CN220009382U - 热管理系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及热管理领域，尤其涉及一种热管理系统及车辆。该热管理系统包括热泵热管理回路；热泵热管理回路包括斯特林热泵、电池模块、空调模块和电驱模块，斯特林热泵具有冷端和热端，斯特林热泵的冷端上连通有冷端多通阀，斯特林热泵的热端上连通有热端多通阀；斯特林热泵通过冷端多通阀和热端多通阀分别与电池模块、空调模块和电驱模块连通。该系统实现了整车热管理的高效集成，通过将电池模块、空调模块和电驱模块与斯特林热泵直接连通，简化了管路结构，降低了空间占用率，节约了成本和资源，提升了能效比。由于该热管理系统具有集成度高，节约空间和成本的优点，因此该车辆在相应方面也具有较好的质量品质。

Description

热管理系统及车辆

技术领域

本公开涉及热管理技术领域，尤其涉及一种热管理系统及车辆。

背景技术

车辆热管理系统不仅需要满足乘员舱的舒适性，还需要控制电池、电机等部件在合适的温度范围工作。目前的蒸汽压缩式热泵系统，需利用膨胀阀、开关阀等零部件的切换实现制冷和泵热的模式切换，完成车辆的制冷、除湿、采暖等功能。现有的车辆热管理系统中系统结构复杂，管路连接较多，空间占用率高，浪费成本和资源，且能效比低。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种热管理系统及车辆。

本公开一方面提供了一种热管理系统，包括：热泵热管理回路；

所述热管理回路包括斯特林热泵、电池模块、空调模块和电驱模块，所述斯特林热泵具有冷端和热端，所述斯特林热泵的冷端上连通有冷端多通阀，所述斯特林热泵的热端上连通有热端多通阀；所述斯特林热泵通过所述冷端多通阀和所述热端多通阀分别与所述电池模块、所述空调模块和所述电驱模块连通。

可选地，所述电驱模块具有热端，所述电驱模块的热端与所述热泵的冷端连通。

可选地，还包括电驱热管理回路，所述电驱热管理回路包括连通在所述电驱模块的热端的电机多通阀，所述电驱模块的热端通过所述电机多通阀分别与所述热泵的冷端、所述电池模块、所述空调模块和所述电驱模块连通。

可选地，所述电驱热管理回路还包括室外换热器，所述室外换热器通过所述电机多通阀接入所述电驱热管理回路中。

可选地，所述斯特林热泵、所述电池模块、所述空调模块、所述电驱模块和所述室外换热器均通过管路连通，所述管路充有冷却液，通过所述冷端多通阀、所述热端多通阀和所述电机多通阀控制所述管路连通或断开。

可选地，所述电驱模块的热端、所述斯特林热泵的热端和冷端分别设置有用于控制冷却剂流速的电机水泵、加热通路水泵和冷却通路水泵。

可选地，所述空调模块包括冷风芯体和暖风芯体，所述冷风芯体与所述斯特林热泵的冷端、所述冷端多通阀和所述冷却通路水泵连通形成适于对乘员舱制冷的冷却回路；所述暖风芯体与所述斯特林热泵的热端、所述热端多通阀、所述加热通路水泵组成热泵形成适于对乘员舱制热的加热回路。

可选地，所述斯特林热泵为自由活塞式斯特林热泵。

可选地，所述空调模块的数量为多个，多个所述空调模块并联接入所述热泵热管理回路。

本公开实施例提供的热管理系统，通过在热泵热管理回路中设置具有冷端和热端的斯特林热泵，使热泵热管理回路中电池模块、空调模块和电驱模块能够分别与斯特林热泵的冷端和热端连通，提高了热泵热管理回路的集成度；通过在斯特林热泵的冷端上设置冷端多通阀，通过在斯特林热泵的热端上设置热端多通阀，能够简化系统结构实现电池模块、空调模块和电驱模块在热泵热管理回路中的并联。该热管理系统实现了整车热管理的高效集成，通过将电池模块、空调模块和电驱模块与斯特林热泵直接连通，简化了管路结构，降低了空间占用率，节约了成本和资源，提升了能效比。

本公开另一方面提供了一种车辆，包括上述的热管理系统。

本公开提供的车辆，包括上述的热管理系统，由于该热管理系统具有集成度高，节约空间和成本的优点，因此该车辆在相应方面也具有较好的质量品质。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述热管理系统的结构示意图；

图2为本公开实施例所述具有多个空调模块的热管理系统的结构示意图；

图3为本公开实施例所述自由活塞式斯特林热泵。

附图标记：

1、低温换热器；2、回热器；3、高温换热器；4、线圈；5、外定子；6、背腔；7、动力活塞；8、内定子；9、永磁体；10、压缩腔；11、调相器；12、膨胀腔；13、斯特林热泵；14、室外换热器；15、空调模块；151、鼓风机；152、冷风芯体；153、暖风芯体；16、电机水泵；17、冷却通路水泵；18、加热通路水泵；19、电机多通阀；20、冷端多通阀；21、热端多通阀；22、电驱模块；23、电池模块；24、冷端五通阀；25、热端五通阀；26、第二空调模块；261、第二鼓风机；262、第二冷风芯体；263、第二暖风芯体；27、第一空调模块；271、第一鼓风机；272、第一冷风芯体；273、第一暖风芯体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本公开实施例提供了一种热管理系统，包括：热泵热管理回路；热管理回路包括斯特林热泵13、电池模块23、空调模块15和电驱模块22，斯特林热泵13具有冷端和热端，斯特林热泵13的冷端上连通有冷端多通阀20，斯特林热泵13的热端上连通有热端多通阀21；斯特林热泵13通过冷端多通阀20和热端多通阀21分别与电池模块23、空调模块15和电驱模块22连通。

应当理解的是，热端多通阀21用来分配斯特林热泵13的热端输出的泵热量，从而通过空调模块15实现乘员舱的采暖，以及实现电池模块23加热的功能，并且通过热端多通阀21的比例调节可根据需求同时实现乘员舱采暖和加热电池模块23的功能；冷端多通阀20用来控制斯特林热泵13的冷端输出的制冷量，可通过空调模块15实现乘员舱制冷，以及实现电池模块23制冷的功能，也可通过该多通阀的比例调节实现乘员舱的制冷和对电池模块23的制冷。

该热管理系统，通过在热泵热管理回路中设置具有冷端和热端的斯特林热泵13，使热泵热管理回路中电池模块23、空调模块15和电驱模块22能够分别与斯特林热泵13的冷端和热端连通，提高了热泵热管理回路的集成度；通过在斯特林热泵13的冷端上设置冷端多通阀20，通过在斯特林热泵13的热端上设置热端多通阀21，能够简化系统结构实现电池模块23、空调模块15和电驱模块22在热泵热管理回路中的并联。该热管理系统实现了整车热管理的高效集成，通过将电池模块23、空调模块15和电驱模块22与斯特林热泵13直接连通，简化了管路结构，降低了空间占用率，节约了成本和资源，提升了能效比。

在一些实施例中，电驱模块22具有热端，电驱模块22的热端与热泵的冷端连通，具体地，电驱模块22的热端电驱模块输出热量的端口或接口，特林热泵产生的冷量能够对电驱模块22进行冷却，上述的通路同样通过冷端多通阀20进行控制和连通。

进一步地，热管理系统还包括电驱热管理回路，电驱热管理回路包括连通在电驱模块22的热端的电机多通阀19，电驱模块22的热端通过电机多通阀19分别与热泵的冷端、电池模块23、空调模块15和电驱模块22连通。详细来说，电驱模块22能够在运转过程中产生大量的热量，上述的热量能够通过电驱模块22的热端输出，可以用于电池模块23的加热，也可以引入空调模块15用于乘员舱的采暖；另外，当乘员舱或者电池模块23需要采暖时，由于斯特林热泵13的低温换热器1可以利用温度更高的电驱热管理回路的热量，提升低温换热器1的吸热温度，降低斯特林热泵13的泵热温差，进而提升斯特林热泵13系统的能效比，提高整个热管理系统的能效，同时，该模式也可利用斯特林热泵13产生的冷量为电驱系统提供更好的冷却效果。

在上述实施例中，电驱热管理回路还包括室外换热器14，室外换热器14通过电机多通阀19接入电驱热管理回路中，通过室外换热器14可以实现电驱模块22与外界的环境的散热，同时，通过将室外换热器14接入电驱热管理回路，能够实现车辆的热管理系统与外界环境的热量交换。

进一步地，斯特林热泵13、电池模块23、空调模块15、电驱模块22和室外换热器14均通过管路连通，管路充有冷却液，上述的冷却液可以是酒精型冷却液、甘油型冷却液、乙二醇型冷却液等，具体可以是通过冷端多通阀20、热端多通阀21和电机多通阀19控制管路的连通或断开控制斯特林热泵13、电池模块23、空调模块15、电驱模块22和室外换热器14之间的热能流通，实现整车不同模块之间热量的高效利用。

更具体地，电驱模块22的热端、斯特林热泵13的热端和冷端分别设置有用于控制冷却剂流速的电机水泵16、加热通路水泵18和冷却通路水泵17，上述的电机水泵16、加热通路水泵18和冷却通路水泵17能够分别对流出电驱模块22的热端、斯特林热泵13的热端和冷端的冷却剂进行增压，从而通过控制冷却剂的流速调整冷却或加热的温度。

更详细地，空调模块15包括冷风芯体152和暖风芯体153，冷风芯体152和暖风芯体153分别并联接入热泵热管理回路和电驱热管理回路，另外空调模块15还包括鼓风机151；当乘员舱需要制冷时，热管理系统将斯特林热泵13内产生的冷量导入冷风芯体152，使冷风芯体152温度降低，并通过鼓风机151将冷风吹入乘员仓，从而降低乘员舱温度；当乘员舱需要采暖时，热管理系统将斯特林热泵13和/或电驱模块22内产生的热量导入热风芯体，使热风芯体温度升高，并通过鼓风机151将热风吹入乘员仓，从而提升乘员舱温度。示例性地，冷风芯体152与斯特林热泵13的冷端、冷端多通阀20和冷却通路水泵17连通形成适于对乘员舱制冷的冷却回路；暖风芯体153与斯特林热泵13的热端、热端多通阀21、加热通路水泵18组成热泵形成适于对乘员舱制热的加热回路。

下面结合一个具体实施例对上述方案的控制方式进行说明：

如图1所示，具体地，冷端多通阀20为冷端四通阀，冷端四通阀的四个阀口分别是阀口20-1、阀口20-2、阀口20-3、阀口20-4；阀口20-1与斯特林热泵13的冷端连通，阀口20-2与冷风芯体152连通，阀口20-3与电池模块23连通，阀口20-4与电驱模块22连通。

热端多通阀21为热端四通阀，热端四通阀的四个阀口分别是阀口21-1、阀口21-2、阀口21-3、阀口21-4；阀口21-1与斯特林热泵13的热端连通，阀口21-2与热风芯体连通，阀口21-3与电池模块23连通，阀口21-4与室外换热器14连通。

电机多通阀19为电机五通阀，电机五通阀的五个阀口分别是阀口19-1、阀口19-2、阀口19-3、阀口19-4、阀口19-5；阀口19-1与电驱模块22的热端连通，阀口19-2与电池模块23连通，阀口19-3与热风芯体连通，阀口19-4与室外换热器14连通，阀口19-5与斯特林热泵13的冷端连通。

当乘员舱制冷时阀口20-2打开，阀口21-4打开和/或阀口21-3打开；当乘员舱采暖时阀口21-2和/或阀口19-3打开，阀口20-4打开和/或阀口20-3打开；当电池模块23需要冷却时阀口20-3打开；当电池模块23需要加热时阀口21-3和/或阀口19-2打开；当电驱模块22需要冷却时阀口19-4和/或阀口19-5打开，其中，当阀口19-5打卡打开时还能够降低斯特林热泵13的泵热温差有利于提升能效比；当乘员舱除湿时阀口21-2打开，同时阀口19-4或19-5打开。上述的各种模式可在实际使用过程中灵活组合。

如图3所示，斯特林热泵13为自由活塞式斯特林热泵13。具体而言，自由活塞式斯特林热泵13包括直线压缩机和热泵，其中直线压缩机包括线圈4、外定子5、动力活塞7、内定子8和永磁体9，热泵包括低温换热器1、回热器2、高温换热器3和调相器11；其工作原理为：直线压缩机通过往复运动产生声波形式的机械功也可称为声功，声功依次进入高温换热器3、回热器2和低温换热器1，在回热器2中，由于回热器2两端存在温度梯度，声功在其中产生声致热效应，将低温换热器1的热量搬运到高温换热器3中，实现泵热功能。剩余的声功进入膨胀腔12内由调相器11回收流入压缩腔10内，与压缩机产生的声功汇合再次进入回热器2中进行上述泵热循环。此外，整个系统内无需润滑油进行密封、润滑，背腔6与压缩腔10之间采用气体间隙密封技术，降低压缩腔10内的声功损耗，提高效率；自由活塞斯特林热泵的运动部件采用气体轴承对其进行支撑，消除机械磨损，系统可靠性高，可在生命周期内实现无维护运行。根据工作原理可知，自由活塞式斯特林热泵13在能量的传输过程中不涉及工质相变，该系统内部工质可根据系统设计灵活选择氦气、氩气、氮气、CO2等，因此具有非常广的工作温区，此外，自由活塞式斯特林热泵13结构紧凑、构造简单，可通过提高系统压力方便的提升系统比功率。此外，整个机构内无需润滑油，采用气体轴承对自由活塞式斯特林热泵13的运动部件进行支撑，消除机械磨损，系统可靠性高，可在生命周期内实现无维护运行。

如图2所示，空调模块的数量为多个，多个空调模块并联接入热泵热管理回路。具体地，热管理系统中只有一个空调模块适用于较小的车型，在一些空间较大的车型中，为了降低风道损失以及提高整车舒适性，可以设置多个空调模块。示例性的，图2所示的实施例提供了一种具有两个空调模块的自由活塞式斯特林热泵13系统的热管理结构图。将实施例中的冷端多通阀20和热端多通阀21分别采用的冷端五通阀24和热端五通阀25。通过对冷端五通阀24和热端五通阀25的比例调节，可以分别对第一空调模块27和第二空调模块26的出风温度进行精确控制。该热管理系统中第一空调模块27中的第一鼓风机271、第一冷风芯体272和第一暖风芯体273，以及第二空调模块26中的第二鼓风机261、第二冷风芯体262、第二暖风芯体263可分别进行独立调节，对于车内多温区的控制该系统具有先天的高效性，可以同时利用自由活塞式斯特林热泵13在运行过程中同时产生的制冷量和制热量。

本公开实施例还提供了一种车辆，包括如上述任一实施例的热管理系统。因而具有上述任一实施例的热管理系统的有益效果，在此不再赘述。

综上，基于斯特林热泵13的热管理系统，大幅的减少了热管理系统部件，降低成本，提升整个系统的集成度和可靠性。该热管理系统实现了全车的能量交互，高效利用整车余热，降低热管理系统能耗，提升电动车续航里程。此外，不同于目前常用的蒸汽压缩式系统，该热管理系统可采用氦气、氮气等工质，工作温区广且绿色环保。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种热管理系统，其特征在于，包括：热泵热管理回路；

所述热泵热管理回路包括斯特林热泵、电池模块、空调模块和电驱模块，所述斯特林热泵具有冷端和热端，所述斯特林热泵的冷端上连通有冷端多通阀，所述斯特林热泵的热端上连通有热端多通阀；所述斯特林热泵通过所述冷端多通阀和所述热端多通阀分别与所述电池模块、所述空调模块和所述电驱模块连通；

所述电驱模块具有热端，所述电驱模块的热端与所述热泵的冷端连通；

还包括电驱热管理回路，所述电驱热管理回路包括连通在所述电驱模块的热端的电机多通阀，所述电驱模块的热端通过所述电机多通阀分别与所述热泵的冷端、所述电池模块、所述空调模块和所述电驱模块连通。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述电驱热管理回路还包括室外换热器，所述室外换热器通过所述电机多通阀接入所述电驱热管理回路中。

3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述斯特林热泵、所述电池模块、所述空调模块、所述电驱模块和所述室外换热器均通过管路连通，所述管路内充有冷却液，通过所述冷端多通阀、所述热端多通阀和所述电机多通阀控制所述管路连通或断开。

4.根据权利要求3所述的热管理系统，其特征在于，所述电驱模块的热端、所述斯特林热泵的热端和冷端分别设置有用于控制冷却剂流速的电机水泵、加热通路水泵和冷却通路水泵。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，所述空调模块包括冷风芯体和暖风芯体，所述冷风芯体与所述斯特林热泵的冷端、所述冷端多通阀和所述冷却通路水泵连通形成适于对乘员舱制冷的冷却回路；所述暖风芯体与所述斯特林热泵的热端、所述热端多通阀、所述加热通路水泵组成热泵形成适于对乘员舱制热的加热回路。

6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述斯特林热泵为自由活塞式斯特林热泵。

7.根据权利要求1至6任一项所述的热管理系统，其特征在于，所述空调模块的数量为多个，多个所述空调模块并联接入所述热泵热管理回路。

8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的热管理系统。