CN222080497U - 一种车辆及其水冷电动压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车辆及其水冷电动压缩机，属于车辆热管理用空调压缩机技术领域。具体提供了一种能够实现将压缩机控制器时刻维持在合理温度范围的车辆空调系统的水冷电动压缩机及采用该空调系统的车辆，用于压缩机控制器电路的散热。对应的压缩机控制电路的散热不再依靠制冷剂循环，而是通过与控制电路热交换的换热器，利用车辆上现有的液冷循环调节电路板的温度，这样能够避免压缩机电路板的散热受制冷剂循环的影响，可以自主调节压缩机电路板的温度。有效解决了例如重车在一些高温情况下，压缩机难以启动的问题。

Description

一种车辆及其水冷电动压缩机

技术领域

本实用新型涉及一种车辆及其水冷电动压缩机，属于车辆热管理用空调压缩机技术领域。

背景技术

对于燃料电池或纯电动等新能源车辆，空调制冷均采用电动压缩机。电动压缩机通过电动机驱动，为了满足车辆上例如驾驶室、动力电池等在不同工况下的制冷需求，电动压缩机通常为可调速的，即电动机为调速电机，同时由于压缩机负荷较大，在车辆上采用高压供电。电动压缩机的电机的电机控制器即相关驱动电路集成在电路板上，有较大的散热需求。

压缩机机械部分由于在工作时会流入低温制冷剂(冷媒)，可以带走其工作时产生的热量，解决其散热问题，作为电路部分的控制器电路板就需要采用一定措施满足散热需求，由于靠近工作过程中循环流动的制冷剂，因此现有技术中往往采用与冷媒热交换的方式对控制器电路板进行散热；或者设计气流风道，采用风冷对控制器电路板散热，但这在结构紧凑空间有限的车辆上较为少见。

例如授权公告号为CN204733506U的中国实用新型专利授权公告文本，公开了一种车用空调压缩机的控制器散热结构，该方案在压缩机壳体上方设置用于安装电控模块的安装槽，电控模块底部通过导热胶粘贴散热板，散热板四周与安装槽侧壁之间密封设置，安装槽底部开设有进出口，通过压缩机的低温冷媒在被压缩之前首先通过进出口流经安装槽与散热板充分换热，带走电控模块的热量。

公开号为US7009318B2的美国专利文件公开了具有用于电路冷却系统的电制冷压缩机，该方案将压缩机电路板封装在外壳内，然后将封装电路板的外壳作为盖板盖合在压缩机壳体上端开口处，利用进入压缩机的制冷剂对电路板降温。

授权公告号为CN207657560U的中国实用新型专利授权公告文本，同样公开了类似的方案，在控制器安装盒下表面固定连接有加强筋，加强筋另一端延伸至与左、右气道凸包固定连接，通过若干个加强筋单元直接与气道凸包连接的方式来散热，充分利用冷媒进行热量交换，冷媒流动带走控制器大部分热量。

上述方案均是压缩机的电动机的电路板依靠压缩机制冷剂循环来散热，但是，当夏季环境温度较高时，加上车辆上空间紧凑，电动压缩机距离功率较大的燃料电池电堆或者动力电池较近时，压缩机处于比较高的环境温度下；且车辆上冷媒循环用于给动力电池、电驱动系统及驾驶室制冷降温，控制逻辑复杂、启动条件多，压缩机面临频繁启停的工况。

现有技术中这种情况下，由于压缩机启动过程中，制冷剂尚未开始循环，无法带走电路板热量，此时电路板主动散热功能失效，会导致压缩机电路板高温，有损电路元件寿命。且电路高温的情况下压缩机启动困难，可能需要重复多次尝试启动的情况，进一步导致恶性循环。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车辆，用以解决现有技术新能源车辆电动压缩机启动困难的问题；还提供了一种水冷电动压缩机，解决在面临高温工况难以启动的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

本实用新型的一种水冷电动压缩机的技术方案，包括控制电路，所述控制电路上设置有用于与控制电路进行热交换的换热器，所述换热器包括在换热器内部连通的冷却介质进口和冷却介质出口，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口用于串联在车辆的液冷循环回路中。

进一步地，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面导热接触。

进一步地，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面之间设置导热胶或导热垫。

本实施的一种车辆，包括液冷循环和空调系统，所述空调系统包括压缩机，所述压缩机的控制电路上设置有用于与控制电路进行热交换的换热器，所述换热器包括在换热器内部连通的冷却介质进口和冷却介质出口，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口串联在所述液冷循环回路中。

进一步地，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面导热接触。

进一步地，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面之间设置导热胶或导热垫。

进一步地，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口所串联的液冷支路与液冷循环中用于给车辆动力电池散热的动力电池换热器所在液冷支路并联。

进一步地，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口所串联的液冷支路上还串联有通断阀。

进一步地，所述动力电池换热器所在液冷支路上也串联有通断阀。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种能够实现将压缩机控制器时刻维持在合理温度范围的车辆空调系统的水冷电动压缩机及采用该空调系统的车辆，对应的压缩机控制电路的散热不再依靠制冷剂循环，而是通过与控制电路热交换的换热器，利用车辆上现有的液冷循环调节电路板的温度，这样能够避免压缩机电路板的散热受制冷剂循环的影响，可以自主调节压缩机电路板的温度。

同时，本实用新型采用预制的成品换热器贴于压缩机电路板背面，相比背景技术中介绍的通过压缩机壳体结构形成冷媒与控制模块散热板的接触，同时利用散热板与壳体之间通过密封结构实现冷媒与控制模块电路部分的隔绝的方案，能够避免密封老化失效导致漏液对电路的损伤，可靠性更好。

附图说明

图1是液冷循环系统结构原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

空调压缩机的工作条件下，会不断的将低温制冷剂吸入，压缩形成高温制冷剂排出，因此针对空调系统会利用吸入的低温制冷剂为空调压缩机进行制冷降温。随着车辆的电动化，目前新能源车辆上采用的电动压缩机还增加了控制器的散热需求，现有技术很直观地，也就同样设计利用进入压缩机的制冷剂，同时对控制器进行了冷却降温。

但是针对一些特殊的车辆工况，例如新能源重型货车，配置了有较大散热需求的大容量的动力电池或燃料电池电堆，因此同时要给电池或电堆散热的重车一体化热管理系统中配置的大功率压缩机的控制器，同样具有较大发热量和较大散热需求；此外，由于空间利用的原因，压缩机和发热量很大的电池或电堆相距较近，散热环境很差，热量聚集。现有技术中利用制冷剂循环带走控制器热量的散热方法在空调稳定运行过程中效果很好，但是在压缩机启动时和启动后完成一个冷媒循环前的一小段时间内，由于制冷剂循环还没有形成，刚吸入压缩机的制冷剂没有经过一个完整的循环，温度还与环境温度接近。在这种情况下，压缩机启动时的工况较为恶劣，压缩机控制器在温度较高的恶劣环境下启动容易启动失败，需要多次启动，且每次尝试启动控制器本身还会进一步产生热量，导致恶性循环，愈加难以启动。导致尤其是采用一体化热管理空调系统的重型车辆，其空调压缩机在例如夏天高温环境下难以启动，容易启动失败。

本实用新型的构思在于，利用车辆的液冷循环系统，为空调压缩机的控制器提供散热，车辆液冷循环中包括车外的换热器，能够直接或者利用车辆行驶产生的气流进行与外界空气的换热，从而能够在压缩机启动前提前带走压缩机控制器热量，为其降温，一定程度缓解设置在车辆内部压缩机附近散热条件差、环境温度高的问题，从而使压缩机易于启动。

一体化热管理系统中，液冷系统还进一步能够与冷媒循环中的低温冷媒换热，当空调系统启动后，压缩机工作过程中，其控制器持续产生热量时，依然能够利用空调系统的制冷能力为压缩机控制器持续降温。

车辆实施例：

本实施例提供一种带有水冷电动压缩机的车辆，车辆包括液冷循环系统，该液冷循环系统例如可以用于为车辆动力电池、燃料电池电堆及电驱动系统进行散热冷却。为了达到更好的散热效果，该液冷循环中还可以串联有设置于车辆前部用于与车外空气换热的散热器。为了进一步更好地为液冷循环中的发热零部件冷却降温，液冷循环中还可以串联有用于与空调冷媒循环中低温冷媒换热的液冷介质-冷媒换热器，以在被动散热之余利用空调制冷能力为液冷循环中冷却液主动降温。

本实施例的车辆还包括空调冷媒循环系统，具体包括本实用新型的一种水冷电动压缩机，还包括在水冷电动压缩机的冷媒循环方向下游设置的冷凝器，以及带有膨胀阀和蒸发器的驾驶室空调制冷支路，进一步和与驾驶室空调制冷支路并联的带有膨胀阀和蒸发器的液冷制冷支路，液冷介质-冷媒换热器中冷媒一侧串联在液冷制冷支路中作为液冷制冷支路中的膨胀阀。

本实用新型的一种水冷电动压缩机包括驱动压缩机运转的电动机和控制电动机带载启停及调速的电机控制器，电机控制器中设置有用于在电机控制器和液冷系统冷却介质之间进行热交换的压缩机液冷换热器。

具体地，电机控制器包括外面的壳体，和内部的印刷电路板，印刷电路板包括主控部分和驱动部分，主控部分的控制芯片、电源芯片、PWM电路及驱动部分的硅元件和供电电路等设置在印刷电路板正面，印刷电路板背面通过导热胶或者导热垫粘贴在压缩机液冷换热器的换热面上，压缩机液冷换热器的冷却介质进口和出口串联在液冷回路中，压缩机液冷换热器内部设计弯曲流道，让液冷介质在压缩机液冷换热器内停留足够时间同时与换热面全面接触，使进入的液冷介质与换热面之间进行充分的热交换。

本实施例中的液冷循环系统具体如图1所示，包括冷却水泵1、冷却系统2、动力电池换热器3以及压缩机液冷换热器4，冷却水泵1和冷却系统2通过液冷管路串联形成液冷主路，其中冷却系统2用来对冷却介质散热降温和/或制冷降温，即包括用于与车外空气换热的散热器和/或用于与空调冷媒循环中低温冷媒换热的液冷介质-冷媒换热器。

动力电池换热器3所在支路和压缩机液冷换热器4所在支路并联后连接在液冷主路两端，当动力电池或者水冷电动压缩机有冷却需求时，冷却水泵1启动，液冷循环开始，分别对两者进行降温。

作为其他实施方式，两条支路中均串联有通断阀，用于分别控制两条支路的开启与关闭，在动力电池或者水冷电动压缩机中任意一个有冷却需求时，关闭另一支路上的通断阀，启动液冷循环，仅对有冷却需求的对象散热降温，增加控制的灵活性，提高液冷效率。

作为其他实施方式，可以在动力电池或者水冷电动压缩机所在支路中分别设置水泵，在对应设备有冷却需求时，启动对应支路中的水泵。

本实施例中液冷循环系统的冷却介质采用防冻液。

下面通过对本实施例的液冷循环系统的工作方式进行介绍，以便于对本实施例中的水冷电动压缩机的结构的原理进行理解。液冷循环系统各个工作模式的工作逻辑如下表(表1)所示，表1中数字代表图1中对应附图标号代表的液冷系统的中的零部件，通过箭头反应液冷循环中冷却介质循环流向。

表1液冷循环系统工作模式的控制逻辑

液冷循环系统控制器根据现有逻辑判断动力电池是否有冷却需求，同时采集水冷电动压缩机控制器或者直接采集控制器的印刷电路板的温度T，根据预设的阈值T₁判断水冷电动压缩机控制器是否有冷却需求。具体地，当T≥T₁时，水冷电动压缩机控制器是有冷却需求，通断阀6接通，冷却水泵1启动；当T＜T1时，水冷电动压缩机控制器是无冷却需求，通断阀6断开。

具体各个工作模式的判断条件如下表(表2)所示。

表2液冷循环系统工作模式的选择条件

工作模式	电池是否有制冷需求	水冷电动压缩机控制器温度T
			模式一	是	T＜T1
模式二	是	T≥T1
			模式三	否	T≥T1
模式四	否	T＜T1

本实用新型的车辆将空调压缩机控制器电路板的散热由制冷剂循环散热调整为水冷循环散热，同时水冷循环散热根据需要启动，维持压缩机控制器在良好温度环境下，散热不依赖制冷剂是否循环，保证电路板处于合适的温度区间，避免出现电路板高温压缩机无法启机的问题。

同时电路元件无论通电运行与否都长期维持在合适的温度范围内，不高温，能够延缓电路老化，延长使用寿命。

压缩机实施例：

本实施例提供一种用于车辆空调系统的水冷电动压缩机，具体在车辆实施例中进行了详细的介绍，本实施例不再赘述。本实施例的水冷电动压缩机控制的电路板的散热由现有技术的制冷剂循环散热调整为水冷循环散热，水冷循环散热更稳定，不受空调是否启动、制冷剂是否循环的影响，保证电路板始终处于合适的温度区间，做好启动的准备，不会出现电路板高温压缩机无法启机的问题。

Claims (9)

1.一种水冷电动压缩机，包括控制电路，其特征在于，所述控制电路上设置有用于与控制电路进行热交换的换热器，所述换热器包括在换热器内部连通的冷却介质进口和冷却介质出口，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口用于串联在车辆的液冷循环回路中。

2.根据权利要求1所述的水冷电动压缩机，其特征在于，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面导热接触。

3.根据权利要求2所述的水冷电动压缩机，其特征在于，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面之间设置导热胶或导热垫。

4.一种车辆，包括液冷循环和空调系统，所述空调系统包括压缩机，其特征在于，所述压缩机的控制电路上设置有用于与控制电路进行热交换的换热器，所述换热器包括在换热器内部连通的冷却介质进口和冷却介质出口，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口串联在所述液冷循环回路中。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面导热接触。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述换热器的换热面与电动控制电路的电路板的背面之间设置导热胶或导热垫。

7.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口所串联的液冷支路与液冷循环中用于给车辆动力电池散热的动力电池换热器所在液冷支路并联。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述换热器的冷却介质进口和冷却介质出口所串联的液冷支路上还串联有通断阀。

9.根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于，所述动力电池换热器所在液冷支路上也串联有通断阀。