经过电机电控组件211,调控电机电控组件211温度,再经第二三通阀214控制载冷剂是否流过室外散热器213,若流过室外散热器213,以与外界热交换,以调控载冷剂温度,再经四通阀22进入膨胀水壶202。
在一个实施例中,电池包侧水泵203可以采用液量可调节水泵,以调节电池包热管理回路200中载冷剂的液量,实现对载冷剂换热能力与流动功消耗电功率的平衡。
同理,电控侧水泵212可以采用液量可调节水泵,以调节电机电控热管理回路210中载冷剂的液量,实现对载冷剂换热能力与流动功消耗电功率的平衡。
在一个实施例中,在载冷剂侧流路(即载冷剂侧热管理系统)处于并联模式下时,电池包侧水泵203可通过调速来调节电池包热管理回路200中的载冷剂流量,电控侧水泵212可通过调速来调节电机电控热管理回路210中的载冷剂流量,实现对载冷剂回路(即载冷剂侧热管理系统)换热能力与流动功消耗电功率的平衡。在载冷剂侧热管理系统处于串联模式下时,电池包侧水泵203与电控侧水泵212至少有一个运行,且至少有一个通过调速来调节串联流路中的载冷剂流量,在电池包侧水泵203与电控侧水泵212联合调节时,可加大串联流路中总流量的调节范围。
在一个实施例中,电池包侧水泵203可以不采用可调速水泵,而采用定速水泵,但四通阀22,或/和第一三通阀204除了换向、控制流路通断的功能外,还具备比例阀调节流量的功能。
在一个实施例中,电控侧水泵212可以不采用可调速水泵,而采用定速水泵,但四通阀22,或/和第二三通阀214除了换向、控制流路通断的功能外,还具备比例阀调节流量的功能。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100包括压缩机101、舱室冷凝器102、舱室蒸发器103、气液分离器104、室外换热器105、第一阀组121、第二阀组122、第一膨胀阀1021和第二膨胀阀1031。舱室冷凝器102与第一膨胀阀1021串联形成舱室加热支路1020,第一膨胀阀1021可以位于舱室冷凝器102的入口侧。当然,第一膨胀阀1021也可以位于舱室冷凝器102的出口侧。第一膨胀阀1021具有全开、全关、流量调节作用,以通过第一膨胀阀1021控制冷媒是否经过舱室冷凝器102,以及控制冷媒经过舱室冷凝器102的量。舱室蒸发器103与第二膨胀阀1031串联形成舱室降温支路1030,第二膨胀阀1031可以位于舱室蒸发器103的入口侧。当然,第二膨胀阀1031也可以位于舱室蒸发器103的出口侧。第二膨胀阀1031具有全开、全关、流量调节作用,以通过第二膨胀阀1031控制冷媒是否经过舱室蒸发器103,以及控制冷媒经过舱室蒸发器103的量。在使用时,舱室冷凝器102和舱室蒸发器103均设于乘员舱40。冷媒经过舱室冷凝器102时,在舱室冷凝器102中散热,以对乘员舱40加热。冷媒经过舱室蒸发器103时,在舱室蒸发器103中吸热,以从乘员舱40吸热,进而对乘员舱40降温。
压缩机101的排气口、第一阀组121、第二阀组122及舱室加热支路1020的一端相连。压缩机101的进气口与气液分离器104的出口相连。气液分离器104的入口、第一阀组121、舱室降温支路1030的一端及第二阀组122相连。液液换热器30的一端与第一阀组121相连。室外换热器105的一端与第二阀组122相连。舱室加热支路1020的另一端、舱室降温支路1030的另一端、室外换热器105的另一端及液液换热器30的另一端相连。
第一阀组121用于控制液液换热器30与压缩机101的排气口及气液分离器104的入口连通,即第一阀组121控制压缩机101排气是否直接进入液液换热器30,当第一阀组121控制压缩机101的排气口与液液换热器30的一端连通,而液液换热器30的一端与气液分离器104的入口断开时,压缩机101排出的高温高压冷媒会在液液换热器30中散热,以对载冷剂侧热管理系统加热,此时液液换热器30是起到冷凝器的作用。当第一阀组121控制压缩机101的排气口与液液换热器30的一端断开,而液液换热器30的一端与气液分离器104的入口连通时,冷媒流经液液换热器30,并在液液换热器30中吸热,以对载冷剂侧热管理系统降温,此时液液换热器30是起到蒸发器的作用。也就是说,第一阀组121控制液液换热器30与气液分离器104的入口连通,且使液液换热器30与压缩机101的排气口关断,液液换热器30作为冷媒侧热管理系统100中的冷凝器向载冷剂侧热管理系统的载冷剂散热。第一阀组121控制液液换热器30与气液分离器104的入口关断,且使液液换热器30与压缩机101的排气口连通,液液换热器30作为冷媒侧热管理系统100中的蒸发器从载冷剂侧热管理系统的载冷剂吸热。
第二阀组122用于控制室外换热器105与压缩机101的排气口及气液分离器104的入口连通,即第二阀组122控制压缩机101排气是否直接进入室外换热器105,当第二阀组122控制压缩机101的排气口与室外换热器105的一端连通,而室外换热器105的一端与气液分离器104的入口断开时,压缩机101排出的高温高压冷媒会在室外换热器105中散热,以向外界散热,此时室外换热器105是起到冷凝器的作用。当第二阀组122控制压缩机101的排气口与室外换热器105的一端断开,而室外换热器105的一端与气液分离器104的入口连通时,冷媒流经室外换热器105,并在室外换热器105中吸热,以向外界吸热,此时室外换热器105是起到蒸发器的作用。也就是说,第二阀组122控制室外换热器105与气液分离器104的入口连通,且使室外换热器105与压缩机101的排气口关断,室外换热器105作为冷媒侧热管理系统100中的蒸发器从室外空气吸热。第二阀组122控制室外换热器105与气液分离器104的入口关断,且使室外换热器105与压缩机101的排气口连通,室外换热器105作为冷媒侧热管理系统100中的冷凝器向室外空气散热。
在一个实施例中,舱室冷凝器102与舱室蒸发器103,对乘员舱40进行温度调控,可以实现多种工作模式。舱室冷凝器102可以置于乘员舱40的空调系统风箱中,起到对乘员舱40空气的加热(制热工况)或再热作用(除湿工况),舱室冷凝器102的一端连接至压缩机101的排气侧,另一端连接至冷媒侧热管理系统100冷媒回路中的高压过冷侧。舱室蒸发器103可以置于乘员舱40的空调系统风箱中,起到对乘员舱40空气的冷却(制冷工况)或除湿作用(除湿工况),舱室蒸发器103的一端连接至压缩机101的吸气侧,另一端连接至冷媒侧热管理系统100冷媒回路中的高压过冷侧。
在一个实施例中,请参阅图1,第一阀组121包括第一通断阀1211和第二通断阀1212,第一通断阀1211的两端分别连接压缩机101的排气口与液液换热器30的一端,第二通断阀1212的两端分别连接气液分离器104的入口与液液换热器30的一端。从而通过第一通断阀1211的开关,以控制压缩机101的排气口与液液换热器30的一端之间的通断。通过第二通断阀1212的开关,以控制气液分离器104的入口与液液换热器30的一端之间的通断。
在一个实施例中,请参阅图1,第二阀组122包括第一开关阀1221和第二开关阀1222,第一开关阀1221的两端分别连接气液分离器104的入口与室外换热器105的一端,第二开关阀1222的两端分别连接压缩机101的排气口与室外换热器105的一端。从而通过第一开关阀1221的开关,以控制气液分离器104的入口与室外换热器105的一端之间的通断。通过第二开关阀1222的开关,以控制压缩机101的排气口与室外换热器105的一端之间的通断。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第三膨胀阀1041,第三膨胀阀1041的两端分别连接压缩机101的排气口与气液分离器104的入口。第三膨胀阀1041与气液分离器104形成排气旁通支路1040。第三膨胀阀1041具有全开、全关、流量调节作用,以控制压缩机101排出的冷媒,通入气液分离器104入口与低压侧吸气混合,从而在压缩机101低温冷启动或发生吸气带液时启动,可以利用压缩机101的排气与吸气混合换热,实现快速启动或使吸气具有一定过热度,保证压缩机101运行可靠性。
在一个实施例中,气液分离器104具有两个入口,其中一个入口与第三膨胀阀1041相连,而气液分离器104的另一个入口与第一阀组121及第二阀组122相连。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第四膨胀阀1051,第四膨胀阀1051与室外换热器105串联形成室外换热支路1050,室外换热支路1050中第四膨胀阀1051可以设于室外换热器105靠近压缩机101排气口的一端,也可以将第四膨胀阀1051设于室外换热器105远离压缩机101排气口的一端。室外换热支路1050的两端分别连接舱室加热支路1020的另一端与第二阀组122。第四膨胀阀1051具有全开、全关、流量调节作用,以通过第四膨胀阀1051控制冷媒是否经过室外换热器105,以及控制冷媒经过室外换热器105的量。
在一个实施例中,当第二阀组122包括第一开关阀1221和第二开关阀1222,室外换热支路1050的一端与第一开关阀1221和第二开关阀1222相连。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第五膨胀阀301,第五膨胀阀301与液液换热器30串联形成液液换热支路300,液液换热支路300中第五膨胀阀301可以设于液液换热器30靠近压缩机101排气口的一端,也可以将第五膨胀阀301设于液液换热器30远离压缩机101排气口的一端。液液换热支路300的两端分别连接舱室加热支路1020的另一端与第一阀组121。第五膨胀阀301具有全开、全关、流量调节作用,以通过第五膨胀阀301控制冷媒是否经过液液换热器30,以及控制冷媒经过液液换热器30的量。
在一个实施例中,当第一阀组121包括第一通断阀1211和第二通断阀1212,液液换热支路300的一端与第一通断阀1211和第二通断阀1212相连。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第一温度压力传感器111,第一温度压力传感器111设于压缩机101的进气口管路上,以探测压缩机101的进气口管路上冷媒的压力与温度,以便控制进入压缩机101冷媒的温度与压力。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第二温度压力传感器112,第二温度压力传感器112设于压缩机101的排气口管路上,以探测压缩机101的排气口管路上冷媒的压力与温度,以便控制压缩机101排出冷媒的温度与压力。
在一个实施例中,请参阅图1,冷媒侧热管理系统100还包括第三温度压力传感器113,第三温度压力传感器113设于舱室加热支路1020的另一端与室外换热器105的另一端相连的管路上,以探测该控中上冷媒的温度与压力。
在一个实施例中,请参阅图2,第一阀组121包括第一冷媒侧三通阀1213,第一冷媒侧三通阀1213的三个阀口分别连接压缩机101的排气口、液液换热器30的一端及气液分离器104的入口,如第一冷媒侧三通阀1213的第一阀口与液液换热器30的一端相连,第一冷媒侧三通阀1213的第二阀口与压缩机101的排气口相连,第一冷媒侧三通阀1213的第三阀口与气液分离器104的入口相连,当第一冷媒侧三通阀1213的第一阀口与第二阀口连通,以使压缩机101的排气口与液液换热器30的一端之间连通;当第一冷媒侧三通阀1213的第一阀口与第三阀口连通,以使气液分离器104的入口与液液换热器30的一端之间连通。
在一个实施例中,请参阅图2,第二阀组122包括第二冷媒侧三通阀1223,第二冷媒侧三通阀1223的三个阀口分别连接压缩机101的排气口、室外换热器105的一端及气液分离器104的入口,如第二冷媒侧三通阀1223的第一阀口与室外换热器105的一端相连,第二冷媒侧三通阀1223的第二阀口与压缩机101的排气口相连,第二冷媒侧三通阀1223的第三阀口与气液分离器104的入口相连,当第二冷媒侧三通阀1223的第一阀口与第二阀口连通,以使压缩机101的排气口与室外换热器105的一端之间连通;当第二冷媒侧三通阀1223的第一阀口与第三阀口连通,以使气液分离器104的入口与室外换热器105的一端之间连通。
在一个实施例中,请参阅图2,当第一阀组121包括第一冷媒侧三通阀1213时,液液换热支路300的一端与第一冷媒侧三通阀1213的第一阀口相连。
在一个实施例中,请参阅图2,当第二阀组122包括第二冷媒侧三通阀1223时,室外换热支路1050的一端与第二冷媒侧三通阀1223的第一阀口相连。
在一个实施例中,请参阅图3,电池包热管理回路200还包括载冷剂侧加热器205,载冷剂侧加热器205设于第一三通阀204与液液换热器30之间,也就是说,载冷剂侧加热器205的一端与液液换热器30的另一路液路的一端相连,载冷剂侧加热器205的另一端与第一三通阀204的第一阀口相连,从而电池包热管理回路200中的载冷剂会经过载冷剂侧加热器205,通过载冷剂侧加热器205对载冷剂加热。当电池包热管理回路200与电机电控热管理回路210串联时,可以对整个载冷剂侧热管理系统中的载冷剂加热。
在一个实施例中,请参阅图3,电机电控热管理回路210还包括第三三通阀215,第三三通阀215位于电机电控组件211与电控侧水泵212之间,第三三通阀215的三个阀口分别与电机电控组件211的两端及电控侧水泵212相连,如第三三通阀215的第一阀口与电控侧水泵212的出口相连,第三三通阀215的第二阀口与电机电控组件211的一端相连,第三三通阀215的第三阀口与电机电控组件211的另一端相连,从而使第三三通阀215控制是否旁通电机电控组件211,即控制电机电控热管理回路210中载冷剂是否流过电机电控组件211。例如,第三三通阀215的第一阀口与第二阀口连通,载冷剂会流过电机电控组件211,而当第三三通阀215的第一阀口与第三阀口连通时,载冷剂则不会流过电机电控组件211,以对电机电控组件211旁通。
在一个实施例中,请参阅图3,冷媒侧热管理系统100还包括冷媒侧加热器106,冷媒侧加热器106用于对乘员舱40进行加热,并且可以对经过舱室冷凝器102,且为乘员舱40制热供暖的空气进行加热。
在一个实施例中,请参阅图4,气液分离器104只有一个入口,第三膨胀阀1041、第一阀组121及第二阀组122均与气液分离器104的入口相连。
在一个实施例中,请参阅图5,舱室加热支路1020还包括第一辅助控流阀1022,第一辅助控流阀1022与舱室冷凝器102串联,第一辅助控流阀1022可以位于舱室冷凝器102的入口侧。当然,第一辅助控流阀1022也可以位于舱室冷凝器102的出口侧。第一辅助控流阀1022为通断阀、止回阀或单向阀,从而提升舱室加热支路1020的关断效果。
在一个实施例中,请参阅图5,舱室降温支路1030还包括第二辅助控流阀1032,第二辅助控流阀1032与舱室蒸发器103串联,第二辅助控流阀1032可以位于舱室蒸发器103的入口侧。当然,第二辅助控流阀1032也可以位于舱室蒸发器103的出口侧。第二辅助控流阀1032为通断阀、止回阀或单向阀,从而提升舱室降温支路1030的关断效果。
在一个实施例中,请参阅图5,室外换热支路1050包括至少一个第四膨胀阀1051和至少一个室外辅助阀1052,这些第四膨胀阀1051和室外辅助阀1052并联设置,以增大流量调节时最大流量的调节范围。可以理解地,室外换热支路1050也可以包括至少两个第四膨胀阀1051,这些第四膨胀阀1051并联,这样可以增大流量调节时最大流量的调节范围。
在一个实施例中,室外辅助阀1052可以为通断阀。当然,室外辅助阀1052也可以为膨胀阀。
在一个实施例中,室外辅助阀1052为止回阀或单向阀,用于限制室外换热器105中冷媒向第二阀组122的方向流动,即在室外换热器105作为冷凝器时,可以增大液量,减小压力损失。
在一个实施例中,请参阅图5,液液换热支路300包括至少一个第五膨胀阀301和至少一个液控辅助阀302,这些第五膨胀阀301和液控辅助阀302并联设置,以增大流量调节时最大流量的调节范围。可以理解地,液液换热支路300也可以包括至少两个第五膨胀阀301,这些第五膨胀阀301并联,这样可以增大流量调节时最大流量的调节范围。
在一个实施例中,液控辅助阀302可以为通断阀。当然,液控辅助阀302也可以为膨胀阀。
在一个实施例中,液控辅助阀302为止回阀或单向阀,用于限制液液换热器30中冷媒向第一阀组121的方向流动,即在液液换热器30作为冷凝器时,可以增大液量,减小压力损失。
在一个实施例中,请参阅图6,舱室加热支路1020包括至少一个第一膨胀阀1021和至少一个辅助调节阀1023,这些第一膨胀阀1021和辅助调节阀1023并联设置,以增大流量调节时最大流量的调节范围。可以理解地,舱室加热支路1020也可以包括至少两个第一膨胀阀1021,这些第一膨胀阀1021并联,这样可以增大流量调节时最大流量的调节范围。
在一个实施例中,辅助调节阀1023可以为通断阀。当然,辅助调节阀1023也可以为膨胀阀。
本申请实施例的电动汽车整车热管理系统,可以实现多种制冷模式、多种制热模式、多种储能与余热利用模式及多种除雾除霜除湿模式,以实现高效的整车热管理运行,减少汽车热管理系统对汽车续驶里程的影响。下面结合附图说明本申请实施例的电动汽车整车热管理系统的工作模式中的几种实施例。需要说明的是,以下各附图中虚线所代表的管路处于关断不通的状态,处于关断状态的管路上的阀为关闭状态,处于关断状态的管路上的部件不启用工作;而实线所代表的管路处于导通的状态,处于导通状态的管路上的阀为开启工作状态,处于导通状态的管路上的部件启用工作。
请参阅图7,电动汽车整车热管理系统第一制冷模式下的第一实施例。所述第一制冷模式应用于环境温度较高,且乘员舱40、电机电控组件211及电池包组件201均需要制冷的条件下。
冷媒侧热管理系统100中:第一通断阀1211关闭,第二通断阀1212开启,第一开关阀1221关闭,第二开关阀1222开启,室外换热器105作冷凝器,液液换热器30作蒸发器。舱室冷凝器102所在舱室加热支路1020的第一膨胀阀1021处于全关状态,舱室蒸发器103所在舱室降温支路1030的第二膨胀阀1031处于节流膨胀状态,第三膨胀阀1041处于全关状态,室外换热器105所在的室外换热支路1050的第四膨胀阀1051处于全开状态,液液换热器30所在液液换热支路300的第五膨胀阀301处于节流膨胀状态。所述第一制冷模式下,制冷剂(即冷媒,本申请各实施例中的制冷剂为冷媒)经压缩机101压缩后,流动至室外换热器105,以与室外侧空气换热散出热量,散热后的过冷液(即过冷冷媒)分为两路,一路流向舱室降温支路1030,一路流向液液换热支路300,两路的流量分配可根据各自支路的膨胀阀开度调节,制冷剂在两路分别经节流膨胀后,舱室降温支路1030的制冷剂,在舱室蒸发器103中蒸发吸收乘员舱40空气的热量,实现乘员舱40制冷,液液换热支路300的制冷剂,在液液换热器30中蒸发吸收载冷剂侧热管理系统中电池包组件201、电机电控组件211工作产生的热量,为载冷剂侧热管理系统制冷。
载冷剂侧热管理系统中:控制四通阀22阀位处于串联模式,载冷剂侧热管理系统中各部件串联,载冷剂在室外散热器213对环境空气散热后,进一步在液液换热器30处被制冷剂冷却,冷却后的载冷剂进而依次冷却电池包组件201、电机电控组件211,形成串联回路。
请参阅图8,电动汽车整车热管理系统第一制冷模式下的第二实施例。请一并参阅图1,载冷剂侧热管理系统的四通阀22可处于并联状态(以下将电机电控热管理回路210与电池包热管理回路200并联简称并联状态或并联模式,将电机电控热管理回路210与电池包热管理回路200串联简称串联状态或串联模式),在此模式下电池包组件201由液液换热器30及电池包热管理回路200的载冷剂进行制冷,而电机电控组件211则直接对环境进行散热。这主要是考虑到电机电控组件211能够耐受的温度明显高于电池包组件201,其单独的电机电控热管理回路210中载冷剂温度可以明显高于环境温度,因此可以以较大的传热温差单独对环境空气散热。仅当电机电控组件211功率高,产热量大的情况下,其单独对环境散热无法满足其安全工作的温度要求,才需要采用如第一制冷工况的第一实施例的模式,即载冷剂侧热管理系统中电机电控热管理回路210与电池包热管理回路200串联模式,将超出部分热负荷转移至冷媒侧制冷循环。电机电控热管理回路210与电池包热管理回路200并联状态下,由于电机电控组件211的散热不需要压缩机101额外提供冷量,完全依靠电机电控组件211本身与环境温度的温差完成,因此可以减少压缩机101负荷、节省电量消耗,在环境温度不太高、电机电控组件211功率不太大的情况下是优选模式。
请参阅图9,电动汽车整车热管理系统第一制冷模式下的第三实施例。该第三实施例的第一应用场景为:当环境温度很高,乘员舱40热负荷很大时,为保证乘员舱40制冷量,可同时启用室外换热器105及液液换热器30,将部分乘员舱40热负荷通过液液换热器30散给载冷剂侧热管理系统,进而利用载冷剂侧热管理系统的室外散热器213散给环境。第三实施例还可应用于第二应用场景:当室外散热器213未启用,或其为电机电控组件211、电池包组件201散热而启用,但热负荷很小时,为充分利用室外散热器213的散热能力,可将部分乘员舱40热负荷转移至液液换热器30,从而传导至室外散热器213散出。在第二应用场景下,负荷的合理分配有利于空调系统冷凝温度的降低,进而提升整体能效COP(COP即能量与热量之间的转换比率,简称能效比,英文全称是Coefficient Of Performance)值。在第三实施例中,舱室冷凝器102不启用,舱室蒸发器103启用,液液换热器30、室外换热器105启用且作冷凝器,四通阀22位为串联状态。
可选地,当电池包组件201无散热需求,或无需利用电池包组件201热容量作为乘员舱40散热热容时,可通过第一三通阀204控制将电池包组件201进行短路(即将电池包组件201旁通)。
请参阅图10,电动汽车整车热管理系统第二制冷模式下的第一实施例。所述第二制冷模式主要应用于对电池进行充电,乘员舱40无需制冷,但电池包组件201需要散热时。电动汽车为提高充电速度,通常会以大电流、大电压为电池充电,在此过程中,电池包组件201会大量产热,因此必须启动制冷系统为电池包组件201制冷冷却。
第二制冷模式下,冷媒侧热管理系统100中舱室蒸发器103、舱室冷凝器102关闭,室外换热器105做冷凝器,液液换热器30做蒸发器;载冷剂侧热管理系统中四通阀22处于串联状态,电池包组件201及室外散热器213均启用(即电池包组件201及室外散热器213均不被旁通)。
请参阅图11,电动汽车整车热管理系统第二制冷模式下的第二实施例。第二制冷模式有第二实施例。在环境温度过高的情况下,例如,在部分地区局部环境温度达到50℃,此时可能出现电池包组件201,在散热过程中的温度已高于电池充电下的容许温度,但仍低于环境温度,则此时已无温差对环境直接散热。请一并参阅图1,因此,在第二实施例中将载冷剂侧热管理系统的四通阀22切换至并联状态,仅利用液液换热器30为电池包组件201冷却,而电机电控热管理回路210中的电控侧水泵212不开启。
请参阅图12,电动汽车整车热管理系统第二制冷模式下的第三实施例。当电池进行超级快充时,所需制冷负荷很大,而仅使用冷媒侧热管理系统100的室外换热器105和载冷剂侧热管理系统的室外散热器213已无法满足该模式下的散热需求。此时若乘员舱40中无人,则可以启用舱室冷凝器102,将一部分热散给乘员舱40空气(乘员舱40通过漏热等可进一步将热量散给环境)。在此实施例下充分利用了舱室冷凝器102的散热面积,达到提升系统总散热能力、降低冷凝温度进而降低压缩机101负荷的作用。
请参阅图13,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制冷模式。该模式应用于环境温度相对温和,电池包组件201、电机电控组件211的产热量并不大,无需启用液液换热器30进行制冷,仅通过载冷剂循环对环境散热即可,但乘员舱40仍有一定的制冷负荷。此时的热管理系统较为简单,液液换热器30及舱室冷凝器102不启用,仅启用舱室蒸发器103及室外换热器105运行简单制冷空调循环即可。
请参阅图14,电动汽车整车热管理系统第三制冷模式下的第二实施例。本实施例与第三制冷模式第一实施例的区别在于,本实施例中电池包侧水泵203和电控侧水泵212不启动,载冷剂循环不运行。本实施例主要应用于电机电控组件211、电池包组件201产热量很小,无需靠载冷剂循环强制对流对外散热,仅依靠自然对流即可;或在短途行驶中,短时间内电机电控组件211、电池包组件201的温度上升速度慢、上升幅度小,无需在行驶过程中进行冷却或散热。
请参阅图15,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第一制热模式。在第一制热模式下,通常环境温度较为温和,例如,10℃,乘员舱40存在少量制热需求,热泵系统(即冷媒侧热管理系统100)在此温度下可以较高效地运行。在本实施例中,热泵系统从环境中吸热来为乘员舱40提供热量。在该实施例中,舱室冷凝器102启用,室外换热器105启用并作蒸发器,舱室蒸发器103、液液换热器30不启用。
请参阅图16,本实施例为第一制热模式的第二实施例。在温和的环境温度下,例如,10℃,通常电机电控组件211、电池包组件201会有一定的产热量,由于此模式下乘员舱40制热负荷通常不大,可以利用电机电控组件211、电池包组件201的产热量为乘员舱40进行供热。另外,在此温度下,若电机电控组件211、电池包组件201产热量小于乘员舱40所需热量,仍可以利用电池包组件201、电机电控组件211的热容量为乘员舱40加热。此实施例的优点在于:在此环境温度下,即便利用电机电控组件211的热容量(thermal mass)为乘员舱40加热,电机电控组件211的温度也不会明显下降,电池仍能保持较好的放电效率和性能。而从电机电控组件211、电机电控组件211吸热利用的是液液换热器30,通常为板式换热器或其它高效液液换热器30,其总体换热系数远高于低效的气液换热器(即冷媒侧热管理系统100的室外换热器105),因此从载冷剂侧热管理系统吸热,可以有更高的蒸发器换热系数,更高的蒸发温度,更小的压缩比,从而提升系统能效。此实施例下,冷媒侧热管理系统100中舱室冷凝器102启用,液液换热器30启用且作为蒸发器,舱室蒸发器103、室外换热器105不启用。载冷剂侧热管理系统的四通阀22切换至串联状态,且第二三通阀214将室外散热器213短路,以使室外散热器213在此实施例下不启用。
请参阅图17,本实施例为第一制热模式的第三实施例。本实施例与第一制热模式的第二实施例类似,但考虑到对于磷酸铁锂电池等中低温下性能衰减较为严重的电池类型而言,在长程驾驶时,从电池包组件201中吸收过多热量,会较为影响电池放电性能与效率,从而影响驾驶体验和整车续驶里程。因此,本实施例为解决此问题,同时启用室外换热器105和液液换热器30作为蒸发器,启用舱室冷凝器102为乘员舱40制热,并关闭舱室蒸发器103,综合利用电机电控组件211、电池包组件201工作产生的废热(即在不影响电池性能的情况下,利用部分热容),以及室外温和温度条件下空气中的热量,同时为乘员舱40制热。此实施例为双热源热泵空调,载冷剂侧热管理系统连接方式与第一制热模式第二实施例相同,而冷媒侧热管理系统100的室外换热器105作为蒸发器与液液换热器30作为蒸发器的流量比例按照负荷比例,由控制系统通过各自支路上的节流阀开度比例进行调节。
请参阅图18,本实施例中电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式。在第二制热模式下,环境温度低,此条件下乘员舱40的制热需求负荷较大。
当环境温度低,此条件下乘员舱40的制热需求负荷较大时,利用第一制热模式中的热泵空调,单纯地以环境空气、电机电控组件211及电池包组件201的产热及热容量,或是二者的组合为热源,已经难以满足乘员舱40的制热需求。这是由于从低温热源吸热,则冷媒侧热管理系统100运行时,制冷剂蒸发温度必须低于低温热源的温度,因此蒸发压力小,压缩机101的吸气密度小,无法保证足够的冷媒流量,从而无法达到乘员舱40制热量的需求。而应对热泵空调无法提供足够制热量的工况,当前一般采取的措施为增加高压热敏电阻加热装置(High-Voltage Positive Temperature Coefficien,HVPTC)。采用HVPTC形式及控制简单,但HVPTC部件有成本高、可靠性低、且安全性差的问题。
在第二制热模式的第一实施例中,采用电机电控组件211中的驱动电机低效率运行来产生多余热量,通过载冷剂将此热量传递至液液换热器30与冷媒进行换热,并由冷媒将热量在舱室冷凝器102与空气换热后实现对乘员舱40的制热。从而在该条件下,可以不必使用HVPTC。
另外,在第二制热模式的第一实施例中,冷媒侧热管理系统100中启用舱室冷凝器102,启用液液换热器30作蒸发器,舱室蒸发器103不启用,室外换热器105不启用。载冷剂侧热管理系统为串联状态,且考虑到低温下,以乘员舱40舒适性为热管理的首要指标,可以允许电池存在一定的性能衰减,因此第一三通阀204控制载冷剂侧热管理系统将电池包组件201旁通短路,而第二三通阀214则控制将室外散热器213旁通短路。
考虑到利用电机电控组件211的电功率对乘员舱40加热,需要经过载冷剂-冷媒-空气多次传热,在部分采用油冷(即载冷剂为油)方案的车型中,可能还存在油-载冷剂的传热,温差传热的熵增必然会导致制热能力的损失和系统效率的下降。
请参阅图19,本实施例中电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式的第二实施例。在第二制热模式下,环境温度低,此条件下乘员舱40的制热需求负荷较大。本实施例采用乘员舱40空气内循环的方法,利用压缩机101电功率加热乘员舱40空气。由于低温下,热泵空调系统(即冷媒侧热管理系统100)制热能力的瓶颈在于环境温度过低时,制冷循环中的低吸气压力导致的低循环冷媒流量。因此,本实施例采用乘员舱40内循环风,冷媒在舱室蒸发器103吸热、经压缩机101压缩做功后,再通过舱室冷凝器102放热实现对乘员舱40的制热。其优点在于乘员舱40的温度通常高于环境温度,冷媒侧热管理系统100中冷媒的蒸发温度可以提高,且在非稳态过程中,随着乘员舱40温度的不断上升,冷媒侧热管理系统100中冷媒的蒸发温度也逐渐提高,制热量进一步加大,形成正反馈而实现低温快速制热。在此实施例中,乘员舱40的净加热功率即为压缩机101的电功率,可将压缩机101视为一个高压高功率的电加热器。本实施例的流路中,载冷剂侧热管理系统中流路不启用,电池包侧水泵203、电控侧水泵212均处于关闭状态,冷媒侧热管理系统100中舱室蒸发器103、舱室冷凝器102启用,而室外换热器105及液液换热器30不启用。
可选地,在第二制热模式的第二实施例中,冷媒侧热管理系统100还包括冷媒侧加热器106。冷媒侧加热器106可以使用PTC(PTC,Positive Temperature Coefficient,正的温度系数)加热器。当然,也可以使用其他加热器。冷媒侧加热器106可以设在舱室蒸发器103入口,通过冷媒侧加热器106对乘员舱40进气预热,从而更快达到更高的吸气压力,加速沉积冷启动速度。
可选地,在第二制热模式的第二实施例中,乘员舱40的HVAC(HeatingVentilation and Air Conditioning,供暖通风与空气调节)风箱中可能具有风门结构,该风门结构可以将舱室冷凝器102出风的一部分导入舱室蒸发器103进风口,目的同样是为了快速启动,能够更早达到更大的制热功率,从而满足舱内快速升温需求,提升乘员舱舒适性。
可选地,在第二制热模式的第二实施例中,可以通过压缩机101的控制器控制压缩机101电机工作在低效模式下,以拥有更低的等熵效率,将更多输入电功率转化为热量,目的是提升压缩机101电功率从而提升制热量。需要说明的是,压缩机101效率的降低是受限的,包括排气温度不能高于冷媒侧热管理系统100可靠性要求,例如120℃,以及压缩机101中电机的定转子温度不能超过耐受温度范围等。
请参阅图20,本实施例中电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式的第三实施例。同样考虑到利用压缩机101的电功率为乘员舱40进行低温制热,本实施例提供另一种可行的方式。本实施例的循环中,将压缩机101排气分为两部分:一部分通入舱室冷凝器102,在舱室冷凝器102中散热实现对乘员舱40制热后,再流向液液换热支路300,并通过第五膨胀阀301进行节流(或在舱室加热支路1020由第二膨胀阀1031节流),流过液液换热器30后,再流向气液分离器104,但由于此时载冷剂侧热管理系统流路不启用,其在通过液液换热器30后并无换热,仍为低温低压的两相流;另一部分通过排气旁通支路1040,经第三膨胀阀1041节流后通入气液分离器104。在两部分冷媒在气液分离器104中充分混合后,达到中低压的饱和气体状态或带液量较少的带液状态,流出气液分离器104并进入压缩机101中进行压缩。本实施例提供的低温制热循环的实际制热量仍为压缩机101的电功率,但两路冷媒直接混合的过程可视为一个效率无限高的换热与热量回收过程,其效率可以高于第二制热模式第二实施例中由舱室蒸发器103进行热量回收的流路循环设计。在本实施例中,载冷剂侧热管理系统的电池包侧水泵203、电控侧水泵212均不启用,载冷剂侧热管理系统循环不启用;冷媒侧热管理系统100中,第三膨胀阀1041开启进行并进行节流与流量调节,启用压缩机101排气旁通支路1040,舱室冷凝器102启用,舱室蒸发器103、室外换热器105不启用,液液换热支路300开启但液液换热器30处于不启用状态。
可选地,在第二制热模式的第三实施例中,压缩机101也可运行在低效模式下,进一步强化制热模式启动速度和增加制热功率。
请参阅图21,本实施例中电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式的第四实施例。在低温制热的一些工况下,可以控制冷媒在舱室冷凝器102散热后并不进入过冷液区,冷媒还处于单相过热气态区或干度较大的两相区,则节流后处于中低压饱和态或过热气态,则无需像第二制热模式的第三实施例中利用排气旁通支路1040加热节流后的制冷剂,可直接将舱室冷凝器102出口的冷媒节流后通入压缩机101进行压缩。本实施例与第二制热模式的第三实施例相似,区别在于排气旁通支路1040不启用。
可选地,在第二制热模式的第四实施例下,压缩机101也可运行在低效模式下,进一步强化制热模式启动速度和增加制热功率。
请参阅图22,本实施例中电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式的第五实施例。本实施例中,电池包热管理回路200还包括载冷剂侧加热器205(如图3)。载冷剂侧加热器205可以使用HVPTC。本实施例,利用载冷剂侧加热器205对乘员舱40进行制热。考虑到载冷剂侧热管理系统中载冷剂侧加热器205同时需兼顾电池包组件201的加热功能,因此,将载冷剂侧加热器205置于载冷剂侧热管理系统。而在第二制热模式中,考虑乘员舱40快速低温制热时,可利用第一三通阀204将电池包组件201进行旁通短路,以将更多的热量提供给舒适性要求高的乘员舱40,而非热容量大、升温慢的电池包组件201。冷媒侧热管理系统100的舱室冷凝器102启用,液液换热器30启用并作蒸发器,室外换热器105及舱室蒸发器103不启用。本实施例下,载冷剂侧热管理系统的载冷剂侧加热器205开启,并利用电功率加热,由电池包侧水泵203驱动的流动载冷剂,在液液换热器30处将热量散给被蒸发的冷媒,冷媒吸热并经压缩机101压缩后在舱室冷凝器102中与乘员舱40内空气换热,实现对乘员舱40的制热。
可选地,本实施例中,除了载冷剂侧热管理系统的载冷剂侧加热器205,还可使用直接对乘员舱40空气进行加热的冷媒侧加热器106。该冷媒侧加热器106可以设置在乘员舱40的风箱内,直接对乘员舱40鼓风机吸进的空气进行加热,而后送风至乘员舱40进行制热。从乘员舱40制热这一需求的角度看,冷媒侧加热器106省去了载冷剂侧热管理系统的冷媒侧加热器106中载冷剂-制冷剂换热,以及制冷剂-空气换热两个温差传热过程,因此其热效率更高。
请参阅图23,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第二制热模式的第六实施例。在低温条件下,热泵空调(压缩机101与舱室冷凝器102形成的空调系统,也称为热泵系统)并非不能运行,而是制热量随吸气密度降低有所衰减。因此,即使在低温下,若乘员舱40制热负荷不太大,则也可运行热泵空调循环进行低温制热。例如,车体保温性能很好,且前期借助电功率加热手段以实现乘员舱40快速制热升温,而升至指定温度后,维持乘员舱40在该温度下的热负荷较小,则可依靠热泵空调工作实现高效保温。除了空气热源外,载冷剂侧热管理系统中电机电控组件211、电池包组件201的发热量也可资利用。在本实施例中,舱室冷凝器102启用,室外换热器105、液液换热器30启用并作蒸发器,舱室蒸发器103不启用。第三膨胀阀1041、第五膨胀阀301通过节流强度控制两个室外换热器105、液液换热器30各自的冷媒流量,实现对载冷剂侧热管理系统电机电控组件211、电池包组件201发热量的精准利用而不至于严重降低电池包组件201温度而影响放电性能。
可选地,电池包组件201低温下放电性能受限,若电池包组件201有一定的自发热升温以提升性能的需求,则利用第一三通阀204将电池包组件201旁通,不从电池包组件201吸热。
可选地,第二制热模式第六实施例中,低温热泵系统(即冷媒侧热管理系统100中的压缩机101与舱室冷凝器102形成的空调系统)可与前述各模式结合,作为前述第二制热模式的第一至第五实施例中,以电功率加热为主体的各实施例的补充,与COP≤1的实施例共同工作,从而使各实施例的综合能效提升。
请参阅图24,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制热模式。本实施例可以为第三制热模式第一实施例。第三制热模式主要应用于电池包组件201需求制热的情景,电池包组件201温度会影响电动汽车驾驶的性能、充电速度等。因此,对电池包组件201进行加热可区分为以下场景:用车前电池包组件201预热以保证用车时驾驶性能、启动后电池包组件201加热以满足高性能加热需求、低温下进行快速充电前的电池包组件201预热等。第三制热模式的第一实施例(如图24)中,描述的是在环境温度较为温和的条件下,运行热泵系统为电池包组件201进行预热,以进行大电流超级快充。此时载冷剂侧热管理系统流路切换为并联状态,第一三通阀204的旁通功能不启用,即电池包组件201、液液换热器30串联,而冷媒侧热管理系统100则启用的是室外换热器105作蒸发器,液液换热器30作冷凝器,压缩机101做功从环境中吸热为电池包组件201进行充电前的预加热。
可选地,在低温条件下,热泵系统可作为第三制热模式下其余电功率加热实施例的补充,与电机堵转加热、压缩机101电功率加热等电池包组件201加热模式共同运行,以提升综合COP。
请参阅图25,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制热模式的第二实施例。第三制热模式第一实施例的方案,主要针对驻车时的电池包组件201预热,在驻车状态下乘员舱40无制热需求且电机电控组件211不工作无废热,因此只能利用空气源热泵(即冷媒侧热管理系统100与外界空气进行热交换)。但在行驶过程中也可为后续的超级快充进行电池包组件201预热,例如,导航至快充充电站的过程中。因此,第三制热模式第二实施例的不同在于,乘员舱40此时有制热需求,且电机电控组件211的废热可资利用。此模式下,载冷剂侧热管理系统为串联状态,第二三通阀214控制室外散热器213旁通短路,冷媒侧热管理系统100的室外换热器105做蒸发器,液液换热器30作冷凝器,舱室冷凝器102启用,舱室蒸发器103不启用。室外换热器105从环境空气中吸收的热量,一部分供给乘员舱40制热,另一部分通过液液换热器30加热载冷剂,进而与电机电控组件211产生的余热一起加热电池包。
可选地,第三制热模式第二实施例中,可以在前往超级快充站的导航路线上为电池包组件201预热,乘员舱40可能无制热需求,则舱室冷凝器102可不启用。
请参阅图26,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制热模式的第三实施例。前述第三制热模式下的第一实施例与第二实施例中,采用环境空气的热量与热泵系统换热的制热循环(即空气源热泵)的一大前提为环境温度较温和,热泵系统能力足够。本实施例中,环境温度低,空气源热泵已无法启用,因此在低温环境下的电池包组件201预热时,需要采用驱动电机电控组件211堵转,大量产热,以达到加热电池包组件201的目的。在低温下,乘员舱40也可能有预热需求,因此本实施例虽然仅提供电池包组件201的低温电机电控组件211中电机堵转预热方案,但也可与第二制热模式下的第二、三、四实施例结合,实现电池包组件201、乘员舱40的同时预热。本实施例的载冷剂侧热管理系统连接方式与第三制热模式的第二实施例相同。
请参阅图27,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制热模式的第四实施例。在低温下,驾驶员可能未提前对车辆进行预热,则为了保证驾驶性能,必须在驾驶过程中对电池包组件201进行加热。此时乘员舱40往往也有快速制热的舒适性需求,因此电动汽车整车热管理系统制热负荷极大,乘员舱40内压缩机101电功率加热模式(第二制热模式下第二、三、四实施例)和载冷剂侧热管理系统的电机电控组件211中电机低效加热电池模式可能同步运行,且二者的制热能力与乘员舱40、电池包组件201的负荷可能不匹配。本实施例展示一种低温启动后,以乘员舱40舒适性为首要满足指标的电动汽车整车热管理系统流路设计,此时液液换热器30作蒸发器吸收载冷剂侧热管理系统的部分电机低效产热量,以优先实现乘员舱40快速制热的舒适性,而冷媒侧热管理系统100以第二制热模式的第二实施例为例,运行压缩机101低温快速电功率制热,为乘员舱40制热。需要指明的是,虽然本实施例中冷媒侧热管理系统100以第三制热模式第二实施例为例进行说明,但实际中也可与第二制热模式下的第三、四、五实施例进行组合。
请参阅图28,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于第三制热模式的第五实施例。本实施例与第三制热模式的第四实施例类似,只是此时对应的控制逻辑为电池包组件201性能优先于乘员舱40舒适性,因此本实施例下,液液换热器30作冷凝器,将部分压缩机101电功率产热供给载冷剂,优先加热电池包组件201。本实施例的冷媒侧热管理系统100中压缩机101电功率加热策略也类似第三制热模式第四实施例,当然可选第二加热模式下的多种实施例。
电动汽车整车热管理系统中电池除了有制冷制热需求,并且自身在工作状态下能产生热量以外,因其质量很大而具有很大的热容量(等于质量与比热容之积),因此可作为电动汽车整车热管理系统中的储能材料。相比于乘员舱40空气,电池储热或储冷都具有容量大、保温性能佳的优点。
请参阅图29,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于储能与余热利用模式。本实施例为储能与余热利用模式的第一实施例。在本实施例中,将乘员舱40内的热量通过热泵系统回收储存在电池包组件201中进行储存。本实施例可应用于多种情况下,例如,前一次驾驶过程中启用了热泵空调进行乘员舱40制热,导致驻车后乘员舱40内仍有大量热量;或是良好的太阳光照条件使乘员舱40有明显升温,则此部分热量也可被储存在电池包组件201中。由于在储能模式下,通常作为热源的乘员舱40温度高于作为储热介质的电池包组件201,热泵系统将高温热源的热搬运至低温介质中只需消耗极少的能量,因此电动汽车整车热管理系统具有很高的COP。在本实施例中,舱室蒸发器103启用,液液换热器30启用并作冷凝器,舱室冷凝器102、室外换热器105不启用。四通阀22控制载冷剂侧热管理系统处于并联状态,第一三通阀204控制电池包组件201未被旁通。
请参阅图30,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于储能与余热利用模式第二实施例。本实施例与储能与余热利用模式第一实施例的区别点在于,本实施例中,考虑到电机电控组件211中电机的热容量也较大,且驻车后其中也可有一定量余热,因此将电机的余热与乘员舱40余热一并进行回收。在本实施例中,将四通阀22位设置为串联状态,同时控制第二三通阀214将室外散热器213旁通短路。
可选地,若驻车后初期电机电控组件211温度显著高于乘员舱40温度,则可先不启动冷媒侧热管理系统100,而只利用载冷剂侧热管理系统循环回收电机电控组件211热量至电池包组件201,等二者温度相当后,再运行冷媒侧热管理系统100。这种控制逻辑下,整个余热周期内的综合COP是最高的。
请参阅图31,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于储能与余热利用模式第三实施例。驻车并进行了热量回收后,在下次启动前乘员舱40预热或下次启动后乘员舱40制热时,则可利用电池包组件201中已储存的热量。本实施例旨在运行储能与余热利用模式第一实施例的反循环,将电池包组件201中的储热释放至乘员舱40,因此舱室冷凝器102启用,液液换热器30启用并作蒸发器,舱室蒸发器103、室外换热器105不启用,载冷剂侧热管理系统的四通阀22控制为并联状态。
可选地,若乘员舱40制热负荷大,单独运行本实施例的余热利用制热,功率无法满足需求时,可与第二制热模式、第三制热模式中所提供的热泵空调系统、压缩机101、电机电控组件211中电机电功率加热等模式相结合,本第三实施例可提升能量综合利用的COP。
除霜、除雾、除湿等功能在汽车空调中,与驾驶的安全性、乘员舱40的舒适性均有很大关联,尤其是前挡风玻璃上可能发生的起雾、结霜现象,对驾驶员的视线可产生较大影响。因此,电动汽车整车热管理系统的工作模式需将除霜、除雾、除湿等模式考虑在内。
请参阅图32,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于除雾除霜除湿模式。本实施例为除雾除霜除湿模式的第一实施例。本实施例对应乘员舱40除湿工况,且本实施例采取的方法为:对乘员舱40内循环风利用舱室蒸发器103进行制冷除湿,后再通过舱室冷凝器102进行加热,以保证对乘员舱40的送风温度不变,只起到将空气相对湿度降低的目的。通过基本热力学分析可知,在这种除湿方式下,舱室蒸发器103中吸收的热量有很大一部分为空气中水的相变潜热,而舱室冷凝器102进行回风再热时,只需对显热的部分进行升温加热即可。因此,除湿的过程总体而言是从乘员舱40吸热的,需要将额外的热量,包括压缩机101压缩产热和水汽的相变热散出乘员舱40。在本实施例中,舱室蒸发器103、舱室冷凝器102启用,室外气液散热器启用并作冷凝器,液液换热器30不启用。载冷剂侧热管理系统的电池包侧水泵203、电控侧水泵212均不启用,无载冷剂循环。
可选地,除雾除霜除湿模式第一实施例所述的除湿模式中,可采取新风模式或新风与内循环风混合的混合风模式。在新风或混合风模式下,除湿负荷、制冷负荷、制热负荷均需根据外部环境空气的温度、相对湿度而定,总体而言,仍为舱室蒸发器103对新风、混合风起除湿/制冷作用,而舱室冷凝器102起再热/制热作用,室外换热器105根据其余部分系统处于净制冷负荷或净制热负荷,切换工作于冷凝器/蒸发器两种模式之间。
请参阅图33,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于除雾除霜除湿模式第二实施例。在一些低温环境下进行乘员舱40除湿时,压缩机101功率与除湿产热散给环境是不符合热管理思维的做法。这是由于在低温环境下,电池包组件201虽然没有必须加热的需求,但利用来自于热泵系统的废热对电池包组件201进行一定的加热,仍然可以提升电池包组件201放电性能,对于电动汽车整车热管理系统整体效率的提升有益。因此本实施例中,室外换热器105不启用,液液换热器30启用并作冷凝器,同时舱室蒸发器103、舱室冷凝器102启用。载冷剂侧热管理系统的四通阀22为并联状态。
可选地,除雾除霜除湿模式第二实施例与除雾除霜除湿模式第一实施例的可选项相同,本除湿模式也具有新风、混合风除湿功能。
请参阅图34,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于除雾除霜除湿模式第三实施例。本实施例中给出环境温度较低时进行除雾/除霜时的一种模式,利用电机电控组件211、电池包组件201的产热及热容量为内循环风除湿及加热,从而实现前挡风玻璃的除雾/除霜。除雾/除霜与除雾除霜除湿模式第一、第二实施例中的除湿模式的最大不同在于:通常除雾/除霜模式下,空气经舱室蒸发器103降低湿度后,再经过舱室冷凝器102制热提高温度,而出口的出风温度往往显著高于乘员舱40温度。因此,除雾/除霜模式下,热泵系统有净制热负荷,需要从其它热源吸热。而本实施例中,舱室蒸发器103、舱室冷凝器102启用,液液换热器30启用并作蒸发器,室外换热器105不启用。载冷剂侧热管理系统的四通阀22为串联状态,第二三通阀214控制室外散热器213旁通短路。
可选地,除雾除霜除湿模式第三实施例的热源可来自于空气源热泵,通过室外换热器105从环境吸热,或是空气源热泵与电机电控组件211、电池包组件201热量的组合。
可选地,极低温条件下,热泵(即压缩机101)提供的制热量可能已无法满足快速除雾/除霜所需的制热功率,此时本除雾除霜除湿模式第三实施例可与第二制热模式下的各实施例结合,在利用除湿产热、压缩机101压缩产热、热泵系统吸收热量的基础上,还可采用压缩机101低效模式、驱动电机低效模式、载冷剂侧(即载冷剂侧热管理系统)加热器205加热、冷媒侧加热器106加热等第二制热模式中的低温制热方法提供额外的热量,以保证在标准限定的时间内,能充分完成前挡风玻璃除雾/除霜。
请参阅图35,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于除雾除霜除湿模式第四实施例。本实施例与除雾除霜除湿模式第三实施例不同,本实施例提供一种利用新风(外循环风)进行除雾/除霜的方案。
在除雾除霜除湿模式第三实施例的内循环风除湿方案中,由于乘员舱40中乘员呼吸等产生水蒸气,导致空气含湿量高于外界空气含湿量,露点/霜点温度高,需要对其先经过舱室蒸发器103进行除湿。而利用环境空气进行除雾/除霜时,通常无需对新风再进行除湿,只需将其加热至一定的温度即可。新风除雾/除霜在许多汽车空调系统中的方案,其优势在于相应时间短,除雾/除霜速度快。除雾除霜除湿模式第四实施例给出利用压缩机101低效模式产热进行新风加热除雾/除霜的系统方案,所利用的加热方式与第二制热模式的第三实施例方法相似,压缩机101排气分两路,一路进入舱室冷凝器102冷凝散热,实现对新风的加热,经第二膨胀阀1031节流后流经舱室蒸发器103(未启用)流向气液分离器104,另一路经第三膨胀阀1041节流后,直接流入气液分离器104。两路冷媒在气液分离器104内部充分混合后,进入压缩机101腔体内进行压缩。在本实施例中,舱室冷凝器102启用,舱室降温支路1030开启,但舱室蒸发器103不启用(风门控制),液液换热器30、室外换热器105不启用。载冷剂侧热管理系统无载冷剂流动。
可选地,除雾除霜除湿模式第四实施例可与第一、二制热模式下各制热方式组合,即制热的热量可来自热泵(即压缩机101)、电机电控组件211中电机堵转等多个热源,图35所示实施例仅给出的压缩机101电功率只是其中一个热源的示例。
可选地,除雾除霜除湿模式第四实施例可与除雾除霜除湿模式第三实施例组合使用,即可采用新风与乘员舱40内循环风相混合的混合风,混合风所需的除湿、制热负荷根据混合比例及新风、内循环风各自的温度、湿度共同决定。
由于本发明实施例所描述的电动汽车整车热管理系统及搭载该电动汽车整车热管理系统的车辆,在制热模式下可使用热泵系统,故当室外换热器105从环境中吸热,若出现室外换热器105表面温度(可近似视作制热循环下的蒸发温度)低于环境空气的霜点(Frost Point)时,室外换热器105表面会出现结霜现象。室外换热器105表面覆盖的霜层会增加传热热阻,降低室外换热器105整体传热效率,从而严重影响制热效果。因此,本发明实施例的电动汽车整车热管理系统还具有换热器化霜模式,以对室外换热器105进行化霜。在传统空调系统的化霜循环中,通常采用四通阀换向,使蒸发器变冷凝器,从而利用高温高压排气进行化霜的策略,但这一过程中室内侧无法再持续制热,影响人员的舒适性体验。本发明实施例的电动汽车整车热管理系统的换热器化霜模式通过切换流路,合理利用系统中的热源,在不影响乘员舱40制热舒适性的前提下进行室外换热器105表面化霜。以下描述了本发明实施例的电动汽车整车热管理系统的换热器化霜模式的几个实施例。
请参阅图36,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于换热器化霜模式。本实施例为换热器化霜模式第一实施例,本实施例利用电池包组件201、电机电控组件211工作时产生的废热以及其热容量进行化霜,并在化霜期间对乘员舱40制热。考虑到室外换热器105化霜通常不需要长时间和较大的制热功率,因此,短暂地从电池包组件201、电机电控组件211中吸热并不会使其温度有显著下降,由此造成的电池效率、容量等方面的影响很小。进一步考虑到液液换热器30的高换热效率,本实施例的换热器化霜方式效果好,乘员舱40舒适性好。在该换热器化霜模式下,液液换热器30作为蒸发器,舱室冷凝器102工作,室外换热器105作冷凝器,舱室蒸发器103不启用;载冷剂侧热管理系统的四通阀22切换至串联连接模式,且第二三通阀214控制室外散热器213短路。
请参阅图37,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于换热器化霜模式。本实施例为换热器化霜模式第二实施例,本实施例利用载冷剂侧热管理系统的室外散热器213从空气中吸热,而实现空气源热泵化霜。本实施例相较于换热器化霜模式第一实施例,优势在于:在电池包组件201温度已经较低,继续从电池包组件201中吸热会影响电池放电性能时,空气源热泵不会导致电池温度继续下降。在本实施例中,冷媒侧热管理系统100的流路连接方式与换热器化霜模式第一实施例相同,载冷剂侧热管理系统的四通阀22处于串联模式,并控制第一三通阀204将电池包组件201旁通短路,通过第二三通阀214控制将室外散热器213接入流路中。需要说明的是,载冷剂流动顺序为先流过电机电控组件211再流过室外散热器213,通常电机电控组件211温度会高于环境空气温度,若载冷剂已被电机电控组件211加热至环境温度以上,则无法从环境空气中再吸热,反而会向环境空气放热。因此,需设计一定的控制算法,控制载冷剂流量、冷媒侧热泵循环的蒸发温度,使流过电机电控组件211后的载冷剂温度仍低于环境温度,由此才能充分利用环境热源。
请参阅图38,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于换热器化霜模式。本实施例为换热器化霜模式第三实施例。若在室外换热器105化霜及化霜期间,乘员舱40所需的热负荷较大,或电池包组件201、环境温度较低,则上述换热器化霜模式第一实施例和换热器化霜模式第二实施例提供的热量无法满足需求,则需要同时对乘员舱40和室外换热器105进行化霜。室外换热器105化霜时间一般较短,这样可以在低温下利用压缩机101电功率,来对室外换热器105化霜。此时可以将第二开关阀1222打开,使压缩机101排出的高温气体经室外换热器105,使室外换热器105启用并作冷凝器,舱室冷凝器102启用,压缩机101的排气旁通支路1040开启,与节流后未经蒸发器吸热的制冷剂混合,防止压缩机101吸气带液,液液换热支路300开启,但无换热发生,舱室蒸发器103不启用,载冷剂侧热管理系统的电池包侧水泵203和电控侧水泵212不工作,载冷剂循环不启用。
请参阅图39,本实施例中,电动汽车整车热管理系统处于换热器化霜模式。本实施例为换热器化霜模式第四实施例。若在室外换热器105化霜及化霜期间,乘员舱40所需的热负荷较大,或电池包组件201、环境温度较低,需要同时对乘员舱40和室外换热器105进行化霜。室外换热器105化霜时间一般较短,这样可以利用电机电控组件211作为热源,即此时可以将第二开关阀1222打开,使压缩机101排出的高温气体经室外换热器105,使室外换热器105启用并作冷凝器,舱室冷凝器102启用,液液换热器30作为蒸发器,载冷剂侧热管理系统的四通阀22处于串联模式,并控制第一三通阀204将电池包组件201旁通短路,通过第二三通阀214控制将室外散热器213旁通短路,电机电控组件211产生的热量在液液换热器30传导至冷媒,以利用电机电控组件211产生的热量。
可以理解地,请一并参阅图3,换热器化霜模式,需要在将第二开关阀1222打开,使压缩机101排出的高温气体经室外换热器105,使室外换热器105启用并作冷凝器。化霜的热源可以是压缩机101的电功率、电池包组件201、电机电控组件211、乘员舱40、载冷剂侧加热器205、冷媒侧加热器106中的任意一个或几个,具体可以根据环境及需要,控制相应流路选择。
本申请实施例的电动汽车整车热管理系统,载冷剂侧热管理系统中电机及电控组件具有散热需求,而电池包组件201则可能有散热需求,也可能有冷却需求。并且电动汽车整车热管理系统中,电机电控组件211及电池包组件201工作运行时产生的废热、二者自身热容量均可作为乘员舱40制热的热源,实现能量的高效利用。由于冷媒侧热管理系统100可通过阀组的切换控制液液换热器30,实现蒸发器与冷凝器两种工作模式,无需设计两个液液换热器30,降低了系统复杂度,减少了零部件数量,降低了成本。通过冷媒侧热管理系统100中各阀组的组合切换,以及载冷剂侧热管理系统中四通阀22、三通阀组的组合切换,实现对整车冷、热源的合理分配、回收与储存,实现高效的整车热管理运行,减少汽车热管理系统对汽车续驶里程的影响。
本申请实施例还提供一种电动汽车,所述电动汽车包括如上任一实施例所述的电动汽车整车热管理系统。本申请实施例提供的电动汽车,采用了上述实施例的电动汽车整车热管理系统,具有上述电动汽车整车热管理系统的技术效果,在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的可选实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种电动汽车整车热管理系统,其特征在于,包括:
冷媒侧热管理系统,用于对乘员舱进行热管理;
载冷剂侧热管理系统,用于对汽车电器设备进行热管理;以及,
液液换热器,用于实现所述冷媒侧热管理系统与所述载冷剂侧热管理系统之间的热交换,所述液液换热器与所述冷媒侧热管理系统相连;
所述载冷剂侧热管理系统包括:
电池包热管理回路,用于对电池包进行热管理,所述电池包热管理回路与所述液液换热器相连;
电机电控热管理回路,用于对电机电控进行热管理;以及,
切换阀,连接所述电池包热管理回路与所述电机电控热管理回路,用于控制所述电池包热管理回路与所述电机电控热管理回路并联或串联。
2.如权利要求1所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电池包热管理回路包括电池包组件、电池包侧水泵和膨胀水壶,所述电池包侧水泵、所述液液换热器、所述切换阀及所述膨胀水壶依次串联形成回路。
3.如权利要求2所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电池包热管理回路还包括用于控制旁通所述电池包组件的第一三通阀,所述第一三通阀的三个阀口分别与所述电池包组件的两端及所述液液换热器相连。
4.如权利要求3所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电池包热管理回路还包括用于对所述载冷剂侧热管理系统中的载冷剂加热的载冷剂侧加热器,所述载冷剂侧加热器设于所述第一三通阀与所述液液换热器之间。
5.如权利要求1-4任一项所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电机电控热管理回路包括电控侧水泵、电机电控组件和室外散热器,所述电控侧水泵、所述电机电控组件、所述室外散热器和所述切换阀依次串联形成回路。
6.如权利要求5所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电机电控热管理回路还包括用于控制旁通所述室外散热器的第二三通阀,所述第二三通阀的三个阀口分别与所述室外散热器的两端及所述电机电控组件相连。
7.如权利要求5所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述电机电控热管理回路还包括用于控制旁通所述电机电控组件的第三三通阀,所述第三三通阀的三个阀口分别与所述电机电控组件的两端及所述电控侧水泵相连。
8.如权利要求1-4任一项所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述冷媒侧热管理系统包括压缩机、舱室冷凝器、舱室蒸发器、气液分离器、室外换热器、第一阀组、第二阀组、第一膨胀阀和第二膨胀阀,所述舱室冷凝器与所述第一膨胀阀串联形成舱室加热支路,所述舱室蒸发器与所述第二膨胀阀串联形成舱室降温支路,所述压缩机的排气口、所述第一阀组、第二阀组及所述舱室加热支路的一端相连,所述压缩机的进气口与所述气液分离器的出口相连,所述气液分离器的入口、所述第一阀组、所述舱室降温支路的一端及所述第二阀组相连,所述液液换热器的一端与所述第一阀组相连,所述室外换热器的一端与所述第二阀组相连,所述舱室加热支路的另一端、所述舱室降温支路的另一端、所述室外换热器的另一端及所述液液换热器的另一端相连;所述第一阀组用于控制所述液液换热器与所述压缩机的排气口及所述气液分离器的入口连通,所述第二阀组用于控制所述室外换热器与所述压缩机的排气口及所述气液分离器的入口连通,所述舱室冷凝器用于对所述乘员舱加热,所述舱室蒸发器用于从所述乘员舱吸热。
9.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述冷媒侧热管理系统还包括第三膨胀阀,所述第三膨胀阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述气液分离器的入口。
10.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述冷媒侧热管理系统还包括第四膨胀阀,所述第四膨胀阀与所述室外换热器串联形成室外换热支路,所述室外换热支路的两端分别连接所述舱室加热支路的另一端与所述第二阀组。
11.如权利要求10所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述室外换热支路包括并联设置的至少两个所述第四膨胀阀;和/或,所述室外换热支路包括并联设置的至少一个所述第四膨胀阀和至少一个室外辅助阀。
12.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述冷媒侧热管理系统还包括第五膨胀阀,所述第五膨胀阀与所述液液换热器串联形成液液换热支路,所述液液换热支路的两端分别连接所述舱室加热支路的另一端与所述第一阀组。
13.如权利要求12所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述液液换热支路包括并联设置的至少两个所述第五膨胀阀;和/或,所述室外换热支路包括并联设置的至少一个所述第五膨胀阀和至少一个液控辅助阀。
14.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述冷媒侧热管理系统还包括用于对所述乘员舱进行加热的冷媒侧加热器。
15.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述舱室加热支路包括并联设置的至少两个所述第一膨胀阀;和/或,所述舱室加热支路包括并联设置的至少一个所述第一膨胀阀和至少一个辅助调节阀。
16.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述舱室加热支路还包括与所述舱室冷凝器串联的第一辅助控流阀,所述第一辅助控流阀为通断阀、止回阀和单向阀中的任一种。
17.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述舱室降温支路还包括与所述舱室蒸发器串联的第二辅助控流阀,所述第二辅助控流阀为通断阀、止回阀和单向阀中的任一种。
18.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述第一阀组包括第一通断阀和第二通断阀,所述第一通断阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述液液换热器的一端,所述第二通断阀的两端分别连接所述气液分离器的入口与所述液液换热器的一端;
或者,所述第一阀组包括第一冷媒侧三通阀,所述第一冷媒侧三通阀的三个阀口分别连接所述压缩机的排气口、所述液液换热器的一端及所述气液分离器的入口。
19.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述第二阀组包括第一开关阀和第二开关阀,所述第一开关阀的两端分别连接所述气液分离器的入口与所述室外换热器的一端,所述第二开关阀的两端分别连接所述压缩机的排气口与所述室外换热器的一端;
或者,所述第二阀组包括第二冷媒侧三通阀,所述第二冷媒侧三通阀的三个阀口分别连接所述压缩机的排气口、所述室外换热器的一端及所述气液分离器的入口。
20.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述第一阀组控制所述液液换热器与所述气液分离器的入口连通,且使所述液液换热器与所述压缩机的排气口关断,所述液液换热器向所述载冷剂侧热管理系统的载冷剂散热;
或者,所述第一阀组控制所述液液换热器与所述气液分离器的入口关断,且使所述液液换热器与所述压缩机的排气口连通,所述液液换热器从所述载冷剂侧热管理系统的载冷剂吸热。
21.如权利要求8所述的电动汽车整车热管理系统,其特征在于,所述第二阀组控制所述室外换热器与所述气液分离器的入口连通,且使所述室外换热器与所述压缩机的排气口关断,所述室外换热器从室外空气吸热;
或者,所述第二阀组控制所述室外换热器与所述气液分离器的入口关断,且使所述室外换热器与所述压缩机的排气口连通,所述室外换热器向室外空气散热。
22.一种电动汽车,其特征在于:包括如权利要求1-21任一项所述的电动汽车整车热管理系统。
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