CN220842126U - 一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，包括燃油加热回路、冷媒回路和电驱回路；电驱回路包括五通阀，燃油加热回路包括暖风水泵、燃油加热器、第一三通阀和暖风芯体，暖风水泵通过第一三通管与燃油加热器相连，燃油加热器与第一三通阀a口相连，第一三通阀c口与暖风芯体相连；冷媒回路包括电动压缩机、水冷冷凝器、蒸发器和热泵板式换热器，电动压缩机与水冷冷凝器的冷媒入口相连，水冷冷凝器的冷媒出口通过第一四通管与蒸发器相连，蒸发器通过第二四通管与电动压缩机相连，第一四通管与热泵板式换热器的冷媒入口相连，热泵板式换热器的冷媒出口与第二四通管相连。本实用新型能满足乘员舱、电池制冷采暖和电驱散热功能。

Description

一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统

技术领域

本实用新型涉及汽车热管理技术领域，具体涉及一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统。

背景技术

目前电动车在汽车行业快速发展，尤其当前轻/重卡领域，电动车年销量更是逐年增长。当前对轻/重型性能源卡车的约束条件在于续航以及极低温环境启动。尤其重卡车型多数使用场景为高寒山区，夜间温度甚至达到-30℃甚至更低，此时电池本身的放电性能受到的很大限制。只能满足常温下放电量10％，甚至有时不能放电。电池本身最优工作温度大约在10～40℃之间，当低于或高于温度区间时，一是影响电池的电量受损，减小续航里程；二是对电池寿命影响，减少电池使用时间。

现有的方案存在以下缺点：

①电池加热多数使用加热膜；缺点为电池芯体加热不均，影响电池性能；加热膜比较耗电，预计单程耗电量32kwh，大大缩短续航里程；加热膜需要电池供电后进行加热，低温时电池耗电量。

②使用WPTC加热，可满足乘客舱与电池加热。此方案缺点是一般水暖加热器效率大约在80％左右，加热时耗电量与加热膜近似，影响续航里程；其次水暖加热器为高压部件，需要电池包提供动力电源，当电池温度极低时，很难放电，不能进行加热。

③使用热泵系统，提供加热热源，此方案较①②可节能。但是由于压缩机为高压部件，此方案缺点是在极低温环境下，不能满足电池放电。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的问题是提供一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，包括燃油加热回路、冷媒回路以及电驱回路；

所述燃油加热回路包括暖风水泵、燃油加热器、第一三通阀以及暖风芯体，所述暖风水泵的输出端通过第一三通管与所述燃油加热器的输入端相连，所述燃油加热器的输出端与所述第一三通阀的a口相连，所述第一三通阀的c口与所述暖风芯体的输入端相连；

所述冷媒回路包括电动压缩机、水冷冷凝器、蒸发器以及热泵板式换热器，所述电动压缩机的输出端与所述水冷冷凝器的冷媒入口相连，所述水冷冷凝器的冷媒出口通过第一四通管与所述蒸发器相连，所述蒸发器通过第二四通管与电动压缩机的输入端相连，所述第一四通管与所述热泵板式换热器的冷媒入口相连，所述热泵板式换热器的冷媒出口与所述第二四通管相连；

所述电驱回路包括五通阀、散热器、电驱系统、电驱水泵、电池包、电池水泵、第二三通阀以及电池板式换热器，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ae口与所述电驱系统的输入端相连，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ab口与所述电池板式换热器的热水进口相连，所述电池板式换热器的热水出口通过第二三通管与所述电池水泵的输入端相连，所述电驱系统的输出端与电驱水泵的输入端相连，所述电驱水泵的输出端与所述第二三通阀的a口相连，所述第二三通阀的c口与所述散热器的输入端相连，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ad口与所述水冷冷凝器的冷水进口相连，所述电池包的输出端通过所述五通阀的ce口与所述电驱系统相连，所述电池包的输入端与所述电池水泵的输出端相连，所述电池包的输出端通过所述五通阀的cd口与所述水冷冷凝器的冷水进口相连。

在本实用新型中，优选地，所述电驱回路还包括膨胀水壶，所述膨胀水壶的输入端与所述散热器的输出端相连，所述膨胀水壶的输出端通过第三三通管与所述热泵板式换热器的热水出口相连，所述热泵板式换热器的热水进口与所述第二三通阀的b口相连。

在本实用新型中，优选地，所述燃油加热回路还包括第四三通管，所述暖风芯体的输出端通过所述第四三通管与所述水冷冷凝器的冷水进口相连，所述第四三通管与所述五通阀的d口相连。

在本实用新型中，优选地，所述冷媒回路还包括第一温压传感器和第二温压传感器，所述第一温压传感器与所述电动压缩机的输入端相连，所述第二温压传感器与所述电动压缩机的输入端相连。

在本实用新型中，优选地，所述第一四通管和所述蒸发器之间设有空调电子膨胀阀，所述第一四通管和所述热泵板式换热器之间设有热泵电子膨胀阀。

在本实用新型中，优选地，所述电驱回路还包括与散热器相对布置的电子风扇。

在本实用新型中，优选地，所述电池板式换热器与所述第一四通管之间设有电池电子膨胀阀。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)通过控制五通阀调节，可满足乘员舱制冷采暖、电池制冷采暖以及电驱散热功能；

(2)通过增加燃油加热器，在动力电池极低温环境下，开启燃油加热器，通过调节五通阀，可实现给电池加热和乘客舱加热条件。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是现有技术的整体结构框图；

图2是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的五通阀的cd方向开启模式示意图；

图3是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的五通阀的ae和cd方向开启模式示意图；

图4是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的五通阀的ae、ad和bc方向开启模式示意图；

图5是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的五通阀的ba和ce方向开启模式示意图；

图6是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的五通阀的ab、cb和ce方向开启模式示意图；

图7是本实用新型的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统的整体示意图。

图中：1、燃油加热器；2、第一三通阀；3、暖风水泵；4、第一温压传感器；5、电动压缩机；6、第二温压传感器；7、散热器；8、电子风扇；9、水冷冷凝器；10、鼓风机；11、蒸发器；12、暖风芯体；13、膨胀水壶；14、空调电子膨胀阀；15、热泵电子膨胀阀；16、热泵板式换热器；17、第二三通阀；18、电驱系统；19、电驱水泵；20、五通阀；21、电池包；22、电池水泵；23、电池电子膨胀阀；24、电池板式换热器；25、第一三通管；26、第一四通管；27、第二四通管；28、第二三通管；29、第三三通管；30、第四三通管。

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做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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

表1某动力电池低温环境下容量与功率测试

温度(℃)	放电电量Ah	充电电量Ah	放电功率W	充电功率W
					-30	10	4	200	85
-15	33	26	340	150
					0	34	31	580	520
30	37	37	660	730

根据表1某电池在不同温度下对于充放电的电量与功率测试可看出，当电池-30℃下，电池放电功率只有30℃下的30％不到。因此电池需要满足适宜温度工作是必不可免的。

现有技术是采用水加热系统(WPTC)在低温下给电池进行加热，如图1所示。

电池加热能量流：

①水泵→PTC加热器→电磁阀(打开)→换热器(此处加热)→两位三通阀→水泵

②电池散热器→膨胀水壶→水泵→电池组→三通阀→换热器

根据以上两路水循环，通过PTC加热器给①路冷却液进行加热，在换热器处给②路冷却液加热，最终加热电池。

此方案存在两个缺点：①当温度极低时，开启PTC加热器的供电仍需要动力电池，此时电池处于极低温环境，放电功率或电量极低，效率差，影响电池寿命；②此时的换热器影响了电池加热效率，一般换热器最高换热效率也只能达到90％，影响整车巡航。

如图7所示，本实用新型提供一种基于五通阀20与燃油加热器1的新能源热管理系统，包括燃油加热回路、冷媒回路以及电驱回路；

所述燃油加热回路包括暖风水泵3、燃油加热器1、第一三通阀2以及暖风芯体12，所述暖风水泵3的输出端通过第一三通管25与所述燃油加热器1的输入端相连，所述燃油加热器1的输出端与所述第一三通阀2的a口相连，所述第一三通阀2的c口与所述暖风芯体12的输入端相连；

所述冷媒回路包括电动压缩机5、水冷冷凝器9、蒸发器11以及热泵板式换热器16，所述电动压缩机5的输出端与所述水冷冷凝器9的冷媒入口相连，所述水冷冷凝器9的冷媒出口通过第一四通管26与所述蒸发器11相连，所述蒸发器11通过第二四通管27与电动压缩机5的输入端相连，所述第一四通管26与所述热泵板式换热器16的冷媒入口相连，所述热泵板式换热器16的冷媒出口与所述第二四通管27相连；

所述电驱回路包括五通阀20、散热器7、电驱系统18、电驱水泵19、电池包21、电池水泵22、第二三通阀17以及电池板式换热器24，所述散热器7的输出端通过所述五通阀20的ae口与所述电驱系统18的输入端相连，所述散热器7的输出端通过所述五通阀20的ab口与所述电池板式换热器24的热水进口相连，所述电池板式换热器24的热水出口通过第二三通管28与所述电池水泵22的输入端相连，所述电驱系统18的输出端与电驱水泵19的输入端相连，所述电驱水泵19的输出端与所述第二三通阀17的a口相连，所述第二三通阀17的c口与所述散热器7的输入端相连，所述散热器7的输出端通过所述五通阀20的ad口与所述水冷冷凝器9的冷水进口相连，所述电池包21的输出端通过所述五通阀20的ce口与所述电驱系统18相连，所述电池包21的输入端与所述电池水泵22的输出端相连，所述电池包21的输出端通过所述五通阀20的cd口与所述水冷冷凝器9的冷水进口相连。

在本实施例中，进一步地，所述电驱回路还包括膨胀水壶13，所述膨胀水壶13的输入端与所述散热器7的输出端相连，所述膨胀水壶13的输出端通过第三三通管29与所述热泵板式换热器16的热水出口相连，所述热泵板式换热器16的热水进口与所述第二三通阀17的b口相连。

在本实施例中，进一步地，所述燃油加热回路还包括第四三通管30，所述暖风芯体12的输出端通过所述第四三通管30与所述水冷冷凝器9的冷水进口相连，所述第四三通管30与所述五通阀20的d口相连。

在本实施例中，进一步地，所述冷媒回路还包括第一温压传感器4和第二温压传感器6，所述第一温压传感器4与所述电动压缩机5的输入端相连，所述第二温压传感器6与所述电动压缩机5的输入端相连。

在本实施例中，进一步地，所述第一四通管26和所述蒸发器11之间设有空调电子膨胀阀14，所述第一四通管26和所述热泵板式换热器16之间设有热泵电子膨胀阀15。

在本实施例中，进一步地，所述电驱回路还包括与散热器7相对布置的电子风扇8。

在本实施例中，进一步地，所述电池板式换热器24与所述第一四通管26之间设有电池电子膨胀阀23。

鼓风机10相对于暖风芯体12布置，用于对暖风芯体12散热。

五通阀20包括以下五种模式：

模式一：a-e；a-d；c-b

模式二：a-b；c-e

模式三：a-e；c-d

模式四：a-e；c-b

模式五：a-b；c-d

当环境温度极低即处于-30℃以下，电池长期处于该环境下，温度降低至-30℃以下，或者根据标定电池温度低于-25℃时，此时热管理软件控制燃油加热器1开启，加热电池，规定此时电池禁止充放电。

此过程需要开启燃油加热器1，电池水泵22，五通阀20，第一三通阀2。此过程中电器件均为低压元件，保证启动蓄电池电量充足即可。加热过程如下图2所示

能量流：燃油加热器1→第一三通阀2ab→电池水泵22→电池包21→五通阀20cd(模式三)→(水冷冷凝器9/暖风水泵3)→燃油加热器1。

与上述相应的具体控制过程为：首先设定电池目标温度为0℃，当电池实际温度与目标温度的温差≥标定值1时，燃油加热器1最高效率工作；12℃(TBD)≤当电池实际温度与目标温度的温差≤标定值2时，燃油加热器1根据PI控制调节。当电池实际温度＞2℃(TBD)，燃油加热器1停止工作；电池加热时，第一三通阀2ab方向开启；五通阀20处于模式三，即cd方向开启。

基于以上环境，若此时乘客处于驾驶舱，有采暖需求。可通过空调开关控制，此时开启暖风水泵3以及三通阀ab，ac方向按照比例调节；开启鼓风机10即可同时对乘客舱进行采暖。

燃油加热器1对于纯电车型受到较大限制，根据能源节约前期，燃油加热器1只需进行超低温加热，当电池满足正常放电后，开启热泵加热形式。即可根据电池性质测试，此方案架构中的电池包21定义为＞0℃后，关闭燃油加热器1开启热泵加热。加热方案如图3所示。

①冷却液侧能量流放热：电池水泵22→电池包21→五通阀20cd(模式三)→水冷冷凝器9(冷媒放热)→(暖风水泵3)→(燃油加热器1)→第一三通阀2ab→电池水泵22

②冷却液侧能量流吸热：电驱水泵19→第二三通阀17ab→热泵板式换热器16(吸热)→五通阀20ae→电驱系统18→电驱水泵19

③冷媒侧能量流：电动压缩机5→水冷冷凝器9(放热)→热泵电子膨胀阀15→热泵板式换热器16(吸热)→电动压缩机5

与上述相对应的具体控制过程为：当电池温度＞0℃(TBD)，此时电池可高效率放电。此时开启热泵，设定电池目标温度10℃(TBD)，根据电池入口水温温差控制电动压缩机5转速。

基于以上条件，若此时乘客处于驾驶舱，有采暖需求。可通过空调开关控制，此时策略开启暖风水泵3以及三通阀ab，ac方向按照比例调节；开启鼓风机10即可同时对乘客舱进行采暖。

当车辆满足电驱散热、乘员舱制冷以及电池冷却需求时，五通阀20处于模式一，具体架构如图4所示。

①电驱散热：电驱水泵19→第二三通阀17ac→低温散热器7→膨胀水壶13→五通阀20ae→电驱系统18→电驱水泵19

②乘客舱制冷：冷媒：电动压缩机5→水冷冷凝器9→空调电子膨胀→蒸发器11→电动压缩机5；冷却液：暖风水泵3→低温散热器7→膨胀水壶13→五通阀20ad→水冷冷凝器9→暖风水泵3(→燃油加热器1→第一三通阀2ac→暖风芯体12→水冷冷凝器9)

③电池冷却：冷媒：电动压缩机5→水冷冷凝器9→电池电子膨胀阀23→电池板式换热器24→电动压缩机5；冷却液：电池水泵22→电池包21→五通阀20cb→电池板式换热器24→电池水泵22

若车辆需求只有电驱散热和电池自循环时，五通阀20处于模式四，将上述五通阀20ad通道关闭。

若电池冷却需要不是较大，加热时，电机可满足加热；或者散热时，散热器7可满足电池散热。此时五通阀20处于模式二状态。具体如图5所示。

①电池散热：电驱水泵19→第二三通阀17ac→低温散热器7→膨胀水壶13→五通阀20ab→电池板式换热器24→电池水泵22→五通阀20ce→电驱系统18→电驱水泵19

②电池加热：电驱水泵19→第二三通阀17ab→热泵板式换热器16→五通阀20ab→电池板式换热器24→电池水泵22→五通阀20ce→电驱系统18→电驱水泵19

当车辆下线或者试制车进行调试过程，冷却液加注后对于整个系统存在大量气体，五通阀20运作到模式五后，将电驱电池暖风三通串联，进行系统排气。

本实用新型通过增加燃油加热器1，可应用在极低温下，电池加热与乘员舱加热；其二是五通阀20可构建电驱散热、电池加热冷却与乘员舱降温采暖各个模式均能同时完成。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，包括燃油加热回路、冷媒回路以及电驱回路；

所述燃油加热回路包括暖风水泵、燃油加热器、第一三通阀以及暖风芯体，所述暖风水泵的输出端通过第一三通管与所述燃油加热器的输入端相连，所述燃油加热器的输出端与所述第一三通阀的a口相连，所述第一三通阀的c口与所述暖风芯体的输入端相连；

所述冷媒回路包括电动压缩机、水冷冷凝器、蒸发器以及热泵板式换热器，所述电动压缩机的输出端与所述水冷冷凝器的冷媒入口相连，所述水冷冷凝器的冷媒出口通过第一四通管与所述蒸发器相连，所述蒸发器通过第二四通管与电动压缩机的输入端相连，所述第一四通管与所述热泵板式换热器的冷媒入口相连，所述热泵板式换热器的冷媒出口与所述第二四通管相连；

所述电驱回路包括五通阀、散热器、电驱系统、电驱水泵、电池包、电池水泵、第二三通阀以及电池板式换热器，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ae口与所述电驱系统的输入端相连，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ab口与所述电池板式换热器的热水进口相连，所述电池板式换热器的热水出口通过第二三通管与所述电池水泵的输入端相连，所述电驱系统的输出端与电驱水泵的输入端相连，所述电驱水泵的输出端与所述第二三通阀的a口相连，所述第二三通阀的c口与所述散热器的输入端相连，所述散热器的输出端通过所述五通阀的ad口与所述水冷冷凝器的冷水进口相连，所述电池包的输出端通过所述五通阀的ce口与所述电驱系统相连，所述电池包的输入端与所述电池水泵的输出端相连，所述电池包的输出端通过所述五通阀的cd口与所述水冷冷凝器的冷水进口相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述电驱回路还包括膨胀水壶，所述膨胀水壶的输入端与所述散热器的输出端相连，所述膨胀水壶的输出端通过第三三通管与所述热泵板式换热器的热水出口相连，所述热泵板式换热器的热水进口与所述第二三通阀的b口相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述燃油加热回路还包括第四三通管，所述暖风芯体的输出端通过所述第四三通管与所述水冷冷凝器的冷水进口相连，所述第四三通管与所述五通阀的d口相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述冷媒回路还包括第一温压传感器和第二温压传感器，所述第一温压传感器与所述电动压缩机的输入端相连，所述第二温压传感器与所述电动压缩机的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述第一四通管和所述蒸发器之间设有空调电子膨胀阀，所述第一四通管和所述热泵板式换热器之间设有热泵电子膨胀阀。

6.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述电驱回路还包括与散热器相对布置的电子风扇。

7.根据权利要求1所述的一种基于五通阀与燃油加热器的新能源热管理系统，其特征在于，所述电池板式换热器与所述第一四通管之间设有电池电子膨胀阀。