CN219191860U - 一种基于热泵的集成式热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车空调领域，特别是一种基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，包含热泵单元、电池热管理回路、乘员舱热管理回路、电机冷却回路、液压系统冷却回路。热泵单元通过制冷回路和制热回路上的热交换单元，与电池热管理回路、乘员舱热管理回路和电机冷却回路进行热量交换。乘员舱热管理回路与电池热管理回路还通过电磁三通阀连接。液压系统冷却回路与热泵单元共享散热单元。本实用新型利用电机冷却回路和液压系统冷却回路完成余热回收，扩大热泵低温‑30℃使用范围，可以大幅提高电动车的行驶里程。本实用新型通过集成多个热管理回路，提高热管理系统效率，提升热管理系统可靠性，降低热管理系统成本。

Description

一种基于热泵的集成式热管理系统

技术领域

本实用新型涉及汽车空调领域，特别是一种基于热泵的集成式热管理系统。

背景技术

在人类能源危机和环境危机的双重压力下, 高效环保型新能源电动车成为汽车行业的研究热点。其中，新能源电动车的主要热管理对象有电池包、乘员舱、驱动电机和其他散热元器件，在保证安全的前提下，尽可能的做到高效率、低成本已成为目前热管理行业重要的方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于热泵的集成式热管理系统和汽车控温方法，主要解决上述现有技术存在的问题，它可以提升现有新能源电动车可靠性，同时降低热管理系统成本，减小制热时对电动汽车续航里程的影响。

本实用新型提供的一种基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，包含热泵单元、电池热管理回路、乘员舱热管理回路、电机冷却回路、液压系统冷却回路；所述热泵单元通过制冷回路和制热回路上的热交换单元，与所述电池热管理回路、所述乘员舱热管理回路和电机冷却回路进行热量交换；所述乘员舱热管理回路与所述电池热管理回路还通过电磁三通阀连接；所述液压系统冷却回路与所述热泵单元共享散热单元。

进一步地，所述制冷回路依次连接室外换热器、电池电子膨胀阀、电池换热器、电磁热力膨胀阀、蒸发器、气液分离器、第二热泵温压传感器、电动压缩机和截止阀；所述制热回路依次连接所述室外换热器、余热换热器、制热电磁阀、所述气液分离器、所述第二热泵温压传感器、所述电动压缩机、热泵制热器、第一热泵温压传感器和热泵电子膨胀阀。

进一步地，所述电池热管理回路依次连接电池水泵、第二电池三通阀、电池换热器、电池水温传感器、电池包和电池膨胀水壶；其中，所述电池换热器作为所述电池热管理回路与所述制冷回路的所述热交换单元；所述电池热管理回路通过所述第二电池三通阀，连接到所述乘员舱热管理回路。

进一步地，所述乘员舱热管理回路依次连接空调水泵、空调暖风水箱、第一电池三通阀、第一水路单向阀、热泵制热器、第二水路单向阀、PTC和空调膨胀水壶；所述乘员舱热管理回路通过所述第一电池三通阀，连接到所述电池热管理回路；其中，所述热泵制热器作为所述乘员舱热管理回路与所述制热回路的所述热交换单元。

进一步地，所述电机冷却回路依次连接驱动电机散热器、第三水路单向阀、电机水温传感器、电机膨胀水壶、电机水泵、电机、电机三通阀和余热换热器；其中，所述余热换热器作为所述电机冷却回路与所述制热回路的所述热交换单元。

进一步地，所述液压系统冷却回路依次连接液压散热器、液压温度传感器和液压系统。

进一步地，所述制冷回路的所述蒸发器与所述乘员舱热管理回路的所述空调暖风水箱贴近安装，并在所述蒸发器或所述空调暖风水箱一侧设置鼓风机。

进一步地，在所述鼓风机的对侧设置乘员舱温度传感器。

进一步地，所述制热回路中的所述室外换热器、所述制冷回路中的所述室外换热器、所述电机冷却回路的所述驱动电机散热器或者所述液压系统冷却回路的所述液压散热器贴近安装，并在所述室外换热器、所述驱动电机散热器或者所述液压散热器一侧设置作为所述散热单元的散热风扇。

进一步地，在所述散热风扇的对侧设置环境温度传感器。

鉴于上述技术特征，本实用新型的基于热泵的集成式热管理系统具有如下优点：

1、本实用新型利用电机冷却回路和液压系统冷却回路完成余热回收，扩大热泵低温-30℃使用范围。据测试，同时达到同样的制热量，热泵系统消耗的能源仅为PTC电加热器的一半，可以大幅提高电动车的行驶里程。因此，扩大热泵的使用范围，对电动汽车的发展有重要意义。

2、本实用新型通过集成多个热管理回路，提高热管理系统效率，提升热管理系统可靠性，降低热管理系统成本。

附图说明

图1是本实用新型基于热泵的集成式热管理系统的一个较佳实施例的系统示意图；

图2是本实用新型基于热泵的集成式热管理系统的一个较佳实施例的管道连接图。

其中，100-热泵单元，200-电池热管理回路，300-乘员舱热管理回路，400-电机冷却回路，500-液压系统冷却回路；

101-室外换热器，102-电池电子膨胀阀，103-电池换热器，104-电磁热力膨胀阀，105-蒸发器，106-气液分离器，107-第二热泵温压传感器，108-电动压缩机，109-截止阀，110-余热换热器，111-制热电磁阀，112-热泵制热器，113-第一热泵温压传感器，114-热泵电子膨胀阀，115-散热风扇，116-环境温度传感器；

201-电池水泵，202-第二电池三通阀，203-电池水温传感器，204-电池包，205-电池膨胀水壶；

301-空调水泵，302-空调暖风水箱，303-第一电池三通阀，304-第一水路单向阀，305-第二水路单向阀，306-PTC，307-空调膨胀水壶,308-鼓风机，309-乘员舱温度传感器；

401-驱动电机散热器，402-第三水路单向阀，403-电机水温传感器，404-电机膨胀水壶，405-电机水泵，406-电机，407-电机三通阀；

501-液压散热器，502-液压温度传感器，503-液压系统。

实施方式

以下将结合附图说明本实用新型的具体实施例。

实施例

请参阅图1和图2，本实用新型公开了一种基于热泵的集成式热管理系统，它的一个较佳实施例，包含热泵单元100、电池热管理回路200、乘员舱热管理回路300、电机冷却回路400、液压系统冷却回路500。

热泵单元100为热管理系统的核心，它通过制冷回路和制热回路，提供制热和制冷两种工作模式。在制热模式下，热泵单元100从环境中获得热量，然后传递给其他回路。在制冷模式下，热泵单元100从其他回路获得热量，然后向环境中释放热量。热泵单元100利于串联在制热回路或者制冷回路上的热交换单元，与电池热管理回路200、乘员舱热管理回路300和电机冷却回路400进行热量交换。在制热模式下，乘员舱热管理回路300与电池热管理回路200还通过电磁三通阀直接连接，形成串联模式。液压系统冷却回路500相对独立，但是它和热泵单元100共享同一个散热单元。

热泵单元100工作在制冷模式的时候，制冷剂在电动压缩机108的驱动下，沿着制冷回路前进。制冷回路依次连接室外换热器101、电池电子膨胀阀102、电池换热器103、电磁热力膨胀阀104、蒸发器105、气液分离器106、第二热泵温压传感器107、电动压缩机108和截止阀109。此时，制冷剂在室外换热器101释放热量后，经电池电子膨胀阀102和电池换热器103从电池热管理回路200吸收来自电池包204的热量后，再通过电磁热力膨胀阀104和蒸发器105吸收乘员舱的热量，最后经过气液分离器106、第二热泵温压传感器107、电动压缩机108和截止阀109回到室外换热器101，完成制冷循环。

热泵单元100工作在制热模式的时候，制冷剂在电动压缩机108的驱动下，沿着制热回路前进。制热回路依次连接所述室外换热器101、余热换热器110、制热电磁阀111、气液分离器106、第二热泵温压传感器107、电动压缩机108、热泵制热器112、第一热泵温压传感器113和热泵电子膨胀阀114。此时，制冷剂在室外换热器101吸收热量后，经余热换热器110进一步吸收来自电机冷却回路400和液压系统冷却回路500的热量后，经制热电磁阀111、气液分离器106、第二热泵温压传感器107、电动压缩机108到达热泵制热器112。热泵制热器112作为热泵单元100与乘员舱热管理回路300的热交换单元，将热量从制热回路传递到乘员舱热管理回路300中。然后热量沿着由电磁三通阀串联的乘员舱热管理回路300和电池热管理回路200循环，在电池包204和乘员舱释放热量，完成制热循环。

电池热管理回路200中的循环介质为水，它包含独立的电池水泵201、第二电池三通阀202、电池换热器103、电池水温传感器203、电池包204和电池膨胀水壶205。在制冷模式下，电池水泵201驱动循环介质依次通过第二电池三通阀202到达电池换热器103。在电池换热器103中，循环水向热泵单元100的制冷回路释放热量后降温，降温后的水继续流经电池水温传感器203、电池包204和电池膨胀水壶205，并带走电池包204的热量，完成降温。在制热模式下，第二电池三通阀202和第一电池三通阀303均导通，从而接通电池热管理回路200和乘员舱热管理回路300。此时，来自乘员舱热管理回路300高温循环水，经第一电池三通阀303进入电池热管理回路200，在电池水泵201驱动下，依次流经电池水温传感器203、电池包204和电池膨胀水壶205，自第二电池三通阀202回到乘员舱热管理回路300，从而完成对电池包204的加热。

乘员舱热管理回路300用于对乘员舱进行加热,它依次连接空调水泵301、空调暖风水箱302、第一电池三通阀303、第一水路单向阀304、热泵制热器112、第二水路单向阀306、PTC306和空调膨胀水壶307。在加热模式下，热泵制热器112作为热交换单元，从热泵单元100的制热回路中获得热量，得到高循环水；高温循环水被乘员舱热管理回路300中的空调水泵301驱动，经第二水路单向阀306流过PTC306，被PTC306辅助加热后，经空调膨胀水壶307进入位于乘员舱中的空调暖风水箱302，向乘员舱释放热量。然后，高温循环水经第一电池三通阀303进入电池热管理回路200，为电池包204加热后，经第二电池三通阀202回到乘员舱热管理回路300，流经第一水路单向阀304后再次进入热泵制热器112吸收热量升温。

电机冷却回路400用于为电机406散热，它依次连接驱动电机散热器401、第三水路单向阀402、电机水温传感器403、电机膨胀水壶404、电机水泵405、电机406、电机三通阀407和余热换热器110。在电机水泵405的驱动下，循环水从电机406吸收热量，经电机三通阀407后分别进入余热换热器110和电机散热器401释放热量，并经过电机水温传感器403、电机膨胀水壶404回到电机水泵405。当热泵单元100处于加热模式的时候，电机三通阀407中连接余热换热器110分支导通，此时余热换热器110作为电机冷却回路400与制热回路的热交换单元，向制热回路释放来自电机406的热量，提升热泵单元100的效率。流经余热换热器110的热水经第三水路单向阀402返回电机冷却回路400的主回路。当热泵单元100处于制冷模式，或者根据电机水温传感器403的温度判断水温不足时，电机三通阀407中连接余热换热器110分支关闭，此时来自电机406的热量全部通过驱动电机散热器401向环境释放。

液压系统冷却回路500依次连接液压散热器501、液压温度传感器502和液压系统503，负责将液压系统503中的热量通过液压散热器501向环境释放。

在本实施例中，制冷回路中的蒸发器105与乘员舱热管理回路300中的空调暖风水箱302贴近安装，然后在蒸发器105以及空调暖风水箱302的一侧设置共用的鼓风机308。在鼓风机308的对侧设置多个乘员舱温度传感器309，用于监测乘员舱的温度。类似的，在制热回路和制冷回路共用一个室外换热器101。在室外换热器101、电机冷却回路400的驱动电机散热器401和液压系统冷却回路500的液压散热器503也贴近安装，并在室外换热器101、驱动电机散热器401和液压散热器503的一侧设置共享的散热风扇115，作为整个热管理系统的散热单元。在散热风扇115的对侧设置环境温度传感器116，用于监测环境温度。

综上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本实用新型的技术范畴。

Claims (10)

1.一种基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，包含热泵单元、电池热管理回路、乘员舱热管理回路、电机冷却回路、液压系统冷却回路；所述热泵单元通过制冷回路和制热回路上的热交换单元，与所述电池热管理回路、所述乘员舱热管理回路和电机冷却回路进行热量交换；所述乘员舱热管理回路与所述电池热管理回路还通过电磁三通阀连接；所述液压系统冷却回路与所述热泵单元共享散热单元。

2.如权利要求1所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述制冷回路依次连接室外换热器、电池电子膨胀阀、电池换热器、电磁热力膨胀阀、蒸发器、气液分离器、第二热泵温压传感器、电动压缩机和截止阀；所述制热回路依次连接所述室外换热器、余热换热器、制热电磁阀、所述气液分离器、所述第二热泵温压传感器、所述电动压缩机、热泵制热器、第一热泵温压传感器和热泵电子膨胀阀。

3.如权利要求1所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述电池热管理回路依次连接电池水泵、第二电池三通阀、电池换热器、电池水温传感器、电池包和电池膨胀水壶；其中，所述电池换热器作为所述电池热管理回路与所述制冷回路的所述热交换单元；所述电池热管理回路通过所述第二电池三通阀，连接到所述乘员舱热管理回路。

4.如权利要求2所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述乘员舱热管理回路依次连接空调水泵、空调暖风水箱、第一电池三通阀、第一水路单向阀、热泵制热器、第二水路单向阀、PTC和空调膨胀水壶；所述乘员舱热管理回路通过所述第一电池三通阀，连接到所述电池热管理回路；其中，所述热泵制热器作为所述乘员舱热管理回路与所述制热回路的所述热交换单元。

5.如权利要求2所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述电机冷却回路依次连接驱动电机散热器、第三水路单向阀、电机水温传感器、电机膨胀水壶、电机水泵、电机、电机三通阀和余热换热器；其中，所述余热换热器作为所述电机冷却回路与所述制热回路的所述热交换单元。

6.如权利要求5所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述液压系统冷却回路依次连接液压散热器、液压温度传感器和液压系统。

7.如权利要求4所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述制冷回路的所述蒸发器与所述乘员舱热管理回路的所述空调暖风水箱贴近安装，并在所述蒸发器或所述空调暖风水箱一侧设置鼓风机。

8.如权利要求7所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，在所述鼓风机的对侧设置乘员舱温度传感器。

9.如权利要求6所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，所述制热回路中的所述室外换热器、所述制冷回路中的所述室外换热器、所述电机冷却回路的所述驱动电机散热器或者所述液压系统冷却回路的所述液压散热器贴近安装，并在所述室外换热器、所述驱动电机散热器或者所述液压散热器一侧设置作为所述散热单元的散热风扇。

10.如权利要求9所述的基于热泵的集成式热管理系统，其特征在于，在所述散热风扇的对侧设置环境温度传感器。

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