CN116852936A - 一种电动汽车整车热管理系统 - Google Patents

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宋文吉
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黄冲
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Abstract

针对现有电动汽车的续航里程在夏、冬季容易下降的问题，本发明提供了一种电动汽车整车热管理系统，本系统通过将将三电系统余热通过冷却液回路转送至换热器处，进而加热车室内空气。因此，热泵系统与PTC辅热系统制热量需求减小，其耗电量也降低，从而解决了现有采用PTC辅助制热，导致电动汽车续航里程迅速下降的技术问题。冬季制热模式，若三电系统功率较小，可利用电机电控系统余热加热电池包，若三电系统功率较大，则利用电机电控系统余热加热车室内空气，减小热泵系统与PTC辅热系统制热需求；夏季制冷模式，根据三电系统温度阈值，在低于温度阈值时，三电系统采用自然散热，在高于温度阈值时，再采用强制冷却，有效减少热泵系统的制冷量。

Description

一种电动汽车整车热管理系统
技术领域
本发明涉及电动汽车集中式热管理系统设计，适用于乘用车、微面、微卡、轻卡以及中卡商用车。
背景技术
由于电动汽车与燃油车不同，电机发热无法满足供暖需求，而汽车热泵空调冬季制热效果不理想，特别是北方寒冷地区。当环境温度较低时，制冷剂需要更低的蒸发温度吸收周围的热量，而蒸发温度低不利于压缩机吸入，压缩机压比增大，等熵效率和容积效率降低。压缩机性能降低，造成热泵系统制热能力下降。为了保障冬季乘员舱供暖需求，通常采用PTC辅助制热，导致电动汽车续航里程迅速下降。急需一种集中式热管理系统，使乘员舱、电池、电机、电控工作在最佳温度范围，并保证电动汽车的续航里程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电动汽车整车热管理系统，适用于乘用车和商用车。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种电动汽车整车热管理系统，其特征在于，包括第二换热器、第一换热器、车室内换热器、第一三通阀、储液罐、压缩机、四通换向阀、车室外换热器、第二三通阀第、第一膨胀阀、第二膨胀阀、板式换热器、第三三通阀、电池包、第一水泵、第四三通阀、第五三通阀、电机、电控、第二水泵、第六三通阀、第七三通阀、第八三通阀、第九三通阀、PTC、第三水泵、第十三通阀、散热器以及膨胀水罐；
所述四通换向阀的四个接口分别与车室外换热器的一端、压缩机的一端、储液罐的一端和第一三通阀的一接口相连接；所述压缩机的另一端和储液罐的另一端相连接；所述第一三通阀的另外两个接口分别和板式换热器一侧的一端、车室内换热器的一端相连接；所述车室内换热器的另一端和第一膨胀阀的一端相连接，板式换热器一侧的另一端和第二膨胀阀的一端相连接；所述车室外换热器的另一端、第一膨胀阀的另一端、第二膨胀阀的另一端分别和第二三通阀的三个接口相连接；
所述板式换热器另一侧的一端和第七三通阀的一接口相连接，板式换热器另一侧的另一端和第三三通阀的一接口相连接；所述第三三通阀的另外两个接口分别和电池包的一端、第四三通阀的一接口相连接；所述电池包的另一端和第一水泵的一端相连接，所述第一水泵的另一端连接在板式换热器和第七三通阀相连接的管路中；
所述第四三通阀的另外两接口分别和第五三通阀的一接口、第八三通阀的一接口相连接；所述第五三通阀的另外两个接口分别和电机的一端和第一换热器的一端相连接；所述电机的另一端和电控的一端相连接，电控的另一端和第二水泵的一端相连接，第二水泵的另一端和第六三通阀的一接口相连接，第六三通阀的另外两个接口分别和第一换热器的另一端和第七三通阀的另一接口相连接；
所述第七三通阀的再一接口和散热器的一端相连接，散热器的另一端和第八三通阀的另一接口相连；所述膨胀水罐连接在第七三通阀和散热器相连的管路中；
所述第八三通阀的再一接口和第九三通阀的一接口相连接，第九三通阀的另外两个接口分别和第二换热器的一端、PTC的一端相连接，PTC的另一端和第三水泵的一端相连接，第三水泵的另一端和第十三通阀的一接口相连接，第十三通阀的另一接口和第二换热器的另一端相连接，第十三通阀的再一接口与第七三通阀和膨胀水罐相连的管路相连接
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明的电动汽车整车热管理系统通过将将三电系统余热通过冷却液回路转送至换热器处，进而加热车室内空气。因此，热泵系统与PTC辅热系统制热量需求减小，其耗电量也降低，从而解决了现有采用PTC辅助制热，导致电动汽车续航里程迅速下降的技术问题。
本发明是一套高度集成的电动汽车整车热管理系统。冬季制热和夏季制冷过程中，充分利用三电系统产热。具体地，冬季制热模式，若三电系统功率较小，可利用电机电控系统余热加热电池包，若三电系统功率较大，则利用电机电控系统余热加热车室内空气，减小热泵系统与PTC辅热系统制热需求；夏季制冷模式，根据三电系统温度阈值，在低于温度阈值时，三电系统采用自然散热，在高于温度阈值时，再采用强制冷却，有效减少热泵系统的制冷量。
附图说明
图1是电动汽车整车热管理系统图；
图2是乘员舱制冷模式示意图；
图3是乘员舱制热模式示意图；
图4是乘员舱制热PTC辅热模式示意图；
图5是乘员舱制热电机电控余热回收模式示意图；
图6是电池自然散热模式示意图；
图7是电池自循环热管理示意图；
图8是电池强制冷热泵制冷却模式示意图；
图9是电池加热热泵制热模式示意图；
图10是电池加热电机电控余热回收模式示意图；
图11是电池加热PTC辅热模式示意图；
图12是电机电控自然散热模式示意图；
图13是电机电控加热PTC辅热模式示意图；
图中：1、第二换热器；2、第一换热器；3、车室内换热器；4、第一三通阀；5、储液罐；6、压缩机；7、四通换向阀；8、车室外换热器；9、第二三通阀；10、第一膨胀阀；11、第二膨胀阀；12、板式换热器；13、第三三通阀；14、电池包；15、第一水泵；16、第四三通阀；17、第五三通阀；18、电机；19、电控；20、第二水泵；21、第六三通阀；22、第七三通阀；23、第八三通阀；24、第九三通阀；25、PTC；26、第三水泵；27、第十三通阀；28、散热器；29、膨胀水罐；100、风道。
具体实施方式
实施例：
在本申请中，所涉及到的“高温”、“低温”是相对形容词，即“高”、“低”是相对而言。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参阅图1所示，本实施例提供的电动汽车整车热管理系统主要包括第二换热器1、第一换热器2、车室内换热器3、第一三通阀4、储液罐5、压缩机6、四通换向阀7、车室外换热器8、第二三通阀9、第一膨胀阀10、第二膨胀阀11、板式换热器12、第三三通阀13、电池包14、第一水泵15、第四三通阀16、第五三通阀17、电机18、电控19、第二水泵20、第六三通阀21、第七三通阀22、第八三通阀23、第九三通阀24、PTC25、第三水泵26、第十三通阀27、散热器28以及膨胀水罐29。
其中，四通换向阀7的四个接口分别与车室外换热器8的一端、压缩机6的一端、储液罐5的一端和第一三通阀4的一接口相连接；所述压缩机6的另一端和储液罐5的另一端相连接；所述第一三通阀4的另外两个接口分别和板式换热器12一侧的一端、车室内换热器3的一端相连接；所述车室内换热器3的另一端和第一膨胀阀10的一端相连接，板式换热器12一侧的另一端和第二膨胀阀11的一端相连接；所述车室外换热器8的另一端、第一膨胀阀10的另一端、第二膨胀阀11的另一端分别和第二三通阀13的三个接口相连接；
板式换热器12另一侧的一端和第七三通阀22的一接口相连接，板式换热器12另一侧的另一端和第三三通阀9的一接口相连接；所述第三三通阀9的另外两个接口分别和电池包14的一端、第四三通阀16的一接口相连接；所述电池包14的另一端和第一水泵15的一端相连接，所述第一水泵15的另一端连接在板式换热器12和第七三通阀22相连接的管路中；
第四三通阀16的另外两接口分别和第五三通阀17的一接口、第八三通阀23的一接口相连接；所述第五三通阀17的另外两个接口分别和电机18的一端和第一换热器2的一端相连接；所述电机18的另一端和电控19的一端相连接，电控19的另一端和第二水泵20的一端相连接，第二水泵20的另一端和第六三通阀21的一接口相连接，第六三通阀21的另外两个接口分别和第一换热器2的另一端和第七三通阀22的另一接口相连接；
第七三通阀22的再一接口和散热器28的一端相连接，散热器28的另一端和第八三通阀23的另一接口相连；所述膨胀水罐29连接在第七三通阀22和散热器28相连的管路中；
第八三通阀23的再一接口和第九三通阀24的一接口相连接，第九三通阀24的另外两个接口分别和第二换热器1的一端、PTC25的一端相连接，PTC25的另一端和第三水泵26的一端相连接，第三水泵26的另一端和第十三通阀27的一接口相连接，第十三通阀27的另一接口和第二换热器1的另一端相连接，第十三通阀27的再一接口与第七三通阀22和膨胀水罐29相连的管路相连接。
由此可见，本电动汽车整车热管理系统通过将将三电系统余热通过冷却液回路转送至换热器处，进而加热车室内空气。因此，热泵系统与PTC辅热系统制热量需求减小，其耗电量也降低，从而解决了现有采用PTC辅助制热，导致电动汽车续航里程迅速下降的技术问题。
在一具体实施例中，为了便于说明制冷剂温度的变化，图1中，车室内换热器3、第一换热器2、第二换热器1均处于风道100中，风道100作用为输送空气，控制空气流动方向，使空气与各换热器进行高效换热。图2-6中，不同颜色表示制冷剂在管路循环过程中温度变化。从压缩机6出口至车室外换热器8段制冷剂温度最高，为深红色；车室外换热器8至第一膨胀阀10段制冷剂温度较高，为浅红色；第一膨胀阀10至车室内换热器3段制冷剂温度最低，为深蓝色；车室内换热器3至压缩机6段制冷剂温度较低，为浅蓝色。图7中，黄色表示冷却液自循环过程，循环流动过程中，冷却液温度稳定，仅改善电池包14内温度不均匀性。
如图2所示，当处于乘员舱制冷模式时，所述压缩机6产生的高温制冷剂经过四通换向阀7进入车室外换热器8，将热量传输到车室外环境，继续经过第二三通阀9、第一膨胀阀10，经节流过程制冷剂温度进一步降低，然后进入车室内换热器3吸收热量；所述制冷剂再依次经过第一三通阀4、四通换向阀7、储液罐5，最后进入所述压缩机6。
如图3所示，当处于乘员舱制热模式时，所述压缩机6产生的高温制冷剂依次经过四通换向阀7、第一三通阀4，进入车室内换热器3，将热量传输给车室内空气，继续经过第一膨胀阀10，经节流过程制冷剂温度进一步降低，然后进入车室外换热器8吸收热量；所述制冷剂再依次经过四通换向阀7、储液罐5，最后进入所述压缩机6。
如图4所示，当处于乘员舱制热PTC辅热模式时，经所述PTC25加热的冷却液经第九三通阀24进入至第二换热器1换热后，再依次经过第十三通阀27、第三水泵26，最后进入所述PTC25。
如图5所示，当处于乘员舱制热电机电控余热回收模式时，经所述电控19、电机18余热加热的冷却液经第五三通阀17进入至第二换热器1换热后，再依次经过第六三通阀21、第二水泵20，最后进入所述电控19、电机18。
如图6所示，当处于电池自然散热模式时，经所述电池包14余热加热的冷却液依次经过第一水泵15、第七三通阀22、膨胀水罐29，然后经散热器28散热后再依次经过第八三通阀23、第四三通阀16、第三三通阀13，最后进入所述电池包14；如图7所示，当处于电池自循环热管理模式时，所述电池包14、第一水泵15、板式换热器12、第三三通阀13依次组成一回路，该回路不与外界换热。
如图8所示，当处于电池强制冷却热泵制冷模式时，所述压缩机6产生的高温制冷剂经过四通换向阀7，进入车室外换热器8，将热量传输到车室外环境，继续经过第二三通阀9、第二膨胀阀11，经节流过程制冷剂温度进一步降低，然后进入板式换热器12，将冷量传输到电池冷却液回路，再依次经过第一三通阀4、四通换向阀7、储液罐5，最后进入所述压缩机6。
如图9所示，当处于电池加热热泵制热模式时，所述压缩机6产生的高温制冷剂依次经过四通换向阀7、第一三通阀4，进入板式换热器12，经换热将热量传输到电池冷却液回路，继续通过第二膨胀阀11、第二三通阀13，然后经车室外换热器8换热后再依次经过四通换向阀7、储液罐5，最后进入所述压缩机6；
如图10所示，当处于电池加热电机电控余热回收模式时，经所述电控19、电机18余热加热的冷却液依次经过第四三通阀16、第三三通阀13、电池包14、第一水泵15、第七三通阀22、第二水泵20，最后进入电控19、电机18。
如图11所示，当处于电池加热PTC辅热模式时，经所述PTC25加热的冷却液依次经过第九三通阀24、第八三通阀23、第四三通阀16、第三三通阀13、电池包14、第一水泵15、第七三通阀22、第十三通阀27、第三水泵26，最后进入PTC25。
如图12所示，当处于电机电控自然散热模式时，经所述电控18、电机19余热加热的冷却液依次经过第五三通阀17、第四三通阀16、第八三通阀23，然后经过散热器28散热后再依次经过膨胀水罐29、第七三通阀22、第六三通阀21、第二水泵20，最后进入电控18。
如图13所示，当处于电机电控加热PTC辅热模式时，经所述PTC25加热的冷却液依次经过第九三通阀24、第八三通阀23、第四三通阀16、第五三通阀17、电机18、电控19、第二水泵20、第六三通阀21、第七三通阀22、第十三通阀27、第三水泵26，最后进入PTC25。
因此，本系是一套高度集成的电动汽车整车热管理系统。冬季制热和夏季制冷过程中，充分利用三电系统产热。冬季制热模式，若三电系统功率较小，可利用电机电控系统余热加热电池包，若三电系统功率较大，则利用电机电控系统余热加热车室内空气，减小热泵系统与PTC辅热系统制热需求；夏季制冷模式，根据三电系统温度阈值，在低于温度阈值时，三电系统采用自然散热，在高于温度阈值时，再采用强制冷却，有效减少热泵系统的制冷量
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车整车热管理系统，其特征在于，包括第二换热器、第一换热器、车室内换热器、第一三通阀、储液罐、压缩机、四通换向阀、车室外换热器、第二三通阀第、第一膨胀阀、第二膨胀阀、板式换热器、第三三通阀、电池包、第一水泵、第四三通阀、第五三通阀、电机、电控、第二水泵、第六三通阀、第七三通阀、第八三通阀、第九三通阀、PTC、第三水泵、第十三通阀、散热器以及膨胀水罐；
所述四通换向阀的四个接口分别与车室外换热器的一端、压缩机的一端、储液罐的一端和第一三通阀的一接口相连接；所述压缩机的另一端和储液罐的另一端相连接；所述第一三通阀的另外两个接口分别和板式换热器一侧的一端、车室内换热器的一端相连接；所述车室内换热器的另一端和第一膨胀阀的一端相连接，板式换热器一侧的另一端和第二膨胀阀的一端相连接；所述车室外换热器的另一端、第一膨胀阀的另一端、第二膨胀阀的另一端分别和第二三通阀的三个接口相连接；
所述板式换热器另一侧的一端和第七三通阀的一接口相连接，板式换热器另一侧的另一端和第三三通阀的一接口相连接；所述第三三通阀的另外两个接口分别和电池包的一端、第四三通阀的一接口相连接；所述电池包的另一端和第一水泵的一端相连接，所述第一水泵的另一端连接在板式换热器和第七三通阀相连接的管路中；
所述第四三通阀的另外两接口分别和第五三通阀的一接口、第八三通阀的一接口相连接；所述第五三通阀的另外两个接口分别和电机的一端和第一换热器的一端相连接；所述电机的另一端和电控的一端相连接，电控的另一端和第二水泵的一端相连接，第二水泵的另一端和第六三通阀的一接口相连接，第六三通阀的另外两个接口分别和第一换热器的另一端和第七三通阀的另一接口相连接；
所述第七三通阀的再一接口和散热器的一端相连接，散热器的另一端和第八三通阀的另一接口相连；所述膨胀水罐连接在第七三通阀和散热器相连的管路中；
所述第八三通阀的再一接口和第九三通阀的一接口相连接，第九三通阀的另外两个接口分别和第二换热器的一端、PTC的一端相连接，PTC的另一端和第三水泵的一端相连接，第三水泵的另一端和第十三通阀的一接口相连接，第十三通阀的另一接口和第二换热器的另一端相连接，第十三通阀的再一接口与第七三通阀和膨胀水罐相连的管路相连接。
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，当处于乘员舱制冷模式时，所述压缩机产生的高温制冷剂经过四通换向阀进入车室外换热器，将热量传输到车室外环境，继续经过第二三通阀、第一膨胀阀，经节流过程制冷剂温度进一步降低，然后进入车室内换热器吸收热量；所述制冷剂再依次经过第一三通阀、四通换向阀、储液罐，最后进入所述压缩机；
当处于乘员舱制热模式时，所述压缩机产生的高温制冷剂依次经过四通换向阀、第一三通阀，进入车室内换热器，将热量传输给车室内空气，继续经过第一膨胀阀，经节流过程制冷剂温度进一步降低，然后进入车室外换热器吸收热量；所述制冷剂再依次经过四通换向阀、储液罐，最后进入所述压缩机。
3.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，当处于乘员舱制热PTC辅热模式时，经所述PTC加热的冷却液经第九三通阀进入至第二换热器换热后，再依次经过第十三通阀、第三水泵，最后进入所述PTC。
4.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，当处于乘员舱制热电机电控余热回收模式时，经所述电控、电机余热加热的冷却液经第五三通阀进入至第二换热器换热后，再依次经过第六三通阀、第二水泵，最后进入所述电控、电机。
5.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，当处于电池自然散热模式时，经所述电池包余热加热的冷却液依次经过第一水泵、第七三通阀、膨胀水罐，然后经散热器散热后再依次经过第八三通阀、第四三通阀、第三三通阀，最后进入所述电池包；
当处于电池自循环热管理模式时，所述电池包、第一水泵、板式换热器、第三三通阀依次组成一回路，该回路不与外界换热。
6.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，当处于电池加热热泵制热模式时，所述压缩机产生的高温制冷剂依次经过四通换向阀、第一三通阀，进入板式换热器，经换热将热量传输到电池冷却液回路，继续通过第二膨胀阀、第二三通阀，然后经车室外换热器换热后再依次经过四通换向阀、储液罐，最后进入所述压缩机。
7.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，当处于电池加热电机电控余热回收模式时，经所述电控、电机余热加热的冷却液依次经过第四三通阀、第三三通阀、电池包、第一水泵、第七三通阀、第二水泵，最后进入电控、电机。
8.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，当处于电池加热PTC辅热模式时，经所述PTC加热的冷却液依次经过第九三通阀、第八三通阀、第四三通阀、第三三通阀、电池包、第一水泵、第七三通阀、第十三通阀、第三水泵，最后进入PTC。
9.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，当处于电机电控自然散热模式时，经所述电控、电机余热加热的冷却液依次经过第五三通阀、第四三通阀、第八三通阀，然后经过散热器散热后再依次经过膨胀水罐、第七三通阀、第六三通阀、第二水泵，最后进入电控。
10.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，当处于电机电控加热PTC辅热模式时，经所述PTC加热的冷却液依次经过第九三通阀、第八三通阀、第四三通阀、第五三通阀、电机、电控、第二水泵、第六三通阀、第七三通阀、第十三通阀、第三水泵，最后进入PTC。
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