CN221009043U - 一种四通阀式热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种四通阀式热管理系统，所述热管理系统包括主管路、以及分别与所述主管路相连接的制冷调节支路、制热调节支路；所述主管路、制冷调节支路和制热调节支路中均运行有制冷剂；所述主管路中设置有压缩机、四通阀单元、冷凝器、节流模组、氟冷板和储液罐；所述四通阀单元包括第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口；所述第一阀口与所述压缩机相连，所述第二阀口与所述冷凝器相连，所述第三阀口与所述储液罐相连，所述第四阀口与所述氟冷板相连；所述冷凝器、所述节流模组、所述氟冷板依次相连。本实用新型提供的四通阀式热管理系统具有结构简单、模式多样化、能耗低的特点，能够灵活应用在商用领域和家用领域。

Description

一种四通阀式热管理系统

技术领域

本实用新型涉及热管理领域，尤其是指一种四通阀式热管理系统。

背景技术

储能设备能够对电能进行储存，随着储能技术的发展，无论在家用领域还是在商用领域，储能设备的应用规模逐渐扩大；其中电池模组是目前实现储能技术的主要部件。而热管理技术是对电池模组温度进行有效管理和安全监控的关键技术，通过设计电池热管理系统，确保电池工作在合适的温度范围。电池热管理系统可避免电池温度过高从而引发的爆炸和起火等安全事故，也可避免电池充放电功率等电池主要性能及电池使用寿命的降低，还能减小电池单体之间的温度差从而提高电池单体一致性，同时解决低温环境下出现无法充电的问题，避免电池温度过低而导致的电池容量和功率等电池充放电性能的降低。

但是现有的电池模组热管理系统存在零部件繁多、冷媒和冷却液的管路复杂、模式单一、能耗高等缺陷，从而导致热管理系统的整体体积较大且成本较高，难以得到更广泛的应用，特别是在家用领域。

因此，有必要提供一种结构简单、模式多样化、能耗低的热管理系统。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种四通阀式热管理系统，该热管理系统的结构简单、体积小，能够根据实际的情况进行多种模式的切换，能耗低，能够很好地适用于商用领域和家用领域。

为达到上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：

一种四通阀式热管理系统，所述热管理系统包括主管路、以及分别与所述主管路相连接的制冷调节支路、制热调节支路；所述主管路、制冷调节支路和制热调节支路中均运行有制冷剂；所述主管路中设置有压缩机、四通阀单元、冷凝器、节流模组、氟冷板和储液罐；所述四通阀单元包括第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口；所述第一阀口与所述压缩机相连，所述第二阀口与所述冷凝器相连，所述第三阀口与所述储液罐相连，所述第四阀口与所述氟冷板相连；所述冷凝器、所述节流模组、所述氟冷板依次相连。

进一步地，还包括相变蓄能单元，所述氟冷板的一个表面与所述相变蓄能单元接触，所述氟冷板的另一个表面与外部电池模组接触。

进一步地，所述制冷调节支路与所述冷凝器、所述节流模组并联设置，所述制冷调节支路的入口端连接在所述第二阀口与所述冷凝器之间，所述制冷调节支路的出口端连接在所述节流模组与所述氟冷板之间。

进一步地，所述制冷调节支路中设置有第一电磁阀。

进一步地，所述制热调节支路与所述节流模组、所述氟冷板并联设置，所述制热调节支路的入口端连接在所述第四阀口与所述氟冷板之间，所述制热调节支路的出口端连接在所述节流模组与所述冷凝器之间。

进一步地，所述制热调节支路中设置有第二电磁阀。

进一步地，所述节流模组包括并联设置的制冷节流支路和制热节流支路，所述制冷节流支路中设置有第一单向阀和第一节流阀；所述制热节流支路中设置有第二单向阀和第二节流阀。

进一步地，所述节流模组与所述氟冷板之间、以及所述第四阀口与所述氟冷板之间分别设置有至少一个截止阀。

进一步地，所述节流模组与所述氟冷板之间、以及所述第三阀口与所述储液罐之间均设置有温度变送器。

进一步地，所述压缩机的入口端设置有低压开关，所述压缩机的出口端设置有高压开关。

本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型中的热管理系统零部件种类和数量较少、制冷剂的运行管路简单，有效减小热管理系统的整体体积和降低成本，并且可以灵活使用，从而有利于热管理系统在家用领域和商用领域的推广和应用。

(2)该热管理系统能够根据不同的情况及时调整热管理系统的模式，包括制冷模式、制热模式、制冷调节模式、制热调节模式，不仅能够使外部电池模组的工作温度始终保持在合适的温度范围，而且有效降低能耗。

(3)该热管理系统还设置有与氟冷板直接接触的相变蓄能单元，氟冷板中多余的冷量或热量直接传导至相变蓄能单元进行蓄冷或蓄热，当氟冷板中的冷量或热量不足时或者是热管理系统中其他零部件发生故障停止工作时，相变蓄能单元能将其存储的冷量或热量经过氟冷板输送至外部电池模组中，从而有效减少能量的损失，节省能源。

附图说明

图1为本实用新型的四通阀式热管理系统的结构示意图。

图2为本实用新型的四通阀式热管理系统处于制冷模式的结构示意图。

图3为本实用新型的四通阀式热管理系统处于制冷调节模式的结构示意图。

图4为本实用新型的四通阀式热管理系统处于制热模式的结构示意图。

图5为本实用新型的四通阀式热管理系统处于制热调节模式的结构示意图。

图6为本实用新型的氟冷板、外部电池模组、相变蓄能单元的结构示意图。

附图标记说明：

1-压缩机；2-四通阀单元；21-第一阀口；22-第二阀口；23-第三阀口；24-第四阀口；3-冷凝器；4-节流模组；41-制冷节流支路；42-制热节流支路；411-第一单向阀；412-第一节流阀；421-第二单向阀；422-第二节流阀；5-氟冷板；6-储液罐；7-外部电池模组；8-相变蓄能单元；9-第一电磁阀；10-第二电磁阀；11-截止阀；12-温度变送器；13-低压开关；14-高压开关；15-制冷调节支路；16-制热调节支路。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

实施例1

如图1至图5(图中表示制冷剂由压缩机流出至氟冷板的流向，“Δ”表示制冷剂由氟冷板回流至压缩机的流向)所示，本实用新型提供的一种四通阀式热管理系统，所述热管理系统用于对电池模组进行温度管理，以保证电池模组在合适温度范围内工作；所述热管理系统具有多种模式，所述多种模式包括制冷模式、制热模式、制冷调节模式和制热调节模式等；所述热管理系统包括主管路、以及分别与所述主管路相连接的制冷调节支路15、制热调节支路16；所述主管路、制冷调节支路15和制热调节支路16中均运行有制冷剂；所述主管路中设置有压缩机1、四通阀单元2、冷凝器3、节流模组4、氟冷板5和储液罐6；所述四通阀单元2包括第一阀口21、第二阀口22、第三阀口23和第四阀口24；所述第一阀口21与所述压缩机1相连，所述第二阀口22与所述冷凝器3相连，所述第三阀口23与所述储液罐6相连，所述第四阀口24与所述氟冷板5相连；所述冷凝器3、所述节流模组4、所述氟冷板5依次相连。当所述热管理系统处于制冷模式时，所述主管路中形成制冷回路；当所述热管理系统处于制冷调节模式时，在所述制冷回路的基础上增加了所述制冷调节支路15，形成制冷调节回路；当所述热管理系统处于制热模式时，所述主管路中形成制热回路；当所述热管理系统处于制热调节模式时，在所述制热回路的基础上增加了所述制热调节支路16，形成制热调节回路。

在实际使用中，所述热管理系统还包括有控制器(图中未示出)，控制器分别与四通阀单元2、制冷调节支路15、制热调节支路16控制连接；还设置有环境温度传感器、电池模组温度传感器(图中未示出)，环境温度传感器、电池模组温度传感器均与控制器控制连接；控制器根据环境温度传感器、电池模组温度传感器等检测的温度，控制四通阀单元2、制冷调节支路15、制热调节支路16等部件，以使热管理系统进入不同的模式；比如当环境温度较高时，热管理系统进入制冷模式，对外部电池模组7进行冷却；当环境温度较低时，热管理系统进入制热模式，对外部电池模组7进行加热；当环境温度较高且外部电池模组7的温度较低时，热管理系统进入制冷调节模式，减少输出至外部电池模组7的冷量，降低能耗；当环境温度较低且回流至储液罐的制冷剂的温度较低时，热管理系统进入制热调节模式，保证回流的制冷剂温度正常，从而保证压缩机1能够正常工作。

本实施例中的热管理系统零部件种类和数量较少、制冷剂的运行管路简单，有效减小热管理系统的整体体积和降低成本，从而利于热管理系统在家用领域和商用领域的推广和应用。并且该热管理系统能够根据不同的情况及时调整热管理系统的模式，不仅能够使外部电池模组的工作温度始终保持在合适的温度范围，而且有效降低能耗。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步地，还包括有相变蓄能单元8，所述氟冷板5的一个表面与所述相变蓄能单元8接触，所述氟冷板5的另一个表面与外部电池模组7接触。

本实施例中的热管理系统还设置有相变蓄能单元8，相变蓄能单元8中存储有复合相变材料，复合相变材料是高效的蓄能物质，优选地，本实施例的复合相变材料由膨胀石墨和石蜡混合制备而成。氟冷板5的一个表面与相变蓄能单元8接触、另一个表面与外部电池模组7接触，当氟冷板5输出的冷量或热量大于外部电池模组7需要的冷量或热量时，氟冷板5把多余的冷量或热量传递至相变蓄能单元8进行蓄冷或蓄热，当氟冷板5输出的冷量或热量小于外部电池模组7需要的冷量或热量时，相变蓄能单元8将存储的冷量或热量经过氟冷板5输送至外部电池模组7中，从而可以减少能量的损失，节省能源。并且，当热管理系统中的压缩机1、冷凝器3或者其他零部件发生故障而停止工作时，相变蓄能单元8也能将其存储的冷量或热量经过氟冷板5输送至外部电池模组7中，以保证外部电池模组7的工作温度维持在合适的范围内。

实施例3

在实施例1的基础上，进一步地，所述制冷调节支路15与所述冷凝器3、所述节流模组4并联设置，所述制冷调节支路15的入口端连接在所述第二阀口22与所述冷凝器3之间，所述制冷调节支路15的出口端连接在所述节流模组4与所述氟冷板5之间，所述制冷调节支路15中设置有第一电磁阀9。

本实施例中，当环境温度传感器检测到环境温度大于等于第一设定温度(比如15℃)时，热管理系统切换至制冷模式，此时控制器控制四通阀单元2中的第一阀口21与第二阀口22之间、第四阀口24与第三阀口23之间导通，以及控制制冷调节支路15和制热调节支路16关闭，从而使得制冷剂从压缩机1、第一阀口21、第二阀口22、冷凝器3、节流模组4、氟冷板5、第四阀口24、第三阀口23、储液罐6依次运行，并回流至所述压缩机1中形成制冷回路，在制冷回路中，压缩机1将低温低压气体制冷剂压缩为高温高压气体制冷剂，将高温高压的气体制冷剂排出，经过四通阀单元2后，到冷凝器3，经过冷凝后变成高温高压的液体制冷剂，流向节流模组4，经过节流模组4节流膨胀后，变成低温低压的气液混合体制冷剂，流向氟冷板5与外部电池模组7、相变蓄能单元8进行热交换，变成低温低压的气体制冷剂，经过四通阀单元2流入储液罐6后，再次流向压缩机1，然后反复循环；当热管理系统处于制冷模式，且电池模组温度传感器检测到外部电池模组7的温度小于等于第二设定温度(比如10℃)时，外部电池模组7需求的冷量减少，为了节省能耗，热管理系统切换至制冷调节模式，此时控制器在制冷模式的基础上再控制制冷调节支路15导通，即将第一电磁阀9打开，从而使得从压缩机1流出的制冷剂经过第一阀口21、第二阀口22之后，部分制冷剂沿着冷凝器3、节流模组4的管路运行，其余的制冷剂沿着制冷调节支路15运行，然后所有制冷剂汇合一起沿氟冷板5、第四阀口24、第三阀口23、储液罐6依次运行，并回流至压缩机1中形成制冷调节回路；在制冷调节模式下，部分高温高压的气体制冷剂不需要进行冷凝，直接流入制冷调节支路15中经过第一电磁阀9膨胀后，变成高温低压的气体制冷剂，与部分经过冷凝和节流后的低温低压的气体制冷剂混后流向氟冷板5，对外部电池模组7进行制冷；该模式下，只需要部分制冷剂进行冷凝，减少冷量的浪费，节省能耗。

实施例4

在实施例1的基础上，进一步地，所述制热调节支路16与所述节流模组4、所述氟冷板5并联设置，所述制热调节支路16的入口端连接在所述第四阀口24与所述氟冷板5之间，所述制热调节支路16的出口端连接在所述节流模组4与所述冷凝器3之间；所述制热调节支路16中设置有第二电磁阀10。

本实施例中，当环境温度传感器检测到环境温度小于第一设定温度(比如15℃)时，热管理系统切换至制热模式，此时控制器控制四通阀单元2中的第一阀口21与第四阀口24之间、第二阀口22与第三阀口23之间导通，以及控制制冷调节支路15和制热调节支路16关闭，从而使得制冷剂从压缩机1、第一阀口21、第四阀口24、氟冷板5、节流模组4、冷凝器3、第二阀口22、第三阀口23、储液罐6依次运行，并回流至所述压缩机1中形成制热回路，在制热回路中，压缩机1将低温低压气体制冷剂压缩为高温高压气体制冷剂，将高温高压的气体制冷剂排出，经过四通阀单元2后，流向氟冷板5与外部电池模组7、相变蓄能单元8进行热交换，经过冷凝后变成高温高压的液体制冷剂，流向节流模组4，经过节流模组4节流膨胀后，变成低温低压的气液混合体制冷剂，流向冷凝器进行热交换，变成低温低压的气体制冷剂，经过四通阀单元2流入储液罐6后，再流向压缩机1，然后反复循环。当热管理系统处于制热模式，且热管理系统中回流至储液罐6的制冷剂温度小于等于第三设定温度(比如5℃)时，回流的制冷剂温度太低时，会影响压缩机1的启动，为了保证压缩机1正常工作，热管理系统切换至制热调节模式，此时控制器在制热模式的基础上再控制制热调节支路16导通，即将第二电磁阀10打开，从而使得从压缩机1流出的制冷剂经过第一阀口21、第四阀口24之后，部分制冷剂沿着氟冷板5、节流模组4的管路运行，其余的制冷剂沿着制热调节支路16运行，然后所有制冷剂汇合一起沿冷凝器3、第二阀口22、第三阀口23、储液罐6依次运行，并回流至压缩机1中形成制热调节回路；在制热调节模式下，部分高温高压的气体制冷剂，直接流入制热调节支路16中经第二电磁阀10膨胀后，变成高温低压的气体制冷剂，然后与另一部分经过冷凝和节流后的低温低压的气体制冷剂混合，使低温气体制冷剂的温度上升，流向储液罐，再流向压缩机，保证回流至压缩机的制冷剂温度正常，保证压缩机能够正常运行。

实施例5

在实施例1的基础上，进一步地，所述节流模组4包括并联设置的制冷节流支路41和制热节流支路42，所述制冷节流支路中设置有第一单向阀411和第一节流阀412；所述制热节流支路中设置有第二单向阀421和第二节流阀422。

本实施例中，所述制冷节流支路41与所述制冷回路连通，所述制热节流支路42与所述制热回路连通；通过设置第一单向阀411以及第二单向阀421，使得制冷节流支路41中制冷剂的流动方向与制冷回路相同、制热节流支路42中制冷剂的流动方向与制热回路相同；通过对节流模组4的设置，使得节流模组4既满足制冷回路的需求、又满足制热回路的需求，从而使得热管理系统整体的结构更加简单。

实施例6

在实施例1的基础上，进一步地，所述节流模组4与所述氟冷板5之间、以及所述第四阀口24与所述氟冷板5之间分别设置有至少一个截止阀11。

本实施例中，当热管理系统发生故障时，通过截止,11对管路进行关闭，便于零部件的更换和维修，减少制冷剂的泄露。

实施例7

在实施例1的基础上，进一步地，所述节流模组4与所述氟冷板5之间、以及所述第三阀口23与所述储液罐6之间均设置有温度变送器12。

本实施例中，通过设置温度变送器12，实时监测热管理系统中制冷剂的温度，有利于控制器根据制冷剂的温度及时进行调控，保证外部电池模组7的工作温度在合适的范围内。

实施例8

在实施例1的基础上，进一步地，所述压缩机1的入口端设置有低压开关13，所述压缩机1的出口端设置有高压开关14。

通过低压开关13和高压开关14实时监控热管理系统管路中的压力情况，以根据压力情况判断热管理系统是否出现制冷剂泄露、冷凝器故障、节流器故障等情况，以便于能够及时对热管理系统进行检查和维修，保证热管理系统正常工作。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的若干实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种四通阀式热管理系统，其特征在于：所述热管理系统包括主管路、以及分别与所述主管路相连接的制冷调节支路(15)、制热调节支路(16)；所述主管路、制冷调节支路(15)和制热调节支路(16)中均运行有制冷剂；所述主管路中设置有压缩机(1)、四通阀单元(2)、冷凝器(3)、节流模组(4)、氟冷板(5)和储液罐(6)；所述四通阀单元(2)包括第一阀口(21)、第二阀口(22)、第三阀口(23)和第四阀口(24)；所述第一阀口(21)与所述压缩机(1)相连，所述第二阀口(22)与所述冷凝器(3)相连，所述第三阀口(23)与所述储液罐(6)相连，所述第四阀口(24)与所述氟冷板(5)相连；所述冷凝器(3)、所述节流模组(4)、所述氟冷板(5)依次相连。

2.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：还包括相变蓄能单元(8)，所述氟冷板(5)的一个表面与所述相变蓄能单元(8)接触，所述氟冷板(5)的另一个表面与外部电池模组(7)接触。

3.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述制冷调节支路(15)与所述冷凝器(3)、所述节流模组(4)并联设置，所述制冷调节支路(15)的入口端连接在所述第二阀口(22)与所述冷凝器(3)之间，所述制冷调节支路(15)的出口端连接在所述节流模组(4)与所述氟冷板(5)之间。

4.根据权利要求3所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述制冷调节支路(15)中设置有第一电磁阀(9)。

5.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述制热调节支路(16)与所述节流模组(4)、所述氟冷板(5)并联设置，所述制热调节支路(16)的入口端连接在所述第四阀口(24)与所述氟冷板(5)之间，所述制热调节支路(16)的出口端连接在所述节流模组(4)与所述冷凝器(3)之间。

6.根据权利要求5所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述制热调节支路(16)中设置有第二电磁阀(10)。

7.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述节流模组(4)包括并联设置的制冷节流支路(41)和制热节流支路(42)，所述制冷节流支路中设置有第一单向阀(411)和第一节流阀(412)；所述制热节流支路中设置有第二单向阀(421)和第二节流阀(422)。

8.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述节流模组(4)与所述氟冷板(5)之间、以及所述第四阀口(24)与所述氟冷板(5)之间分别设置有至少一个截止阀(11)。

9.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述节流模组(4)与所述氟冷板(5)之间、以及所述第三阀口(23)与所述储液罐(6)之间均设置有温度变送器(12)。

10.根据权利要求1所述的四通阀式热管理系统，其特征在于：所述压缩机(1)的入口端设置有低压开关(13)，所述压缩机(1)的出口端设置有高压开关(14)。