CN220923757U - 一种用于车辆的热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于车辆的热管理系统，包括并联设置的电池热管理回路、舱内热管理回路，以及能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换的驱动电机热管理回路，此外，还包括第一压缩机以及第二压缩机，第一压缩机设置在电池热管理回路和舱内热管理回路上，第二压缩机通过旁路与电池热管理回路串联设置，所述电池热管理回路、舱内热管理回路和旁路上均设有用于调节管路开度的阀门，第一压缩机以及第二压缩机的输入端连接有气液分离器。本实用新型能够根据不同的工作模式采用对应的热管理方法，合理化利用能源，适用工况范围更广。

Description

一种用于车辆的热管理系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池汽车热管理的技术领域，更具体地，涉及一种用于车辆的热管理系统。

背景技术

随着新能源技术的发展，节能减排已经成为能源使用的趋势，新能源汽车是实现未来目标的重要手段，其市场占有率和保有量也在逐步提高。对于新能源汽车而言，热管理系统不仅影响驾乘舒适性，也在很大程度上影响能耗问题。

现有电动汽车乘员舱和动力电池制冷主要通过蒸发器和板式换热器与冷媒发生热交换达到制冷的目的。而乘员舱采暖主要通过风暖PTC或者水暖PTC作为热源，动力电池则通过水暖PTC作为热源，但是PTC制热时能效比<1，冬季采暖时会造成大量的电量消耗，影响电动汽车的续驶里程。燃料电池在大功率条件运行时，会放出大量的热，其需要庞大的散热器进行散热，能耗高，且严重影响汽车空间布置。此外，当环境温度较低时，燃料电池汽车存在冷启动困难的问题，以及热泵在-10℃以下不能正常制热。

对于动力电池而言，其可以采用冷却液进行加热或者冷却，又称为液冷液热。对于制冷/热量需求小的动力电池包体，此种方式可以满足动力电池的制冷/制热需求。但是，在动力电池制冷/制热量需求较大的商用车中，液冷液热就较难满足动力电池的制冷/制热需求。此时，对于动力电池制冷而言就需要增大单独的制冷系统，如水冷机组，对动力电池进行制冷，这种系统不仅布置困难且成本较高。或者对于动力电池的制热需求，大部分情况下会舍弃液热，需用加热膜进行加热，但是环境温度越高，加热膜干烧风险越大，易造成自燃风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的新能源汽车的热管理系统布置困难、成本高、不能合理利用冷媒直冷直热功效的缺陷，提供一种用于车辆的热管理系统，能够根据不同的工作模式采用对应的热管理方法，合理化利用能源，提高热管理的效率及安全性，适用工况范围更广。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于车辆的热管理系统，包括并联设置的电池热管理回路、舱内热管理回路，以及能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换的驱动电机热管理回路，此外，还包括第一压缩机以及第二压缩机，第一压缩机设置在电池热管理回路和舱内热管理回路上，第二压缩机通过旁路与电池热管理回路串联设置，所述电池热管理回路、舱内热管理回路和旁路上均设有用于调节管路开度的阀门，所述阀门设置成能够被完全开启和/或完全关闭，第一压缩机以及第二压缩机的输入端连接有气液分离器。

本实用新型的工作原理是，利用相互串联或者并联的管路，判断乘员舱和动力电池制冷或者采暖的需求，通过系统控制对应阀门的开闭，从而调节电池热管理回路、舱内热管理回路的开度，使管路内的媒介能够按照设定的管路流动，进而对乘员舱或者动力电池进行制冷或者制热。同时，系统判定采用单压缩机或者双压缩机的模式来分别满足乘员舱直冷直热需求，以及乘员舱和动力电池均需制冷时的需求，能够根据不同的工作模式采用对应的热管理方法，合理化利用能源，适用工况范围更广。

进一步地，所述舱内热管理回路上依次连接有车内冷凝器、第一膨胀阀、第一车外冷凝器、第二膨胀阀以及蒸发器，其中，车内冷凝器设置在第一压缩机的输出端一侧。所述车内冷凝器的作用是升高乘员舱内的温度，而所述蒸发器则是利用媒介吸热，对环境降温，其作用是降低乘员舱内的温度。通过第一膨胀阀、第二膨胀阀的开度控制，调节车内冷凝器和蒸发器的输出功率，进而对乘员舱内的温度进行调节。

进一步地，还包括第一旁路，所述第一旁路上设有第一控制阀，第一旁路与所述第二膨胀阀以及蒸发器并联设置。所述第一旁路的作用是在无需对乘员舱进行降温时，可以将第二膨胀阀以及蒸发器脱离到循环管路之外，从而节约能源消耗。

进一步地，所述电池热管理回路包括用于与动力电池发生热交换的电池热交换器，电池热交换器一端与第一车外冷凝器连接，另一端与气液分离器连接，电池热交换器所在的管路上设有第三膨胀阀。

进一步地，电池热交换器还通过第二旁路与第一压缩机连接，所述第二旁路上设有第二控制阀。

进一步地，电池热交换器上设置有加热膜，所述加热膜为电池热交换器的补充热源，在冷媒直热的工况无法满足动力电池加热需求的工况下，使用加热膜辅助加热，提升动力电池的升温速率，从而使动力电池能够更快地达到最佳温度工况。

进一步地，第二压缩机的输出端串联有第二车外冷凝器，第二车外冷凝器远离第二压缩机一端串联电池热交换器，双压缩机参与输出的情况下，第二压缩机主要为电池热交换器输送传热介质。

进一步地，所述驱动电机热管理回路包括依次连接的散热器、电驱散热系统、水泵以及换热器，其中，散热器以及换热器均能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换。

进一步地，所述驱动电机热管理回路还包括三通阀，三通阀的其中两个端口分别连接散热器以及换热器，第三个端口连接第三旁路，所述第三旁路与散热器并联设置。第三旁路能够控制驱动电机热管理回路内的媒介流量和流向，进而实现对驱动电机热管理回路整体温度的控制。

进一步地，所述换热器串联设置在电池热管理回路和/或舱内热管理回路上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型采用双压缩机满足动力电池直冷时的制冷需求；

2.采用冷媒直热的方式作为乘员舱采暖的热源，根据环境温度判断乘员舱的采暖需求，并自动判定利用空气热源或者电机余热作为热源；

3.采用冷媒直热、加热膜补充加热的方式作为动力电池加热的热源，根据环境温度及动力电池温度判定动力电池制热需求，根据动力电池制热需求判定系统采用加热膜或者冷媒直热作为热源。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为工况一的热管理系统状态图；

图3为工况二的热管理系统状态图；

图4为工况三的热管理系统状态图；

图5为工况四的热管理系统状态图；

图6为工况五的热管理系统状态图。

附图中：

1-第一压缩机；2-第二压缩机；3-气液分离器；4-车内冷凝器；5-第一膨胀阀；6-第一车外冷凝器；7-第二膨胀阀；8-蒸发器；9-第一控制阀；10-电池热交换器；11-第三膨胀阀；12-第二控制阀；13-加热膜；14-第二车外冷凝器；15-散热器；16-电驱散热系统；17-水泵；18-换热器；19-三通阀；20-第三控制阀；21-第四控制阀；22-第五控制阀；23-第六控制阀；24-第七控制阀；25-第八控制阀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“前”、“后”、“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，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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种用于车辆的热管理系统，包括并联设置的电池热管理回路、舱内热管理回路，以及能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换的驱动电机热管理回路。其中，所述电池热管理回路主要用于对电动汽车的动力电池系统进行加热或者冷却；舱内热管理回路主要用于对电动汽车的驾乘仓进行加热、制冷和除雾；驱动电机热管理回路主要用于对电动汽车的电驱动系统进行加热或者冷却。动力电池系统包括动力电池和用于控制动力电池工作状态的电子元件。电驱动系统包括驱动电动汽车行走的驱动电机和用于控制驱动电机运行状态的电子元件。此外，还包括第一压缩机1以及第二压缩机2，第一压缩机1设置在电池热管理回路和舱内热管理回路上，第二压缩机2通过旁路与电池热管理回路串联设置，所述电池热管理回路、舱内热管理回路和旁路上均设有用于调节管路开度的阀门，第一压缩机1以及第二压缩机2的输入端连接有气液分离器3，所述气液分离器3确保第一压缩机1、第二压缩机2不会发生液击损坏。

所述舱内热管理回路上依次连接有车内冷凝器4、第一膨胀阀5、第一车外冷凝器6、第二膨胀阀7以及蒸发器8，其中，车内冷凝器4设置在第一压缩机1的输出端。所述车内冷凝器4的作用是升高乘员舱内的温度，而所述蒸发器8则是利用媒介吸热，对环境降温，其作用是降低乘员舱内的温度。通过第一膨胀阀5、第二膨胀阀7的开度控制，调节车内冷凝器4和蒸发器8的输出功率，进而对乘员舱内的温度进行调节。车内冷凝器4和蒸发器8集成于车辆的暖通空调总成中。

此外，还包括第一旁路，所述第一旁路上设有第一控制阀9，第一旁路与所述第二膨胀阀7以及蒸发器8并联设置。所述第一旁路的作用是在无需调节乘员舱温度时，可以将第二膨胀阀7以及蒸发器8脱离到循环管路之外，从而节约能源消耗。

所述电池热管理回路包括用于与动力电池(图中未示出)发生热交换的电池热交换器10，电池热交换器10一端与第一车外冷凝器6连接，另一端与气液分离器3连接，电池热交换器10所在的管路上设有第三膨胀阀11。电池热交换器10还通过第二旁路与第一压缩机1连接，所述第二旁路上设有第二控制阀12。

所述驱动电机热管理回路包括依次连接的散热器15、电驱散热系统16、水泵17以及换热器18，其中，散热器15以及换热器18均能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换。具体的，散热器15与第一车外冷凝器6发生热交换，散热器15内的热量通过热交换转移至第一车外冷凝器6，再由第一车外冷凝器6将热量散发至大气环境中。所述换热器18串联设置在电池热管理回路和/或舱内热管理回路上，从而发生热交换。

所述驱动电机热管理回路还包括三通阀19，三通阀19的其中两个端口分别连接散热器15以及换热器18，第三个端口连接第三旁路，所述第三旁路与散热器15并联设置。第三旁路能够控制驱动电机热管理回路内的介质流量和流向，进而实现对驱动电机热管理回路整体温度的控制。

需要说明的是，第二压缩机2的输出端串联有第二车外冷凝器14，用于降低从第二压缩机2输出的媒介的温度。第二车外冷凝器14远离第二压缩机2一端与所述电池热交换器10串联。

所述电池热管理回路、舱内热管理回路和各个旁路上均设有用于调节管路开度的阀门，除上述的第一控制阀9、第二控制阀12、以及第一膨胀阀5、第二膨胀阀7、第三膨胀阀11外，包括设于第一膨胀阀5与第三膨胀阀11之间的第三控制阀20，设于电池热交换器10与气液分离器3之间的第四控制阀21，设于第一膨胀阀5与第一车外冷凝器6之间的第五控制阀22，设于换热器18与第二膨胀阀7之间的第六控制阀23，设于电池热交换器10与第一车外冷凝器6之间的第七控制阀24，以及设于电池热交换器10与第二车外冷凝器14之间的第八控制阀25。所述第三控制阀20、第四控制阀21、第五控制阀22、第六控制阀23、第七控制阀24、第八控制阀25均设置在其对应的管路上，用于控制对应管路的连通与断开。

所述第一膨胀阀5、第二膨胀阀7、第三膨胀阀11既可以选用机械结构的膨胀阀，也可以选用电子膨胀阀或者热力膨胀阀。

参阅图2，为采用单压缩机(即第一压缩机1)为乘员舱和动力电池制冷的工况，即工况一。在此工况下，所述热管理系统优先满足乘员舱的制冷需求，通过关闭第一控制阀9、第二控制阀12、第三控制阀20、第六控制阀23以及第八控制阀25，使热管理系统内部的传热介质沿图2所示的管路流动。即从第一压缩机1输出后，依次流经车内冷凝器4、第一膨胀阀5、第五控制阀22、第一车外冷凝器6，并在所述第一车外冷凝器6处与驱动电机热管理回路上的散热器15发生热交换，吸收热量并将热量散发至车外，使传热介质的温度下降。传热介质的温度下降后，分别经第二膨胀阀7、第三膨胀阀11流经蒸发器8、电池热交换器10，吸收从蒸发器8、电池热交换器10散发出的热量。通过控制第二膨胀阀7、第三膨胀阀11的开度控制传热介质进入舱内热管理回路、电池热管理回路的流量。传热介质吸收从蒸发器8、电池热交换器10散发出的热量后，乘员舱以及动力电池的温度则会降低，从而达到为乘员舱和动力电池制冷的效果。

需要说明的是，在制冷工况下，车内冷凝器4本身并不启动，其仅仅是作为传热介质流通的通道，传热介质在流经车内冷凝器4时不会和乘员舱发生热交换。

实施例二

参阅图3，如实施例一所述的用于车辆的热管理系统，在动力电池制冷需求过大时，切换至双压缩机工作模式，即工况二。本实施例中，第一压缩机1、第二压缩机2同时工作，并关闭第一控制阀9、第二控制阀12、第三控制阀20、第六控制阀23以及第七控制阀24，使热管理系统内部的传热介质沿图3所示的管路流动。

此模式下，传热介质从第一压缩机1输出后，依次流经车内冷凝器4、第一膨胀阀5、第五控制阀22、第一车外冷凝器6，并在所述第一车外冷凝器6处与驱动电机热管理回路上的散热器15发生热交换，吸收热量并将热量散发至车外，使传热介质的温度下降。传热介质的温度下降后，流至第二膨胀阀7和蒸发器8，对乘员舱进行降温，降温后，传热介质经过气液分离器3，然后部分传热介质直接流入第一压缩机1进行下一轮热管理循环，另外部分传热介质通过管路进入第二压缩机2，由第二压缩机2的输出端流出后，经过第二车外冷凝器14进行降温，降温后流至电池热交换器10吸收动力电池释放出的热量，对动力电池进行降温，最后经第四控制阀21流回气液分离器3，进行下一轮热管理循环。通过第一压缩机1、第二压缩机2同时工作，以及第一车外冷凝器6、第二车外冷凝器14共同散热，实现乘员舱以及动力电池的制冷需求。

实施例三

如实施例一所述的用于车辆的热管理系统，在乘员舱采暖(制热)且环境温度高于目标温度时，采用空气作为热源，传热介质通过第一车外冷凝器6从空气中吸收热量。参阅图4，在乘员舱采暖工况(即工况三)下，热管理系统关闭第二控制阀12、第三控制阀20、第六控制阀23、第七控制阀24以及第二膨胀阀7，同时开启第一控制阀9，使热管理系统内部的传热介质沿图4所示的管路流动，传热介质不经过蒸发器8。

本实施例中，传热介质由第一压缩机1输出后，依次流经车内冷凝器4、第一膨胀阀5、第五控制阀22、第一车外冷凝器6，并在所述第一车外冷凝器6吸收空气(环境)的热量，使传热介质的温度上升。传热介质的温度上升后，经第一控制阀9流回气液分离器3，最终流回第一压缩机1。此过程中，所述传热介质在经过第一车外冷凝器6时升温，使其温度高于乘员舱内的温度，在高温的传热介质通过车内冷凝器4时，其能够与乘员舱发生热交换，对乘员舱内进行升温。

实施例四

与实施例三不同的是，本实施例是针对在乘员舱采暖(制热)且环境温度低于目标温度时的工况，即工况四。参阅图5，如实施例一所述的用于车辆的热管理系统，关闭其中的第二控制阀12、第五控制阀22、第七控制阀24以及第二膨胀阀7，同时开启第一控制阀9、第三控制阀20、第六控制阀23，使热管理系统内部的传热介质沿图5所示的管路流动，传热介质不经过蒸发器8。换热器18串联设置在舱内热管理回路上。

本实施例中，由于环境温度低于目标温度，因此不能再采用空气作为热源。传热介质由第一压缩机1输出后，依次流经车内冷凝器4、第一膨胀阀5、第三控制阀20、换热器18，在换热器18中吸收电驱系统的余热，也就是与驱动电机热管理回路发生热交换，从而使传热介质升温。所述传热介质升温后，通过第六控制阀23、第一控制阀9流回气液分离器3，最终流回第一压缩机1。此过程中，所述传热介质在经过换热器18时升温，使其温度高于乘员舱内的温度，在高温的传热介质通过车内冷凝器4时，其能够与乘员舱发生热交换，对乘员舱内进行升温。

实施例五

在实施例一的基础上，本实施例中，电池热交换器10上还设置有加热膜13，所述加热膜13为电池热交换器10的补充热源，在冷媒直热的工况无法满足动力电池加热需求的工况下，使用加热膜13辅助加热，提升动力电池的升温速率，从而使动力电池能够更快地达到最佳温度工况。当乘员舱无采暖需求时，动力电池优先通过冷媒直热的方式加热所述动力电池，也可以通过加热膜13辅助加热的方式加热所述动力电池，还可以是前述二者的结合，通过不同的组合方式满足动力电池不同的加热需求。所述换热器18串联设置在电池热管理回路上。

参阅图6，本实施例所述的用于车辆的热管理系统在加热动力电池的工况下，即工况五，会关闭第一膨胀阀5并打开第二控制阀12，使传热介质从第一压缩机1输出后通过第二旁路直接流至电池热交换器10。同时，热管理系统关闭第三控制阀20、第五控制阀22、第七控制阀24、第八控制阀25以及第二膨胀阀7，使传热介质从电池热交换器10流出后输入至换热器18，并在换热器18中吸收电驱系统的余热，也就是与驱动电机热管理回路发生热交换，从而使传热介质升温。所述传热介质升温后，通过第六控制阀23、第一控制阀9流回气液分离器3，最终流回第一压缩机1。此过程中，所述传热介质在经过换热器18时升温，并将热量输送至电池热交换器10中，加热所述动力电池。这种加热方式适用于动力电池仅需维持温度的工况。

当然，在其他一些实施例中，也可以直接通过加热膜13辅助加热的方式加热所述动力电池，同样适用于动力电池仅需维持温度的工况。

在动力电池温升速率要求较大的工况下，还可以采用传热介质导热、辅以加热膜13辅助加热的方式加热所述动力电池。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的热管理系统，包括并联设置的电池热管理回路、舱内热管理回路，以及能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换的驱动电机热管理回路，其特征在于，还包括第一压缩机(1)以及第二压缩机(2)，第一压缩机(1)设置在电池热管理回路和舱内热管理回路上，第二压缩机(2)通过旁路与电池热管理回路串联设置，所述电池热管理回路、舱内热管理回路和旁路上均设有用于调节管路开度的阀门，第一压缩机(1)以及第二压缩机(2)的输入端连接有气液分离器(3)。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，所述舱内热管理回路上依次连接有车内冷凝器(4)、第一膨胀阀(5)、第一车外冷凝器(6)、第二膨胀阀(7)以及蒸发器(8)，其中，车内冷凝器(4)设置在第一压缩机(1)的输出端。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，还包括第一旁路，所述第一旁路上设有第一控制阀(9)，第一旁路与所述第二膨胀阀(7)以及蒸发器(8)并联设置。

4.根据权利要求2所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，所述电池热管理回路包括用于与动力电池发生热交换的电池热交换器(10)，电池热交换器(10)一端与第一车外冷凝器(6)连接，另一端与气液分离器(3)连接，电池热交换器(10)所在的管路上设有第三膨胀阀(11)。

5.根据权利要求4所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，电池热交换器(10)还通过第二旁路与第一压缩机(1)连接，所述第二旁路上设有第二控制阀(12)。

6.根据权利要求4或5所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，电池热交换器(10)上设置有加热膜(13)。

7.根据权利要求4所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，第二压缩机(2)的输出端串联有第二车外冷凝器(14)，第二车外冷凝器(14)远离第二压缩机(2)一端串联电池热交换器(10)。

8.根据权利要求1所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，所述驱动电机热管理回路包括依次连接的散热器(15)、电驱散热系统(16)、水泵(17)以及换热器(18)，其中，散热器(15)以及换热器(18)均能够与电池热管理回路和/或舱内热管理回路发生热交换。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，所述驱动电机热管理回路还包括三通阀(19)，三通阀(19)的其中两个端口分别连接散热器(15)以及换热器(18)，第三个端口连接第三旁路，所述第三旁路与散热器(15)并联设置。

10.根据权利要求8所述的用于车辆的热管理系统，其特征在于，换热器(18)串联设置在电池热管理回路和/或舱内热管理回路上。