CN115384263A - 电动汽车用的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车用的热管理系统。电动汽车用的热管理系统具备连接电动机冷却器、外部空气热交换器与供暖器的循环路、切换阀及控制器。在使供暖器工作的供暖模式下，在电动机温度低于电动机温度阈值的期间，控制器将切换阀设定于第一阀位置，在高于电动机温度阈值的期间，控制器将切换阀设定于第二阀位置。控制器在电动机的负载或负载预测值超过了负载阈值的情况下，控制器在预先确定的保持时间的期间将切换阀保持于第二阀位置。

Description

电动汽车用的热管理系统

技术领域

本说明书公开的技术涉及电动汽车用的热管理系统。

背景技术

已知将外部空气的热量利用于车厢的供暖的热管理系统。日本特开2012-158197中公开了那种热管理系统的一例。使比外部空气温度低的温度的热介质通过外部空气热交换器，由此能够吸收外部空气的热量。使用该热量来对车厢进行供暖。

电动汽车具备行驶用的电动机。电动机的发热量较大。为了将电动机的热向外部空气放出也使用外部空气热交换器。若能够将一个外部空气热交换器用于供暖(从外部空气吸收热量)和电动机的冷却(将电动机的热量向外部空气放出)，则能够实现高效率的热管理系统。然而，在从外部空气吸收热量和将电动机的热量向外部空气放出频繁地切换时，温度变化变激烈，热管理系统有可能受到损伤。本说明书提供一种在用一个外部空气热交换器来进行将电动机的热量向外部空气放出的动作(放热动作)和为了供暖用而取得外部空气的热量的动作(吸热动作)的热管理系统中抑制放热动作与吸热动作的频繁的切换的技术。

发明内容

本说明书公开的电动汽车用的热管理系统具备：行驶用的电动机；电动机冷却器，构成为利用热介质来对电动机进行冷却；外部空气热交换器，构成为在热介质与外部空气之间进行热交换；供暖器，构成为利用热介质的热量来对车厢进行加热；循环路，热介质在循环路中流动；切换阀，与循环路连接；及控制器，构成为对切换阀进行控制。循环路连接电动机冷却器、外部空气热交换器与供暖器。切换阀构成为能够选择第一阀位置与第二阀位置，在切换阀选择上述第一阀位置时，上述热介质在上述外部空气热交换器与上述供暖器之间循环，并且在上述外部空气热交换器与上述电动机冷却器之间切断上述热介质的流动，在切换阀选择上述第二阀位置时，上述热介质在上述外部空气热交换器与上述电动机冷却器之间循环，并且在上述外部空气热交换器与上述供暖器之间切断上述热介质的流动切断。

在使供暖器工作的供暖模式下，在电动机的温度低于预定的电动机温度阈值的期间，控制器将切换阀设定于第一阀位置，在电动机的温度高于电动机温度阈值的期间，控制器将切换阀设定于第二阀位置。在电动机的负载或负载预测值超过预定的负载阈值的情况下，无论电动机温度如何，控制器都在预先确定的保持时间的期间将切换阀保持于第二阀位置。

本说明书公开的电动汽车用的热管理系统在电动机的负载或负载预测值较高的情况下，在预先确定的保持时间的期间将切换阀保持于第二阀位置而将电动机的热量充分地向外部空气放出。抑制第一阀位置与第二阀位置的频繁的切换。

控制器通常可以基于以下的任一指标来决定电动机的负载或负载预测值。(i)电动机温度超过电动机温度阈值的频率。(ii)从电动机温度低于电动机温度阈值的时刻开始到下一次超过电动机温度阈值为止的时间间隔。(iii)最新的预定时间的期间的电动机的输出的累计值。(iv)最新的预定时间的期间的电动机温度的上升率。(v)电动汽车的预定行驶路径。

本说明书公开的技术的详细内容和进一步的改良在以下的“具体实施方式”中进行说明。

附图说明

本发明的实施方式的特征、优点、技术及工业意义通过参照附图如下来描述，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是实施例的热管理系统的热回路图(第一阀位置)。

图2是实施例的热管理系统的热回路图(第二阀位置)。

图3是供暖模式时的控制器的处理的流程图。

图4是空调机的热回路图。

具体实施方式

参照附图来说明实施例的热管理系统2。图1中示出了热管理系统2的热回路图。在此所说的“热回路”是指热介质流动的流路的回路。

热管理系统2搭载于电动汽车，对车厢的温度进行调整，并且将电源3和行驶用的电动机4的温度维持于适当的温度范围。电源3的电力通过未图示的电力转换器而转换成适合于电动机4的驱动的交流电力并向电动机4供给。电源3通常为锂离子等蓄电池或燃料电池，但也可以为其他类型的电源。在图1中，省略了电力线的图示。

热管理系统2具备：循环路10，热介质在循环路10中流动；电源冷却器11，对电源3进行冷却；电动机冷却器12，对电动机4进行冷却；外部空气热交换器13，在热介质与外部空气之间进行热交换；空调机20，对车厢的温度进行调整；泵15、16，输送热介质；及切换阀19，对热介质的流路进行切换。

循环路10是连接电源冷却器11、电动机冷却器12、外部空气热交换器13、空调机20、切换阀19的管，使热介质在多个冷却器与空调机之间循环。为了说明的方便，将循环路10分割成通过空调机20的流路10a、通过外部空气热交换器13的流路10b、通过电源冷却器11的流路10c、通过电动机冷却器12的流路10d、绕过外部空气热交换器13的旁通流路10e。

空调机20对车厢的温度进行调整。空调机20以对车厢进行冷却的制冷模式和对车厢进行加热的供暖模式进行动作。在图1中简化地描绘空调机20。空调机20的详细的构造后面进行说明。

电源冷却器11对电源3进行冷却。通过电源冷却器11的热介质吸收电源3的热量，对电源3进行冷却。

外部空气热交换器13具备风扇13a。通过风扇13a向外部空气热交换器13中导入的外部空气在与通过外部空气热交换器13的热介质之间进行热交换。外部空气热交换器13一般被称为散热器，不过有时使热量从外部空气向热介质转移，因此在本实施例中称为外部空气热交换器。

电动机冷却器12包含：油冷却器91、油泵92及油流路93。流路10d通过油冷却器91。油流路93通过油冷却器91和电动机4。油在油流路93中流动。油泵92配置于油流路93，使油在油冷却器91与电动机4之间循环。电动机4由在循环路10中流动的热介质冷却。更详细而言，在油冷却器91中热介质对油进行冷却，冷却后的油对电动机4进行冷却。电动机4的热量经由油而被热介质吸收。

热管理系统2具备对电动机4的温度进行计测的温度传感器94。热管理系统2还具备很多温度传感器，不过省略它们的说明。温度传感器94及其他温度传感器的计测值向控制器30传送。控制器30基于温度传感器94等的计测值来控制泵15、16、油泵92、切换阀19。

流路10a-10e各自的一端与切换阀19连接。切换阀19对流路10a-10e的连接关系进行切换。关于切换阀19中的多个流路的连接关系，后面详细地进行说明。流路10a-10e各自的另一端用几个三通阀95连结。在循环路10上配置有泵15、16。泵15在空调机20的上游侧处配置于流路10a，泵16在电动机冷却器12的上游侧处配置于流路10d。另外，在图1中，沿着流路绘制的箭头表示热介质的流动的方向。泵15、16将热介质朝向切换阀19推出。根据切换阀19的状态来决定热介质的流路。根据由切换阀19决定的流路10a-10e的连接关系，从属地决定多个三通阀95各自中的热介质流动的方向。

切换阀19能够选择第一阀位置与第二阀位置。图1示出切换阀19选择了第一阀位置时的热介质的流动。切换阀19在选择了第一阀位置时，连接流路10a与流路10b，并且将流路10d与旁通流路10e连接。此时，热介质在空调机20与外部空气热交换器13之间循环，并且在电动机冷却器12与旁通流路10e之间循环。在切换阀19选择了第一阀位置时，在空调机20与外部空气热交换器13之间循环的热介质不与通过电动机冷却器12的热介质混合。换言之，在切换阀19选择了第一阀位置时，热介质在空调机20与外部空气热交换器13之间循环，并且在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间切断热介质的流动。

在供暖模式时，通过切换阀19选择第一阀位置，热介质在外部空气热交换器13与空调机20之间循环。空调机20的构造后面详细地进行说明，但在供暖模式时，空调机20从热介质吸收热量直至热介质的温度变得比外部空气的温度低为止，将吸收的热量使用于车厢的供暖。温度变得比外部空气低的热介质向外部空气热交换器13传送，在外部空气热交换器13中从外部空气吸收热。

图2中示出切换阀19选择了第二阀位置时的热介质的流动。切换阀19在选择了第二阀位置时，连接流路10a与流路10c，并且连接流路10b与流路10d。此时，热介质在空调机20与电源冷却器11之间循环，并且在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间循环。换言之，在切换阀19选择了第二阀位置时，热介质在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间循环，并且在空调机20与外部空气热交换器13之间切断热介质的流动。

如先前叙述的那样，在供暖模式时，选择第一阀位置，热介质在空调机20与外部空气热交换器13之间循环。即使是供暖模式时，当电动机4的温度超过了电动机温度阈值时，控制器30也将切换阀19切换到第二阀位置。当选择了第二阀位置时，热介质在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间循环。电动机4的热量在电动机冷却器12中被热介质吸收。高温的热介质向外部空气热交换器13传送，向外部空气放出热。

在选择了供暖模式时，空调机20对车厢进行加热。图3中示出了供暖时的控制器30的处理的流程图。在步骤S2中，若计时器处于动作中，则控制器30对计时器显示的经过时间与预先确定的保持时间进行比较(步骤S2：是，S3)。计时器对控制器30执行的程序内定义的变量即从计时器启动之后的经过时间进行计测。计时器在后述的步骤S9中启动。关于使计时器启动的条件，后文叙述，通常计时器停止，因此步骤S2的判断为“否”，控制器30的处理移向步骤S5。

控制器30对电动机4的温度(电动机温度)与电动机温度阈值进行比较(步骤S5)。电动机温度由设置于电动机4的温度传感器94取得。控制器30在电动机温度低于电动机温度阈值的情况下以选择第一阀位置的方式对切换阀19进行控制(步骤S5：否，S7)。另外，也可以取代使用温度传感器94的计测值而将通过电动机冷却器12后的热介质的温度作为电动机温度的推定值来使用。

如图1所示，在切换阀19选择了第一阀位置时，热介质在空调机20与外部空气热交换器13之间循环。另外，此时，在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间切断热介质的移动。空调机20从热介质吸收热量直至热介质的温度变得比外部空气的温度低为止，利用该热量来对车厢进行加热。空调机20的构造后文叙述。温度变得比外部空气低的热介质向外部空气热交换器13传送，在外部空气热交换器13中从外部空气吸收热。

控制器30在电动机温度高于电动机温度阈值的情况下以选择第二阀位置的方式对切换阀19进行控制(步骤S5：是，S6)。如图2所示，在切换阀19选择了第二阀位置时，热介质在电动机冷却器12与外部空气热交换器13之间循环。电动机4的热量在外部空气热交换器13中向外部空气放出。在切换阀19选择了第二阀位置时，电动机4的热量积极地向外部空气放出，因此电动机4的温度下降。

在切换阀19选择了第二阀位置时，空调机20与外部空气热交换器13之间的热介质的流动被切断。热介质在空调机20与电源冷却器11之间循环。热介质在电源冷却器11中从电源3吸收热量。空调机20使用电源3的热量来对车厢进行加热。

另外，在步骤S5的处理中，更准确地，控制器30在电动机温度变得比电动机温度阈值减去余量温度而得到的值低之后选择第一阀位置。余量温度是为了防止切换阀19的振荡而设置的。在图3中，省略了用于防止振荡的处理。

接着，控制器30对电动机的负载(电动机负载)与负载阈值进行比较(步骤S8)。关于电动机负载，后文叙述。在电动机负载超过了负载阈值的情况下，控制器30将切换阀19设定于第二阀位置，并且使计时器启动(步骤S8：是，S9)。另一方面，在电动机负载低于负载阈值的情况下，控制器30不使计时器启动而结束处理(步骤S8：否)。

控制器30以恒定的周期重复图3的处理。在步骤S9中计时器启动之后，无论电动机温度如何，都保持第二阀位置，直至预定的保持时间经过为止(步骤S2：是，步骤S3：是，返回)。另一方面，在步骤S9中计时器启动之后经过了预定的保持时间时，控制器30使计时器停止，执行步骤S5以后的处理(步骤S2：是，S3：否，S4)。控制器30在步骤S4中使计时器停止的同时将计时器的值重置为零。

说明在电动机负载超过了负载阈值的情况下在保持时间的期间将切换阀19保持于第二阀位置的处理的优点。电动机负载例如基于电动机温度超过电动机温度阈值的频率来决定。或者，电动机负载基于最新的预定时间内的电动机4的输出的累计值来决定。不管哪一种情况，供暖模式下电动机负载较高都是指第一阀位置与第二阀位置之间的切换频发。

如先前叙述的那样，在供暖模式时，在切换阀19保持于第一阀位置的期间，比外部空气低温的热介质向外部空气热交换器13流动。另一方面，在切换阀19保持于第二阀位置的期间，由电动机4的热量加热后的高温的热介质向外部空气热交换器13流动。当电动机负载较高时，低温的热介质与高温的热介质频繁交替地通过外部空气热交换器13、切换阀19、流路10b。即，在电动机负载较高时，外部空气热交换器13、切换阀19、流路10b等设备承受严酷的热循环。

在实施例的热管理系统2中，在电动机负载超过了负载阈值的情况下，在预定的保持时间的期间将切换阀19保持于第二阀位置。通过在预定的保持时间的期间保持第二阀位置，电动机4的温度变得明显比电动机温度阈值低。因此，在经过了保持时间并使切换阀19返回到第一阀位置之后，即使电动机负载较高，电动机温度也一段时间不会超过电动机温度阈值。即，抑制了切换阀19的切换频率。

热管理系统2能够用一个外部空气热交换器13来进行将电动机4的热量向外部空气放出的动作(放热动作)和为供暖用而取得外部空气的热量的动作(吸热动作)。并且，热管理系统2即使在电动机负载较高时也能够抑制放热动作与吸热动作的频繁的切换。

电动机负载基于(i)电动机温度超过电动机温度阈值的频率、(ii)从电动机温度低于电动机温度阈值的时刻开始到下一次超过电动机温度阈值为止的时间间隔、(iii)最新的预定时间的期间的电动机的输出的累计值、(iv)最新的预定时间的期间的电动机温度的上升率及(v)电动汽车的预定行驶路径中的任一个来决定。

在步骤S8的处理中，也可以取代电动机负载而使用电动机负载预测值。即，控制器30在电动机负载预测值超过了负载阈值的情况下以选择第二阀位置的方式对切换阀19进行控制，使计时器启动。例如，在预定行驶路径包含较长的上坡路的情况下，电动机负载预测值变大。另外，在最新的预定时间的期间的电动机温度的上升率较大的情况下，电动机负载预测值也变大。

参照图4来说明空调机20的构造。空调机20具备第一热回路40和第二热回路50。第一热回路40对车厢进行冷却，第二热回路50对车厢进行加热。第一热回路40在供暖时还起到将在循环路10中流动的热介质的热量向第二热回路50转移的作用。以下，为了说明的方便，将在外部空气热交换器13(或电源冷却器11)与空调机20之间使热介质循环的热回路(即循环路10和与循环路10连接的设备)称为主热回路。

第一热回路40具备：循环路41、冷凝器42、蒸发器43、膨胀阀44a、44b、压缩器45、热交换器47、切换阀46及调节器48。循环路41连接冷凝器42、蒸发器43、热交换器47。第一热介质在循环路41中流动。切换阀46对第一热介质的流路进行切换。在供暖模式时，控制器30以使第一热介质在冷凝器42与热交换器47之间循环并且第一热介质不向蒸发器43流动的方式对切换阀46进行控制。

液体的第一热介质在通过膨胀阀44a时汽化并且温度下降。在供暖模式的情况下，第一热介质的温度下降至比外部空气低的温度。温度比外部空气低的第一热介质在冷凝器42中从主热回路的热介质吸收热量，温度变高。通过了冷凝器42的第一热介质(气体)在压缩器45中被压缩而液化并且温度进一步变高。高温的第一热介质向热交换器47供给。通过了热交换器47的第一热介质经由调节器48而向切换阀46传送。

第二热回路50具备：循环路51、车厢加热器53、泵55、散热器56及切换阀52。循环路51连接热交换器47、车厢加热器53、散热器56。第二热介质在循环路51中流动。循环路51上具备泵55，泵55使第二热介质循环。切换阀52对第二热介质的流路进行切换。在供暖模式时，控制器30以使第二热介质在热交换器47与车厢加热器53之间循环并且第二热介质不向散热器56流动的方式对切换阀52进行控制。

如先前叙述的那样，高温的第一热介质向热交换器47流动。在供暖模式时，第二热介质在热交换器47中从第一热介质吸收热量。通过第一热介质的热量而变成高温的第二热介质通过车厢加热器53。供车厢内的空气流动的空气管道53a也通过车厢加热器53。在车厢加热器53中，通过高温的第二热介质来加热车厢的空气。在第二热介质的热能较少的情况下，控制器30使用电加热器54来加热第二热介质。在供暖模式时，电源3的热量或外部空气的热量从主热回路的热介质经由第一热介质和第二热介质而对车厢进行加热。在第一热回路40中，汽化而低温化的第一热介质从主热回路的热介质接受热量，被压缩/液化而进一步变成高温的第一热介质向第二热介质转移热量。通过该循环，能够使热量在温度差较小的电源3(或外部空气)与车厢之间转移。在温度差较小的两个热回路之间转移热的该循环称为热泵。

在供暖模式时，空调机20使用汽化后的低温的第一热介质来从主热回路的热介质吸收热量。空调机20从主热回路的热介质吸收热量，直至主热回路的热介质的温度变得比外部空气的温度低为止，对车厢进行加热。

在制冷模式时，控制器30以使第一热介质在蒸发器43与热交换器47之间循环并且第一热介质不向冷凝器42流动的方式对切换阀46进行控制。供车厢内的空气流动的空气管道43a也通过蒸发器43。液体的第一热介质在膨胀阀44b中变化成气体并且温度下降。温度下降后的第一热介质在蒸发器43中冷却车厢内的空气。通过了蒸发器43的第一热介质(气体)在压缩器45中被压缩而液化并且温度变高。高温的第一热介质向热交换器47供给，向第二热回路50的第二热介质转移热量。在制冷模式时，控制器30以使第二热介质在第二热回路50的热交换器47与散热器56之间循环并且第二热介质不向车厢加热器53流动的方式对切换阀52进行控制。第二热介质的热量在散热器56中向外部空气放出。在热交换器47中冷却后的第一热介质经由调节器48而向切换阀46传送，进一步在膨胀阀44b中汽化而温度下降。

供暖模式时的空调机20相当于加热车厢的供暖器的一例。

以上，详细地说明了本发明的具体例，不过这些只是示例，并不对权利要求书进行限定。权利要求书所记载的技术包含对以上例示的具体例各种各样地进行了变形、变更的方案。本说明书或附图中说明的技术要素单独地或通过各种组合而发挥技术实用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。并且，本说明书或附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的本身具有技术实用性。

Claims (3)

1.一种电动汽车用的热管理系统，其特征在于，具备：

行驶用的电动机；

电动机冷却器，构成为利用热介质对所述电动机进行冷却；

外部空气热交换器，构成为在所述热介质与外部空气之间进行热交换；

供暖器，构成为利用所述热介质的热量对车厢进行加热；

循环路，连接所述电动机冷却器、所述外部空气热交换器及所述供暖器，所述热介质在所述循环路中流动；

切换阀，与所述循环路连接，且构成为能够选择第一阀位置与第二阀位置，在所述切换阀选择所述第一阀位置时，所述热介质在所述外部空气热交换器与所述供暖器之间循环，并且在所述外部空气热交换器与所述电动机冷却器之间切断所述热介质的流动，在所述切换阀选择所述第二阀位置时，所述热介质在所述外部空气热交换器与所述电动机冷却器之间循环，并且在所述外部空气热交换器与所述供暖器之间切断所述热介质的流动；及

控制器，构成为对所述切换阀进行控制，

在使所述供暖器工作的供暖模式下，在所述电动机的温度低于预定的电动机温度阈值的期间，所述控制器将所述切换阀设定于所述第一阀位置，在所述电动机的所述温度高于所述电动机温度阈值的期间，所述控制器将所述切换阀设定于所述第二阀位置，

在所述供暖模式下，在所述电动机的负载或负载预测值超过了预定的负载阈值的情况下，无论所述电动机的所述温度如何，所述控制器都在预先确定的保持时间的期间将所述切换阀保持于所述第二阀位置。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用的热管理系统，其特征在于，

所述控制器基于i)所述电动机的所述温度超过所述电动机温度阈值的频率、ii)从所述电动机的所述温度低于所述电动机温度阈值的时刻开始到下一次超过所述电动机温度阈值为止的时间间隔、iii)预定时间的期间的所述电动机的输出的累计值、iv)预定时间的期间的所述电动机的所述温度的上升率及v)所述电动汽车的预定行驶路径中的任一个来决定所述负载或所述负载预测值。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车用的热管理系统，其特征在于，

所述供暖器具备热泵机构，所述热泵机构构成为使用汽化的其他的热介质来从所述热介质吸收热量。

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