CN117227402A - 一种车辆热管理集成系统及热管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆工程技术领域，公开一种车辆热管理集成系统及热管理方法。第一冷却回路上依次设置有压缩机、冷凝器、第一电子膨胀阀和第一换热器；第一冷却支路上依次设置有第二电子膨胀阀和蒸发器，第二电子膨胀阀的上游接口连通于冷凝器的下游接口，蒸发器的下游接口连通于压缩机的上游接口，蒸发器用于冷却驾驶室；电池冷却回路上依次设置有第一水泵、动力电池、第一三通阀和第一换热器，电池冷却回路和第一冷却支路通过第一换热器换热；电池加热支路的两端分别连通于第一三通阀和第一水泵的上游接口，电池加热支路上设置有第二换热器；发动机加热回路上依次设置有第二水泵、发动机、加热装置、暖风芯体和第二换热器，暖风芯体用于加热驾驶室。

Description

一种车辆热管理集成系统及热管理方法

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，尤其涉及一种车辆热管理集成系统及热管理方法。

背景技术

近年来新能源发展迅速，混合动力电动矿车应运而生，但由于其动力电池特性，在过冷条件下电池活性低，耗电量直线上升，最终影响电池的续航和寿命。因此，电动矿车在冬季或者温度过低的时候，需要给电池加热到合适的工作温度来保证整车系统的正常运行；同时，寒冬季节对于驾驶员的驾驶室也需要供暖，为驾驶员提供舒适的环境和满足除霜除雾的要求。

混合动力电动矿车整车一般配备的动力电池功率较大，当电动矿车的动力电池正常工作时，受整车工况和工作环境等影响，在工作时会产生较多的热量，所以需要给动力电池进行散热，避免高温使电池包烧毁而影响整车系统的正常运行，同时在夏季或温度较高的环境，驾驶室也需要空调进行制冷，为驾驶员提供舒适的驾驶环境。

现有技术中，混合动力电动矿车冷热交换的各系统独立，无法集中管理布置，同时各独立系统存在多个压缩机、冷凝器和风机等，成本较高。

基于此，亟需一种车辆热管理集成系统及热管理方法，以解决上述存在的问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种车辆热管理集成系统及热管理方法，解决电动矿车冷热交换的各系统独立，无法集中管理布置，同时各独立系统因存在多个压缩机、冷凝器、风机等而导致的成本高的问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种车辆热管理集成系统，包括：

第一冷却回路，所述第一冷却回路上依次设置有压缩机、冷凝器、第一电子膨胀阀和第一换热器；

第一冷却支路，所述第一冷却支路上依次设置有第二电子膨胀阀和蒸发器，所述第二电子膨胀阀的上游接口连通于所述冷凝器的下游接口，所述蒸发器的下游接口连通于所述压缩机的上游接口，所述蒸发器用于冷却所述驾驶室；

电池冷却回路，所述电池冷却回路上依次设置有第一水泵、动力电池、第一三通阀和第一换热器，所述电池冷却回路和所述第一冷却支路通过所述第一换热器换热；

电池加热支路，所述电池加热支路的两端分别连通于所述第一三通阀和所述第一水泵的上游接口，所述电池加热支路上设置有第二换热器；

发动机加热回路，所述发动机加热回路上依次设置有第二水泵、发动机、加热装置、暖风芯体和所述第二换热器，所述电池加热支路和所述发动机加热回路通过所述第二换热器换热，所述暖风芯体用于加热所述驾驶室。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，还包括旁通支路，所述暖风芯体与所述加热装置之间设置有第二三通阀，所述旁通支路一端连通于所述第二三通阀，另一端连通于所述暖风芯体的下游接口。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，还包括第二冷却支路，所述第二冷却支路上设置有所述发动机，所述第二冷却支路的两端连接于散热组件。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，还包括补液支路，所述散热组件连接于水箱，所述补液支路一端连通于所述散热组件，另一端连通于所述第二水泵的上游接口。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，还包括第三冷却支路，所述第三冷却支路的两端连接于散热组件，所述第三冷却支路上设置有第三水泵和待冷却机构。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，所述第三冷却支路为多个且并联设置。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，还包括油箱加热支路，所述油箱加热支路的连通于油箱的加热通道，所述油箱加热支路的两端连通于所述发动机加热回路。

作为一种车辆热管理集成系统的优选技术方案，所述加热装置为PTC加热器和/或燃油加热器。

另一方面，提供一种热管理方法，采用以上任一方案所述的车辆热管理集成系统，所述热管理方法包括：

获取动力电池的温度；

如果确定所述动力电池的温度不大于第一预设温度，所述第一三通阀切换至所述动力电池与所述第一换热器导通；

如果确定所述动力电池的温度大于第一预设温度，所述第一三通阀切换至所述动力电池与所述第二换热器导通。

作为一种热管理方法的优选技术方案，还包括：

获取发动机的温度；

如果确定所述发动机的温度不大于第二预设温度，控制所述加热装置工作；

如果确定所述发动机的温度大于第二预设温度，控制所述加热装置停止工作。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种车辆热管理集成系统，当车辆未启动或发动机和动力电池的温度较低时，此时第一三通阀切换至动力电池与第二换热器导通；第二水泵驱动换热介质在发动机加热回路内循环流动，通过加热装置将发动机加热回路内的换热介质加热，进而对发动机、暖风芯体和第二换热器加热，通过加热装置可以解决冬季发动机低温冷启动的问题，同时加热装置加热后的换热介质也会流经暖风芯体用于驾驶室取暖。再者，第一水泵驱动换热介质在动力电池和电池加热支路之间循环流动，电池加热支路和发动机加热回路通过第二换热器换热，提高电池加热支路的温度，以实现加热动力电池。

当动力电池的温度大于第一预设温度时，需要对动力电池冷却，第一三通阀切换至动力电池与第一换热器导通，汽化的制冷剂气体被压缩机吸入，压缩成高温高压的气体后排出，气体在冷凝器中被冷却成高压饱和液体，高压饱和液体从冷凝器出来后分为两个并联回路，制冷剂一部分通过第一电子膨胀阀流到蒸发器，制冷剂在此过程中膨胀后会以低温低压的雾状流到蒸发器，蒸发器中的制冷剂雾从与蒸发器接触的驾驶室内空气中吸收热量并蒸发，它再加热以气态被吸到压缩机内完成驾驶室内制冷的循环；另一部分通过第二电子膨胀阀以低温低压液态流到第一换热器，在第一换热器作用下与电池冷却回路的冷却液回路换热，电池冷却回路中的温度降低的换热介质在第一水泵的作用下循环流动，实现对动力电池的冷却，最后两支路的制冷剂汇集到一起再被压缩机吸入，完成循环。

本发明的车辆热管理集成系统，通过加热装置可同时给动力电池和驾驶室加热，可以很好的改善低温环境下电池低活性导致续航里程降低的问题，并可以为驾驶员提供一个舒适的驾驶环境，且可以改善发动机低温冷启动的问题并可以充分利用温升后的余热用于取暖；采用第一冷却回路集成各独立系统的散热，实现动力电池和驾驶室的冷却，通过合理的布置使得两部分的冷却得到进一步优化，便于统一管理，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式提供的车辆热管理集成系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的热管理方法的流程图之一；

图3是本发明具体实施方式提供的热管理方法的流程图之二。

图中标记如下：

1、第一冷却回路；11、压缩机；12、冷凝器；13、第一电子膨胀阀；14、第一换热器；

2、第一冷却支路；21、第二电子膨胀阀；22、蒸发器；

3、电池冷却回路；31、第一水泵；32、动力电池；33、第一三通阀；

4、电池加热支路；41、第二换热器；

5、发动机加热回路；51、第二水泵；52、发动机；53、暖风芯体；54、加热装置；

6、旁通支路；61、第二三通阀；

7、第二冷却支路；

8、第三冷却支路；81、第三水泵；82、发电机；83、主驱电机；84、辅驱电机；85、电机控制器；86、转向控制器；87、主驱控制器；88、辅驱控制器；89、过滤器；

9、补液支路；

10、油箱加热支路；101、油箱；

20、散热组件；201、水冷散热器；202、低温散热器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种车辆热管理集成系统，该车辆热管理集成系统包括第一冷却回路1、第一冷却支路2、电池冷却回路3、电池加热支路4和发动机加热回路5。

具体地，第一冷却回路1上依次设置有压缩机11、冷凝器12、第一电子膨胀阀13和第一换热器14；第一冷却支路2上依次设置有第二电子膨胀阀21和蒸发器22，第二电子膨胀阀21的上游接口连通于冷凝器12的下游接口，蒸发器22的下游接口连通于压缩机11的上游接口，蒸发器22用于冷却驾驶室；电池冷却回路3上依次设置有第一水泵31、动力电池32、第一三通阀33和第一换热器14，电池冷却回路3和第一冷却支路2通过第一换热器14换热；电池加热支路4的两端分别连通于第一三通阀33和第一水泵31的上游接口，电池加热支路4上设置有第二换热器41；发动机加热回路5上依次设置有第二水泵51、发动机52、加热装置54、暖风芯体53和第二换热器41，电池加热支路4和发动机加热回路5通过第二换热器41换热，暖风芯体53用于加热驾驶室。

当车辆未启动或发动机52和动力电池32的温度较低时，此时第一三通阀33切换至动力电池32与第二换热器41导通；第二水泵51驱动换热介质在发动机加热回路5内循环流动，通过加热装置54将发动机加热回路5内的换热介质加热，进而对发动机52、暖风芯体53和第二换热器41加热，通过加热装置54可以解决冬季发动机52低温冷启动的问题，同时加热装置54加热后的换热介质也会流经暖风芯体53用于驾驶室取暖。再者，第一水泵31驱动换热介质在动力电池32和电池加热支路4之间循环流动，电池加热支路4和发动机加热回路5通过第二换热器41换热，提高电池加热支路4的温度，以实现加热动力电池32。

当动力电池32的温度大于第一预设温度时，需要对动力电池32冷却，第一三通阀33切换至动力电池32与第一换热器14导通，汽化的制冷剂气体被压缩机11吸入，压缩成高温高压的气体后排出，气体在冷凝器12中被冷却成高压饱和液体，高压饱和液体从冷凝器12出来后分为两个并联回路，制冷剂一部分通过第二电子膨胀阀21流到蒸发器22，制冷剂在此过程中膨胀后会以低温低压的雾状流到蒸发器22，蒸发器22中的制冷剂雾从与蒸发器22接触的驾驶室内空气中吸收热量并蒸发，它再加热以气态被吸到压缩机11内完成驾驶室内制冷的循环；另一部分通过第一电子膨胀阀13以低温低压液态流到第一换热器14，在第一换热器14作用下与电池冷却回路3的冷却液回路换热，电池冷却回路3中的温度降低的换热介质在第一水泵31的作用下循环流动，实现对动力电池32的冷却，以使动力电池32处于第一预设温度，最后两支路的制冷剂汇集到一起再被压缩机11吸入，完成循环。需要说明的是，通过第一电子膨胀阀13和第二电子膨胀阀21能够分别调节第一冷却回路1和第一冷却支路2中制冷剂的通断以及流量调节，进而调节冷却效果。

该车辆热管理集成系统，通过加热装置54可同时给动力电池32和驾驶室加热，可以很好地改善低温环境下电池低活性导致续航里程降低的问题，并可以为驾驶员提供一个舒适的驾驶环境，且可以改善发动机52低温冷启动的问题并可以充分利用温升后的余热用于取暖；采用第一冷却回路1集成各独立系统的散热，实现动力电池32和驾驶室的冷却，通过合理的布置使得两部分的冷却得到进一步优化，便于统一管理，节约成本。

优选地，加热装置54为PTC加热器和/或燃油加热器。本实施例中，加热装置54为燃油加热器，燃油加热器的油泵在电机带动下吸入燃油，经燃油管输送到燃油加热器，在燃油加热器中经过雾化、助燃、燃烧等过程，最后将热量传递给换热介质，被加热后的换热介质在第二水泵51的作用下流经驾驶室的暖风芯体53，实现驾驶室内的取暖；同时第二水泵51继续输送加热后的防冻液，经第二换热器41与电池加热支路4换热，实现动力电池32的加热；最后换热介质经过发动机加热回路5循环再回到燃油加热器，该过程可对发动机52冷启动进行预热。

加热装置54在发动机52启动完成后，发动机52温度上升，流经发动机52回路的换热介质被加热，此时可关闭加热装置54，利用发动机52产生的余热给驾驶室取暖，并可以通过第二换热器41给动力电池32加热。

优选地，车辆热管理集成系统还包括第二冷却支路7，第二冷却支路7上设置有发动机52，第二冷却支路7的两端连接于散热组件20。当发动机加热回路5的加热装置54将发动机52加热至第二预设温度时，关闭加热装置54，同时通过散热组件20对发动机52进行冷却，以使发动机52处于第二预设温度进行工作，提高发动机52的工作效率。本实施例中，散热组件20包括水冷散热器201，第二冷却支路7的两端连接于水冷散热器201，水冷散热器201能够对发动机52进行降温。

本实施例中，暖风芯体53和蒸发器22的一侧设置有鼓风机，鼓风机能够将蒸发器22产生的冷空气吹至驾驶室内，或者鼓风机能够将暖风芯体53产生的热空气吹至驾驶室内。

优选地，车辆热管理集成系统还包括旁通支路6，暖风芯体53与加热装置54之间设置有第二三通阀61，旁通支路6一端连通于第二三通阀61，另一端连通于暖风芯体53的下游接口。当需要对驾驶室加热时，第二三通阀61切换至暖风芯体53与加热装置54连通，发动机加热回路5对暖风芯体53加热，进而通过暖风芯体53对驾驶室加热；当不需要对驾驶室加热时，第二三通阀61切换至旁通支路6与加热装置54连通，发动机加热回路5内的换热介质不流经暖风芯体53。

现有技术中，混合动力电动矿车的动力源除动力电池外，还有发动机、驱动电机以及发电机，这一部分的动力源在混合动力电动矿车上也需要独立的控制器控制，以上电机电控这些部件在车辆正常工作时，也会产生很大的热量，且发动机、发电机等部件运行时的温度要远高于电池系统，因此还需要大功率的散热风机给电机电控进行散热，以保证动力系统的可靠工作。优选地，车辆热管理集成系统还包括第三冷却支路8，第三冷却支路8的两端连接于散热组件20，第三冷却支路8上设置有第三水泵81和待冷却机构。其中，第三水泵81能够驱动换热介质在散热组件20和待冷却机构之间循环流动，散热组件20能够对待冷却机构进行散热。其中，待冷却机构可以为电机电控部件。本实施例中，散热组件20包括低温散热器202，第三冷却支路8的两端连接于低温散热器202，低温散热器202能够对待冷却机构散热。

优选地，在第三水泵81和待冷却机构之间还设置有过滤器89，过滤器89能够对换热介质进行过滤。

进一步优选地，第三冷却支路8为多个且并联设置。本实施例中，第三冷却支路8为三个，第一个第三冷却支路8中，待冷却机构包括发电机82；第二个第三冷却支路8中，待冷却机构包括主驱电机83和辅驱电机84。第三个第三冷却支路8中，待冷却机构包括发电机控制器85、转向控制器86、主驱控制器87和辅驱控制器88。

优选地，车辆热管理集成系统还包括油箱加热支路10，油箱加热支路10连通于油箱101的加热通道，油箱加热支路10的两端连通于发动机加热回路5。其中，将油箱加热支路10集成在发动机加热回路5上，发动机加热回路5的换热介质能够流动至油箱101的加热通道，以实现对油箱101加热，实现油箱101内的燃油燃烧充分，提高发动机52的工作效率。本实施例中，油箱加热支路10的两端可通过第三三通阀连接于发动机加热回路5上，通过第三三通阀可以实现油箱加热支路10的通断。

本实施例中，换热介质为防冻液，车辆热管理集成系统还包括补液支路9，散热组件20连接于水箱，补液支路9一端连通于散热组件20，另一端连通于第二水泵51的上游接口。水箱内存储的防冻液能够输送至散热组件20并进入第二冷却支路7和第三冷却支路8，且水箱内存储的防冻液能够通过散热组件20进入发动机加热回路5。

本实施例中，散热组件20和冷凝器12可通过散热风机进行散热。需要说明的是，车辆热管理集成系统的控制可分为多个部分，其中空调控制器为车辆热管理集成系统的主要控制器，负责与整车通讯；ATS（Automatic Train Supervision，列车自动监控系统）控制器作为散热风机的控制可单独与热管理控制器通讯，车辆热管理集成系统中的部件还可以与整车控制器或其他控制器通讯。

本实施例还提供一种热管理方法，采用上述车辆热管理集成系统，如图2所示，热管理方法包括：

获取动力电池32的温度；

如果确定动力电池32的温度不大于第一预设温度，第一三通阀33切换至动力电池32与第二换热器41导通，以实现对动力电池32加热；

如果确定动力电池32的温度大于第一预设温度，第一三通阀33切换至动力电池32与第一换热器14导通，以实现对动力电池32冷却，以使动力电池32保持在第一预设温度，提高动力电池32性能。

即判断动力电池32的温度是否大于第一预设温度，若是，第一三通阀33切换至动力电池32与第一换热器14导通；若否，第一三通阀33切换至动力电池32与第二换热器41导通。

通过上述方法，以使动力电池32快速到达第一预设温度并保持在第一预设温度，提高动力电池32性能。

优选地，如图3所示，该热管理方法还包括：

获取发动机52的温度；

如果确定发动机52的温度不大于第二预设温度，控制加热装置54工作；

如果确定发动机52的温度大于第二预设温度，控制加热装置54停止工作。

即判断发动机52的温度是否大于第二预设温度，若是，控制加热装置54停止工作；若否，控制加热装置54工作。

通过上述方法，以使发动机52快速到达第二预设温度并保持在第二预设温度，提高发动机52性能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车辆热管理集成系统，其特征在于，包括：

第一冷却回路（1），所述第一冷却回路（1）上依次设置有压缩机（11）、冷凝器（12）、第一电子膨胀阀（13）和第一换热器（14）；

第一冷却支路（2），所述第一冷却支路（2）上依次设置有第二电子膨胀阀（21）和蒸发器（22），所述第二电子膨胀阀（21）的上游接口连通于所述冷凝器（12）的下游接口，所述蒸发器（22）的下游接口连通于所述压缩机（11）的上游接口，所述蒸发器（22）用于冷却驾驶室；

电池冷却回路（3），所述电池冷却回路（3）上依次设置有第一水泵（31）、动力电池（32）、第一三通阀（33）和所述第一换热器（14），所述电池冷却回路（3）和所述第一冷却支路（2）通过所述第一换热器（14）换热；

电池加热支路（4），所述电池加热支路（4）的两端分别连通于所述第一三通阀（33）和所述第一水泵（31）的上游接口，所述电池加热支路（4）上设置有第二换热器（41）；

发动机加热回路（5），所述发动机加热回路（5）上依次设置有第二水泵（51）、发动机（52）、加热装置（54）、暖风芯体（53）和所述第二换热器（41），所述电池加热支路（4）和所述发动机加热回路（5）通过所述第二换热器（41）换热，所述暖风芯体（53）用于加热所述驾驶室。

2.根据权利要求1所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，还包括旁通支路（6），所述暖风芯体（53）与所述加热装置（54）之间设置有第二三通阀（61），所述旁通支路（6）一端连通于所述第二三通阀（61），另一端连通于所述暖风芯体（53）的下游接口。

3.根据权利要求1所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，还包括第二冷却支路（7），所述第二冷却支路（7）上设置有所述发动机（52），所述第二冷却支路（7）的两端连接于散热组件（20）。

4.根据权利要求3所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，还包括补液支路（9），所述散热组件（20）连接于水箱，所述补液支路（9）一端连通于所述散热组件（20），另一端连通于所述第二水泵（51）的上游接口。

5.根据权利要求1所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，还包括第三冷却支路（8），所述第三冷却支路（8）的两端连接于散热组件（20），所述第三冷却支路（8）上设置有第三水泵（81）和待冷却机构。

6.根据权利要求5所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，所述第三冷却支路（8）为多个且并联设置。

7.根据权利要求1所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，还包括油箱加热支路（10），所述油箱加热支路（10）连通于油箱（101）的加热通道，所述油箱加热支路（10）的两端连通于所述发动机加热回路（5）。

8.根据权利要求1所述的车辆热管理集成系统，其特征在于，所述加热装置（54）为PTC加热器和/或燃油加热器。

9.一种热管理方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的车辆热管理集成系统，所述热管理方法包括：

获取动力电池（32）的温度；

如果确定所述动力电池（32）的温度不大于第一预设温度，所述第一三通阀（33）切换至所述动力电池（32）与所述第二换热器（41）导通；

如果确定所述动力电池（32）的温度大于第一预设温度，所述第一三通阀（33）切换至所述动力电池（32）与所述第一换热器（14）导通。

10.根据权利要求9所述的热管理方法，其特征在于，还包括：

获取发动机（52）的温度；

如果确定所述发动机（52）的温度不大于第二预设温度，控制所述加热装置（54）工作；

如果确定所述发动机（52）的温度大于第二预设温度，控制所述加热装置（54）停止工作。