CN220429896U - 一种耦合快充充电站及整车的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，涉及新能源汽车快充技术领域。本实用新型包括整车热管理系统、充电站热管理系统和换热设备，换热设备设置在车辆上，充电站热管理系统包括第一循环单元和第二循环单元，第一循环单元由依次连接并形成第一载冷/载热介质循环回路的第一压缩机、冷凝器、第一节流机构和第一蒸发器组成。本实用新型通过新增的换热设备、配合由入流管路和回流管路组成的充电枪水回路，再通过快插接头可实现充电站热管理系统和整车热管理系统之间的能量交换，通过联合可实现多种模式下的冷却或加热，利于快充过程中的温度控制或者热量调节，两者配合避免各自单一使用造成冷却资源过剩或不足的问题。

Description

一种耦合快充充电站及整车的热管理系统

技术领域

本实用新型属于新能源汽车快充技术领域，特别是涉及一种耦合快充充电站及整车的热管理系统。

背景技术

目前，随着新能源汽车技术的快速发展，新能源汽车的保有量不断增加，用户对新能源汽车充电效率的要求越来越高，电池快充技术需求日益迫切，但由于受整车热管理和快充充电设备热管理两大难题的制约，目前新能源汽车的快充技术并未大规模普及应用。

当充电桩对新能源汽车电池进行快速充电时，相比普通慢速充电，电池产生的热量会几何倍数增加，对于电池来说，高密度的热量积聚会加速电池老化，因此，快充过程中的电池冷却问题成为阻挡电池充电速度的主要因素。

在快充过程中，会产生很大的电流从而产生较多热量，两大系统(充电站热管理系统、整车热管理系统)各自进行冷却，其中充电站热管理系统仅仅冷却充电枪和电缆则有些浪费冷却资源，而整车热管理系统在充电时由于散热能力有限，并不能满足快充过程中对电池降温的要求，若是单独提高整车热管理系统的制冷性能(各个子部件均相应变大)，会出现占空间、成本高、重量大、利用率少(只适用于自己的车)以及用户体验差等缺陷。

若是将充电站热管理系统和整车热管理系统进行联合能量交换，则可避免充电站冷却过剩和整车冷却效果不足的问题，因此设计出两者联合的热管理系统是本领域工作人员需要解决的问题。

不仅如此，在电池温度过低时，电池的充电速度也会受到影响而降低，而现有的充电站热管理系统和整车热管理系统中加热性能有限，则在低温环境的温度影响下无法达到正常充电效果和效率，更无法满足快充标准，严重影响客户体验，因此设计出具备主动加热功能的冷却系统是本领域工作人员需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，通过新增的换热设备、配合由入流管路和回流管路组成的充电枪水回路，通过快插接头可实现充电站热管理系统和整车热管理系统之间的能量交换，通过联合可实现多种模式下的冷却或加热，利于快充过程中的温度控制或者热量调节，两者配合避免各自单一使用造成冷却资源过剩或不足的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，包括整车热管理系统、充电站热管理系统和换热设备，所述换热设备设置在车辆上；

所述充电站热管理系统包括第一循环单元和第二循环单元；

所述第一循环单元由依次连接并形成第一载冷/载热介质循环回路的第一压缩机、冷凝器、第一节流机构和第一蒸发器组成；

所述第二循环单元包括管路连接件、散热器、加热器、第一水泵和充电枪水回路；

所述第一水泵的出口端和第一蒸发器的第二载冷/载热介质入口端均连接有主管，所述管路连接件、散热器和加热器依次并联连接在两主管之间；

所述充电枪水回路包括入流管路和回流管路，所述入流管路的入口与第一蒸发器的第二载冷/载热介质出口端连接，所述回流管路的出口与第一水泵的入口连接；

所述入流管路的出口和回流管路的入口通过快插接头分别连接有一组联接管，两所述联接管分别与换热设备的第一载冷/载热介质的入口和出口连接，所述联接管和快插接头的连接点设置在车辆充电口的位置；

所述整车热管理系统包括第三循环单元和第四循环单元；

所述第三循环单元包括电池冷却器、第二水泵和动力电池回路；

所述动力电池回路、换热设备的第二载冷/载热介质循环回路、电池冷却器的第一载冷/载热介质循环回路和第二水泵依次连接并形成循环回路，所述电池冷却器的第二载冷/载热介质循环回路与第四循环单元连接；

所述换热设备和电池冷却器之间的管路上通过第三三通阀设有连接管，所述连接管另一端连接在第二水泵和电池冷却器之间，所述连接管上设有PTC加热器。

进一步地，所述第四循环单元包括依次连接且形成循环回路的气液分离器、第二压缩机、内部冷凝器、并联管、外部冷凝器和第二蒸发器，所述并联管的两个管体上分别设有第一截止阀和第二节流机构，所述外部冷凝器和第二蒸发器之间的管路上设有第一外接管，所述第一外接管另一端与电池冷却器的第二载冷/载热介质的入口端连接，所述电池冷却器的第二载冷/载热介质的出口端与第二蒸发器和气液分离器之间的管路连接。

进一步地，所述外部冷凝器和电池冷却器之间的管路上连接有第二外接管，所述第二外接管另一端与气液分离器和第二蒸发器之间的管路连接，所述第二外接管上设有第二截止阀。

进一步地，所述第一外接管上设有第三节流机构，所述外部冷凝器和第二蒸发器之间的管路上设有第四节流机构，所述第四节流机构位于第一外接管的后置位置。

进一步地，所述加热器、散热器和第一水泵上的主管之间设有第一三通阀，所述管路连接件连接在主管上且连接点位于第一三通阀和第一水泵之间。

进一步地，所述第一蒸发器和加热器之间的主管上连接有第二三通阀，所述管路连接件端部与第二三通阀的另一接口连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过新增的换热设备、配合由入流管路和回流管路组成的充电枪水回路，通过快插接头可实现充电站热管理系统和整车热管理系统之间的能量交换，通过联合可实现多种模式下的冷却或加热，供冷范围较大，利于快充过程中的温度控制或者热量调节，提高充电效率的同时保证充电枪、线缆以及电池的使用寿命，两者配合避免各自单一使用造成冷却资源过剩或不足的问题，解决了由于制冷需求过大造成后续汽车冷却系统功率要求较高的问题，减少了空间和重量的占用并降低了成本。

2、本实用新型通过快插接头实现入流管路和回流管路与换热设备之间的连接，在充电枪耦合时可实现充电枪水回路和换热设备之间的连接，利于工作人员的操作。

3、本实用新型通过在第二循环单元和第三循环单元中设置加热器，可对回路中的介质进行加热操作，能够用于低温环境下的主动加热，避免温度较低造成充电效率较低的问题。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统的系统原理框图；

图2为冷却模式1时的系统原理框图；

图3为冷却模式2时的系统原理框图；

图4为冷却模式3时的系统原理框图；

图5为加热模式1时的系统原理框图；

图6为加热模式2时的系统原理框图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-第一循环单元，2-管路连接件，3-散热器，4-加热器，5-第一水泵，6-充电枪水回路，7-电池冷却器，8-第二水泵，9-换热设备，10-动力电池回路，11-连接管，12-PTC加热器，13-气液分离器，14-第二压缩机，15-内部冷凝器，16-外部冷凝器，17-第二蒸发器，18-第一截止阀，19-第二节流机构，20-第一外接管，21-第二外接管，22-第二截止阀，23-第三节流机构，24-第四节流机构，25-联接管，26-第三三通阀，101-第一压缩机，102-冷凝器，103-第一节流机构，104-第一蒸发器，105-主管，106-第一三通阀，107-第二三通阀，601-入流管路，602-回流管路。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1所示，本实用新型为一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，包括整车热管理系统、充电站热管理系统和换热设备9，所述换热设备9设置在车辆上；

所述充电站热管理系统包括第一循环单元1和第二循环单元；

所述第一循环单元1由依次连接并形成第一载冷/载热介质循环回路的第一压缩机101、冷凝器102、第一节流机构103和第一蒸发器104组成；

所述第二循环单元包括管路连接件2、散热器3、加热器4、第一水泵5和充电枪水回路6；

所述第一水泵5的出口端和第一蒸发器104的第二载冷/载热介质入口端均连接有主管105，所述管路连接件2、散热器3和加热器4依次并联连接在两主管105之间；

所述充电枪水回路6包括入流管路601和回流管路602，所述入流管路601的入口与第一蒸发器104的第二载冷/载热介质出口端连接，所述回流管路602的出口与第一水泵5的入口连接；

所述入流管路601的出口和回流管路602的入口通过快插接头分别连接有一组联接管25，两所述联接管25分别与换热设备9的第一载冷/载热介质的入口和出口连接，所述联接管25和快插接头的连接点设置在车辆充电口的位置；

所述整车热管理系统包括第三循环单元和第四循环单元；

所述第三循环单元包括电池冷却器7、第二水泵8和动力电池回路10；

所述动力电池回路10、换热设备9的第二载冷/载热介质循环回路、电池冷却器7的第一载冷/载热介质循环回路和第二水泵8依次连接并形成循环回路，所述电池冷却器7的第二载冷/载热介质循环回路与第四循环单元连接；

所述换热设备9和电池冷却器7之间的管路上通过第三三通阀26设有连接管11，所述连接管11另一端连接在第二水泵8和电池冷却器7之间，所述连接管11上设有PTC加热器12。

其中如图1所示，所述第四循环单元包括依次连接且形成循环回路的气液分离器13、第二压缩机14、内部冷凝器15、并联管、外部冷凝器16和第二蒸发器17，所述并联管的两个管体上分别设有第一截止阀18和第二节流机构19，所述外部冷凝器16和第二蒸发器17之间的管路上设有第一外接管20，所述第一外接管20另一端与电池冷却器7的第二载冷/载热介质的入口端连接，所述电池冷却器7的第二载冷/载热介质的出口端与第二蒸发器17和气液分离器13之间的管路连接。

其中如图1所示，所述外部冷凝器16和电池冷却器7之间的管路上连接有第二外接管21，所述第二外接管21另一端与气液分离器13和第二蒸发器17之间的管路连接，所述第二外接管21上设有第二截止阀22。

其中如图1所示，所述第一外接管20上设有第三节流机构23，所述外部冷凝器16和第二蒸发器17之间的管路上设有第四节流机构24，所述第四节流机构24位于第一外接管20的后置位置。

其中如图1所示，所述加热器4、散热器3和第一水泵5上的主管105之间设有第一三通阀106，所述管路连接件2连接在主管105上且连接点位于第一三通阀106和第一水泵5之间。

其中如图1所示，所述第一蒸发器104和加热器4之间的主管105上连接有第二三通阀107，所述管路连接件2端部与第二三通阀107的另一接口连接

其中，针对整车热管理系统，其中的内部冷凝器15和第二蒸发器17安装于空调箱中。

其中，整车热管理系统的应用如下：

(1)、电池制冷循环：开启第一截止阀18，关闭第二截止阀22和第四节流机构24，第二压缩机14排出高温高压气态冷媒，经过空调箱中的内部冷凝器15和第一截止阀18并进入外部冷凝器16变为高压液态冷媒，经过第三节流机构23节流后变为低温低压两相态冷媒后进入电池冷却器7中，电池冷却器7中排出的冷媒转至第二蒸发器17，第二蒸发器17中吸热蒸发，变为高干度低压气态冷媒，经过气液分离器13后进入第二压缩机14完成一个循环，其中，在电池冷却器7中，低温低压低干度的冷媒蒸发吸热，降低电池端冷却液温度，低温水再经过电池水路循环进入电池，达到冷却电池的目的。

(2)、客舱制冷循环：第二压缩机14排出高温高压气态冷媒，经过空调箱中的内部冷凝器15和第一截止阀18并进入外部冷凝器16变为高压液态冷媒，经过第四节流机构24节流后变成低温低压两相态冷媒，直接进入空调箱第二蒸发器17中，不经过电池冷却器7，蒸发吸热蒸发进行冷却，同时变成高干度低压气态冷媒，经过气液分离器13后进入第二压缩机14完成一个循环。

(3)、热泵制热循环：开启第二截止阀22，关闭第一截止阀18、第四节流机构24和第三节流机构23，第二压缩机14出口高温高压气态冷媒，经过空调箱中内部冷凝器15变成高压液态冷媒，经第二节流机构19节流变成低温低压两相态冷媒，进入外部冷凝器16，外部冷凝器16作为换热器，蒸发吸热变成高干度低压气态冷媒后经过气液分离器13进入第二压缩机14完成一个循环。

本实用新型的工作原理为：

主要分为四个循环单元，第一循环单元1是用于第二循环单元内工质的制冷或制热，第四循环单元是用于第三循环单元内工质的制冷或制热，第三循环单元是对动力电池的冷却，循环通路由第二水泵8、动力电池回路10、换热设备9和电池冷却器7组成，第二循环单元是对充电枪和充电线缆的冷却，循环通路由第一蒸发器104、散热器3、第一水泵5和充电枪水回路6组成，最后通过快插接头和换热设备9实现第三循环单元和第二循环单元之间中工质的能量交换。

其中如图2-6所示，图中虚线代表无介质流动的位置，实线部分代表有介质流动的位置，可根据使用工况分为多种模式，举例出以下几个模式，其原理分别为：

1、如图2所示，处于冷却模式1，针对环温相对不高的情况，无需通过第四循环单元以及充电站中第一循环单元1的介入，温度完全通过散热器3散出。

2、如图3所示，处于冷却模式2，针对环温相对较高或电车散热量较大的情况，无需第四循环单元的介入，但是需要充电站中第一循环单元1的介入，温度由第一循环单元1散出。

3、如图4所示，处于冷却模式3，针对环温较高或电车冷量需求较大的情况，需要第四循环单元和第一循环单元1的同时介入。

4、如图5所示，处于加热模式1，针对环温相对较低，需要加热然而温度需求不高时的情况，通过加热器4对介质主动加热进行导热。

5、如图6所示，处于加热模式2，针对环温非常低的情况，通过加热器4和PTC加热器12的共同主动加热进行导热。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于：包括整车热管理系统、充电站热管理系统和换热设备(9)，所述换热设备(9)设置在车辆上；

所述充电站热管理系统包括第一循环单元(1)和第二循环单元；

所述第一循环单元(1)由依次连接并形成第一载冷/载热介质循环回路的第一压缩机(101)、冷凝器(102)、第一节流机构(103)和第一蒸发器(104)组成；

所述第二循环单元包括管路连接件(2)、散热器(3)、加热器(4)、第一水泵(5)和充电枪水回路(6)；

所述第一水泵(5)的出口端和第一蒸发器(104)的第二载冷/载热介质入口端均连接有主管(105)，所述管路连接件(2)、散热器(3)和加热器(4)依次并联连接在两主管(105)之间；

所述充电枪水回路(6)包括入流管路(601)和回流管路(602)，所述入流管路(601)的入口与第一蒸发器(104)的第二载冷/载热介质出口端连接，所述回流管路(602)的出口与第一水泵(5)的入口连接；

所述入流管路(601)的出口和回流管路(602)的入口通过快插接头分别连接有一组联接管(25)，两所述联接管(25)分别与换热设备(9)的第一载冷/载热介质的入口和出口连接，所述联接管(25)和快插接头的连接点设置在车辆充电口的位置；

所述整车热管理系统包括第三循环单元和第四循环单元；

所述第三循环单元包括电池冷却器(7)、第二水泵(8)和动力电池回路(10)；

所述动力电池回路(10)、换热设备(9)的第二载冷/载热介质循环回路、电池冷却器(7)的第一载冷/载热介质循环回路和第二水泵(8)依次连接并形成循环回路，所述电池冷却器(7)的第二载冷/载热介质循环回路与第四循环单元连接；

所述换热设备(9)和电池冷却器(7)之间的管路上通过第三三通阀(26)设有连接管(11)，所述连接管(11)另一端连接在第二水泵(8)和电池冷却器(7)之间，所述连接管(11)上设有PTC加热器(12)。

2.根据权利要求1所述的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于，所述第四循环单元包括依次连接且形成循环回路的气液分离器(13)、第二压缩机(14)、内部冷凝器(15)、并联管、外部冷凝器(16)和第二蒸发器(17)，所述并联管的两个管体上分别设有第一截止阀(18)和第二节流机构(19)，所述外部冷凝器(16)和第二蒸发器(17)之间的管路上设有第一外接管(20)，所述第一外接管(20)另一端与电池冷却器(7)的第二载冷/载热介质的入口端连接，所述电池冷却器(7)的第二载冷/载热介质的出口端与第二蒸发器(17)和气液分离器(13)之间的管路连接。

3.根据权利要求2所述的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于，所述外部冷凝器(16)和电池冷却器(7)之间的管路上连接有第二外接管(21)，所述第二外接管(21)另一端与气液分离器(13)和第二蒸发器(17)之间的管路连接，所述第二外接管(21)上设有第二截止阀(22)。

4.根据权利要求3所述的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于，所述第一外接管(20)上设有第三节流机构(23)，所述外部冷凝器(16)和第二蒸发器(17)之间的管路上设有第四节流机构(24)，所述第四节流机构(24)位于第一外接管(20)的后置位置。

5.根据权利要求1所述的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于，所述加热器(4)、散热器(3)和第一水泵(5)上的主管(105)之间设有第一三通阀(106)，所述管路连接件(2)连接在主管(105)上且连接点位于第一三通阀(106)和第一水泵(5)之间。

6.根据权利要求1所述的一种耦合快充充电站及整车的热管理系统，其特征在于，所述第一蒸发器(104)和加热器(4)之间的主管(105)上连接有第二三通阀(107)，所述管路连接件(2)端部与第二三通阀(107)的另一接口连接。