CN213199402U - 增程式电动车复合热管理系统 - Google Patents

Abstract

一种增程式电动车复合热管理系统，包括增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统三个子系统。通过子系统之间的耦合，使用单一的水泵和散热器总成满足增程器、驱动电机、电机控制器的冷却需求，系统得到了极大的简化，系统复杂性降低；同时系统可以充分利用增程器、驱动电机、电子器件的废热对乘员舱制热，减少发动机启动频次和乘员舱采暖对汽车电能的消耗。系统中的散热器总成分为一级散热器和二级散热器，一级散热器可以满足增程器对冷却温度的要求，二级散热器在一级散热器的基础上实现二次冷却，实现电机控制器和驱动电机对冷却温度的需求。

Description

增程式电动车复合热管理系统

技术领域

本实用新型属于增程式电动车辆的热管理领域，提出了一种增程式电动车复合式热管理系统。

背景技术

相关技术描述：

对于增程式电动车辆，在传统内燃机车辆的基础上增加了动力电池、驱动电机、电机控制器等部件，这些部件需要进行适当的温度控制，并且其对温度的需求也存在差异。目前发动机的冷却液工作温度要求在80-95℃之间，驱动电机对冷却液的温度要求是进水口温度不超过65℃，电机控制器等电子设备对冷却液的需求是进水温度不超过60℃，而电池对冷却液的温度要求约在15-30℃。由于各个散热部件对冷却系统温度的需求存在较大的差异，所以增程式电动车的热管理系统一般包括发动机冷却系统、电机及控制器冷却系统、电池冷却系统以及空调系统。目前的设计方法是在传统内燃机车辆的冷却系统基础上增加了独立的电机及控制器冷却系统、电池冷却系统。从而可以保证车辆各个散热部件的性能以及使用寿命。为了满足各个部件不同的散热需求，目前有较多的车辆是将发动机冷却系统、电机及控制器冷却系统、电池冷却系统以及空调系统各个完全独立开来，每个系统具有独立的水泵、管路、膨胀水壶、散热器，尽可能减少散热部件之间的相互影响。这样的热系统具有较大的独立性，控制简单，但是系统零部件数量众多，整车布置困难，成本较高。同时这些方案由于不能实现使用发动机废热进行乘员舱加热的功能，进而导致整车油耗增加。

目前也存在一些将不同的冷却系统之间实现耦合的热管理系统，可以实现部分的热量回收，在满足部件冷却需求的前提下，节约能源，降低整车燃油消耗量。专利文献1（CN107839432A） 提出了一种插电式混合动力汽车的整车热管理系统，其包括高温冷却系统、低温冷却系统及空调系统，将高温冷却系统、低温冷却系统及空调系统整合成为一个整体。避免各部件相互影响，满足各部件对使用温度的高要求，保证各部件的功能和性能，提高各部件的寿命与效率；在纯电动工况下行驶有暖风需求时，充分利用发动机余热、变速器热量和电机热量，同时应用PTC加热器，减少发动机频繁启动，提升整车的节能性、环保性和舒适性；纯电动工况下，利用变速器和电机发热对发动机进行预热，改善发动机启动性能，有效提升整车经济性和排放性能。

专利文献2(CN102092272A)中提出了一种混合动力汽车热管理系统，包括高温冷却系统、低温冷却系统、油冷系统、辅助加热系统、空调制冷系统。该热管理系统集成高温冷却、低温冷却、油冷、辅助加热和制冷五大系统，实现各冷却回路的独立控制，同时最低限度的降低了各热交换器的相互影响；低温采暖时相互补偿,迅速实现乘员舱舒适性要求。

对比文献3（CN209409757U） 提出了一种增程式电动车的暖风控制系统，包括：围绕发动机设置的发动机冷却水管，发动机冷却水管的两端分别为发动机进水口及发动机出水口，发动机出水口分别与PTC加热器的及散热器的进水口连接，PTC加热器的出水口与发动机进水口连通，散热器的出水口通过膨胀壶与发动机进水口连通，PTC加热器设于风道的进风口及出风口之间，进风口处设有鼓风机；在PTC加热器的及散热器的进水口处分别设有电磁阀一及电磁阀二，电磁阀一及电磁阀二分别与整车控制器通讯连接，整车控制器与增程器及电池管理系统通讯连接。在启动增程器时，利用发动机工作时产生的热量给风道内的冷风供暖，节省动力电池的电量，增强电动车的续航能力。

这些先前的解决方案不同程度的存在一些问题，这些方案未能有效地解决热量回收的问题，同时复杂的系统导致热管理系统零部件众多，导致相对高的产品成本和相对高的故障率。

因此，有必要提出改进的技术方案以克服现有技术中存在的技术问题。

针对目前增程式电动车热管理系统存在的热能不能有效利用、系统复杂等问题，提出了一种增程式电动车复合热管理系统。

发明内容

本专利的目的是提出一种增程式电动车复合热管理系统， 将增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统实现耦合。该实施方案在满足各散热部件对温度要求的前提下，充分利用增程器、驱动电机、电机控制器的废热，减少增程器启动频次和乘员舱采暖对汽车电能的消耗；车辆低温启动过程中，利用水暖PTC对增程器进行预热，改善增程器的启动性能以及低温排放性能；通过采用单独的散热器总成实现高低温两级冷却，可以满足不同部件对冷却温度的需求；通过系统耦合，系统可以共用一个电子水泵和一个膨胀水壶，实现冷却液的驱动要求和除气加注要求，极大的简化了系统。

本发明解决技术问题采用如下技术方案： 一种增程式电动车复合热管理系统，系统包括增程器冷却系统、 电机及控制器冷却系统、暖风系统三个子系统；

所述的增程器冷却系统、 电机及控制器冷却系统以及暖风系统实现了耦合，系统共用一个电子水泵，实现系统液体驱动；系统共用一个膨胀水壶，实现所有子系统的加注、除气功能；

所述系统包括：散热器总成、 冷却电子风扇、流量调节阀、水暖PTC加热器、空调暖风芯体、空调鼓风机、电机控制器、膨胀水壶、电子水泵。相比现有的技术方案，由于实现了子系统之间的耦合，子系统可以共用单一的单子水泵和膨胀水壶，系统得到了极大的简化；

所述的系统在工作模式一时，增程器冷车启动，需要对增程器预热，此时电子水泵驱动低温冷却液进入水暖PTC加热器，水暖PTC加热器将整车的电能转变为热能对通过的冷却液进行加热，加热后的冷却液进入增程器，对增程器进行预热。

所述的系统在工作模式二时，增程器、驱动电机需要冷却，电子水泵驱动冷却液进入增程器进行冷却，加热后的冷却液通过流量调节阀进入散热器总成，进入散热器总成的冷却液在一级散热器中进行一次冷却，在一级散热器中冷却完的冷却液分为两部分，一部分流出散热器总成进入电子水泵入口，再次进入增程器进行冷却；从一级散热器中冷却完的另一部分冷却液流进二级散热器进行冷却，冷却完的冷却液进入电机控制器以及驱动电机进行冷却，冷却完的冷却液进入电子水泵入口，完成冷却循环。此模式下，根据对冷却液温度的需要，调节冷却电子风扇的转速，调整系统冷却能力，以满足系统的冷却需求。

所述的系统在工作模式三时，环境温度较低，需要对乘员舱制热。当增程器工作时，增程器出来的热态冷却液部分进入空调暖风芯体，空调鼓风机强制室内空气与空调暖风芯体进行热交换，对乘员舱制热。当驱动电机进行工作时，部分冷却液吸取电机及控制器热量，将热量带入暖风芯体，实现乘员舱制热。此时由于环境温度较低，冷却电子风扇工作转速较低，甚至不参与工作，减少热量的散失。

所述的系统中：增程器不带有电子水泵或者是机械水泵，冷却液驱动仅由系统共用的电子水泵实现。

本发明具有如下有益效果：本技术方案实现了增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统的耦合。在满足各散热部件对温度要求的前提下，充分利用增程器、驱动电机、电机控制器的废热，减少发动机启动频次和乘员舱采暖对汽车电能的消耗；车辆低温启动过程中，利用水暖PTC对增程器进行预热，改善增程器的启动性能以及低温排放性能；通过采用单独的散热器总成实现高低温两级冷却，可以有效的满足不同部件对冷却温度的需求；通过系统耦合，采用一个电子水泵和一个膨胀水壶满足对冷却液的驱动要求和除气加注要求，极大的简化了系统，降低了系统的复杂度，提高了系统可靠性。

附图说明

附图1，增程式电动车复合热管理系统原理图；

附图2，工作模式一（增程器预热）；

附图3，工作模式二（增程器、驱动电机冷却）；

附图4，工作模式三（乘员舱制热）；

附图5，散热器总成结构示意图；

附图6，散热器总成详细结构示意图。

图中：

1- 散热器总成；

2- 冷却电子风扇；

3- 增程器；

4-流量调节阀；

5-水暖PTC加热器；

6-空调暖风芯体；

7-空调鼓风机；

8-电机控制器；

9-驱动电机；

10-膨胀水壶；

11-电子水泵。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例加以说明：

本实施例提供了一种增程式电动车复合热管理系统，包括增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统。

如图1所示，所述的增程式电动车复合热管理系统包括散热器总成1、冷却电子风扇2、增程器3、流量调节阀4、水暖PTC加热器5、空调暖风芯体6、空调鼓风机7、电机控制器8、驱动电机9、膨胀水壶10和电子水泵11。

如图2所示，所述的系统处于工作模式一，主要应用于环境温度较低，增程器冷车启动时需要对增程器预热暖机。电子水泵11驱动系统冷却液进入增程器3中。从增程器3出来的冷却液在流量调节阀4的调节下全部进入暖风系统，首先冷却液进入水暖PTC加热器5，水暖PTC加热器5将电能转变为热能，并将热能传递给通过水暖PTC加热器5的冷却液。在水暖PTC加热器5加热后的冷却液通过空调暖风芯体6时，空调鼓风机7不工作，为了保证快速暖机，乘员舱此时不进行采暖制热。从暖风系统出来的热态冷却液通过电子水泵11加压驱动，进入增程器3进行放热，对增程器3进行加热暖机。如此循环往复，实现快速的暖机。

也就是说，正常的情况下，此时冷却液不通过散热器总成1、电机控制器8和驱动电机9，以减少热量的散失，加快暖机。但是对于特殊的情况，暖机过程中，需要驱动电机驱动车辆运行，流量调节阀4会调节流量，少量的冷却液会通过散热器总成1，进而进入电机控制器8和驱动电机9进行冷却。同时实现增程器3的暖机，并防止电机控制器8和驱动电机9出现过热。

如图3所示，所述的系统处于工作模式二，车辆正常运转，增程器3投入工作，增程器3、电机控制器8和驱动电机9均需要冷却。电子水泵11驱动系统冷却液进入增程器3中，对增程器3进行冷却。从增程器3出来的热态冷却液在流量调节阀4的调节下全部进入散热器总成1，进入散热器总成1的冷却液在一级散热器中进行一次冷却，在一级散热器中冷却完的冷却液分为两部分，一部分流出散热器总成进入电子水泵11入口，再次进入增程器3进行冷却；从一级散热器中冷却完的另一部分冷却液流进二级散热器进行冷却，冷却完的冷却液进入电机控制器8和驱动电机9进行冷却，冷却完的冷却液进入电子水泵11入口，完成冷却循环。此模式下，根据冷却液温度的需要，调节冷却电子风扇的转速，以满足系统的冷却需求。针对增程器3不发电，动力电池为驱动电机9供电驱动车辆行驶的工况，热管理系统运行方式与上述方式一致，并无太大差异。

如图4所示，所述的系统处于工作模式三，环境温度较低，车辆正常行驶，同时需要乘员舱制热。电子水泵11驱动系统冷却液进入增程器3中，对增程器3进行冷却。从增程器3出来的热态冷却液在流量调节阀4的调节下分为两部分，一部分进入散热器总成1，进入散热器总成1的冷却液在一级散热器中进行一次冷却，在一级散热器中冷却完的冷却液分为两部分，一部分流出散热器总成进入电子水泵11入口，再次进入增程器3进行冷却；从一级散热器中冷却完的另一部分冷却液流进二级散热器进行冷却，冷却完的冷却液进入电机控制器8和驱动电机9进行冷却，冷却完的冷却液进入电子水泵11入口，完成冷却循环。而从流量调节阀4出来的另一部分冷却液通过水暖PTC加热器5和空调暖风芯体6，空调鼓风机7强制室内空气与空调暖风芯6体进行热交换，对乘员舱制热。在此工况下，冷却液从增程器3、电机控制器8和驱动电机9中吸收热量，在空调暖风芯6中释放热量，对乘员舱进行加热。当系统的废热不足以满足乘员舱的制热需求时，水暖PTC加热器5投入工作，消耗整车的电能，将电能转变为热能，提供额外的热量为乘员舱加热。此工况下，由于环境温度较低，冷却电子风扇2工作转速较低，甚至不参与工作，以减少热量的散失。

如图5所示，所述的散热器总成1由上下两部分组成，分别是一级散热器101和二级散热器102。散热器总成主要是有散热器水室、散热器芯体两大部分组成。本实例中将一级散热器101和二级散热器102设计为一个整体，也可以将一级散热器101和二级散热器102设计为两个独立的散热器，通过管路将其相连接，同样可以实现相同的功能。

如图6所示，当冷却液流入散热器总成1时，首先进入一级散热器入口101-e,从101-e进入的冷却液在一级散热器进水室101-d中分配，冷却液进入一级散热器101的散热器芯体101-c。在散热器芯体101-c释放完热量以后冷却液进入一级散热器出水室101-b。在级散热器出水室101-b中冷却完的冷却液分为两部分，一部分从一级散热器出水口101-a流出，进入电子水泵11进行循环；另一部分冷却液则通过节流孔隔板102-a进入二级散热器进水室102-b中。进入二级散热器进水室102-b中的冷却液被分配进入二级散热器芯体102-c进行热交换，在二级散热器芯体102-c中冷却完的冷却液通过二级散热器出水室102-e收集，从二级散热器出水口102-d流出，对驱动电机以及电机控制器进行冷却。

对于所述方案，散热器总成1是一个整体的散热器，通过左右水室内的节流孔隔板102-a和隔板102-f将散热器总成1分割为上下两部分，也就是上部分的一级散热器101和下部的二级散热器102。

最后应当说明的是: 以上实施例仅用以说明技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换而不脱离方案的精神，其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，包括增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统；

所述增程器冷却系统包括散热器总成、电子水泵、增程器、流量调节阀、膨胀水壶、冷却风扇总成，冷却液在电子水泵驱动下进入增程器吸收热量，热态的冷却液通过流量调节阀分为两部分，一部分冷却液进入散热器总成将热量散入空气当中，另一部分冷却液进入空调暖风系统进行乘员舱加热；

所述电机及控制器冷却系统包括散热器总成、电子水泵、电机控制器、驱动电机、流量调节阀、膨胀水壶、冷却风扇总成，通过流量调节阀的部分冷却液先进入散热器总成冷却，然后进入驱动电机以及控制器对其进行冷却，最后在电子水泵的驱动下进入增程器，对增程器进行冷却；

所述空调暖风系统包括水暖PTC加热器、空调暖风芯体、空调鼓风机、电子水泵、膨胀水壶，通过流量调节阀的部分冷却液通过水暖PTC加热器，然后进入空调暖风芯体，在空调鼓风机的强制通风下对乘员舱进行制热；

所述电子水泵是增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统共用的水泵，为冷却液提供驱动力，电子水泵的冷却液入口与暖风系统回水口、增程器冷却系统回水口以及电机及控制器冷却系统回水口相连接，水口的连接实现了系统之间的耦合；

所述膨胀水壶是增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统共用的膨胀水壶，实现上述各个系统的加注、除气功能；

所述电子水泵、膨胀水壶、流量调节阀以及除气管路将增程器冷却系统、电机及控制器冷却系统、空调暖风系统连接在一起。

2.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，所述散热器总成分为上下两部分，散热器总成上部为一级散热器，散热器总成下部为二级散热器；当冷却液进入散热器总成后，首先进入一级散热器，进行一级冷却，通过一级冷却后的冷却液分为两部分，一部分流出一级散热器进入水泵入口，另一部分通过节流孔隔板进入二级散热器，经历二级冷却的冷却液流出散热器总成，对电机控制器和驱动电机进行冷却。

3.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，增程器冷车启动时，电子水泵驱动低温冷却液进入水暖PTC加热器吸收热量，热态的冷却液进入增程器，对增程器进行预热。

4.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，车辆正常行驶过程中，增程器、电机控制器及驱动电机需要冷却，电子水泵驱动冷却液进入增程器进行冷却，热态的冷却液通过流量调节阀进入散热器总成；

所述冷却夜进入散热器总成的一级散热器进行冷却，进行完一级冷却的冷却液分为两部分，一部分流出散热器总成进入电子水泵入口，再次进入增程器进行冷却；另一部分流进散热器总成的二级散热器进行冷却，冷却完的冷却液先进入电机控制器以及驱动电机进行冷却，再进入电子水泵入口，完成冷却循环。

5.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，当乘员舱需要制热时，经历电机控制器、驱动电机以及增程器加热的冷却液部分通过流量调节阀进入空调暖风芯体，空调鼓风机强制室内空气与空调暖风芯体进行热交换，对乘员舱制热；当车辆工作在低负荷工况时，增程器出水口温度较低，水暖PTC加热器对进入的冷却液进行二次加热，实现乘员舱的制热需求；

所述的增程式电动车复合热管理系统中，增程器不带有电子水泵和机械水泵，冷却液驱动仅由系统单一的电子水泵实现。

6.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，所述散热器总成的左右水室中设计有节流孔隔板以及隔板，将散热器总成分为上下两部分，散热器总成上部为一级散热器，散热器总成下部为二级散热器；所述散热器总成左水室内设计有节流孔隔板，节流孔隔板上开有节流孔，可以将参与一级冷却完的冷却液导入二级散热器中进行二级冷却；所述散热器总成右水室内设计有隔板，将右水室完全分开，上下部分不连通。

7.根据权利要求1所述的增程式电动车复合热管理系统，其特征在于，通过空调暖风系统的流量是通过流量调节阀进行调节的；当增程器冷车暖机时，流量调节阀调节流量全部通过水暖PTC加热器和空调暖风芯体；当对电机控制器、驱动电机以及增程器进行冷却，不需要乘员舱加热时，流量调节阀调节流量全部通过散热器总成；当对电机控制器、驱动电机以及增程器进行冷却，同时需要乘员舱加热时，流量调节阀调节流量同时通过散热器总成和暖风芯体。

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