CN215204413U - 一种新能源汽车的整车热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源汽车的整车热管理系统，将不同热需求的部件分别集成在不同冷却子系统中，可分为电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置和空调冷却系统。本实用新型提供的新能源汽车热管理系统提供了车辆暖机﹑行驶和后冷却的控制方法，能实现各工况下各部件散热量的按需分配，并且合理利用废热，改善热管理系统附件的能耗，从而提高整车的经济性。

Description

一种新能源汽车的整车热管理系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车车热管理领域，特别是涉及一种新能源汽车的整车热管理系统。

背景技术

整车热管理系统是保证整车各部件正常稳定工作的重要辅助系统，为使车用电机、电池等始终处于良好的工作状态，必须对热管理进行合理的控制，使得冷却系统带走的热量处于最佳范围内，满足电机、动力电池等部件的冷却需求。电机、动力电池的工作温度一般推荐在10℃-60℃之间，对冷却液温度需求较低。

一种较为简便的方法是电机、电机控制器、DCDC等电驱动相关部件采用一套热管理系统，由VCU或者独立的控制单元进行控制；动力电池独立采用一套热管理系统，由BMS控制。空调制冷单独采用一套热管理系统；空调采暖单独使用一套热管理系统。这种热管理方法虽然容易实现，但是无法在全局范围内实现热管理系统的优化控制，不可避免会降低整车能量利用效率。因此，合理设计车辆热管理系统并实现优化控制是保证动力系统高效可靠地工作的重要途径之一。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种新能源汽车的整车热管理系统，将不同热需求的部件集成在温度不同的冷却子系统中，能满足各部件对于热环境的高要求，保证各部件的功能和性能，提高各部件的寿命与效率，使新能源汽车的动力系统同时满足空调系统﹑电池和电机的散热要求和附件功耗最小化设计的需求。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，包括电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置和空调冷却系统；

电驱动冷却循环装置包括：低温冷却散热器、冷却循环水泵、第一管路、常开式水阀、冷却膨胀水箱；低温冷却散热器、冷却循环水泵、常开式水阀通过第一管路串联形成一回路，冷却膨胀水箱与低温冷却散热器并联；

采暖循环装置包括：高压电液体加热器、采暖散热器总成、采暖循环水泵；高压电液体加热器、采暖散热器总成、采暖循环水泵通过第二管路串联在一起，且高压电液体加热器的入口通过带有第一常闭式水阀的管路与冷却循环水泵的出口连接；采暖循环水泵的出口与电驱动冷却循环装置中低温冷却散热器的入口连接；

电池包水循环装置包括：电池包、电池包冷却循环水泵、板式换热器、液体单向阀和第三管路，电池包、电池包冷却循环水泵、板式换热器、液体单向阀通过第三管路串联形成一回路，且所述电池包冷却循环水泵的出口还通过带有第二常闭水阀的分支管路与采暖循环水泵的入口连通，所述采暖循环装置的高压电液体加热器、采暖散热器总成之间设置有三通阀，所述三通阀的一出口通过管路与电池包的入口连通；

空调冷却系统包括电动压缩机和冷凝器，电动压缩机的出口气口与冷凝器连接，冷媒经过冷凝器后分为三个支路：前蒸发器冷媒管路、顶蒸冷媒循环管路以及电池包冷媒循环管路；前蒸发器冷媒管路上连接有前蒸发器；顶蒸冷媒循环管路上连接有顶置蒸发器；电池包冷媒循环管路上连接所述板式换热器；三条支路汇集后经过冷媒管路与电动压缩机吸气口连接。

在本实用新型的优选实施例中，空调冷却系统中的三个支路上分别设置有独立的控制阀。

在本实用新型的优选实施例中，所述电池包水循环装置的第三管路上还设置有管路温度传感器。

在本实用新型的优选实施例中，所述电池包水循环装置的回路上还并联一电池包回路膨胀水壶。

在本实用新型的优选实施例中，低温冷却散热器处布置有低温散热风扇，用于将散热器的热量散发至空气中。

在本实用新型的优选实施例中，所述采暖散热器总成包括采暖散热器风扇，用于将散热器的热量送至车内实现采暖。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势:

第一，本实用新型按照整车热管理各部件的热需求不同按需分配，在满足性能要求的前提下尽可能集成化共用零部件，对整车成本控制，零部件布置空间有明显效果；

第二，本实用新型将驱动电机冷却系统与乘客区采暖系统、电池包加热系统合并，乘客区需要采暖，电池包需要加热，充分利用了发动机和电机工作时产生的热量。当电池产生的热量小于散热量时，无需采用高压电液体加热器而利用动力源热量维持动力电池温度，减少了电能消耗﹔在温度低时通过加热器预热，有效利用内部热量，在冬季热管理系统的保温中具有更明显的节能效果；

第三，本实用新型采用的零部件除控制系统外现有成熟产品，结构较简单，使用的换热器及传感器较少，成本低，在现有的技术基础上易改造，维护保养方便。

第四，本实用新型实施提供的整车热管理系统及控制方法能够满足整车及动力系统各主要部件能够满足在不同工作模式下的制冷和制热需求，同时有效减少了能量消耗，改善了动力源起动特性。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为新能源汽车的整车热管理系统的示意图。

其中，1—低温冷却散热器 2—低温散热风扇 3—冷却循环水泵 4—第一管路5—常开式水阀 6—冷却膨胀水箱 7—第一常闭式水阀 8—高压电液体加热器 9—三通阀10—采暖散热器总成 11—采暖循环水泵 12—第二管路 13—电池包 14—液体单向阀15—电池包回路膨胀水壶 16—电池包冷却循环水泵 17—管路温度传感器 18—板式换热器 19—第三管路 20—第二常闭水阀 21—电动压缩机 22—低压冷媒四通 23—前蒸发器冷媒管路 25—前蒸发器 27—冷凝风扇 28—冷凝器 29—高压冷媒四通 30—第一冷媒电磁阀 31—第二冷媒电磁阀 32—第三冷媒电磁阀 33—顶置蒸发器 35—顶蒸冷媒循环管路 36—电池包冷媒循环管路

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构仅仅是示意性的，并不代表实物。需要说明的是，基于本实用新型中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需说明的是，在本文中术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同或者等同要素。

术语“上”、“下”、“内”、“外”等并不构成绝对的空间关系限制，只是一种相对位置的概念。这是本领域技术人员都能够理解的。

参见图1，一种新能源汽车的整车热管理系统，包括电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置和空调冷却系统；

电驱动冷却循环装置包括：低温冷却散热器1、冷却循环水泵3、第一管路4、常开式水阀5、冷却膨胀水箱6；低温冷却散热器1、冷却循环水泵3、常开式水阀5通过第一管路4串联形成一回路。冷却膨胀水箱6与低温冷却散热器1并联，用于初始提供冷却液和补偿冷却液体积变化。低温冷却散热器1处布置有低温散热风扇2，用于将散热器的热量散发至空气中。低温散热风扇2至少包括关闭、低速档和高速档三个工作档位。

采暖循环装置包括：高压电液体加热器8、采暖散热器总成10、采暖循环水泵11；高压电液体加热器8、采暖散热器总成10、采暖循环水泵11通过第二管路12串联在一起，且高压电液体加热器8的入口通过带有第一常闭式水阀7的管路与冷却循环水泵3的出口连接；采暖循环水泵11的出口与电驱动冷却循环装置中低温冷却散热器1的入口连接。采暖散热器总成包括采暖散热器风扇，用于将散热器的热量送至车内实现采暖。

电池包水循环装置包括：电池包13、电池包冷却循环水泵16、管路温度传感器17、板式换热器18、液体单向阀14和第三管路19，电池包13、电池包冷却循环水泵16、管路温度传感器17、板式换热器18、液体单向阀14通过第三管路19串联形成一回路，管路温度传感器17与电池包冷却循环水泵16的出口，管路温度传感器17还通过带有第二常闭水阀20的分支管路与采暖循环水泵11的入口连通，所述采暖循环装置的高压电液体加热器8、采暖散热器总成10之间设置有三通阀9，三通阀9的下出口通过管路与电池包3的入口连通；电池包水循环装置的回路上还并联一电池包回路膨胀水壶15。

空调冷却系统包括电动压缩机21和冷凝器28，冷凝器28旁边设置有冷凝风扇27，

电动压缩机21的出口气口与冷凝器28连接，冷媒经过冷凝器28后通过高压冷媒四通29分为三个支路：前蒸发器冷媒管路23、顶蒸冷媒循环管路35以及电池包冷媒循环管路36；前蒸发器冷媒管路上连接有前蒸发器25和第一冷媒电磁阀30；顶蒸冷媒循环管路上连接有顶置蒸发器33和第二冷媒电磁阀31；电池包冷媒循环管路上连接所述板式换热器18和第三冷媒电磁阀32；三条支路通过低压冷媒四通22汇集后经过冷媒管路与电动压缩机21的吸气口连接。

低温散热风扇2、冷却循环水泵3、采暖循环水泵11、电池包冷却循环水泵16、与冷凝风扇27的工作模式分为关闭，低速档和高速档。

低温散热风扇2的低速档的速度范围通常设置在1000-1500rpm之间和高速档的速度范围通常设置在2000-2500rpm之间。

冷却循环水泵3、采暖循环水泵11、电池包冷却循环水泵16的低速档的速度范围通常设需在800-1200rpm之间和高速档的速度范围通常设需在1800-2000rpm之间。

本实用新型的新能源汽车的热管理系统的控制方法：

其中：车辆冷启动的暖机过程中冷却系统控制：

电池包水循环冷却液控制过程如下:

第1a步，电池包冷却循环水泵16以低转速模式运行，第一常闭式水阀7、第二常闭水阀20开启；冷却液依次驱动电机、电机控制器的零部件，最后回到高压电液体加热器8。为进一步节约暖机过程的能耗，低温冷却风扇2处于关闭状态。

第1b步，当检测到电池包13的温度高于25℃后，预热完成，进入正常工况下的运行模式。

电驱动水循环冷却液控制过程如下:

第2a步，冷却循环水泵3以低转速模式运行，冷却液依次驱动电机、电机控制器的零部件，最后回到高压电液体加热器8。为进一步节约暖机过程的能耗，低温散热风扇2处于关闭状态。

第2b步，当检测到电驱动冷却循环管路的出口冷却液温度和电池包循环管路的出口冷却液温度均到达55℃以上时，判断为发动机暖机完毕，低温散热风扇2处于低速运行。

采暖水循环冷却液控制过程如下:

第3a步高压电液体加热器8以高功率模式开启，三通阀9关闭右出口，冷却液从电池包13中的冷却循环管路入口流入为电池包13升温。

第3b步，当检测到电驱动冷却循环管路的出口冷却液温度和电池包循环管路的出口冷却液温度均到达55℃以上时，判断为发动机暖机完毕，低温散热风扇2处于低速运行。为保证散热风扇和水泵的工作效率及散热效果，则第1a步中的三通阀9下出口逐渐关闭，并且关闭电池包冷却循环水泵16，第二常闭水阀20，逐渐打开三通阀9右出口至全开，使第1a步中流入三通阀9的上入口冷却液经过三通阀9的右出口全部流经采暖散热器10以及采暖循环水泵11后返回低温冷却散热器1入口。无如整车采暖请求命令则关闭第一常闭式水阀7、高压电液体加热器8、采暖循环水泵11。

车辆在正常工况下运行时的控制过程如下：

电驱动水循环冷却液控制过程如下:

第4a步，当电池包13放电，电驱动系统工作时，冷却循环水泵3打开，低档模式运行。当环境温度低于0℃时且流经驱动电机中水冷循环管路中的冷却液温度低于20℃时，由于产热量较少，同时气温度低，因此关闭低温散热风扇2减少电池包的热量损失。当环境温度不低于0℃时，或当温度传感器采集到电驱动水冷循环管路中冷却液温度不低于20℃，低温散热风扇2打开，低转速运行，冷却循环水泵3处于低速状态。当驱动电机水冷循环管路出口冷却液温度高于40℃时，开启冷却循环水泵3至高速档；驱动电机水冷循环管路中冷却液温度超过50℃时，低温散热风扇2在高速档运转，使冷却液快速散热。

电池包水循环冷却液控制过程如下:

第5a步，当电池包13放电工作时，当环境温度低于0℃时且流经电池包13中水冷循环管路中的冷却液温度低于20℃时，由于产热量较少，同时气温度低，因此关闭第二常闭水阀20切断电池冷却循环与其他回路联系，电池包冷却循环水泵16处于关闭状态，减少电池包的热量损失。当环境温度不低于0℃时，或当温度传感采集到电池包13水冷循环管路中冷却液温度不低于20℃，电池包冷却循环水泵16处于低速状态。当电池包13水冷循环管路中冷却液温度升高水冷循环管路出口冷却液温度高于35℃时，电池包冷却循环水泵16高速运行。

车辆停机过程中的冷却系统控制:

电驱动冷却装置的控制:

第6a步，电驱动冷却回路由于热负荷较小，低温散热风扇2及冷却循环水泵3随整车下电后关闭。

在暖机、正常工况下的空调冷却系统控制:

乘员舱有制冷需求时的控制过程:

第7a步，当电池包13水冷循环管路中冷却液温度升高水冷循环管路出口冷却液温度高于35℃时，第一冷媒电磁阀30、第二冷媒电磁阀31、第三冷媒电磁阀32打开在制冷过程中，前蒸发器25的鼓风机、顶置蒸发器33的鼓风机开启，电动压缩机21以最大功率80％状态运转，空调冷却系统中的冷媒经过电动空调压缩机21后升温升压，并在冷凝器28处与环境进行热交换，降温后通过高压冷媒四通29分为三路分别流过板式换热器18、前蒸发器25、顶置蒸发器33中蒸发，前蒸发器的鼓风机、顶置蒸发器的鼓风机将降温后的空气吹入乘员舱的降温；板式换热器18将流经其内部的冷却液降温，由电池包冷却循环水泵16送至电池包13为其降温；三条冷媒支路最后通过低压冷媒四通22并流回电动压缩机21的入口完成制冷循环；

当电池包13水冷循环管路中冷却液温度升高水冷循环管路出口冷却液温度低于25℃时，第一冷媒电磁阀30、第二冷媒电磁阀31打开，第三冷媒电磁阀32关闭。在制冷过程中，前蒸发器25的鼓风机、顶置蒸发器33的鼓风机开启，电动压缩机21以最大功率60％状态运转，空调冷却系统中的冷媒经过电动空调压缩机21后升温升压，并在冷凝器28处与环境进行热交换，降温后通过高压冷媒四通29分为两路分别流过前蒸发器25、顶置蒸发器33中蒸发，前蒸发器的鼓风机、顶置蒸发器的鼓风机将降温后的空气吹入乘员舱的降温；两条冷媒支路最后通过低压冷媒四通22并流回电动压缩机21的入口完成制冷循环；

乘员舱有采暖需求时的控制过程:

第8a步，当乘员有采暖需求时，常开式水阀5关闭，第一常闭式水阀7打开，采暖循环水泵11高速运行、采暖散热器总成10风扇开启，三通阀9入口全开、右出口全开、下出口全关；此时电驱动冷却回路的冷却液经过冷却循环水泵3后通过第一回路4流入高压电液体加热器8，高压电液体加热器8根据流入冷却液的温度调整功率，将冷却液温度升至75℃后通过采暖循环管路12流入采暖散热器总成10散热为乘客区升温，冷却液经过分采暖循环水泵11最后并入第一回路4，经过低温冷却散热器1二次降温后流入冷却循环水泵3完成采暖循环。

当乘员有采暖需求时，且处于暖机状态，则进入第3a步﹔若发动机工作且处于正常工作状态，则进入第8a步，完成暖风供给。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，包括电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置和空调冷却系统；

电驱动冷却循环装置包括：低温冷却散热器、冷却循环水泵、第一管路、常开式水阀、冷却膨胀水箱；低温冷却散热器、冷却循环水泵、常开式水阀通过第一管路串联形成一回路，冷却膨胀水箱与低温冷却散热器并联；

采暖循环装置包括：高压电液体加热器、采暖散热器总成、采暖循环水泵；高压电液体加热器、采暖散热器总成、采暖循环水泵通过第二管路串联在一起，且高压电液体加热器的入口通过带有第一常闭式水阀的管路与冷却循环水泵的出口连接；采暖循环水泵的出口与电驱动冷却循环装置中低温冷却散热器的入口连接；

电池包水循环装置包括：电池包、电池包冷却循环水泵、板式换热器、液体单向阀和第三管路，电池包、电池包冷却循环水泵、板式换热器、液体单向阀通过第三管路串联形成一回路，且所述电池包冷却循环水泵的出口还通过带有第二常闭水阀的分支管路与采暖循环水泵的入口连通，所述采暖循环装置的高压电液体加热器、采暖散热器总成之间设置有三通阀，所述三通阀的一出口通过管路与电池包的入口连通；

空调冷却系统包括电动压缩机和冷凝器，电动压缩机的出口气口与冷凝器连接，冷媒经过冷凝器后分为三个支路：前蒸发器冷媒管路、顶蒸冷媒循环管路以及电池包冷媒循环管路；前蒸发器冷媒管路上连接有前蒸发器；顶蒸冷媒循环管路上连接有顶置蒸发器；电池包冷媒循环管路上连接所述板式换热器；三条支路汇集后经过冷媒管路与电动压缩机吸气口连接。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，空调冷却系统中的三个支路上分别设置有独立的控制阀。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，所述电池包水循环装置的第三管路上还设置有管路温度传感器。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，所述电池包水循环装置的回路上还并联一电池包回路膨胀水壶。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，低温冷却散热器处布置有低温散热风扇，用于将散热器的热量散发至空气中。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车的整车热管理系统，其特征在于，在所述采暖散热器总成包括采暖散热器风扇。

Images