CN114953952A - 一种混合动力车辆的热管理系统 - Google Patents

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黄瑞欣
马腾飞
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Abstract

本申请公开了一种混合动力车辆的热管理系统，包括电池换热回路、加热回路和冷却回路；热管理系统还包括电池换热器；电池换热器包括相互隔离的电池换热通道、加热通道和冷却通道，电池换热通道形成电池换热回路的一部分，加热通道形成加热回路的一部分，冷却通道形成冷却回路的一部分。本申请将液液换热器、电池冷却器的功能集成在电池换热器内，通过电池换热器对电池包进行冷却或加热，减少了热管理系统的零件数量，减小了系统的占用空间，降低了成本，同时也降低了控制的复杂度。

Description

一种混合动力车辆的热管理系统
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，更具体地，涉及一种混合动力车辆的热管理系统。
背景技术
混合动力汽车采用发动机和电动机两种动力来源，相较于传统燃油车，混动汽车需要额外给电机、电池等部件做热管理工作，包括制冷和升温。
动力电池在高温时需要制冷，如图1所示的现有技术，电动压缩机-冷凝器-电池冷却器形成的冷却回路对冷却液进行冷却。制冷工况下，电池回路的水泵工作，三通阀的a、b端连通，电池冷却器、三通电磁阀的a-b通道以及电池包形成的回路对电池进行散热。
低温时，动力电池需要升温，如图1所示，发动机冷却液或者液体加热器(WPTC)作为热源，对液液换热器内的液体进行加热。升温时，电池回路的水泵工作，三通阀的a、c两端连通，液液换热器与电池包进行换热，对电池包进行加热。
现有技术中，通过第一回路对电池冷却器和液液换热器进行冷却或加热，然后再通过电池冷却回路和电池加热回路对电池包进行冷却和加热，因此换热电池回路包括采暖和制冷两路，需要一个三通阀进行两路之间的切换，因此该系统的零件较多，占用空间较大，成本较高，控制复杂度高。
另外，空调加热器和液液换热器串联在水路中，空调采暖时所需水温高于电池所需温度，若要维持电池的温度在25℃左右，需要控制电池回路的三通阀在b、c两端之间频繁切换，因此电池包的水温控制精度不佳，温度震荡较大，混动车辆的动力稳定性较差。
发明内容
本申请提供一种混合动力车辆的热管理系统，将液液换热器、电池冷却器的功能集成在电池换热器内，通过电池换热器对电池包进行冷却或加热，减少了热管理系统的零件数量，减小了系统的占用空间，降低了成本，同时也降低了控制的复杂度。
本申请提供了一种混合动力车辆的热管理系统，包括电池换热回路、加热回路和冷却回路；热管理系统还包括电池换热器；
电池换热器包括相互隔离的电池换热通道、加热通道和冷却通道，电池换热通道形成电池换热回路的一部分，加热通道形成加热回路的一部分，冷却通道形成冷却回路的一部分。
优选地，加热回路还包括空调加热器，空调加热器与电池换热器并联。
优选地，加热回路包括三通比例阀，三通比例阀的第一出口与空调加热器的暖水入口连接，三通比例阀的第二出口与电池换热器的暖水入口连接。
优选地，加热回路包括相互并联的发动机水套和液体加热器，发动机水套和液体加热器的出水端与三通比例阀的入口连接。
优选地，冷却回路还包括空调蒸发器，空调蒸发器与电池换热器并联。
优选地，电池换热器包括外壳和设置在外壳内的自下而上排列的多个散热片，相邻散热片之间的空间形成电池换热通道、加热通道或冷却通道的一部分。
优选地，同一第一空间包括作为电池换热通道的第一部分和作为加热通道的第二部分，同一第二空间包括作为电池换热通道的第三部分和作为冷却通道的第四部分。
优选地，电池换热器包括电池换热腔，电池换热腔包括上部的第一子腔和下部的第二子腔，第一子腔和第二子腔的第一侧设有自上而下延伸的第一连通通道，第一子腔的第二侧设有自上而下延伸的第一流体输入通道，第二子腔的第二侧设有自上而下延伸的第一流体输出通道，第一连通通道与第一流体输出通道之间以及第一连通通道与第一流体输入通道之间设有自下而上排列的多个散热片；
其中第一子腔和第二子腔的第一侧和第二侧为相对侧。
优选地，电池换热器还包括加热腔和冷却腔，冷却腔位于加热腔的上方，冷却腔与第一子腔位于同一高度，加热腔与第二子腔位于同一高度。
优选地，冷却腔的中部设有自下而上排列的多个散热片，散热片的第一侧设有自上而下延伸的第二流体输入通道，散热片的第二侧设有自下而上延伸的相互隔离的第二连通通道和第二流体输出通道，第二连通通道位于第二流体输出通道的下方；
散热片的第一侧和第二侧为相对侧。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为现有技术的混合动力车辆的热管理系统的结构示意图；
图2为本申请提供的混合动力车辆的热管理系统的结构示意图；
图3为本申请提供的电池换热器的立体结构图；
图4为本申请提供的电池换热器的加热腔和冷却腔的结构示意图；
图5为本申请提供的电池换热器的电池换热腔的结构示意图；
图6为本申请提供的散热片的一个实施例的结构图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供一种混合动力车辆的热管理系统，将液液换热器、电池冷却器的功能集成在电池换热器内，通过电池换热器对电池包进行冷却或加热，减少了热管理系统的零件数量，减小了系统的占用空间，降低了成本，同时也降低了控制的复杂度。
本申请提供的混合动力车辆的热管理系统包括电池换热回路、加热回路和冷却回路。热管理系统还包括电池换热器，电池换热器包括相互隔离的电池换热通道、加热通道和冷却通道，电池换热通道形成电池换热回路的一部分，加热通道形成加热回路的一部分，冷却通道形成冷却回路的一部分。
如图1所示，加热回路包括发动机水套、液体加热腔WPTC、三通比例阀、空调加热腔和电池换热器的加热通道。
空调加热器与电池换热器并联，发动机水套和液体加热器WPTC并联，发动机水套和液体加热器的出水端与三通比例阀的入口连接，三通比例阀的第一出口与空调加热器的暖水入口连接，三通比例阀的第二出口与电池换热器的暖水入口连接。
发动机水套通过节温器与发动机散热器连接，发动机水套的水温超出温度阈值时，通过节温器和发动机散热器对发动机冷却水进行降温。
冷却回路包括电动压缩机、冷凝器、空调蒸发器和电池换热器的冷却通道，空调蒸发器与电池换热器并联。
电池换热回路包括电池包、膨胀水壶、第一电子水泵和电池换热器的电池换热通道。
发动机工作时，发动机冷却水套内的冷却液作为热管理系统的热源，发动机的主水泵提供回路动力，通过三通比例阀控制通过空调加热器和电池换热器的冷却液的流量分配比例。电池换热器所在的支路的冷却水流量由电池换热回路中的目标温度和当前温度的差值反馈控制。
车辆使用纯电动行驶时，发动机不工作，电池需要升温时通过第二电子水泵驱动WPTC工作。通过三通比例阀控制通过空调加热器和电池换热器的冷却液的流量分配比例。电池换热器所在支路的水流量和WPTC的输出功率由电池换热回路的目标温度和当前温度的差值反馈控制。
作为一个实施例，如图3-5所示，电池换热器100包括外壳和设置在外壳内的自下而上排列的多个散热片1100，相邻散热片1100之间的空间形成电池换热通道、加热通道或冷却通道的一部分。请参见图6，散热片的四个角部分别设有一个通孔，形成不同流体的通道的一部分。散热片的中部的内表面设有凹槽，通过具有相同或不同表面凹槽结构的散热片按照顺序堆叠，使得相邻散热片之间的空间形成流体通道的一部分。
在电池换热器中形成的多个空间中，同一第一空间包括作为电池换热通道的第一部分和作为加热通道的第二部分，同一第二空间包括作为电池换热通道的第三部分和作为冷却通道的第四部分。同一层的换热片被分成两个互相隔离的空间，两种流体互不接触，但是热量通过同一个散热片(例如铝制散热片)进行热交换，实现两种流体的热交换。这样，电池换热器内部的流体通道不是管状，而是横向片状的，增大了流体和散热片的换热面积，极大地增加了两种流体的换热效率。
具体地，作为一个实施例，如图3-5所示，电池换热器100包括电池换热腔190(图3中位于加热腔180和冷却腔170的后方)，电池换热腔190包括上部的第一子腔和下部的第二子腔，第一子腔和第二子腔的第一侧(图中示为左侧)设有自上而下延伸的第一连通通道1902，第一子腔的第二侧(图中示为右侧)设有自上而下延伸的第一流体输入通道1901，第二子腔的第二侧(图中示为右侧)设有自上而下延伸的第一流体输出通道1903，第一连通通道1902与第一流体输出通道1903之间以及第一连通通道1902与第一流体输入通道1901之间设有自下而上排列的多个散热片1100。其中第一子腔和第二子腔的第一侧和第二侧为相对侧。第一子腔和第二子腔中，相邻的散热片1100之间形成的空间构成了电池换热通道的一部分。
第一流体输入通道1901与外壳上的第一流体入口110连通，第一流体输出通道1903与外壳的第一流体出口120连通。电池包的冷却液充满电池换热腔，冷却液流动方向如图5中的箭头所示。
电池换热器还包括加热腔180和冷却腔170，冷却腔170位于加热腔180的上方，冷却腔170与第一子腔位于同一高度，加热腔180与第二子腔位于同一高度。也就是说，如图3所示的实施例中，电池换热器的后侧部分的整个高度为电池换热腔，电池换热器的前侧部分的上部分为冷却腔，前侧部分的下部分为加热腔。
如图4所示，冷却腔的中部设有自下而上排列的多个散热片1100，散热片的第一侧(图中示为右侧)设有自上而下延伸的第二流体输入通道1701，散热片的第二侧(图中示为左侧)设有自下而上延伸的相互隔离的第二连通通道1702和第二流体输出通道1703，第二连通通道1702位于第二流体输出通道1703的下方。散热片的第一侧和第二侧为相对侧。第二流体输入通道1701与外壳的第二流体入口130连通，第二流体输出通道1703与外壳的第二流体出口140连通。由此，第一子腔和冷却腔的散热片共用，相邻散热片之间形成上述的第二空间，第二空间中，一部分作为冷却腔内的冷却通道，一部分作为电池换热腔内的换热通道。
请结合图3，冷媒经膨胀阀1110进入冷却腔，降压蒸发吸热，使得电池换热腔的上半部被冷却，冷媒流动方向如图4中的箭头所示。
如图4所示，加热腔的中部设有自下而上排列的多个散热片1100，散热片的第一侧(图中示为右侧)设有自下而上延伸的第三流体输入通道1801，散热片的第二侧(图中示为左侧)设有自上而下延伸的第三流体输出通道1802，第三流体输入通道1801与外壳的第三流体入口150连通，第三流体输出通道1802与外壳的第三流体出口160连通。由此，第二子腔和加热腔的散热片共用，相邻散热片之间形成上述的第一空间，第一空间中，一部分作为加热腔内的加热通道，一部分作为电池换热腔内的换热通道。
请结合图3，热水从第三流体入口150进入加热腔，从第三流体出口160流出，将电池换热腔的下半部加热，热水流动方向如图4中的箭头所示。
电池包需要升温时，打开第一电子水泵以及主水泵和/或第二电子水泵，电池换热器的加热腔工作，对电池包的冷却液进行加热，实现电池包的升温。电池包需要冷却时，打开电动压缩机和第一电子水泵，电池换热器的冷却腔工作，对电池包的冷却液进行冷却，实现电池包的降温。
本申请的热管理系统通过将冷却液的加热和冷却功能集成于一体，使得系统结构紧凑，节省了布置空间，降低了系统重量和成本，并且通过三通比例阀实现了电池包和空调的精准控温。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，包括电池换热回路、加热回路和冷却回路；所述热管理系统还包括电池换热器；
所述电池换热器包括相互隔离的电池换热通道、加热通道和冷却通道，所述电池换热通道形成所述电池换热回路的一部分，所述加热通道形成所述加热回路的一部分，所述冷却通道形成所述冷却回路的一部分。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述加热回路还包括空调加热器，所述空调加热器与所述电池换热器并联。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述加热回路包括三通比例阀，所述三通比例阀的第一出口与所述空调加热器的暖水入口连接，所述三通比例阀的第二出口与所述电池换热器的暖水入口连接。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述加热回路包括相互并联的发动机水套和液体加热器，所述发动机水套和所述液体加热器的出水端与所述三通比例阀的入口连接。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述冷却回路还包括空调蒸发器，所述空调蒸发器与所述电池换热器并联。
6.根据权利要求1所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述电池换热器包括外壳和设置在所述外壳内的自下而上排列的多个散热片，相邻散热片之间的空间形成所述电池换热通道、加热通道或冷却通道的一部分。
7.根据权利要求6所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，同一第一空间包括作为所述电池换热通道的第一部分和作为所述加热通道的第二部分，同一第二空间包括作为所述电池换热通道的第三部分和作为所述冷却通道的第四部分。
8.根据权利要求7所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述电池换热器包括电池换热腔，所述电池换热腔包括上部的第一子腔和下部的第二子腔，所述第一子腔和所述第二子腔的第一侧设有自上而下延伸的第一连通通道，所述第一子腔的第二侧设有自上而下延伸的第一流体输入通道，所述第二子腔的第二侧设有自上而下延伸的第一流体输出通道，所述第一连通通道与所述第一流体输出通道之间以及所述第一连通通道与所述第一流体输入通道之间设有自下而上排列的多个散热片；
其中所述第一子腔和所述第二子腔的第一侧和第二侧为相对侧。
9.根据权利要求8所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述电池换热器还包括加热腔和冷却腔，所述冷却腔位于所述加热腔的上方，所述冷却腔与所述第一子腔位于同一高度，所述加热腔与所述第二子腔位于同一高度。
10.根据权利要求9所述的混合动力车辆的热管理系统，其特征在于，所述冷却腔的中部设有自下而上排列的多个散热片，所述散热片的第一侧设有自上而下延伸的第二流体输入通道，所述散热片的第二侧设有自下而上延伸的相互隔离的第二连通通道和第二流体输出通道，所述第二连通通道位于所述第二流体输出通道的下方；
所述散热片的第一侧和第二侧为相对侧。
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