CN116039325A - 多通阀热管理系统及汽车 - Google Patents

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CN116039325A CN202211579906.4A CN202211579906A CN116039325A CN 116039325 A CN116039325 A CN 116039325A CN 202211579906 A CN202211579906 A CN 202211579906A CN 116039325 A CN116039325 A CN 116039325A
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张毅
余强元
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Abstract

本发明公开了多通阀热管理系统及汽车，换热器、低温散热器、冷凝器、水暖PTC、暖风芯体和动力电池包均通过流道板与多通阀连接形成回路；多通阀至少包括将多条管路切换至如下状态的可动阀芯：电机电控冷却装置、低温散热器与多通阀串接形成电机电控支路；换热器与多通阀串接形成换热器支路；动力电池包与多通阀串接形成电池支路；冷凝器、水暖PTC、暖风芯体与多通阀串接形成乘员舱采暖支路；电机电控支路和换热器支路通过多通阀相互连通形成第一回路；电池支路通过多通阀形成第二回路；乘员舱采暖支路与多通阀之间连接管路关闭，通过一个由第一比例三通阀控制的旁路管形成第三回路。本发明提高了冷却液回路集成度，减少了零部件数量。

Description

多通阀热管理系统及汽车
技术领域
本发明涉及新能源车热管理技术领域，特别涉及多通阀热管理系统及汽车。
背景技术
随着燃油价格的不断攀升，新能源汽车的渗透率也在不断提高。伴随着新能源汽车购买热情的高涨，人们对新能源汽车的续航和安全性也日益关注。
传统燃油车的热管理功能单一，系统所涉及的零部件较少，系统功能也比较简单。
而新能源汽车使用电能驱动，乘员舱的冷热需求，电池包的温度平衡，电机电控的降温都需要消耗电能，相比于传统燃油汽车，能量管理的内容增多，系统更为复杂。因此热管理在提高能源利用率，保证整车续航与电池包安全方面就愈发重要。
其中，热管理系统包含制冷剂回路和冷却液回路，其中冷却液回路在新能源热管理系统中扮演了重要角色。
现有的新能源汽车热管理系统仍以分散式为主，乘员舱、电池、电机等功能部件之间主要依靠冷却液换热，并且分别在不同的回路中。为实现不同回路之间的连通，在回路中使用了多个三通、四通阀，通过不同水阀的组合切换实现不同的系统功能。
由于热管理系统的零部件被分散布置在整车的不同位置，通过管路连接，之后再固定到整车上，分散布置，系统集成度低。对整车厂而言物料种类繁多，占用空间庞大，系统控制也复杂，造成能量利用不充分的问题。最终导致热管理系统开发周期长，成本高，整车装配复杂，维护不便。
并且，电机电控部件通常作为新能源汽车的主要部件，其应用环境温度影响电机电控部件的工作状态，在新能源汽车运行过程中，电机电控会产生多余热量，而温度过高会引起电机电控的失效，造成新能源汽车的失控。
因此，在整车热管理系统中，如何提高冷却液回路集成度，减少零部件数量，将分散的热管理系统统筹管理来减少能量浪费以及减少电机电控产生的热量就成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术存在冷却液回路集成度低，结构复杂且电机电控会产生多余热量的问题，本申请提供一种多通阀热管理系统及汽车。
为实现上述目的，本发明公开了多通阀热管理系统，包括换热器、电机电控冷却装置、低温散热器、冷凝器、水暖PTC、暖风芯体和动力电池包。
其中，所述换热器、所述电机电控冷却装置、所述低温散热器、所述冷凝器、所述水暖PTC、所述暖风芯体和所述动力电池包均通过流道板与多通阀连接形成回路，用于使冷却液流通；
所述多通阀包括最少一个可动阀芯，通过所述可动阀芯切换多条所述管路之间的连通或者关闭；
所述多通阀至少包括将多条所述管路切换至如下状态的所述可动阀芯：
所述电机电控冷却装置、所述低温散热器与所述多通阀串接形成电机电控支路；
所述换热器与所述多通阀串接形成换热器支路；
所述动力电池包与所述多通阀串接形成电池支路；
所述冷凝器、所述水暖PTC、所述暖风芯体与所述多通阀串接形成乘员舱采暖支路；
所述电机电控支路和所述换热器支路通过所述多通阀相互连通形成第一回路；
所述电池支路通过所述多通阀形成第二回路；
所述乘员舱采暖支路与所述多通阀之间连接管路关闭，通过一个由第一比例三通阀控制的旁路管形成第三回路。
本发明的应用通过将提高了冷却液回路集成度，减少了热管理系统的零部件数量，缩小了热管理系统的占用空间，将分散的热管理系统统筹管理来减少能量浪费。
进一步的，本发明通过将电机电控支路与换热器之路相互连通，使得换热器能够回收电机电控冷却装置产生的热量，从而实现对电机电控的降温，并且能够实现热量的高效利用。
优选的，所述多通阀包括C1接口、C2接口、C3接口、C4接口、C5接口、C6接口、C7接口和C8接口；
所述C1接口和所述C2接口分别对接所述乘员舱采暖支路的出口与入口；
所述C3接口和所述C4接口分别对接所述电池支路的入口与出口；
所述C5接口和所述C6接口分别对应所述换热器支路的入口与出口；
所述C7接口和所述C8接口分别对应所述电机电控支路的入口与出口；
其中，所述C3接口和所述C4接口相互连通，所述C5接口和所述C8接口相互连通，所述C6接口和所述C7接口相互连通；
所述C1接口和所述C2接口所述乘员舱采暖支路的出口与入口之间完全关闭
优选的，首尾相连的所述电机电控冷却装置和所述低温散热器与所述多通阀连接的管路上，依次连接的所述冷凝器、所述水暖PTC和所述暖风芯体与所述多通阀连接的管路上，以及所述动力电池包与所述多通阀连接的管路上均设有冷却液循环水泵。
优选的，所述低温散热器并联一个由第二比例三通阀控制的短接旁路，通过所述第二比例三通阀分配相应的冷却液的流量。
优选的，所述换热器和所述冷凝器之间设有用于流经制冷剂的回路；
在所述乘员舱采暖支路处于乘员舱采暖或者除湿工况时，热量来自冷凝器，如果热量不足，水暖PTC工作，加热所述乘员舱采暖支路中的冷却液，满足暖风的需求；
所述制冷剂将携带的热量通过所述冷凝器输送给所述乘员舱采暖支路的所述冷却液。
更优选的，流经所述制冷剂的所述回路设有蒸发器，所述暖风芯体与所述蒸发器装在一起并设有鼓风机；和/或，流经所述制冷剂的所述活路设有室外换热器；
所述鼓风机、所述暖风芯体和所述蒸发器设置在空调箱内；所述鼓风机用于加速通过暖风芯体和蒸发器的空气，实现热量交换。
优选的，所述低温散热器处设有冷凝风扇；
所述冷凝风扇用于辅助散热；和/或，
所述暖风芯体处设置有鼓风机，所述鼓风机和所述暖风芯体；所述鼓风机用于加速通过暖风芯体的空气，实现热量交换。
优选的，所述流道板包括多条用于输送冷却液的流道，多条所述流道互相平行设置且一端均与所述多通阀连接，另一端均与相应的所述换热器、所述电机电控冷却装置、所述低温散热器、所述冷凝器、所述水暖PTC、所述暖风芯体或所述动力电池包连接。
本发明还提供一种汽车，采用上述任意一项所述的多通阀热管理系统。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例的结构示意图。
图2示出本发明一实施例中工况1换热器工作，乘员舱采暖支路制热或除湿，电机电控支路与换热器串接，通过第二比例三通阀控制的短接旁路实现余热的间接回收的状态示意图。
图3示出本发明一实施例中工况2换热器不工作时，乘员舱采暖支路制冷或吹风的状态示意图。
图4示出本发明一实施例中工况3在换热器不工作时，乘员舱采暖支路制热或除湿的状态示意图。
图5示出本发明一实施例中制冷剂的连接回路示意图。
图6示出本发明一实施例中多通阀的接口排列示意图。
图7示出本发明一实施例中多通阀的接口连接方式示意图。
其中，1、换热器；2、电机电控冷却装置；3、低温散热器；4、冷凝器；5、水暖PTC；6、暖风芯体；7、动力电池包；8、冷却液循环水泵；9、蒸发器；10、电机电控支路；11、电池支路；12、乘员舱采暖支路；13、换热器支路；14、室外换热器；15、第一比例三通阀；16、旁路管；17、第二比例三通阀。
具体实施方式
实施例
如图1至图4所示，多通阀热管理系统，包括换热器1、电机电控冷却装置2、低温散热器3、冷凝器4、水暖PTC5、暖风芯体6和动力电池包7。
其中，换热器1、电机电控冷却装置2、低温散热器3、冷凝器4、水暖PTC5、暖风芯体6和动力电池包7均通过流道板与多通阀连接形成回路，用于使冷却液流通；
多通阀包括最少一个可动阀芯，通过可动阀芯切换多条管路之间的连通或者关闭；
多通阀至少包括将多条管路切换至如下状态的可动阀芯：
电机电控冷却装置2、低温散热器3与多通阀串接形成电机电控支路10；
换热器1与多通阀串接形成换热器支路13；
动力电池包7与多通阀串接形成电池支路11；
冷凝器4、水暖PTC5、暖风芯体6与多通阀串接形成乘员舱采暖支路12；
电机电控支路10和换热器支路13通过多通阀相互连通形成第一回路；
电池支路11通过多通阀形成第二回路；
乘员舱采暖支路12与多通阀之间连接管路关闭，通过一个由第一比例三通阀15控制的旁路管16形成第三回路。
本发明的应用通过将提高了冷却液回路集成度，减少了热管理系统的零部件数量，将分散的热管理系统统筹管理来减少能量浪费。
进一步的，本发明通过将电机电控支路10与换热器支路13相互连通，使得换热器1能够利用或辅助排出电机电控冷却装置2产生的热量，有助于实现动力电池包7的均温以及电机电控冷却装置2的冷却，从而能够实现热量的高效利用。
在实际应用中，换热器1通常为板式换热器，换热器1中通常设有流经冷却液的流道以及流经制冷剂的流道，从而换热器1的作用主要为起到为冷却液和制冷剂进行热量交换。冷凝器4在实际应用中通常为间接式冷凝器，其英文名称为I-COND，有四个口，其中两个口用来使冷却液通过，连接于流经冷却液的回路中；另外两个口用来使制冷剂通过，连接于流经制冷剂的回路中。水暖PTC5起到加热冷却液的作用。冷却液通过暖风芯体6与空气进行换热。
在某些实施例中，低温散热器3并联一个由第二比例三通阀17控制的短接旁路，通过第二比例三通阀17分配相应的冷却液的流量。当冷却液流经低温散热器3时，第二比例三通阀17为关闭状态；当冷却液不经过低温散热器3而经过短接旁路时，第二比例三通阀17为打开状态。
在多通阀的可动阀芯切换至上述连接状态下，本申请的多通阀热管理系统能够实现3中工况，分别为：
工况1，乘员舱的制热或除湿，动力电池包7的均温，电机电控的余热间接回收至乘员舱；
工况2，乘员舱的制冷或吹风，动力电池包7的均温，电机电控的冷却；
工况3，乘员舱的制热或除湿，动力电池包7的均温，电机电控的冷却。
参考图2，具体地，在工况1中：
在第一回路中，第二比例三通阀17为打开状态，冷却液不经过低温散热器3而经过短接旁路。换热器1为工作状态，换热器1与电机电控冷却装置2串接，换热器1中流经的冷却液吸收电机电控冷却装置2产生的热量，并将热量传递给换热器1中流经的制冷剂，从而通过制冷剂循环回路将热量带给设置于乘员舱内的冷凝器4，从而能够起到辅助乘员舱制热的作用，实现电机电控支路10的余热回收。
在第二回路中，电池支路11通过多通阀形成流经电池支路的冷却液自循环，从而动力电池包7自身能够实现热量平衡，电池支路11自循环完成均温功能。
在第三回路中，冷却液流经设置于乘员舱采暖回路12中的冷凝器4、水暖PTC5以及暖风芯体6，乘员舱采暖支路12通过一个由第一比例三通阀15控制的旁路管16形成第三回路单独回路运行，乘员舱采暖支路12形成的第二回路制热或除湿。
乘员舱采暖支路12的工作过程分为两种工作状态：(1)热泵制热状态，在乘员舱采暖支路12中，从压缩机出来的高温高压制冷剂进入冷凝器4，在冷凝器4中，制冷剂侧，制冷剂放热成为中温高压的液态制冷剂流出，冷却液侧，冷却液吸热，温度升高的冷却液流经水暖PTC5后(此时水暖PTC5仅作为管路实现流通，不进行温度调节)，进入暖风芯体6，在鼓风机的作用下，冷却液中的热量通过暖风芯体6释放到乘员舱内，流出暖风芯体的冷却液，经过比例三通阀的V1V2通道回到冷却液循环水泵8中，进入下一个循环；
(2)水暖制热状态，当环境温度下降，热泵制热的效率降低后，需要同时启动水暖PTC5，将乘员舱采暖支路12中的冷却液加热到目标温度，保证乘员舱的采暖要求。
第三回路中还能够实现车辆乘员舱的除湿，除湿需要制冷和制热同时开启，制冷原理是：流经蒸发器9的制冷剂，通过蒸发器9吸收乘员舱内的热量，达到降温的效果。乘员舱通过冷凝器4加热冷却液，再通过暖风芯体6给乘员舱散热，通过同时制热和制冷，能够达到除湿的目的。
参考图3，具体地，在工况2中：
在第一回路中，第二比例三通阀17关闭状态，冷却液经过低温散热器3。换热器1为不工作状态，电机电控支路10中的电机电控冷却装置2处于冷却工作状态，电机电控支路10通过低温散热器3进行散热冷却。
工况2中第二回路的工作原理与工况1中第二回路的工作原理相同。
第三回路中，乘员舱无制热需求，冷却液不流经乘员舱采暖回路12，开启设置于乘员舱内的蒸发器9或者鼓风机，通过制冷剂循环回路的作用，能够实现乘员舱的制冷或吹风。
参考图4，具体地，在工况3中：
工况3中第一回路、第二回路的工作原理与工况2中第一回路、第二回路的工作原理均相同。工况3中第三回路的工作原理与工况1中第三回路的工作原理相同。
需要说明的是，本申请中的制冷剂与冷却液为不同的介质且起到不同的作用。具体地，制冷剂通常指冷媒，其是通过改变自身状态实现主动制冷效果的工作物质；冷却液则通常指水与乙二醇的混合物等，其为被动进行热量交换的介质。
在某些实施例中，多通阀包括C1接口、C2接口、C3接口、C4接口、C5接口、C6接口、C7接口和C8接口；
C1接口和C2接口分别对接乘员舱采暖支路12的出口与入口；
C3接口和C4接口分别对接电池支路11的入口与出口；
C5接口和C6接口分别对应换热器支路13的入口与出口；
C7接口和C8接口分别对应电机电控支路10的入口与出口；
其中，C3接口和C4接口相互连通，C5接口和C8接口相互连通，C6接口和C7接口相互连通；
C1接口和C2接口乘员舱采暖支路12的出口与入口之间完全关闭。
在某些实施例中，首尾相连的电机电控冷却装置2和低温散热器3与多通阀连接的管路上，依次连接的冷凝器4、水暖PTC5和暖风芯体6与多通阀连接的管路上，以及动力电池包7与多通阀连接的管路上均设有冷却液循环水泵8。
在某些实施例中，换热器1和冷凝器4之间设有流经制冷剂的回路；
从而换热器1以及冷凝器4的热量交换为通过制冷剂与冷却液的热量输送。在乘员舱采暖回路12处于乘员舱采暖或者除湿工况时，热量来自冷凝器4，如果热量不足，水暖PTC5工作，加热乘员舱采暖支路中的冷却液，满足暖风的需求；
制冷剂将携带的热量通过冷凝器4输送给乘员舱采暖回路12的冷却液。
当要通过冷凝器4进行散热，就需要从其它地方进行吸热，而换热器1作为室外换热器，也可以从冷却液中吸收一定的热量。在电池回路中，电池包中如果有多余的热量，由冷却液带走，通过换热器1让制冷剂吸收热量，从而使回路中冷却液温度下降。
进一步地，通过在换热器1与冷凝器4之间设置制冷剂回路，能够实现换热器1的余热回收，当换热器1所在的换热器支路13中存在多余的热量时，能够将热量通过制冷剂回路传递至位于乘员舱采暖支路的冷凝器4，能够更加促进热量的传递和循环。
如图5所示，在某些实施例中，流经制冷剂的回路还设有蒸发器9以及室外换热器14。具体地，蒸发器9位于乘员舱内，室外换热器14位于乘员舱外。图5示出的制冷剂回路能够实现对乘员舱的制热或者制冷。
制冷剂回路对乘员舱制热则通过使冷凝器4升温实现，工作原理为：
1.余热回收使冷凝器4升温，换热器1吸收换热器支路13中的热量至制冷剂回路中，能够将热量传递至位于乘员舱采暖支路12中的冷凝器4；
2.室外环境使冷凝器4升温，室外换热器14通过吸收外界环境的温度，通过制冷剂回路将热量传递给冷凝器4。
制冷剂回路对乘员舱制冷则是通过使蒸发器9降温实现，其工作原理为：流经室外换热器14的制冷剂进入蒸发器9中，蒸发器9通过吸收环境中的热量能够使制冷剂吸热气化，蒸发器9位于乘员舱内，从而实现乘员舱的制冷。
从而工况1、工况3中，乘员舱在冷却液的回路作用下处于制热状态，通过制冷剂循环回路，还能够实现汽车乘员舱的除湿，乘员舱的除湿是通过制冷剂循环完成。除湿原理是：流经蒸发器9的制冷剂，通过蒸发器9吸收乘员舱内的热量，达到使冷凝器4降温的效果。从而乘员舱利用热泵进行制热，通过蒸发器9制冷，能够达到除湿的目的。
在某些实施例中，暖风芯体6与蒸发器9装在一起，暖风芯体6处设有鼓风机；
鼓风机、暖风芯体6和蒸发器9设置在空调箱内；
鼓风机用于加速通过暖风芯体6和蒸发器的空气，实现热量交换。
在某些实施例中，低温散热器3处设有冷凝风扇；
冷凝风扇用于辅助散热。
通过设置鼓风机，增强了汽车乘员舱内的空气流通，从而在工况2中，还能够实现汽车乘员舱的吹风，在工况1、3中，还能够实现汽车乘员舱的除湿。
参考图6，在某些多通阀为八通阀的实施例中，C1接口至C8接口呈九宫格式排列，以节省八通阀所需的空间。对应于九宫格的具体位置，C1接口位于第二行第一列，C2接口位于第三行第一列，C3接口位于第二行第二列，C4接口位于第三行第二列，C5接口位于第三行第三列，C6接口位于第一行第二列，C7接口位于第一行第三列，C8接口位于第二行第三列。第一行第一列的接口可与其他接口相互连通，从而能够拓展八通阀的连接方式。
参考图7，在某些实施例中，C1至C8接口具体的连接方式如图7所示。
在某些实施例中，流道板包括多条用于输送冷却液的流道，多条流道互相平行设置且一端均与多通阀连接，另一端均与相应的换热器1、电机电控冷却装置2、低温散热器3、冷凝器4、水暖PTC5、暖风芯体6或动力电池包7连接。
本发明还提供一种汽车，采用上述任意一项的多通阀热管理系统。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.多通阀热管理系统，包括换热器(1)、电机电控冷却装置(2)、低温散热器(3)、冷凝器(4)、水暖PTC(5)、暖风芯体(6)和动力电池包(7)；其特征在于：
所述换热器(1)、所述电机电控冷却装置(2)、所述低温散热器(3)、所述冷凝器(4)、所述水暖PTC(5)、所述暖风芯体(6)和所述动力电池包(7)均通过流道板与多通阀连接形成回路，用于使冷却液流通；
所述多通阀包括最少一个可动阀芯，通过所述可动阀芯切换多条管路之间的连通或者关闭；
所述多通阀至少包括将多条所述管路切换至如下状态的所述可动阀芯：
所述电机电控冷却装置(2)、所述低温散热器(3)与所述多通阀串接形成电机电控支路(10)；
所述换热器(1)与所述多通阀串接形成换热器支路(13)；
所述动力电池包(7)与所述多通阀串接形成电池支路(11)；
所述冷凝器(4)、所述水暖PTC(5)、所述暖风芯体(6)与所述多通阀串接形成乘员舱采暖支路(12)；
所述电机电控支路(10)和所述换热器支路(13)通过所述多通阀相互连通形成第一回路；
所述电池支路(11)通过所述多通阀形成第二回路；
所述乘员舱采暖支路(12)与所述多通阀之间连接管路关闭，通过一个由第一比例三通阀(15)控制的旁路管(16)形成第三回路。
2.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，所述多通阀包括C1接口、C2接口、C3接口、C4接口、C5接口、C6接口、C7接口和C8接口；
所述C1接口和所述C2接口分别对接所述乘员舱采暖支路(12)的出口与入口；
所述C3接口和所述C4接口分别对接所述电池支路(11)的入口与出口；
所述C5接口和所述C6接口分别对应所述换热器支路(13)的入口与出口；
所述C7接口和所述C8接口分别对应所述电机电控支路(10)的入口与出口；
其中，所述C3接口和所述C4接口相互连通，所述C5接口和所述C8接口相互连通，所述C6接口和所述C7接口相互连通；
所述C1接口和所述C2接口所述乘员舱采暖支路(12)的出口与入口之间完全关闭。
3.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，首尾相连的所述电机电控冷却装置(2)和所述低温散热器(3)与所述多通阀连接的管路上，依次连接的所述冷凝器(4)、所述水暖PTC(5)和所述暖风芯体(6)与所述多通阀连接的管路上，以及所述动力电池包(7)与所述多通阀连接的管路上均设有冷却液循环水泵(8)。
4.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，所述低温散热器(3)并联一个由第二比例三通阀(17)控制的短接旁路，通过所述第二比例三通阀(17)分配相应的冷却液的流量。
5.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，所述换热器(1)和所述冷凝器(4)之间设有用于流经制冷剂的回路；
在所述乘员舱采暖支路(12)处于乘员舱采暖或者除湿工况时，热量来自冷凝器(4)，如果热量不足，水暖PTC(5)工作，加热所述乘员舱采暖支路(12)中的冷却液，满足暖风的需求；
所述制冷剂将携带的热量通过所述冷凝器(4)输送给所述乘员舱采暖支路(12)的所述冷却液。
6.根据权利要求5所述的多通阀热管理系统，其特征在于，流经所述制冷剂的所述回路设有蒸发器(9)，所述暖风芯体(6)与所述蒸发器(9)装在一起并设有鼓风机；和/或，流经所述制冷剂的所述活路设有室外换热器(14)；所述鼓风机、所述暖风芯体(6)和所述蒸发器(9)设置在空调箱内；所述鼓风机用于加速通过暖风芯体(6)和蒸发器的空气，实现热量交换。
7.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，所述低温散热器(3)处设有冷凝风扇；
所述冷凝风扇用于辅助散热；和/或，
所述暖风芯体(6)处设置有鼓风机，所述鼓风机和所述暖风芯体(6)；所述鼓风机用于加速通过暖风芯体(6)的空气，实现热量交换。
8.根据权利要求1所述的多通阀热管理系统，其特征在于，所述流道板包括多条用于输送冷却液的流道，多条所述流道互相平行设置且一端均与所述多通阀连接，另一端均与相应的所述换热器(1)、所述电机电控冷却装置(2)、所述低温散热器(3)、所述冷凝器(4)、所述水暖PTC(5)、所述暖风芯体(6)或所述动力电池包(7)连接。
9.一种汽车，其特征在于，采用如权利要求1至9中任意一项所述的多通阀热管理系统。
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