CN217170413U

CN217170413U - 新能源汽车热管理系统

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Publication number: CN217170413U
Application number: CN202122189786.4U
Authority: CN
Inventors: 刘业凤; 张华�
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2031-09-10

Abstract

本实用新型公开了新能源汽车热管理系统，系统按照功能进行模块化结构组装，包括几个模块：冷热源模块，车内空调HVAC模块，电池冷却和加热模块，切换模块，电机电控冷却模块，车外换热器模块，控制模块；各模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件，形成相互独立的箱体式模块，模块之间采用预留接口进行连接组合，装配成一套热管理系统。该系统满足新能源汽车热管理的技术需求，又减少冷热源模块的工作时间；系统的模块化结构设计和装配方式除了具有布置灵活，安装、维护、更换方便快捷的优势，每个模块可开发成系列产品，通过匹配不同系列模块可满足不同车型的热管理需求；利于新能源汽车提高续航里程、热管理系统的产业化推广。

Description

新能源汽车热管理系统

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，具体是新能源汽车热管理系统。

背景技术

纯电动汽车具有无油耗、无尾气的优点，被越来越多的用户所认可和使用。但是，现有的电动汽车由于其续航里程较短，尚不能完全满足所有用户的需求。为了进一步延长电动汽车的续航里程，需要对电动汽车整车的能量进行综合的管理，以便能够高效利用电动汽车的能源。

空调系统作为电动汽车上能耗很大的辅助设备，对电动汽车的续航里程影响十分明显。尤其是在冬季，由于纯电动汽车没有燃油车发动机余热为车舱提供采暖，通常采用PTC电加热。如此一来空调系统势必会消耗大量的电池电能，冬季越寒冷，PTC消耗的电能越多，严重缩短电动汽车的续航里程。

为了提高电动汽车整车的运行性能，电动汽车通常还为电池、电机和电控配置有热管理系统，通过热管理系统对电池、电机和电控的工作温度进行控制。当电池、电机和电控工作温度较高时，热管理系统将电池、电机和电控的热量搬运走；当电池、电机和电控的工作温度较低时，热管理系统为电机、电池提供热量，以便保证电机和动力电池在适宜的温度下工作。如果能够在冬季将电机电池产生的废热搬运到驾乘舱内，则势必会降低空调系统的耗电量，从而延长电动汽车的续航里程。

与此同时，由于电动汽车路况环境多变，跟据不同行驶状况下，热管理系统要实现相应的模式调节来满足驾驶舱，电池、电机和电控的温度控制要求。

另外，电动汽车配置、大小结构各不相同，传统的办法是为每个车型量身定做一套热管理系统，零部件都是零散分布在汽车各处，为装配、维护带来很多不便。目前，对车舱、电池、电机、电控全部采用载冷剂进行液冷的热管理方式还未见到报道。

相应地，本领域需要一种新的电动汽车及其热管理系统来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种为了解决现有的电动汽车的空调系统在冬天制热时耗电量大，影响电动汽车续航里程，以及同时实现多个功能在一种模式下工作的情况的新能源汽车热管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案为

新能源汽车热管理系统，包括7个模块：冷热源模块、车内空调HVAC模块、电池冷却和加热模块、切换模块，电机电控冷却模块、车外换热器模块以及控制模块；所述冷热源模块、车内空调HVAC模块、电池冷却和加热模块、电机电控冷却模块和车外换热器模块由切换模块通过切换模块的载冷剂连接口进行连接，装配成一套热管理系统；控制模块对其它模块的设备进行运行控制。

进一步的，所述冷热源模块是一套制冷热泵机组，至少有制冷压缩机、冷凝器、回热器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器；

具体的，所述制冷压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接回热器的第一进口，回热器的第一出口连接干燥过滤器进口，干燥过滤器出口连接节流阀进口，节流阀出口连接蒸发器进口，蒸发器出口连接气液分离器进口，气液分离器出口连接回热器的第二进口，回热器的第二出口连接制冷压缩机进口；

冷热源模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件；

蒸发器的载冷剂侧进出口处有2个连接口，冷凝器的载冷剂侧进出口处有2个连接口；

制冷剂是R134a、CO₂或者其它冷媒中的其中的一种。

进一步的，所述内空调HVAC模块包括鼓风机、冷风芯体、暖风芯体、PTC加热器；鼓风机的出口处依次设有冷风芯体和暖风芯体，暖风芯体处还安装有PTC加热器；

所述内空调HVAC模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件；

所述冷风芯体的载冷剂侧进出口处有2个连接口，暖风芯体的载冷剂侧进出口处有2个连接口；

车内空调HVAC模块可以是1个或多个，多个时通过切换模块的载冷剂管路进行并联或串联连接。

进一步的，所述电池冷却和加热模块包括PTC加热器、电池冷板以及电池包，模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件；载冷剂管路进出口处有2个连接口。

进一步的，所述切换模块包括4个三通阀V1、V2、V3、V4，6个电磁阀S1-S6，2个电子水泵，连接管路，乙二醇水溶液载冷剂，膨胀水箱；

其中三通阀V1的a端口通过管路经过一个电子水泵和冷热源模块连接三通阀V2的a端口，其中三通阀V1的b端口通过管路并联电磁阀S2和电磁阀S3，三通阀V1的c端口通过管路并联电磁阀S4、三通阀V4的c端口、电磁阀S6以及电磁阀S3，电磁阀S6还串联有三通阀V3的a端口，三通阀V2的c端口连接电磁阀S1，三通阀V3的b端口并联有另一个电子水泵以及并联电磁阀S2；

切换模块为采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件，切换模块有多个载冷剂进出接口；阀门切换可实现12种工作模式。

进一步的，所述电机电控冷却模块包括电机和电控；电控至少包括逆变器、电压转换器；

所述电机电控冷却模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件；

电机电控冷却模块具有载冷剂的2个进出接口。电机和电控及其热交换器通过载冷剂管路可以是并联关系或串联关系。电机可以是多个，可以通过切换模块的载冷剂管路进行并联或串联连接。

进一步的，所述车外换热器模块包括风扇、换热器，模块为紧凑式结构；具有载冷剂的2个进出接口。

进一步的，所述控制模块包括电气设备、测量控制设备及控制软件等，模块为采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件。

进一步的，所述车内空调HVAC模块与电池冷却和加热模块之间也可以通过切换模块的载冷剂管路进行并联连接。

进一步的，本实用新型的新能源汽车热管理系统可以用于但不限于纯电动汽车，还可用于混合电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车，以及新能源客车、工程车等。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是为：

1、首次提出一种对车舱、电池、电机、电控全部采用载冷剂进行液冷的热管理系统。

2、模块化结构、集成式装配：每个模块的零部件进行紧凑式组装，形成一个紧凑、体积小、独立的箱体式结构设备，通过连接口与其它模块连接，集成一套热管理系统。

3、冷热源模块，车内空调HVAC模块，电池冷却和加热模块，切换模块，电机电控冷却模块和车外换热器模块具有多个不同数量的载冷剂管路进出接口。

4、冷热源模块、车内空调HVAC模块、电池冷却和加热模块、电机电控冷却模块和车外换热器模块由切换模块，通过模块的载冷剂连接口进行连接，装配成一套热管理液路系统。控制模块对其它模块的设备进行运行控制。

5、模块化设计的优点：布置灵活，安装、维护、更换方便快捷；每个模块可开发成系列，通过集成不同系列模块来匹配不同车型。利于产业化推广。

附图说明

图1为工作模式1时载冷剂的流动回路；

图2为工作模式2时载冷剂的流动回路；

图3为工作模式3时载冷剂的流动回路；

图4为工作模式4时载冷剂的流动回路；

图5为工作模式5时载冷剂的流动回路；

图6为工作模式6时载冷剂的流动回路；

图7为工作模式7时载冷剂的流动回路；

图8为工作模式8时载冷剂的流动回路；

图9为工作模式9时载冷剂的流动回路；

图10为工作模式10时载冷剂的流动回路；

图11为工作模式11时载冷剂的流动回路；

图12为工作模式12时载冷剂的流动回路；

图13为新能源汽车热管理系统中冷热源模块的系统图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

纯电动汽车由于没有发动机，汽车前部有更多空余空间。本实用新型提出把热管理系统划分成多个模块，每个模块都加工成紧凑式结构，形成一个独立箱体结构，通过载冷剂连接口把多个模块进行集成装配成一套热管理系统。各个模块可根据不同车型内的空间特点布置在不同位置，同时模块化结构具有安装、维护、更换方便快捷的优势。非常有利于产业化推广。

请参阅图1-13，新能源汽车热管理系统，包括7个模块：冷热源模块1、车内空调HVAC模块2、电池冷却和加热模块3、切换模块4，电机电控冷却模块5、车外换热器模块6以及控制模块7；所述冷热源模块1、车内空调HVAC模块2、电池冷却和加热模块3、电机电控冷却模块5和车外换热器模块6由切换模块4通过切换模块4的载冷剂连接口进行连接，装配成一套热管理系统；控制模块7对其它模块的设备进行运行控制。

其中，所述冷热源模块1是一套制冷热泵机组，至少有制冷压缩机、冷凝器、回热器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器；

冷热源模块1为紧凑式结构，可封装在一个箱体内；蒸发器的载冷剂侧进出口处有2个连接口，冷凝器的载冷剂侧进出口处有2个连接口；

制冷剂是R134a、CO₂或者其它冷媒中的其中的一种。

其中，所述内空调HVAC模块2包括鼓风机、冷风芯体、暖风芯体、PTC加热器；鼓风机的出口处依次设有冷风芯体和暖风芯体，暖风芯体处还安装有PTC加热器；

所述内空调HVAC模块2为紧凑式结构，可封装在一个箱体内；

车内空调HVAC模块2可以是1个或多个，多个时通过切换模块4的载冷剂管路进行并联或串联连接。

其中，所述电池冷却和加热模块3包括PTC加热器和电池冷板，模块为紧凑式结构，可封装在一个箱体内；载冷剂管路进出口处有2个连接口。

其中，切换模块4包括4个三通阀V1、V2、V3、V4，6个电磁阀S1-S6，2个电子水泵，连接管路，乙二醇水溶液载冷剂，膨胀水箱；其中三通阀V1的a端口通过管路经过一个电子水泵和冷热源模块1连接三通阀V2的a端口，其中三通阀V1的b端口通过管路并联电磁阀S2和电磁阀S3，三通阀V1的c端口通过管路并联电磁阀S4、三通阀V4的c端口、电磁阀S6以及电磁阀S3，电磁阀S6还串联有三通阀V3的a端口，三通阀V2的c端口连接电磁阀S1，三通阀V3的b端口并联有另一个电子水泵以及并联电磁阀S2；

切换模块4为紧凑式结构，可封装在一个箱体内，切换模块4有多个载冷剂进出接口；阀门切换可实现12种工作模式。

其中，电机电控冷却模块5包括电机和电控；电控至少包括逆变器、电压转换器；

其中，所述电机电控冷却模块5为紧凑式结构，可封装在一个箱体内；

电机电控冷却模块5具有载冷剂的2个进出接口。电机和电控及其热交换器通过载冷剂管路可以是并联关系或串联关系。电机可以是多个，可以通过切换模块4的载冷剂管路进行并联或串联连接。

其中，所述车外换热器模块6包括风扇、换热器，模块为紧凑式结构；具有载冷剂的2个进出接口。

其中，所述控制模块7包括电气设备、测量控制设备及控制软件等，模块为紧凑式结构，可封装在一个箱体内。

进一步的，所述车内空调HVAC模块2与电池冷却和加热模块3之间也可以通过切换模块4的载冷剂管路进行并联连接。

本实用新型的热管理系统可以用于但不限于纯电动汽车，还可用于混合电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车，以及新能源客车、工程车等。

本实用新型跟据不同室外环境和车辆运行状态，实现12种工作模式，满足新能源汽车对电池、电机、电控、车舱的热管理需求。具体功能介绍如下及表1：

工作模式1：冷热源模块1制冷热泵机组工作，实现夏季对模块2、3、5的冷却功能；

工作模式2：春秋季，冷热源模块1不需要工作，利用车外换热器把电池、电机电控产生的热量散发到环境中，节能；

工作模式3：电池慢充，冷热源模块1不需要工作，利用车外换热器把电池产生的热量散发到环境中，节能；

工作模式4：电池快充，电池发热量高，冷热源模块1工作提供冷量来冷却电池；

工作模式5：冷启动，在冬季电池需要预热，采用模块3的PTC进行加热；

工作模式6：除雾，模块2内冷风芯体和暖风芯体分别有冷、热液体载冷剂流动换热，空气先降温除湿再被加热，实现除雾功能；

工作模式7：冬季除霜，冷热源模块1不需要工作，回收电池、电机电控的热量，对车外换热器进行除霜；

工作模式8：冬季，环温较高时，冷热源模块1不需要工作，回收电池、电机电控的热量对车舱供暖，多余的热量经车外换热器散到环境中；

工作模式9：冬季，环温较低时，冷热源模块1不需要工作，回收电池、电机电控的热量对车舱供暖；

工作模式10：冬季，环温更低时，冷热源模块1不需要工作，回收电池、电机电控的热量对车舱供暖，并开启模块2的PTC进行辅助加热。

工作模式11：冬季，寒冷季节，车辆爬坡或高速时，电池发热量大，冷热源模块1工作来冷却电池，回收电机电控的热量对车舱供暖；

工作模式12：冬季，寒冷季节，车辆低速行驶时，电池发热量小、车舱采暖负荷大，冷热源模块1工作产生热量为车舱采暖，同时回收电机电控热量为车舱采暖，模块1的蒸发器产生的多余冷量由车外换热器散到环境中。

在上述工作模式2中，在春秋季节，把电池、电机和电控产生的热量通过车外换热器散到环境中，不需要开启冷热源模块，节约电能明显；

在冬季(模式8-12)的所有5个工作模式中，都回收电池、电机电控的热量对车舱供暖，减少能耗；

在12个工作模式中，冷热源模块1在6个工作模式中不需要启动，减少了全年工作时间，具有明显的节能效果；

在冷热源模块1模块工作的模式6、9、11、12中，冷热源产生的冷量和热量同时得到应用，能源利用效率高。

表1:12种工作模式下主要模块的工作状态

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims

1.新能源汽车热管理系统，其特征在于，包括7个模块：冷热源模块、车内空调HVAC模块、电池冷却和加热模块、切换模块，电机电控冷却模块、车外换热器模块以及控制模块；所述冷热源模块、车内空调HVAC模块、电池冷却和加热模块、电机电控冷却模块和车外换热器模块由切换模块通过切换模块的载冷剂连接口进行连接，装配成一套热管理系统；控制模块对其它模块的设备进行运行控制；

所述冷热源模块是一套制冷热泵机组，至少有制冷压缩机、冷凝器、回热器、干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器和气液分离器；

所述制冷压缩机出口连接冷凝器进口，冷凝器出口连接回热器的第一进口，回热器的第一出口连接干燥过滤器进口，干燥过滤器出口连接节流阀进口，节流阀出口连接蒸发器进口，蒸发器出口连接气液分离器进口，气液分离器出口连接回热器的第二进口，回热器的第二出口连接制冷压缩机进口；

制冷剂是CO₂、丙烷、R1234yf、R134a中的任何一种冷媒；

所述切换模块包括4个三通阀V1、V2、V3、V4，6个电磁阀S1-S6，2个电子水泵，连接管路，乙二醇水溶液载冷剂，膨胀水箱；

切换模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件，切换模块有多个载冷剂进出接口；阀门切换可实现12种工作模式。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述内空调HVAC模块包括鼓风机、冷风芯体、暖风芯体、PTC加热器；鼓风机的出口处依次设有冷风芯体和暖风芯体，暖风芯体处还安装有PTC加热器；

车内空调HVAC模块为1个或多个，多个时通过切换模块的载冷剂管路进行并联或串联连接。

3.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述电池冷却和加热模块包括PTC加热器、电池冷板以及电池包，模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件；载冷剂管路进出口处有2个连接口。

4.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述电机电控冷却模块包括电机和电控及其热交换器；电控至少包括逆变器、电压转换器；

电机电控冷却模块具有载冷剂的2个进出接口；电机和电控及其热交换器通过载冷剂管路是并联关系或串联关系；电机为多个，通过切换模块的载冷剂管路进行并联或串联连接。

5.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述车外换热器模块包括风扇、换热器，模块为紧凑式结构；具有载冷剂的2个进出接口。

6.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述控制模块包括电气设备、测量控制设备及控制软件，模块采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件。

7.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述车内空调HVAC模块与电池冷却和加热模块之间通过切换模块的载冷剂管路进行并联连接。

8.根据权利要求1所述的新能源汽车热管理系统，其特征在于，所述新能源汽车热管理系统用于纯电动汽车、混合电动汽车以及燃料电池汽车。