CN116653541A - 余热回收型纯电动汽车热管理系统 - Google Patents

余热回收型纯电动汽车热管理系统 Download PDF

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CN116653541A CN202310739604.7A CN202310739604A CN116653541A CN 116653541 A CN116653541 A CN 116653541A CN 202310739604 A CN202310739604 A CN 202310739604A CN 116653541 A CN116653541 A CN 116653541A
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郑志华
王何伟
费维勇
石建
吴迪
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Abstract

本发明涉及一种余热回收型纯电动汽车热管理系统，包括余热回收模块，其用于回收电池与电机的热量，包括余热回收器、以及用于给电池主动制冷的冷却机组；空调模块，按制热时介质流向依次包括压缩机、第一电磁阀、内冷凝器、单向阀、外换热器、第三电磁阀、气液分离器。本系统除了可以从大气中吸收热量，还可以通过四位五通阀，切换冷却循环工作模式，实现吸收电机和电池发出的热量，提高采暖效果；并通过电子膨胀阀控制流量比例，最大限度提高制热效率，电子膨胀阀还可以调节换热优先级，确保电池、电机、电控等关键零件处于良好的工作温度，统筹整车的热管理，保证乘客舱的舒适环境。

Description

余热回收型纯电动汽车热管理系统
技术领域
本发明属于汽车空调技术领域，具体涉及余热回收型纯电动汽车热管理系统。
背景技术
纯电动汽车续航里程不足，充电速度慢制约了纯电动汽车的推广，特别是冬季开启空调采暖对电能的消耗更多，影响续航里程更明显。但传统的纯电动汽车，空调、电池热管理和电机冷却基本相互独立，电能未有效利用。
传统的纯电动汽车采暖均采用PTC，效率较低；随着技术革新，市场上部分车型采用热泵供热方式，较先进的热泵空调可从大气中吸收热量，还有部分车型采用从冷却液中吸收热量，间接吸收电机的热量，但上述热管理系统缺乏统筹管理，其制热效果仍具有提升空间。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种余热回收型纯电动汽车热管理系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种余热回收型纯电动汽车热管理系统，包括
余热回收模块，其用于回收电池与电机的热量，包括余热回收器、以及用于给电池主动制冷的冷却机组；
空调模块，按制热时介质流向依次包括压缩机、第一电磁阀、内冷凝器、单向阀、外换热器、第三电磁阀、气液分离器，其中，所述余热回收器的第一换热通道与外换热器并联，且余热回收器的第一换热通道与外换热器的第一端口分别设置有第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀。
作为本发明的进一步优化方案，所述空调模块按制冷时介质流向还包括设置于压缩机出口端且与外换热器第二端口连通的第二电磁阀、以及设置在外换热器第一端口与气液分离器之间的内蒸发器，所述内蒸发器入口端设置有第四电磁阀和节流管，所述冷却机组的第一换热通道与内蒸发器并联设置，且冷却机组的第一换热通道的入口处设置有第三电子膨胀阀，该方案中，在高温时，通过内蒸发器对汽车乘员舱进行制冷，在自然散热难以降温时，为防止电池过热，通过冷却机组对电池进行主动制冷。
作为本发明的进一步优化方案，所述外换热器位于汽车外部，通过外部气流强制散热，外换热器通过汽车行进过程中产生的气流进行对流换热。
作为本发明的进一步优化方案，所述内冷凝器与内蒸发器均设置于汽车乘员舱循环通道中，且所述循环通道中还设置有鼓风机以及用于加热的高压PTC，高压PTC是在环境温度极低(低于-15℃)无法吸收多余热量时作为加热备用。
作为本发明的进一步优化方案，所述余热回收模块还包括四位五通阀，所述四位五通阀的第一阀口、第二阀口与电池冷却通道、冷却机组的第二换热通道依次串接，通过设置四位五通阀可以根据工况对电池以及电机的热量进行灵活运用。
作为本发明的进一步优化方案，所述四位五通阀的第四阀口与第五阀口串接有散热器，该散热器用于在不需要余热回收时进行散热。
作为本发明的进一步优化方案，所述四位五通阀的第三阀口与第五阀口与电机冷却通道、余热回收器的第二换热通道依次串接，用于使余热回收器进行热量回收。
作为本发明的进一步优化方案，所述四位五通阀的第三阀口和第一阀口分别设置有第一介质泵、第二介质泵，用于提供介质流通的动力。
本发明的有益效果在于：
本系统除了可以从大气中吸收热量，还可以通过四位五通阀，切换冷却循环工作模式，实现吸收电机和电池发出的热量，提高采暖效果；并通过电子膨胀阀控制流量比例，最大限度提高制热效率，电子膨胀阀还可以调节换热优先级，确保电池、电机、电控等关键零件处于良好的工作温度，统筹整车的热管理，保证乘客舱的舒适环境。
附图说明
图1是本发明的整体系统示意图；
图2是本发明的工况一示意图；
图3是本发明的工况二示意图；
图4是本发明的工况三示意图；
图5是本发明的工况四示意图；
图6是本发明的工况五示意图；
图7是本发明的工况六示意图；
图8是本发明的工况七示意图；
图9是本发明的工况八示意图；
图中符号：电磁阀1—第一电磁阀；电磁阀2—第二电磁阀；电磁阀3—第三电磁阀；电磁阀4—第四电磁阀；EXV1—第一电子膨胀阀；EXV2—第二电子膨胀阀；EXV3—第三电子膨胀阀；泵1—第一介质泵；泵2—第二介质泵；四位五通阀中的1、2、3、4、5分别代表：第一阀口、第二阀口、第三阀口、第四阀口、第五阀口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1-8所示，一种余热回收型纯电动汽车热管理系统，包括
余热回收模块，其用于回收电池与电机的热量，包括余热回收器、以及用于给电池主动制冷的冷却机组；
空调模块，按制热时介质流向依次包括压缩机、第一电磁阀、内冷凝器、单向阀、外换热器、第三电磁阀、气液分离器，其中，所述余热回收器的第一换热通道与外换热器并联，且余热回收器的第一换热通道与外换热器的第一端口分别设置有第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀。
在此方案中，通过将外换热器与余热回收器并联，并在第一端口处设置电子膨胀阀，电子膨胀阀用于控制流量，在制热过程中，可以调节第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的流量比例，以此获得最大限度制热效果。
所述空调模块按制冷时介质流向还包括设置于压缩机出口端且与外换热器第二端口连通的第二电磁阀、以及设置在外换热器第一端口与气液分离器之间的内蒸发器，所述内蒸发器入口端设置有第四电磁阀和节流管，所述冷却机组的第一换热通道与内蒸发器并联设置，且冷却机组的第一换热通道的入口处设置有第三电子膨胀阀，该方案中将冷却机组接入制冷回路中，在高温时，通过内蒸发器对汽车乘员舱进行制冷，在自然散热难以降温时，为防止电池与电机过热，通过冷却机组对电池进行主动制冷。
所述外换热器位于汽车外部，通过外部气流强制散热，所述内冷凝器与内蒸发器均设置于汽车乘员舱循环通道中，且所述循环通道中还设置有鼓风机以及用于加热的高压PTC，设置高压PTC是在环境温度极低(低于-15℃)无法吸收多余热量时作为加热备用。
所述余热回收模块还包括四位五通阀，所述四位五通阀的第一阀口、第二阀口与电池冷却通道、冷却机组的第二换热通道依次串接，所述四位五通阀的第四阀口与第五阀口串接有散热器，所述四位五通阀的第三阀口与第五阀口与电机冷却通道、余热回收器的第二换热通道依次串接，所述四位五通阀的第三阀口和第一阀口分别设置有第一介质泵、第二介质泵。
工况一(制冷)：
如图2所示的回路，第一电磁阀与第三电磁阀关闭，空调制冷可以通过三种不同模式实现：
1、外换热器单独作为冷凝器使用；
2、当环境温度不高，电机温度不高时，可让四位五通阀处在如图2所示的导通状态(第一阀口与第二阀口连通，第三阀口与第四阀孔连通)，让余热回收器作为冷凝器使用，外换热器此时也作为冷凝器进行散热，系统为双冷凝器并联，并且通过第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀实现对冷媒流量的分配，从而实现最佳冷却效果。
3、通过第三电子膨胀阀和冷却机组可实现冷媒在冷却机组中蒸发，在高温天气难以散热的情况下主动给电池降温。
工况二(余热回收1)：
如图3所示，空调模块回路处于制热工况，外换热器作为蒸发器使用，从大气中吸收热量，当环境温度较低，电机余热不多时，四位五通阀连通第三阀口与第四阀口，实现散热器和余热回收器串联，余热回收器作为蒸发器使用，从冷却液中吸收热量，低温的冷却液经过散热器，从大气中吸热，外换热器和余热回收器作为两个并联的蒸发器接入制热回路中进行制热。
工况三(余热回收2)：
如图4所示，与工况二不同的是，工况三适用于电机余热较多时，四位五通阀第三阀口与第五阀口连通，冷却液不经过散热器，只回收电机的热量，余热回收器作为蒸发器使用，从冷却液中吸收热量，低温的冷却液经过电机，从电机中吸热，外换热器和余热回收器作为两个并联的蒸发器接入空调模块的制热回路中进行制热。
工况四(余热回收3)：
如图5所示，与工况三不同的是，工况四适用于电池温度较高时，可以让四位五通阀的第二阀口与第三阀口连通，第一阀口与第五阀口连通，电池的热量和电机的热量进入余热回收器，余热回收器通过冷媒蒸发吸收这些热量，外换热器和余热回收器作为两个并联的蒸发器接入空调模块的制热回路中进行制热，若电池与电机热量过高，为了增加散热，应当调节第一电子膨胀阀与第二电子膨胀阀的流量比例，优先对电池和电机进行热量回收。
工况五(制热除湿1)：
如图6所示，在工况二的基础上开启第四电磁阀，使内蒸发器开启，内蒸发器吸热，进而水蒸气在内蒸发器冷凝结成水珠，去除空气中水分，低温干燥的空气经过内冷凝器，被内冷凝加热，从而形成干燥的热空气，吹到挡风玻璃，实现除雾除湿的作用。
工况六(制热除湿2)：
如图7所示，在工况三的基础上开启第四电磁阀，在适用工况三的环境中实现制热除湿的功能。
工况七(制热除湿3)：
如图8所示，在工况四的基础上开启第四电磁阀，在适用工况四的环境中实现制热除湿的功能。
工况八(除湿)：
如图9所示，当气温不高不低，但是需要除湿时，可仅开启内冷凝器和内蒸发器，内蒸发器起到降温，去除车内空气水分，低温干燥的空气经过内冷凝器被加热最后形成高温干燥的热空气，吹到挡风玻璃，实现除湿功能。
工况九(PTC制热)：
在超低气温(低于-15℃)环境下，仅开启PTC制热，通过鼓风机吹出暖风。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：包括
余热回收模块，其用于回收电池与电机的热量，包括余热回收器、以及用于给电池主动制冷的冷却机组；
空调模块，按制热时介质流向依次包括压缩机、第一电磁阀、内冷凝器、单向阀、外换热器、第三电磁阀、气液分离器，其中，所述余热回收器的第一换热通道与外换热器并联，且余热回收器的第一换热通道与外换热器的第一端口分别设置有第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀。
2.根据权利要求1所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述空调模块按制冷时介质流向还包括设置于压缩机出口端且与外换热器第二端口连通的第二电磁阀、以及设置在外换热器第一端口与气液分离器之间的内蒸发器，所述内蒸发器入口端设置有第四电磁阀和节流管，所述冷却机组的第一换热通道与内蒸发器并联设置，且冷却机组的第一换热通道的入口处设置有第三电子膨胀阀。
3.根据权利要求1所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述外换热器位于汽车外部，通过外部气流强制散热。
4.根据权利要求1所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述内冷凝器与内蒸发器均设置于汽车乘员舱循环通道中，且所述循环通道中还设置有鼓风机以及用于加热的高压PTC。
5.根据权利要求1所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述余热回收模块还包括四位五通阀，所述四位五通阀的第一阀口、第二阀口与电池冷却通道、冷却机组的第二换热通道依次串接。
6.根据权利要求5所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述四位五通阀的第四阀口与第五阀口串接有散热器。
7.根据权利要求6所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述四位五通阀的第三阀口与第五阀口与电机冷却通道、余热回收器的第二换热通道依次串接。
8.根据权利要求7所述的余热回收型纯电动汽车热管理系统，其特征在于：所述四位五通阀的第三阀口和第一阀口分别设置有第一介质泵、第二介质泵。
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