CN117141191B - 一种车辆热泵管理系统及新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车辆热泵管理系统及新能源汽车，包括：制冷剂循环回路，包括顺次串联形成回路的压缩机、介质换热器、电子膨胀阀、蒸发制冷器；冷却液循环回路，包括与制冷剂循环回路并联形成的供热回路和供冷回路，冷却液换热回路和供热回路和供冷回路连接，用于给乘员舱、电池包及电机电控结构降热，以及给乘员舱、电池包升温。本发明通过一个热泵系统则可以实现对车辆各个换热区位和部件的温度控制，管路布局简单，实现了热泵系统的轻量化、低成本、低消耗。

Description

一种车辆热泵管理系统及新能源汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车热管理技术领域，尤其涉及一种车辆热泵管理系统、控制方法及新能源汽车。

背景技术

现有技术中为了在满足车辆动力的同时，避免污染环境，研发出以电能驱动的新能源车辆，而为了保障车辆驾驶的便利性，往往是将动力电池集成在车辆上，以动力电池方式为车辆提供动力；但是，这又使得新能源车辆的续航里程受到动力电池的续航能力的制约。同时，为了满足新能源车辆的乘员舱制冷或制热需求，往往是为车辆配置乘员舱温度调节机构；而车辆的电机电控结构在运行是也会产生大量热量，也会配置电机电控调温机构为对电机电控结构的散热；对于新能源车辆而言，车辆上的乘员舱温度调节机构和电机电控结构同样是通过动力电池供应，这就进一步的影响了动力电池的续航能力。进一步的，动力电池的续航能力还会收到环境温度的影响，低温的冬季，动力电池的续航能力会受到严重的制约；高温的夏季，也会破坏动力电池的化学平衡，产生副反应，进而影响动力电池的正常使用；因此，为了保障对动力电池的续航，往往会在动力电池进行加热或降温处理，这样同样增加了动力电池的电能消耗。

现有技术中，电机电控调温机构，仅仅对电机电控进行散热，白白浪费电机电控的热量；对于电池的调温，往往是通过电加热作为主加热器的低能效方式；对于乘员舱调温也是单独配置为制冷、制热或电加热等；也就是说，现有新能源车辆上并没有对电池调温、乘员舱调温和电机电控调温进行统一关联配置，造成热管理负责混乱，车辆上的能量无法统一集中分配，能量无法充分被利用，整车经济性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种车辆热泵管理系统及新能源汽车，能够实现乘员舱、电池与电机电控三者统合，根据需求调整能量在三者之间的分配，降低整车能量自耗，提高整车经济性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种车辆热泵管理系统，包括；

制冷剂循环回路，包括顺次串联形成回路的压缩机、介质换热器、电子膨胀阀、蒸发制冷器；

冷却液循环回路，包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、散热器、膨胀水壶及水泵，散热器、膨胀水壶、水泵、第一管路、蒸发制冷器及第二管路顺次串联构成供冷回路，散热器、膨胀水壶、水泵、第三管路、介质换热器及第四管路顺次串联构成供热回路；

冷却液换热回路，包括第一供冷进液管、第一出液管、第二供冷进液管、第二出液管、第三供冷进液管、第一供热进液管及第二供热进液管，第一供冷进液管、第二供冷进液管及第三供冷进液管的首端与第二管路靠近蒸发制冷器的一端并联；第一供热进液管及第二供热进液管的首端与第四管路靠近介质换热器的一端并联；

乘员舱的冷热交换器的进液口分别与第一供冷进液管及第一供热进液管的末端相连接，电池包的进液口分别与第二供冷进液管及第二供热进液管的末端相连接，电机电控结构设置于第三供冷进液管上；第一出液管的首端与乘员舱的冷热交换器的出液口连接，第二出液管的首端与电池包的出液口连接；第一出液管、第二出液管、第三供冷进液管的末端与第二管路及第四管路靠近散热器的一端并联。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述第二管路包括相互连接的冷却液出液管和冷却液汇流管，冷却液出液管的端部与蒸发制冷器连接，冷却液汇流管的端部与第四管路远离介质换热器的一端并联；

冷却液出液管上设置有第一电磁三通分流阀，第二供冷进液管的首端与第一电磁三通分流阀连接，第二出液管与冷却液汇流管并联；

第一供冷进液管与冷却液出液管并联，第一冷却液进液管上设置有第一电磁阀，第一出液管与冷却液汇流管并联，第一出液管上设置有第二电磁三通分流阀，第二电磁三通分流阀通过管道与第二供冷进液管并联；

第三供冷进液管并联在冷却液汇流管上，第三供冷进液管靠近冷却液出液管的一端设置有与冷却液汇流管相连接的第三电磁三通分流阀。

进一步，优选的，所述第四管路靠近介质换热器的一端设置有第四电磁三通分流阀，第一供热进液管及第二供热进液管的首端与第四电磁三通分流阀之间通过第五管道连接，第一供热进液管上设置有第二电磁阀，第二供热进液管上设置有第三电磁阀。

进一步，优选的，所述第五管道靠近第四电磁三通分流阀的一端设置有加热器。

更进一步，优选的，所述第五管道、第一供热进液管及第二供热进液管上均套设有超导升温管。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述制冷剂循环回路上还设置有吸热器、储液容器及第四电磁阀，所述吸热器及储液容器顺次位于蒸发制冷器压缩机之间，且吸热器并联在第二管路及第四管路上，第四电磁阀位于压缩机和介质换热器之间。

进一步，优选的，吸热器与散热器之间还设置有第一温度传感器，水泵与第一管路及第二管路之间设置有第二温度传感器。

更进一步，优选的，所述蒸发制冷器和第一电磁三通分流阀之间的冷却液出液管上设置有第三温度传感器，乘员舱的冷热交换器与第二电磁三通分流阀的第二出液管上设置有第四温度传感器，第五管道上设置有第五温度传感器。

另一方面，本发明还公开了一种新能源汽车，包括所述的车辆热泵管理系统。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明公开的车辆热泵管理系统，通过设置制冷剂循环回路和冷却液循环回路，二者之间通过介质换热器和蒸发制冷器进行并联，可以使冷却液循环回路在制冷剂循环回路的作用下分别形成供冷回路和供热回路，供冷回路上的低温冷却液可以通过冷却液换热回路实现对车辆上的乘员舱、电池包及电机电控结构分别进行降温，供热回路上的高温冷却液可以通过冷却液换热回路实现对车辆上的乘员舱及电池包分别进行升温，一个热泵系统则可以实现对车辆各个换热部位的温度控制，管路布局简单，实现了热泵系统的轻量化、低成本、低消耗；

(2)通过使用电磁三通分流阀、电磁阀的应用，可实现冷却液冷量、热量在各区位及部件的单一使用或组合使用，实现冷量、热量的集中与统一分配，可同时兼顾各区位各部件的需求，同时，有效地利用各区位的余热，降低对电能消耗；

(3)当电池包温度<35度(注：所涉及的温度可根据实际需求设定)，外界环境温度在5度-18度区间时，可用电池包的余热向乘员舱供暖，此时冷却液循环回路中的散热器不工作，同时制冷剂循环回路中的压缩机也不工作，仅仅只是冷却液循环回路中的水泵在工作，可以实现对电池包、乘员舱升温的同时，大大减少对电池包电能的消耗；

(4)车辆运行中，当外界温度在5度-18度区间时，可用电机电控结构的余热向乘员舱供暖，可以大大减少电池包电能的消耗；

(5)停车状态下充电时，若电池包温度<5度时，通过直接使用加热器取自充电枪中的电能来对循环管路中的冷却液进行加热，一方面加热器的效率较高，可以实现电池包快速充电，另一方面，可以避免压缩机工作造成电池包放电过载损坏，大大提高电能和热能的使用效率；

(6)通过超导升温管的设置，当超导升温管内层冷却液温度超过35度时，外夹层内的超导液被激发，超导液温度会提升至近50度，从而再次提升内层冷却液的温度，使同样的功率消耗可获得较大的热量，也就是说要获取等同的热量可使用较少的电量；

(7)通过吸热器的设置，可以将冷却液换热回路回流到散热器之前的具有一定温度的冷却液进入到吸热器中，对由蒸发制冷器进入到吸热器中的低温低压的制冷剂气体进行换热，经过吸热器再次吸收冷却液回路中的热能，然后制冷剂气体进入储液容器中进行气液分离，最后气体进入到压缩机中，制冷剂二次吸热，可以聚集热能，为压缩机储备能量，一定程度上降低压缩机的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的车辆热泵管理系统的结构框图；

附图标记：

1、制冷剂循环回路；11、压缩机；12、介质换热器；13、电子膨胀阀；14、蒸发制冷器；

2、冷却液循环回路；21、第一管路；22、第二管路；23、第三管路；24、第四管路；25、散热器；26、膨胀水壶；27、水泵；

3、冷却液换热回路；31、第一供冷进液管；32、第一出液管；33、第二供冷进液管；34、第二出液管；35、第三供冷进液管；36、第一供热进液管；37、第二供热进液管；38、第五管道；

4、乘员舱；41、冷热交换器；5、电池包；6、电机电控结构；

221、冷却液出液管；222、冷却液汇流管；S1、第一电磁三通分流阀；F1、第一电磁阀；S2、第二电磁三通分流阀；S3、第三电磁三通分流阀；S4、第四电磁三通分流阀；F2、第二电磁阀；F3、第三电磁阀；

7、加热器；9、超导升温管；10、吸热器；15、储液容器；F4、第四电磁阀；

T1、第一温度传感器；T2、第二温度传感器；T3、第三温度传感器；T4、第四温度传感器；T5、第五温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种车辆热泵管理系统，包括制冷剂循环回路1、冷却液循环回路2及冷却液换热回路3。

其中，制冷剂循环回路1包括顺次串联形成回路的压缩机11、介质换热器12、电子膨胀阀13、蒸发制冷器14。

制冷剂循环回路1的工作原理是：压缩机11运行后产生高温高压的制冷剂气体，制冷剂气体在经过介质换热器12，其热量传递给冷却液实现换热后，冷却液温度升高产生热量，制冷剂气体变为高压低温的制冷剂液体，其经过电子膨胀阀13喷射后进入蒸发制冷器14，制冷剂液体吸收冷却液的热能，冷却液温度降低产生冷量，制冷剂液体则变为低温低压的气体，最后回到压缩机11，完成制冷剂的一个循环。

在上述实施例中，制冷剂优选为氟利昂，冷却液优选为冷却水或防冻液，冷却液可以分别进入到介质换热器12或蒸发制冷器14中，同样温度的冷却液在介质换热器12内经过高温高压的制冷剂气体换热后，变为高温的冷却液，同样温度的冷却液在蒸发制冷器14内经过高压低温的制冷剂液体换热后，变为低温的冷却液。

为了使上述换热后的冷却液能够循环起来，本实施例通过将冷却液循环回路2并联在制冷剂循环回路1上来予以实现。

具体的，冷却液循环回路2包括第一管路21、第二管路22、第三管路23、第四管路24、散热器25、膨胀水壶26及水泵27。

散热器25、膨胀水壶26、水泵27、第一管路21、蒸发制冷器14及第二管路22顺次串联构成供冷回路，散热器25、膨胀水壶26、水泵27、第三管路23、介质换热器12及第四管路24顺次串联构成供热回路。

在上述实施例中，水泵27提供回路中冷却水循环动力，膨胀水壶26用于平衡回路中压力，避免冷却液循环回路2压力过高。

冷却液经水泵27泵出，经第一管路21进入到制冷剂循环回路1上的蒸发制冷器14，冷却液的热量被制冷剂吸收，变成低温冷却液，低温冷却液从蒸发制冷器14流出经第二管路22、水泵27实现在供冷回路中循环流动，通过第二管路22中的低温冷却液可以为车辆中需要散热的部位进行降温，例如乘员舱4、电池包5及电机电控结构6。

冷却液经水泵27泵出，经第三管路23进入到制冷剂循环回路1上的介质换热器12中，低温度的冷却液与高温的冷媒完成温度交换，从而产生高温度的冷却液，高温冷却液从介质换热器12流出经第四管路24、水泵27在供热回路中可以循环流动，通过第四管路24中的高温冷却液可以为车辆中需要升温的部位进行降温，例如乘员舱4及电池包5。

在本实施例中，散热器25，用于在冷却液循环回路2中的冷却液温度过高时，通过散热器25上的风扇实现对回路中的冷却液进行散热，致使冷却液温度下降，从而满足供冷回路中的冷却液温度符合车辆各区位和部件降温需求。

为了实现供冷回路中的低温冷却液对车辆各区位和部件进行降温操作，同时实现供热回路中的高温冷却液对车辆各区位和部件进行升温操作，本实施例通过设置冷却液换热回路3来与冷却液循环回路2中的供冷回路及供热回路连接，来实现对车辆各个部位降温或升温操作。

具体的，冷却液换热回路3包括第一供冷进液管31、第一出液管32、第二供冷进液管33、第二出液管34、第三供冷进液管35、第一供热进液管36及第二供热进液管37。

第一供冷进液管31、第二供冷进液管33及第三供冷进液管35的首端与第二管路22靠近蒸发制冷器14的一端并联；由此设置，第二管路22中的低温冷却液可以分别进入到第一供冷进液管31、第二供冷进液管33及第三供冷进液管35中。

第一供热进液管36及第二供热进液管37的首端与第四管路靠近介质换热器12的一端并联，由此设置，第四管路24中的高温冷却液可以分别进入到第一供热进液管36及第二供热进液管37中。

乘员舱4的冷热交换器41的进液口分别与第一供冷进液管31及第一供热进液管36的末端相连接。

当乘员舱4需要降温时，低温冷却液通过第一供冷进液管31进入乘员舱4的冷热交换器41中后，可以对乘员舱4的冷热交换器41进行热交换，在本实施例中，鼓风机将乘员舱4内的空气抽吸并吹向冷热交换器41上，冷热交换器41中通入的低温冷却液可以对吹向冷热交换器41的空气进行冷交换，进而实现对乘员舱4内的空气进行降温。

当乘员舱4需要升温时，高温冷却液通过第一供热进液管36进入乘员舱4的冷热交换器41中后，鼓风机将乘员舱4内的空气抽吸并吹向冷热交换器41上，冷热交换器41中通入的高温冷却液可以对吹向冷热交换器41的空气进行热交换，进而实现对乘员舱4内的空气进行升温。

电池包5的进液口分别与第二供冷进液管33及第二供热进液管37的末端相连接。

当电池包5需要降温时，低温冷却液通过第二供冷进液管33进入到电池包5内部的冷却系统中，从而实现对电池包5进行散热。当电池包5需要升温时，高温冷却液通过第二供热进液管37进入到电池包5内部的冷却系统中，从而实现对电池包5进行升温。

电机电控结构6设置于第三供冷进液管35上；当电机工作过程中，温度通常会区域120°以上，需要对电机电控及时进行降温，通过使低温冷却液流经第三供冷进液管35，可以实现对第三供冷进液管35上的电机电控结构6进行散热。

第一出液管32的首端与乘员舱4的冷热交换器41的出液口连接，第二出液管34的首端与电池包5的出液口连接；第一出液管32、第二出液管34、第三供冷进液管35的末端与第二管路22及第四管路24靠近散热器25的一端并联。

由此设置，低温冷却液或高温冷却液在流经乘员舱4换热完成后的冷却液均通过第一出液管32汇入到冷却液循环回路2中；低温冷却液或高温冷却液在流经电池包5换热完成后的冷却液均通过第二出液管34汇入到冷却液循环回路2中；低温冷却液在流经电机电控换热完成后的冷却液经第三供冷进液管35汇入到冷却液循环回路2中，上述换热后的冷却液再经过冷却液循环回路2和制冷剂循环回路1共同作用，可以实现在供冷回路中产生新的低温冷却液，并在供热回路中产生新的高温冷却液，以备车辆中乘员舱4、电池包5及电机电控结构6进行温度管控。

本发明公开的车辆热泵管理系统，通过设置制冷剂循环回路1和冷却液循环回路2，二者之间通过介质换热器12和蒸发制冷剂进行并联，可以使冷却液循环回路2在制冷剂循环回路1的作用下分别形成供冷回路和供热回路，供冷回路上的低温冷却液可以通过冷却液换热回路3实现对车辆上的乘员舱4、电池包5及电机电控结构6分别进行降温，供热回路上的高温冷却液可以通过冷却液换热回路3实现对车辆上的乘员舱4及电池包5分别进行升温，一个热泵系统则可以实现对车辆各个换热区位和部件的温度控制，管路布局简单，实现了热泵系统的轻量化、低成本、低消耗。

作为一些较佳实施方式，第二管路22包括相互连接的冷却液出液管221和冷却液汇流管222，冷却液出液管221的端部与蒸发制冷器14连接，冷却液汇流管222的端部与第四管路24远离介质换热器12的一端并联。

当制冷剂循环回路1工作时，由蒸发制冷器14流入冷却液出液管221及冷却液汇流管222内的冷却液为低温冷却液。由介质换热器12流入第四管路24的冷却液为高温冷却液。

整个车辆启动或在环境温度较高时，制冷剂循环回路1启动，低温冷却液在第二管路22中经冷却液换热回路3来实现对车辆中需要降温的部位进行降温，此时第四管路24中的高温冷却液不参与升温工作，会在冷却液循环回路2中循环。

当车辆启动并在环境温度较低时，制冷剂循环回路1启动，高温冷却液在第四管路24中经冷却液换热回路3来实现对车辆中需要升温的部位进行升温，此时，第二管路22中的低温冷却液不参与降温工作，会在冷却液循环回路2中循环。

冷却液出液管221上设置有第一电磁三通分流阀S1，第二供冷进液管33的首端与第一电磁三通分流阀S1连接，第二出液管34与冷却液汇流管222并联。由此设置，初始状态下，第一电磁三通分流阀S1断电时，冷却液出液管221内的低温冷却液直接通过冷却液汇流管222通入到冷却液循环回路2中的散热器25上，此时低温冷却液不会经第一电磁三通分流阀S1进入第二供冷进液管33。当电池包5需要降温时，第一电磁三通分流阀S1通电，冷却液出液管221内的低温冷却液不经过冷却液汇流管222，此时低温冷却液会通过第一电磁三通分流阀S1转向流入到第二供冷进液管33中，从而实现对电池包5进行降温。电池包5散热后的冷却液经第二出液管34流入到冷却液汇流管222中，并最终汇入到冷却液循环回路2中。

第三供冷进液管35并联在冷却液汇流管222上，第三供冷进液管35靠近冷却液出液管221的一端设置有与冷却液汇流管222相连接的第三电磁三通分流阀S3。

初始状态下，第三电磁三通分流阀S3断电时，冷却液出液管221或第二出液管34流入到冷却液汇流管222中的冷却液不会经过第三供冷进液管35。

当新能源汽车启动后，电机电控工作，温度积聚升高，是需要不断的对电机电控进行降温，此时，可以通过第一电磁三通分流阀S1断电，第三电磁三通分流阀S3通电，将冷却液出液管221流入冷却液汇流管222中的低温冷却液通过第三电磁三通分流阀S3转向进入第三供冷进液管35中，从而实现对电机电控进行散热。

由于电机工作是需要电池包5进行供电，电池包5在放电过程中，温度升高，也需要进行降温，此时如果同时对电池包5和电机电控结构6进行降温，则低温冷却液需要较大的流量，同时也需要较大冷量，这会造成水泵27和压缩机11功率过大，而这些器件又是使用电池包5供电，这将造成电池包5能耗过大。

值得注意的是，电池包5的工作温度不能超过45℃，电机电控的工作温度需要控制在80度(根据电机的类型确定)，当电池包5进行散热后，其冷却液温度远远小于电机电控工作温度，通过第一电磁三通分流阀S1和第三电磁三通分流阀S3同时通电，则电池包5散热后的冷却液经第二出液管34流入到冷却液汇流管222中，然后经第三电磁三通分流阀S3转向流入到第三供冷进液管35中，从而实现利用电池包5换热后的冷却液的冷量直接对电机电控进行散热。上述方式，可以使电池包5换热的冷却液冷量能够被电机电控结构6重复利用，减少电能的消耗。

第一供冷进液管31与冷却液出液管221并联，具体的，第一冷却液进液管的首端与蒸发制冷器14及第一电磁三通分流阀S1之间的冷却液出液管221连接。第一冷却液进液管上设置有第一电磁阀F1，第一出液管32与冷却液汇流管222并联。初始状态下，第一电磁阀F1断电，低温冷却液不会流入到第一供冷进液管31中，当乘员舱4需要进行降温时，第一电磁阀F1通电，低温冷却液经第一供冷进液管31进入到乘员舱4的冷热交换器41中，实现对乘员舱4进行降温，降温后的冷却液经第一出液管32流入到冷却液汇流管222中，最后进入冷却液循环回路2。

由于乘员舱4降温后温度为26度以下，此时冷却液温度还具有较高的冷量，如果直接汇入冷却液循环回路2会导致能量的浪费。

由于第三供冷进液管35并联在冷却液汇流管222上，通过将第三电磁三通分流阀S3通电，第一出液管32流入到冷却液汇流管222中冷却液可以经第三电磁三通分流阀S3转向流入到第三供冷进液管35中，从而对电机电控结构6进行降温。从而将乘员舱4降温冷却液剩余冷量被电机电控结构6进行充分利用。

在乘员舱4降温过程中，电池包5也需要进行降温，此时第二电磁三通分流阀S1通电，可以将一部分冷却液经第二供冷进液管33进入到电池包5中来实现对电池包5进行散热。

由于乘员舱4降温后的冷却液温度远远小于电池包5的工作温度，因此，为了实现冷却液冷量的充分利用，本实施例在第一出液管32上设置有第二电磁三通分流阀S2，第二电磁三通分流阀通过管道与第二供冷进液管33并联。由此设置，在常规情况下，第二电磁三通分流阀S2处于断电状态，第一出液管32内的冷却液经第二电磁三通分流阀S2会直接流入到冷却液汇流管222中，当乘员舱4降温后的冷却液温度小于电池包5的工作温度时，第二电磁三通分流阀S2处于通电状态，第一出液管32内的冷却液经过管道进入第二供冷进液管33，再进入电池包5，从而为电池包5降温或平衡温度。

另外，值得注意的是，从电池包5出来的冷却液温度远远低于电机电控的工作温度，因此，电池包5散热后的冷却液还可以进入第三供冷进液管35中，来实现对电机电控进行散热。

采用上技术方案，通过使用电磁三通分流阀、电磁阀的应用，可实现冷却液冷量在各区位及部件的单一使用或组合使用，实现热量的集中与统一分配，可同时兼顾各区位和部位的需求，同时，有效地利用各区位的余热，降低对电能消耗。

第四管路24靠近介质换热器12的一端设置有第四电磁三通分流阀S4，第一供热进液管36及第二供热进液管37的首端与第四电磁三通分流阀S4之间通过第五管道38连接。采用上述技术方案，初始状态下，第四电磁三通分流阀S4断电，介质换热器12内被制冷剂换热后形成的高温冷却液直接通过第四电磁三通分流阀S4向散热器25进行流动，此时高温冷却液不对车辆中的区位和部件进行升温。当车辆中的区位和部件需要升温时，第四电磁三通分流阀S4通电，高温冷却液经第四电磁三通分流阀S4转向流入到第五管道38中，第一供热进液管36及第二供热进液管37的首端通过三通接头和第五管道38进行连通，此时高温冷却液可以经第一供热进液管36进入到乘员舱4的冷热交换器41中，也可以经第二供热进液管37进入到电池包5中。

为了单独对乘员舱4及电池包5进行供热控制，本实施例在第一供热进液管36上设置有第二电磁阀F2，第二供热进液管37上设置有第三电磁阀F3。初始状态下，第二电磁阀F2和第三电磁阀F3为断电关闭状态，当选择开通第二电磁阀F2，高温冷却液进入乘员舱4为其供热；当选择开通第三电磁阀F3，高温冷却液进入电池包5为其加热。

值得注意的是，车辆运行中，当电池包5温度<35度，外界环境温度在5度-18度区间时，可用电池包5的余热向乘员舱4供暖。具体的操作方式为；开通第一电磁阀F1，调整第四电磁三通分流阀S4、第二电磁三通分流阀S2的冷却液流向，即第四电磁三通分流阀S4通电，第二电磁三通分流阀S2断电，调通冷却液流经电池包5方向的管路和乘员舱4方向的管路，不开压缩机11，电池包5的预热后的冷却液经第二出液管34汇入到冷却液循环回路2，再经蒸发制冷器14、冷却液出液管221、第一供冷进液管31流入乘员舱4，从而实现对乘员舱4进行加热。

另外，此时冷却液循环回路2中的散热器25不工作，同时制冷剂循环回路1中的压缩机11也不工作，仅仅只是冷却液循环回路2中的水泵27在工作，可以实现对电池包5、乘员舱4升温的同时，大大减少对电池包5电能的消耗。

还值得注意的是，车辆运行中，当外界温度在5度-18度区间时，可用电机电控结构6的余热向乘员舱4供暖。具体的操作方式是：开通第一电磁阀F1，调整第二电磁三通分流阀S2、第三电磁三通分流阀S3的冷却液流向，即第二电磁三通分流阀S2断电，第三电磁三通分流阀S3通电，可调通冷却液流经电机电控结构6所在的第三供冷进液管35与乘员舱4方向的管路，不开压缩机11，用电机电控结构6的余热向乘员舱4供热。根据对冷却液循环回路2上的散热器25之前的冷却液温度的判断，是否要开启散热器25对冷却液降温，<30度的冷却液可向乘员舱4供热。

冷车启动，当环境温度<15度时，开启压缩机11来制热。乘员舱4升温，调整第四电磁三通分流阀S4冷却液流向乘员舱4和电池方向，开通第二电磁阀F2为乘员舱4供热，开通第三电磁阀F3为电池包5供热。调整第二电磁三通分流阀S2的冷却液流向电池包5，乘员舱4余热为电池包5升温。

通过电机电控结构6的余热来实现对乘员舱4进行余热，可以大大减少电池包5电能的消耗。

作为一些较佳实施方式，第五管道38靠近第四电磁三通分流阀S4的一端设置有加热器7。优选的，加热器7为PTC加热器7，可以流入第五管道38中的冷却液进行辅助加热。PTC加热器7辅助加热启动的条件有两个：一是压缩机11启动，环境温度在<-8度(设定值)时；另一个是停车状态下充电时，若电池包5温度<5度时，转换第四电磁三通分流阀S4的流向，开通第三电磁阀F3，启动加热器7和水泵27，对电池包5进行预热，可不用开启压缩机11。此时加热器7和水泵27的电能可以来取自充电枪中的电能。

采用上述方案，通过加热器7对流经电池包5的冷却液进行加热，可以使电池包5快速升温进行快速充电，提高电池包5充电效率。如果在充电过程中，启用压缩机11时，由于环境温度较低，制冷剂循环回路1制热效果较差，如果加大压缩机11功率，则导致缺电状态下的电池包5放电过载而受到损坏，本实施例在此环境下，通过直接使用加热器7取自充电枪中的电能来对循环管路中的冷却液进行加热，一方面加热器7的效率较高，可以实现电池包5快速升温有利于安全快速充电，另一方面，可以避免压缩机11工作造成电池包5放电过载损坏，大大提高电能和热能的使用效率。

作为一些较佳实施方式，第五管道38、第一供热进液管36及第二供热进液管37上均套设有超导升温管9。超导升温管9是一种带有夹层套管，外夹层里装有超导液，内层里流动带有热量的冷却液。这里所说的超导液是一种受热能激发升温的超导材料，激发的温度一般35度以上，超导液被激发后可在几秒内升温30％以上。当内层冷却液温度超过35度时，外夹层内的超导液被激发，超导液温度会提升至近50度，从而再次提升内层冷却液的温度，使同样的功率消耗可获得较大的热量，也就是说要获取等同的热量可使用较少的电量。

当环境温度<-8度时，开启PTC加热器7进行加热。当PTC加热器7后温度超过35度时，超导升温管9里的超导液被激发升温，对流经的冷却液持续升温，此时可以关闭PTC加热器7，来降低电能的消耗。

作为一些较佳实施方式，制冷剂循环回路1上还设置有吸热器10、储液容器15及第四电磁阀F4，吸热器10及储液容器15顺次位于蒸发制冷器14压缩机11之间，且吸热器10并联在第二管路22及第四管路24上，第四电磁阀F4位于压缩机11和介质换热器12之间。

采用上述技术方案，通过吸热器10的设置，可以将冷却液换热回路3回流到散热器25之前的具有一定温度的冷却液进入到吸热器10中，对由蒸发制冷器14进入到吸热器10中的低温低压的制冷剂气体进行换热，经过吸热器10再次吸收冷却液回路中的热能，然后制冷剂气体进入储液容器15中进行气液分离，最后气体进入到压缩机11中，制冷剂二次吸热，可以聚集热能，为压缩机11储备能量，一定程度上降低压缩机11的功耗。

在本身实施中，吸热器10为双层套管结构，内层经过具有一定温度的冷却液，外层进入制冷剂气体，可以将制冷剂气体平均温度提升5度左右。

在本实施例中，吸热器10与散热器25之间还设置有第一温度传感器T1，测量散热器25之前冷却液的温度，根据设定的节点温控策略，选择是否开启散热器25对冷却液实施散热。水泵27与第一管路21及第二管路22之间设置有第二温度传感器T2。测量散热器25之后冷却液的温度，主要是判断散热器25的散热效率，根据设定的节点温控策略，选择加大散热器25散热功率或降低散热器25散热功率。

在本实施例中，乘员舱4冷热交换器41和第一电磁三通分流阀S1之间的冷却液出液管221上设置有第三温度传感器T3，第三温度传感器T3的作用是：测量冷却液出液管221上的温度，决定打开供冷回路上的供冷方向。根据乘员舱4温控策略，可选择开通第一电磁阀F1，冷却液进入乘员舱4为其降温；转换第一电磁三通分流阀S1流向后，开通冷却液与电池包通路，冷却液进入电池包5为其降温。

乘员舱4的冷热交换器41与第二电磁三通分流阀S2的第二出液管34上设置有第四温度传感器T4，其是为了测量从乘员舱4出来的冷却液的温度，决定冷却液是否可以流向电池包5，为电池包5降温或平衡温度。

第五管道38上设置有第五温度传感器T5，转换第一电磁三通分流阀S1流向后，通过第五温度传感器T5测量第五管道38处的冷却液温度，首先根据外界环境温度决定是否要开启PTC加热器7。其次决定打开冷却液管路供热方向，根据乘员舱4温控策略，可选择开通第二电磁阀F2，冷却液进入乘员舱4为其供热；可选择开通第三电磁阀F3，冷却液进入电池包5为其预热。

本发明还公开了一种新能源汽车，包括所述的车辆热泵管理系统。

值得注意的是，本实施例公开的车辆热泵管理系统还包括主控制器，制冷剂循环回路1、冷却液循环回路2及冷却液换热回路3是受控于主控制器的控制。

在本身实施例中，乘员舱4的温度在15度-26度，电池包5的运行温度在25度-35度，电机电控结构6的温度不高于80度。根据以上温度域，主控制器根据预置的控制策略，来管理各种运行模式，可以选择中控指令控制策略，也可以选择自动的控制策略。

值得注意的是，本实施例所列举的所有温度可以根据需要进行设定。

具体的控制策略包括如下：

1、动力电池升温模式：当环境温度低于5度(根据设定)时，要对动力电池包5进行预热并平衡电池包温度。包括充电和正常启动后。热源来自相变材料热量的转换和PTC加热，

A、压缩机11工作，冷媒与冷却液在热交换器实现交换，升温后的冷却液给动力电池包5加热；

B、当外界温度低于-5度时，在开启压缩机11的之后同时开启PTC加热。

C、若处在充电环节时，可直接利用充电线路的电，开启PTC加热，不再开启压缩机11。

2、动力电池降温模式：降温的情景包括充电中和运行中，当电池温度达到35度时，启动降温策略：A、外部环境温度低于30度，乘员舱4没有降温的需求时，可只启动散热器25电子风扇散热；B、乘员舱4有降温的需求，则开启压缩机11，通过冷媒在蒸发器吸热，冷却液的温度降低，

3、当外界环境温度在8-20度之间，对电池的降温和乘员舱4调温，可以不启动压缩机11，冷却液的温度靠散热器25风扇来降温，散热器25多个风扇可以根据冷却液的温度，调节风扇的转速，可以选择开一个、两个、三个或四个风扇。

4、当乘员舱4出口冷却液的温度小于30度时，冷却液可以直接通过电池包5，对其降温。

5、当电机的温度大于80度，冷却液可以通过电控、电机管路，对其进行降温。

6、外界温度低于18度时，冷却液可经过电机，用电机的热量向乘员舱4供热，也可对电池进行温度均衡。

7、当电池包温度高于25度，冷却液也可经过电池包，用电池包的热量向乘员舱供热。

本实施例的热泵管理系统可以实现模式设计包括：(1)、乘员舱4升温；(2)、电池包5预热；(3)、乘员舱4与电池包5同时升温；(4)、乘员舱4降温；(5)、电池包5降温、运行中降温、充电时降温；(6)、乘员舱4与电池包5同时降温；(7)、乘员舱4升温、电池包5降温；(8)、乘员舱4冷却液向电池包5输出；(9)、电池包5冷却液向乘员舱4输出；(10)、冷却液回路向电机电控输出降温；(11)、电机电控余热向乘员舱4、电池包5输出。

本发明通过在新能源汽车上使用上述热泵管理系统，其具备如下优点:

1、实现多种热能获取方式和综合利用，降低电能消耗。

2、实现冷媒的二次吸热，以聚集热能，为压缩机11储备能量。

3、使用超导材料，为热泵系统提供增温的新模式新方法，也是降低电能消耗的一种解决方案。

4、实现供热测与供冷测的设计，冷媒不再进入乘员舱4，乘员舱4内不再多设一套Chiller(热交换)和蒸发器，降低成本，也避免冷媒泄露对人体的影响。

5、PTC加热器7作为辅助，设在驾驶舱外面，避免了高压对人体的伤害。

6、冷却液循环通过使用电磁三通分流阀、电磁通断阀的应用，可实现热量、冷量在各区位及部件的单一使用或组合使用，实现冷量、热量的集中与统一分配，可同时兼顾各区位各部件的需求。

7、此冷却液管路设计，可以有效地利用各区位的余热，降低对电能消耗。

8、散热器25与压缩机11，在电控系统的管理下合理调配使用，可实现最优的供热、供冷方案，达到节能、高效的目的。

9、压缩机11、水泵27、散热器25风扇均为可调变频设计，可根据控制策略实现最优方案。

10、省掉了一部分重复部件，实现了热泵系统的轻量化、低成本、低消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆热泵管理系统，其特征在于，包括：

制冷剂循环回路(1)，包括顺次串联形成回路的压缩机(11)、介质换热器(12)、电子膨胀阀(13)、蒸发制冷器(14)；

冷却液循环回路(2)，包括第一管路(21)、第二管路(22)、第三管路(23)、第四管路(24)、散热器(25)、膨胀水壶(26)及水泵(27)，散热器(25)、膨胀水壶(26)、水泵(27)、第一管路(21)、蒸发制冷器(14)及第二管路(22)顺次串联构成供冷回路，散热器(25)、膨胀水壶(26)、水泵(27)、第三管路(23)、介质换热器(12)及第四管路(24)顺次串联构成供热回路；

冷却液换热回路(3)，包括第一供冷进液管(31)、第一出液管(32)、第二供冷进液管(33)、第二出液管(34)、第三供冷进液管(35)、第一供热进液管(36)及第二供热进液管(37)，

第一供冷进液管(31)、第二供冷进液管(33)及第三供冷进液管(35)的首端与第二管路(22)靠近蒸发制冷器(14)的一端并联；第一供热进液管(36)及第二供热进液管(37)的首端与第四管路(24)靠近介质换热器(12)的一端并联；

乘员舱(4)的冷热交换器(41)的进液口分别与第一供冷进液管(31)及第一供热进液管(36)的末端相连接，电池包(5)的进液口分别与第二供冷进液管(33)及第二供热进液管(37)的末端相连接，电机电控结构(6)设置于第三供冷进液管(35)上；第一出液管(32)的首端与乘员舱(4)的冷热交换器(41)的出液口连接，第二出液管(34)的首端与电池包(5)的出液口连接；第一出液管(32)及第二出液管(34)的末端与第二管路(22)及第四管路(24)靠近散热器(25)的一端并联；

所述第二管路(22)包括相互连接的冷却液出液管(221)和冷却液汇流管(222)，冷却液出液管(221)的端部与蒸发制冷器(14)连接，冷却液汇流管(222)的端部与第四管路(24)远离介质换热器(12)的一端并联；

冷却液出液管(221)上设置有第一电磁三通分流阀(S1)，第二供冷进液管(33)的首端与第一电磁三通分流阀(S1)连接，第二出液管(34)与冷却液汇流管(222)并联；

第一供冷进液管(31)与冷却液出液管(221)并联，第一冷却液进液管上设置有第一电磁阀(F1)，第一出液管(32)与冷却液汇流管(222)并联，第一出液管(32)上设置有第二电磁三通分流阀(S2)，第二电磁三通分流阀(S2)通过管道与第二供冷进液管(33)并联；

第三供冷进液管(35)并联在冷却液汇流管(222)上，第三供冷进液管(35)靠近冷却液出液管(221)的一端设置有与冷却液汇流管(222)相连接的第三电磁三通分流阀(S3)。

2.如权利要求1所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：所述第四管路(24)靠近介质换热器(12)的一端设置有第四电磁三通分流阀(S4)，第一供热进液管(36)及第二供热进液管(37)的首端与第四电磁三通分流阀(S4)之间通过第五管道(38)连接，第一供热进液管(36)上设置有第二电磁阀(F2)，第二供热进液管(37)上设置有第三电磁阀(F3)。

3.如权利要求2所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：所述第五管道(38)靠近第四电磁三通分流阀(S4)的一端设置有加热器(7)。

4.如权利要求2或3所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：所述第五管道(38)、第一供热进液管(36)及第二供热进液管(37)上均套设有超导升温管(9)。

5.如权利要求2所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：所述制冷剂循环回路(1)上还设置有吸热器(10)、储液容器(15)及第四电磁阀(F4)，所述吸热器(10)及储液容器(15)顺次位于蒸发制冷器(14)压缩机(11)之间，且吸热器(10)并联在第二管路(22)及第四管路(24)上，第四电磁阀(F4)位于压缩机(11)和介质换热器(12)之间。

6.如权利要求5所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：吸热器(10)与散热器(25)之间还设置有第一温度传感器(T1)，水泵(27)与第一管路(21)及第二管路(22)之间设置有第二温度传感器(T2)。

7.如权利要求6所述的车辆热泵管理系统，其特征在于：所述蒸发制冷器(14)和第一电磁三通分流阀(S1)之间的冷却液出液管(221)上设置有第三温度传感器(T3)，乘员舱(4)的冷热交换器(41)与第二电磁三通分流阀(S2)的第二出液管(34)上设置有第四温度传感器(T4)，第五管道(38)上设置有第五温度传感器(T5)。

8.一种新能源汽车，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的车辆热泵管理系统。