ES3030350T3 - Vehicle thermal management system and electric vehicle - Google Patents

Vehicle thermal management system and electric vehicle

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ES3030350T3 ES21868758T ES21868758T ES3030350T3 ES 3030350 T3 ES3030350 T3 ES 3030350T3 ES 21868758 T ES21868758 T ES 21868758T ES 21868758 T ES21868758 T ES 21868758T ES 3030350 T3 ES3030350 T3 ES 3030350T3
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Yilin Zhong
Heping Ling
Chunfen Wu
Fangfang Lin
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BYD Co Ltd
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Abstract

Un sistema de gestión térmica de vehículos y un vehículo eléctrico. El sistema de gestión térmica de vehículos comprende un primer sistema de gestión térmica (10) y un segundo sistema de gestión térmica (20) para un sistema de alta presión. El segundo sistema de gestión térmica (20) comprende un radiador (25), un intercambiador de calor (21) y una rama de aprovechamiento de calor residual (27). Esta rama (27) está equipada con una bomba de agua (23) en comunicación con la rama de aprovechamiento de calor residual y una rama de refrigeración del sistema de alta presión (22) que circula a través de este sistema. La salida del líquido refrigerante del intercambiador de calor (21) está en comunicación con la entrada de la rama de aprovechamiento de calor residual (27); y la salida de la rama de aprovechamiento de calor residual (27) está en comunicación selectiva y directa con la entrada del líquido refrigerante del intercambiador de calor (21) o con la entrada del líquido refrigerante del intercambiador de calor (21) a través del radiador (25). El primer sistema de gestión térmica (10) comprende un compresor (11) y un paquete de baterías (12) equipado con un dispositivo de refrigeración directa. La salida del compresor (11) se comunica con un primer puerto (121) del dispositivo de refrigeración directa del paquete de baterías (12), un segundo puerto (122) del dispositivo de refrigeración directa del paquete de baterías (12) se comunica con la entrada de refrigerante del intercambiador de calor (21) mediante una primera derivación de estrangulamiento (91), y la salida de refrigerante del intercambiador de calor (21) se comunica con la entrada del compresor (11). El sistema simplifica la configuración de las tuberías para la refrigeración y el calentamiento del paquete de baterías. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de gestión térmica de vehículo y vehículo eléctrico
CAMPO
La presente invención se refiere al campo del acondicionamiento de aire de vehículos eléctricos, y más específicamente, a un sistema de gestión térmica de vehículo y un vehículo eléctrico.
ANTECEDENTES
En un vehículo, especialmente un vehículo eléctrico y un vehículo híbrido, con el fin de garantizar el alcance de conducción, la vida útil y la energía disponible del vehículo eléctrico y el vehículo híbrido, es necesario gestionar la temperatura de la batería de energía del vehículo, de modo que la batería de energía siempre funcione a una temperatura adecuada. En la técnica relacionada, se proporciona un circuito de intercambio de calor de batería para calentar el paquete de baterías, y un PTC(Positive Temperature Coefficient- [elemento con] coeficiente de temperatura positivo) para calentar un líquido de enfriamiento, una bomba de agua para promover la circulación del líquido de enfriamiento, y un intercambiador de calor proporcionado en el paquete de baterías para el intercambio de calor con el paquete de baterías se proporcionan en el circuito de intercambio de calor de la batería. El líquido de enfriamiento en el circuito se calienta mediante el PTC en el circuito y, a continuación, la batería se calienta. La batería se enfría mediante el intercambio de calor entre el líquido de enfriamiento en el intercambiador de calor en el paquete de baterías y un refrigerante en un sistema de acondicionamiento de aire. Cuando la batería se enfría, el PTC en el circuito se apaga. Dicho sistema de gestión térmica para el paquete de baterías se completa con un circuito de intercambio de calor de la batería diseñado adicionalmente, que tiene una disposición de tubería compleja, más piezas y componentes, y mayores costos.
El documento CN109968940A describe un sistema de gestión térmica comprendiendo un circuito de refrigerante y un circuito de refrigerante para un sistema de alto voltaje.
COMPENDIO
La presente invención pretende proporcionar un sistema de gestión térmica del vehículo, que puede simplificar la disposición de las tuberías para enfriar y calentar un paquete de baterías y reducir el coste.
Con el fin de lograr el objeto anterior, la presente invención proporciona un sistema de gestión térmica de vehículo, que incluye un primer sistema de gestión térmica y un segundo sistema de gestión térmica para un sistema de alto voltaje. El segundo sistema de gestión térmica incluye un disipador de calor, un intercambiador de calor y un ramal de utilización de calor residual. El ramal de utilización de calor residual está provisto de una bomba de agua y un ramal de enfriamiento del sistema de alto voltaje que pasa a través del sistema de alto voltaje que están interconectados. Una salida de líquido de enfriamiento del intercambiador de calor se comunica con una entrada del ramal de utilización de calor residual, y una salida del ramal de utilización de calor residual se comunica opcionalmente directamente con una entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador de calor o a través del disipador de calor con la entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador de calor.
El primer sistema de gestión térmica incluye un compresor y un conjunto de baterías provisto de un dispositivo de enfriamiento directo. Una salida del compresor se comunica con un primer puerto del dispositivo de enfriamiento directo del paquete de baterías, un segundo puerto del dispositivo de enfriamiento directo del paquete de baterías se comunica con una entrada de refrigerante del intercambiador de calor a través de un primer ramal de regulación, y una salida de refrigerante del intercambiador de calor se comunica con una entrada del compresor.
Según las soluciones técnicas anteriores, se pueden lograr al menos los siguientes efectos técnicos.
Dado que el paquete de baterías está provisto de un dispositivo de enfriamiento directo, el intercambio de calor entre el refrigerante y el paquete de baterías se completa a través del dispositivo de enfriamiento directo. Por lo tanto, no es necesario disponer, en el paquete de baterías, un intercambiador de calor adicional y tuberías que se comuniquen con el intercambiador de calor adicional para enfriar el paquete de baterías, lo que simplifica la disposición de tuberías para calentar y enfriar el paquete de baterías y reduce el costo. El refrigerante se utiliza directamente para intercambiar calor por el paquete de baterías, que tiene una alta eficiencia de intercambio de calor y no se ve afectado por el ambiente externo. Ya sea en un entorno de alta temperatura o baja temperatura, el paquete de baterías puede funcionar dentro de un intervalo de temperatura adecuado, lo que mejora la eficiencia de carga y descarga del paquete de baterías, mejora la resistencia, extiende la vida útil del paquete de baterías y garantiza la seguridad del paquete de baterías.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un vehículo eléctrico, que incluye el sistema de gestión térmica del vehículo descrito en cualquiera de los anteriores.
Otras características y ventajas de la presente invención se describirán en detalle en la siguiente parte de la descripción detallada.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los dibujos adjuntos se utilizan para proporcionar una mayor comprensión de la presente invención y constituyen una parte de esta memoria descriptiva. Los dibujos adjuntos y las implementaciones específicas a continuación se utilizan juntos para explicar la presente invención en lugar de constituir una limitación de la presente invención. En los dibujos adjuntos:
La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo según una implementación de la presente invención, donde un ramal de utilización de calor residual se muestra mediante una flecha discontinua.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un segundo sistema de gestión térmica según otra implementación de la presente invención, donde un ramal de utilización de calor residual se muestra mediante una flecha discontinua.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo según otra implementación de la presente invención.
La FIG. 4a es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículos en un modo de utilización de calor residual del sistema de calentamiento de alto voltaje del paquete de baterías.
La FIG. 4b es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de calentamiento de paquete de baterías - calor residual de sistema de alto voltaje más energía ambiental externa según una implementación de la presente invención.
La FIG. 5a es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de calentamiento de paquete de baterías y calentamiento de compartimento de pasajeros - utilización de calor residual de sistema de alto voltaje según una implementación de la presente invención.
La FIG. 5b es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de calentamiento de paquete de baterías y calentamiento de compartimento de pasajeros - calor residual de sistema de alto voltaje más energía ambiental externa según una implementación de la presente invención.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de enfriamiento de paquete de baterías según una implementación de la presente invención.
La FIG. 7 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de enfriamiento de compartimento de pasajeros según una implementación de la presente invención.
La FIG. 8 es un diagrama esquemático de un circuito de circulación de un sistema de gestión térmica de vehículo en un modo de enfriamiento de paquete de baterías y enfriamiento de compartimento de pasajeros según una implementación de la presente invención.
La FIG. 9 es una vista esquemática en sección de una válvula de conmutación de expansión de un sistema de gestión térmica de vehículo según una implementación de la presente invención.
La FIG. 10 es un diagrama esquemático de control de un dispositivo de autocalentamiento de un paquete de baterías de un sistema de gestión térmica de un vehículo según una implementación de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
A continuación se describen en detalle implementaciones específicas de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Debe entenderse que las implementaciones específicas descritas en esta invención se utilizan simplemente para describir y explicar la presente invención, pero no pretenden limitar la presente invención.
En la presente invención, a menos que se indique lo contrario, las palabras direccionales tales como "aguas arriba y aguas abajo" se usan en relación con una dirección de flujo de un refrigerante. Específicamente, la dirección de flujo hacia el refrigerante es aguas abajo, y la dirección de flujo que se aleja del refrigerante es aguas arriba. "Interior y exterior" significa interior y exterior de un contorno de un componente correspondiente.
En la presente invención, un vehículo eléctrico puede incluir un vehículo eléctrico puro, un vehículo híbrido y un vehículo con pila de combustible. La FIG. 1 es un diagrama estructural esquemático de un sistema 100 de gestión térmica del vehículo según una implementación de la presente invención. Como se muestra en la FIG.
1, el sistema puede incluir un conjunto de calentamiento, ventilación y acondicionamiento de aire(Heating Ventilation and Air Conditioning,HVAC) y un mecanismo de amortiguación (no mostrado). El mecanismo de amortiguación incluye un conducto de aire que puede usarse para conducir aire a un evaporador 17 en el vehículo y un condensador 13 en el vehículo.
Con el fin de simplificar la tubería para enfriar y calentar un paquete 12 de baterías, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, se proporciona un sistema 100 de gestión térmica del vehículo, que incluye un primer sistema 10 de gestión térmica y un segundo sistema 20 de gestión térmica para un sistema de alto voltaje. El segundo sistema 20 de gestión térmica incluye un disipador 25 de calor, un intercambiador 21 de calor y un ramal 27 de utilización de calor residual (que se muestra mediante flechas discontinuas en la FIG. 1 y la FIG. 2). Una bomba 23 de agua y un ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje que pasan a través del sistema de alto voltaje que están interconectados entre sí están dispuestos en el ramal 27 de utilización de calor residual. Una salida de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor comunica con una entrada del ramal 27 de utilización de calor residual, una salida del ramal 27 de utilización de calor residual opcionalmente comunica directamente con una entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor a través de un cuarto ramal 84 de flujo o con la entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor a través del disipador 25 de calor. La bomba 23 de agua dispuesta en el ramal 27 de utilización de calor residual proporciona energía de circulación para todo el segundo sistema 20 de gestión térmica. El segundo sistema 20 de gestión térmica incluye además una válvula 24 de inversión. A través de la válvula 24 de inversión, la salida del ramal 27 de utilización de calor residual opcionalmente se comunica directamente con la entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor o con la entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor a través del disipador 25 de calor.
El primer sistema 10 de gestión térmica incluye un compresor 11 y un paquete 12 de baterías provisto de un dispositivo de enfriamiento directo. Una salida del compresor 11 se comunica con un primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías. Un segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías se comunica con una entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor a través de un primer ramal 91 de regulación, y una salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor se comunica con una entrada del compresor 11.
En la presente invención, la secuencia aguas arriba y aguas abajo de la bomba 23 de agua, el intercambiador 21 de calor y el ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje no está limitada. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 1, el ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje, el intercambiador 21 de calor y la bomba 23 de agua están dispuestos en secuencia en una dirección de flujo de un líquido de enfriamiento. Alternativamente, como se muestra en la FIG. 2, el intercambiador 21 de calor, el ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje y la bomba 23 de agua están dispuestos en secuencia en la dirección de flujo del líquido de enfriamiento, o la bomba 23 de agua, el intercambiador 21 de calor y el ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje están dispuestos en secuencia en la dirección de flujo del líquido de enfriamiento, o el ramal 22 de enfriamiento, la bomba 23 de agua y el intercambiador 21 de calor están dispuestos en secuencia en la dirección de flujo del líquido de enfriamiento, y así sucesivamente. En la presente invención, para facilitar la explicación y la descripción, el modo de disposición mostrado en la FIG. 1 se utiliza como ejemplo para la descripción.
En las soluciones técnicas anteriores, un sistema de alto voltaje incluye dispositivos que funcionan a altos voltajes, como un motor, un controlador de motor y una unidad de carga y distribución tres en uno. Dado que los dispositivos funcionan a un alto voltaje, se puede generar mucho calor durante el funcionamiento. El intercambiador 21 de calor está provisto de cuatro puertos de entrada y de salida en total, que son respectivamente una entrada de refrigerante y una salida de refrigerante para la circulación de un refrigerante, y una entrada de líquido de enfriamiento y una salida de líquido de enfriamiento para la circulación del líquido de enfriamiento.
El "disipador 25 de calor" en la presente invención funciona como un intercambiador de calor y puede intercambiar calor con el ambiente externo. Cuando el sistema 100 de gestión térmica del vehículo necesita calentamiento, el disipador 25 de calor puede absorber calor del ambiente externo, y cuando el sistema 100 de gestión térmica del vehículo necesita enfriamiento, el disipador 25 de calor puede disipar el calor al ambiente externo.
Con el fin de evitar daños al compresor 11, el sistema 100 de gestión térmica del vehículo en la presente invención incluye además un separador de gas-líquido. Una salida del separador de gas-líquido se comunica con la entrada del compresor 11, y todos los ramales que necesitan comunicarse con la entrada del compresor 11 deben pasar a través del separador de gas-líquido y a continuación entrar en el compresor 11. De esta manera, el refrigerante puede someterse primero a separación de gas-líquido a través del separador de gaslíquido, y el gas separado fluye de regreso al compresor 11, evitando así que el refrigerante líquido ingrese al compresor 11 y dañe el compresor 11, para extender la vida útil del compresor 11 y mejorar la eficiencia de todo el sistema de acondicionamiento de aire con bomba de calor.
En el segundo sistema 20 de gestión térmica anterior, la válvula 24 de inversión puede usarse para conmutar para cambiar una trayectoria de flujo del líquido de enfriamiento para hacer que el líquido de enfriamiento fluya a través del disipador 25 de calor o no, de modo que el segundo sistema 20 de gestión térmica incluye dos modos de funcionamiento: un modo de utilización de calor residual del sistema de alto voltaje y un modo de energía de calor residual del sistema de alto voltaje más ambiente externo. En el modo de energía del ambiente externo, cuando es necesario absorber calor del ambiente externo, el modo de funcionamiento es un modo de absorción de energía del ambiente externo. Cuando es necesario liberar calor al ambiente externo, el modo de funcionamiento es un modo de liberación de energía al ambiente externo.
Cuando el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de utilización de calor residual del sistema de alto voltaje, la ruta de flujo de líquido de enfriamiento es la siguiente: con referencia a la FIG. 4a, bomba 23 de agua - válvula 24 de inversión (los puertos a y b se comunican entre sí) - ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje - entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor - salida de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor - bomba 23 de agua. En este modo de funcionamiento, el líquido de enfriamiento puede absorber el calor de los dispositivos en el sistema de alto voltaje cuando fluye a través del sistema de alto voltaje, y a continuación regresar al intercambiador 21 de calor para intercambiar calor con el refrigerante que fluye a través del intercambiador 21 de calor, para elevar la temperatura del refrigerante.
Cuando el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de calor residual más energía del ambiente externo del sistema de alto voltaje (el modo de absorber energía del ambiente externo y liberar energía al ambiente externo), la trayectoria del flujo de líquido de enfriamiento es la siguiente: con referencia a la FIG. 4b, la bomba 23 de agua - válvula 24 de inversión (los puertos a y c se comunican entre sí) - disipador 25 de calor - ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje - entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor - salida de líquido de enfriamiento del intercambiador 21 de calor - bomba 23 de agua.
En el modo de absorción de energía del ambiente externo, el líquido de enfriamiento que fluye desde la bomba 23 de agua absorbe el calor en el entorno cuando fluye a través del disipador 25 de calor, a continuación continúa absorbiendo el calor de los dispositivos en el sistema de alto voltaje cuando fluye a través del sistema de alto voltaje, y a continuación regresa al intercambiador 21 de calor para intercambiar calor con el refrigerante que fluye a través del intercambiador 21 de calor, para elevar la temperatura del refrigerante. Al agregar una fuente de calor en el segundo sistema 20 de gestión térmica, el calor absorbido del ambiente externo y el calor absorbido del sistema de alto voltaje se superponen, y se absorbe más calor, para hacer que el refrigerante absorba más calor del líquido de enfriamiento, aumentando así la utilización de energía del vehículo.
En el modo de liberación de calor al ambiente externo, el líquido de enfriamiento que fluye desde la bomba 23 de agua libera calor al ambiente externo cuando fluye a través del disipador 25 de calor, a continuación continúa intercambiando calor con el sistema de alto voltaje cuando fluye a través del sistema de alto voltaje, y a continuación regresa al intercambiador 21 de calor para intercambiar calor con el refrigerante que fluye a través del intercambiador 21 de calor, para reducir la temperatura del refrigerante.
En una implementación, el modo del segundo sistema 20 de gestión térmica se selecciona según un requisito de calentamiento específico del paquete 12 de baterías. Cuando el calor residual del sistema de alto voltaje es suficiente para calentar el paquete 12 de baterías a una temperatura especificada, el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de utilización de calor residual del sistema de alto voltaje. Cuando el calor residual del sistema de alto voltaje no es suficiente para calentar el paquete 12 de baterías a una temperatura específica, el segundo sistema 20 de gestión térmica está en un modo de calor residual del sistema de alto voltaje más energía ambiental externa. Puede entenderse que en otras implementaciones, el modo del segundo sistema 20 de gestión térmica también puede establecerse según otros requisitos.
A través de las soluciones técnicas anteriores, cuando la temperatura ambiente es relativamente baja y es necesario calentar el paquete 12 de baterías, consultar la FIG. 4a y la FIG. 4b, el primer sistema 10 de gestión térmica está en un modo de calentamiento del paquete 12 de baterías, y el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de utilización de calor residual del sistema de alto voltaje o el modo de calor residual del sistema de alto voltaje más energía del ambiente externo en este caso. En el modo de calentamiento del paquete 12 de baterías, un circuito de circulación del refrigerante es el siguiente: compresor 11 - primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías - segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías - primer ramal 91 de regulación - intercambiador 21 de calor -separador de gas-líquido 11-compresor. El proceso específico es que el compresor 11 eléctrico comienza a funcionar para comprimir el refrigerante, un refrigerante gaseoso a alta temperatura y alta presión fluye fuera del compresor 11, y el refrigerante gaseoso a alta temperatura y alta presión fluye hacia el dispositivo de enfriamiento directo dentro del paquete 12 de baterías y libera una gran cantidad de calor para el intercambio de calor con el paquete 12 de baterías. Un refrigerante de temperatura media y alta presión después del intercambio de calor se convierte en un líquido de baja temperatura y baja presión después de ser regulado y despresurizado por el primer ramal 91 de regulación, y a continuación entra en el intercambiador 21 de calor para absorber calor. El refrigerante de alta temperatura y baja presión después de la absorción de calor vuelve al compresor 11 a través del separador de gas-líquido para ingresar al siguiente ciclo.
El ramal 22 de enfriamiento del sistema de alto voltaje puede intercambiar calor con el sistema de alto voltaje y absorber el calor en el sistema de alto voltaje cuando fluye a través del sistema de alto voltaje. Cuando fluye a través del intercambiador 21 de calor, el líquido de enfriamiento con el calor absorbido del sistema de alto voltaje puede intercambiar calor con el refrigerante que fluye a través del intercambiador 21 de calor, transfiriendo así el calor absorbido del sistema de alto voltaje al refrigerante. De esta manera, el calor reciclado puede usarse para calentar el paquete 12 de baterías, y el calor residual del sistema de alto voltaje puede usarse de manera efectiva. Por lo tanto, el paquete 12 de baterías puede calentarse aún más mediante el uso del calor mientras se enfrían los dispositivos en el sistema de alto voltaje, lo que mejora la utilización de energía. No es necesario calentar el paquete 12 de baterías con un acondicionador de aire. Por lo tanto, se puede mejorar la eficiencia energética de calentamiento del sistema de acondicionamiento de aire para el compartimiento de pasajeros.
Además, dado que el dispositivo de enfriamiento directo está dispuesto en el paquete 12 de baterías, el intercambio de calor entre el refrigerante y el paquete 12 de baterías se completa a través del dispositivo de enfriamiento directo. Por lo tanto, no es necesario disponer, en el paquete 12 de baterías, un intercambiador de calor adicional y una tubería que se comunique con el intercambiador de calor adicional para enfriar el paquete 12 de baterías, lo que simplifica la disposición de la tubería para calentar y enfriar el paquete 12 de baterías y reduce el costo. El refrigerante se utiliza directamente para intercambiar calor con el paquete 12 de baterías, que tiene una alta eficiencia de intercambio de calor y no se ve afectado por el ambiente externo. Ya sea en un entorno de alta temperatura o baja temperatura, el paquete 12 de baterías puede funcionar dentro de un intervalo de temperatura adecuado, lo que mejora la eficiencia de carga y descarga del paquete 12 de baterías, mejora la resistencia, extiende la vida útil del paquete 12 de baterías y garantiza la seguridad del paquete 12 de baterías.
Con el fin de mejorar la eficiencia de calentamiento y enfriamiento del paquete 12 de baterías, en una implementación de la presente invención, el paquete 12 de baterías incluye un módulo de batería y el dispositivo de enfriamiento directo. El dispositivo de enfriamiento directo incluye múltiples tuberías de enfriamiento configuradas para guiar un refrigerante. Las múltiples tuberías de enfriamiento se colocan en una superficie del módulo de batería. El dispositivo de enfriamiento directo está construido para transferir calor del módulo de batería al refrigerante cuando se enfría la batería, o transferir calor del refrigerante al módulo de batería cuando se calienta la batería. El dispositivo de enfriamiento directo no se limita a enfriar solo el paquete 12 de baterías. Cuando una temperatura del refrigerante en el dispositivo de enfriamiento directo es mayor que una temperatura del paquete 12 de baterías, el dispositivo de enfriamiento directo calienta el paquete 12 de baterías en este momento. Cuando una temperatura del refrigerante en el dispositivo de enfriamiento directo es inferior a la temperatura del paquete 12 de baterías, el dispositivo de enfriamiento directo enfría el paquete 12 de baterías en este momento.
Cabe señalar en esta solicitud que, en la presente invención, el paquete 12 de baterías puede incluir una caja del paquete de baterías y múltiples módulos de baterías dispuestos en la caja del paquete de baterías, y el dispositivo de enfriamiento directo está dispuesto en la caja del paquete de baterías y estrechamente unido a los múltiples módulos de baterías. De esta manera, el refrigerante fluye a través del dispositivo de enfriamiento directo, y el dispositivo de enfriamiento directo está estrechamente unido a los múltiples módulos de batería, para hacer que el refrigerante intercambie calor directamente con los módulos de batería, mejorando así la eficiencia del intercambio de calor.
Opcionalmente, en una implementación de la presente invención, el intercambiador 21 de calor es un intercambiador 21 de calor de placas, y el intercambiador 21 de calor de placas es un intercambiador 21 de calor de alta eficiencia formado apilando una serie de láminas metálicas que tienen una cierta forma corrugada. Se forman canales rectangulares delgados entre varias placas, y el intercambio de calor se realiza a través de las placas. El intercambiador 21 de calor de placas tiene las características tales como una alta eficiencia de intercambio de calor, una pequeña pérdida de calor, una estructura compacta y ligera, un espacio de piso pequeño, una amplia aplicación, una larga vida útil y similares. Bajo la misma pérdida de presión, el coeficiente de transferencia de calor del intercambiador de calor de placas es 3-5 veces mayor que el de un intercambiador 21 de calor tubular, el área ocupada es un tercio del intercambiador 21 de calor tubular, y la tasa de recuperación de calor puede ser tan alta como más del 90 %. Por lo tanto, el intercambiador de calor de placas no ocupa un espacio excesivamente grande en el vehículo.
Con el fin de enfriar el paquete 12 de baterías cuando la temperatura del paquete 12 de baterías es excesivamente alta, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, el primer sistema de gestión térmica incluye además un conjunto 50 de expansión bidireccional. La salida del compresor 11 se comunica opcionalmente con la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor a través del primer ramal 80, y/o con el primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías a través de un primer ramal 81 de flujo. Es decir, la salida del compresor 11 se comunica opcionalmente con al menos una de la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor y el primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías. El segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías está en comunicación unidireccional con una entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor a través del conjunto 50 de expansión bidireccional, y una salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor se comunica con una entrada del compresor 11 a través de un segundo ramal 82 de flujo. El primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías se comunica además con la entrada del compresor 11 a través de un tercer ramal 83 de flujo. El segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías está en comunicación unidireccional con la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor, lo que puede evitar que el refrigerante que fluye desde la salida del compresor 11 fluya directamente al paquete 12 de baterías cuando se enfría el paquete 12 de baterías.
Opcionalmente, en una implementación de la presente invención, una tercera válvula 73 de conmutación está dispuesta en el tercer ramal 83 de flujo, y la tercera válvula 73 de conmutación está construida para estar abierta solo cuando la dirección de flujo del refrigerante en el paquete 12 de baterías es desde el segundo puerto 122 al primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías.
A través de las soluciones técnicas anteriores, cuando la temperatura del paquete 12 de baterías es excesivamente alta y es necesario enfriar el paquete 12 de baterías, consultar la FIG. 6. En este caso, el primer sistema 10 de gestión térmica está en un modo de enfriamiento de paquete 12 de baterías, y el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de calor residual del sistema de alto voltaje más liberación de energía al ambiente externo. En este caso, el disipador 25 de calor funciona para liberar una gran cantidad de calor al ambiente externo. El circuito de circulación del refrigerante es el siguiente: compresor 11 - primer ramal 80 -intercambiador 21 de calor - conjunto 50 de expansión bidireccional - segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías - primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías - separador de gas-líquido - compresor 11. Cuando la temperatura del paquete 12 de baterías es relativamente alta, el compresor 11 eléctrico comienza a funcionar. El refrigerante gaseoso de alta temperatura y alta presión del compresor 11 fluye hacia el intercambiador 21 de calor para intercambiar calor con el líquido de enfriamiento en el intercambiador 21 de calor, y libera una gran cantidad de calor. El refrigerante de baja temperatura después del intercambio de calor entra en el paquete 12 de baterías después de la regulación y despresurización a través del conjunto 50 de expansión bidireccional y absorbe el calor del paquete 12 de baterías, y el refrigerante de alta temperatura después de la absorción de calor regresa al compresor 11 a través del separador de gas-líquido para entrar en el siguiente ciclo. El conjunto de expansión bidireccional en el circuito funciona para controlar la dirección de flujo del refrigerante, especialmente evitar que el refrigerante que fluye fuera del segundo puerto 122 del paquete 12 de baterías regrese directamente al compresor 11 en el modo de calentamiento del paquete 12 de baterías.
Además, al disponer adecuadamente el conjunto 50 de expansión bidireccional, se puede utilizar el mismo ramal para calentar y enfriar el paquete 12 de baterías. Solo se cambia la dirección de flujo del refrigerante en la tubería, y no se requiere tubería adicional, lo que simplifica aún más la disposición de la tubería.
Opcionalmente, en una implementación, la tercera válvula 73 de conmutación y las siguientes válvulas de conmutación tales como la primera válvula 71 de conmutación y la segunda válvula 72 de conmutación pueden ser válvulas de solenoide. Cabe entender que, en otras implementaciones, las válvulas de conmutación tales como la primera válvula 71 de conmutación, la segunda válvula 72 de conmutación y la tercera válvula 73 de conmutación pueden ser cualquier válvula que pueda realizar la función de conmutación, que no está limitada en la presente invención. Por ejemplo, la válvula de conmutación puede ser la válvula 24 de inversión, o similares. Otras válvulas de conmutación (tales como la primera válvula 71 de conmutación y la segunda válvula 72 de conmutación) que aparecen a continuación de la presente invención pueden ser válvulas de solenoide u otras válvulas que pueden realizar la función de conmutación, que no está limitada en la presente invención, y los detalles no se describen a continuación.
En la presente invención, el refrigerante que fluye desde el compresor 11 fluye opcionalmente a través del paquete 12 de baterías o el primer ramal 80. Con el fin de controlar la dirección de flujo del refrigerante, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, se proporciona una válvula 65 de conmutación de expansión en el primer ramal 80, y la primera válvula 71 de conmutación se proporciona en el primer ramal 81 de flujo.
A través del control conjunto de la válvula 65 de conmutación de expansión y la primera válvula 71 de conmutación, la dirección de flujo del refrigerante que fluye desde el compresor 11 se puede controlar específicamente de la siguiente manera. Cuando la primera válvula 71 de conmutación se abre y la válvula 65 de conmutación de expansión se cierra, el refrigerante del compresor 11 solo fluye hacia el paquete 12 de baterías y solo puede calentar el paquete 12 de baterías. Cuando la primera válvula 71 de conmutación está cerrada y la válvula 65 de conmutación de expansión está abierta, el refrigerante del compresor 11 solo fluye al primer ramal 80 (provisto del condensador 13 en el vehículo) y solo puede calentar el compartimiento de pasajeros. Cuando se abre la primera válvula 71 de conmutación y se abre la válvula 65 de conmutación de expansión, el refrigerante del compresor 11 fluye al paquete 12 de baterías y al condensador 13 en el vehículo, respectivamente, calentando así simultáneamente el compartimiento de pasajeros y el paquete 12 de baterías. Por lo tanto, a través del control conjunto de la válvula 65 de conmutación de expansión y la primera válvula 71 de conmutación, la salida del compresor 11 puede comunicarse opcionalmente con el primer puerto 121 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías y/o en comunicación con el primer ramal 80.
En la presente invención, la estructura específica del conjunto 50 de expansión bidireccional no está limitada, y puede disponerse según sea necesario. En una implementación, como se muestra en la FIG. 1, el conjunto 50 de expansión bidireccional incluye una válvula 66 de expansión bidireccional, una primera válvula 61 de retención y una segunda válvula 62 de retención. La válvula 66 de expansión bidireccional se comunica con el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo, y la primera válvula 61 de retención se comunica con la válvula 66 de expansión bidireccional para formar un primer ramal de regulación unidireccional para fluir desde el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo a la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor. La segunda válvula 62 de retención se comunica con la válvula 66 de expansión bidireccional para formar un segundo ramal de regulación unidireccional para fluir desde la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor al segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo. El primer ramal de regulación unidireccional incluye el primer ramal 91 de regulación y un primer ramal 611 unidireccional, y el segundo ramal de regulación unidireccional incluye un segundo ramal 621 unidireccional y el primer ramal 91 de regulación.
A través del conjunto 50 de expansión bidireccional, cuando el paquete 12 de baterías se calienta, el refrigerante fluye desde el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías a la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor a lo largo de un primer canal, y cuando el paquete 12 de baterías se enfría, el refrigerante fluye desde la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor al segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías a lo largo de un segundo canal. Por lo tanto, a través de la disposición razonable del conjunto 50 de expansión bidireccional, se puede utilizar el mismo ramal para calentar y enfriar el paquete 12 de baterías, de modo que no sea necesaria una tubería adicional y se simplifique la disposición de la tubería.
En la realización mostrada en la FIG. 1, la primera válvula 61 de retención forma el primer ramal 611 unidireccional, la segunda válvula de retención forma el segundo ramal 621 unidireccional, y la tubería donde se encuentra la válvula 66 de expansión bidireccional forma el primer ramal 91 de regulación. El segundo ramal 621 unidireccional solo permite que el refrigerante que fluye desde la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor fluya hacia el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías, y el primer ramal 611 unidireccional solo permite que el refrigerante que fluye desde el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo del paquete 12 de baterías fluya hacia la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor. La forma de comunicación unidireccional se puede realizar de múltiples maneras. En una implementación de la presente invención, la manera de comunicación unidireccional se realiza a través de una válvula de retención. En otras implementaciones alternativas, se puede disponer una válvula de conmutación controlable en el ramal unidireccional, y la válvula de conmutación se abre solo cuando la dirección de flujo del refrigerante es correcta. El tercer ramal 631 unidireccional a continuación también puede realizarse de al menos dos de las maneras anteriores, es decir, disponiendo una válvula de retención o disponiendo una válvula de conmutación controlable.
Como otra implementación del conjunto 50 de expansión bidireccional, como se muestra en la FIG. 3, el conjunto 50 de expansión bidireccional incluye una cuarta válvula 51 de retención, una quinta válvula 52 de retención, una sexta válvula 53 de retención, una séptima válvula 55 de retención y una válvula 54 de expansión unidireccional. La cuarta válvula 51 de retención se comunica con la sexta válvula 53 de retención para formar un primer canal para fluir desde el segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo a la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor. La quinta válvula 52 de retención se comunica con la séptima válvula 55 de retención para formar un segundo canal para fluir desde la salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor al segundo puerto 122 del dispositivo de enfriamiento directo. Una salida de la cuarta válvula 51 de retención y una salida de la quinta válvula 52 de retención comunican ambas con una entrada de la válvula 54 de expansión unidireccional, y una entrada de la sexta válvula 53 de retención y una entrada de la séptima válvula 55 de retención comunican ambas con una salida de la válvula 54 de expansión unidireccional. De esta manera, el primer canal forma el primer ramal de regulación unidireccional, y el segundo canal forma el segundo ramal de regulación unidireccional. el primer ramal de regulación unidireccional incluye la cuarta válvula 51 de retención, la válvula 54 de expansión unidireccional y la sexta válvula 53 de retención que se abren en secuencia, y el segundo ramal de regulación unidireccional incluye la quinta válvula 52 de retención, la válvula 54 de expansión unidireccional y la séptima válvula 55 de retención que se abren en secuencia.
Para calentar el compartimiento de pasajeros del vehículo, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, el primer sistema 10 de gestión térmica incluye además un condensador 13 en el vehículo. El condensador 13 en el vehículo está dispuesto en el primer ramal 80. Una entrada del condensador 13 en el vehículo se comunica con la salida del compresor 11. Un segundo ramal 92 de regulación está dispuesto entre una salida del condensador 13 en el vehículo y la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor.
Al disponer el condensador 13 en el vehículo, el sistema 100 de gestión térmica del vehículo también puede realizar el modo de calentamiento del compartimiento de pasajeros. En este caso, como se muestra en la FIG.
5a y la FIG. 5b, el circuito de circulación del refrigerante es el siguiente: compresor 11 - condensador 13 en el vehículo - intercambiador 21 de calor - separador de gas-líquido - compresor 11.
El sistema 100 de gestión térmica del vehículo también puede realizar el modo de calentamiento del compartimiento de pasajeros y el calentamiento del paquete 12 de baterías. En este caso, como se muestra en la FIG. 5a y la FIG. 5b, el circuito de circulación del refrigerante es el siguiente: compresor 11 - condensador 13 en el vehículo, paquete 12 de baterías - intercambiador 21 de calor - separador de gas-líquido - compresor 11.
Durante el calentamiento del compartimiento de pasajeros, en una implementación, el modo del segundo sistema 20 de gestión térmica se selecciona según un requisito de calentamiento específico del compartimiento de pasajeros y/o el paquete 12 de baterías. Cuando el calor residual del sistema de alto voltaje es suficiente para calentar el compartimiento de pasajeros y/o el paquete 12 de baterías a una temperatura específica, el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de utilización de calor residual del sistema de alto voltaje. Cuando el calor residual del sistema de alto voltaje no es suficiente para calentar el compartimiento de pasajeros y/o el paquete 12 de baterías a una temperatura específica, el segundo sistema 20 de gestión térmica está en un modo de calor residual del sistema de alto voltaje más energía ambiental externa. Puede entenderse que en otras implementaciones, el modo del segundo sistema 20 de gestión térmica también puede establecerse según otros requisitos.
Cuando el compartimiento de pasajeros no necesita ser calentado, por ejemplo, en el modo de calentamiento y enfriamiento del paquete 12 de baterías descrito anteriormente o en el modo de enfriamiento del compartimiento de pasajeros descrito a continuación, en este caso, el aire es controlado por el mecanismo de amortiguación para que no pase a través del condensador 13 en el vehículo. Dado que no pasa viento, el intercambio de calor no se realiza en el condensador 13 en el vehículo, y el condensador 13 en el vehículo solo se utiliza como un canal de flujo.
En una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, el primer sistema 10 de gestión térmica incluye además una válvula 65 de conmutación de expansión. La válvula 65 de conmutación de expansión está provista de un canal de flujo y un canal de flujo de regulación en su interior. Cuando la válvula 65 de conmutación de expansión se utiliza como una válvula de conmutación, el canal de flujo dentro de la válvula de conmutación de expansión no está obstruido. Cuando la válvula 65 de conmutación de expansión se utiliza como válvula de expansión, el canal de flujo de regulación dentro de la válvula de conmutación de expansión no está obstruido.
La válvula 65 de conmutación de expansión está dispuesta en el primer ramal 80. Una entrada de la válvula 65 de conmutación de expansión se comunica con la salida del condensador 13 en el vehículo, y una salida de la válvula 65 de conmutación de expansión se comunica con la entrada de refrigerante del intercambiador 21 de calor.
En la presente invención, la válvula 65 de conmutación de expansión es una válvula con las funciones tanto de la válvula de expansión como de la válvula de conmutación, que puede considerarse como la integración de la válvula de conmutación y la válvula de expansión. A continuación, se proporcionará una implementación de ejemplo de la válvula 65 de conmutación de expansión.
Cuando el compartimiento de pasajeros es calentado por el intercambiador 21 de calor, la válvula 65 de conmutación de expansión se utiliza como la válvula de expansión, y el refrigerante de alta temperatura y alta presión que fluye desde el compresor 11 se regula y despresuriza a través del canal de flujo de regulación dentro de la válvula 65 de conmutación de expansión y a continuación se proporciona al intercambiador 21 de calor. En el modo de enfriamiento del paquete 12 de baterías, la válvula 65 de conmutación de expansión se utiliza como la válvula de conmutación, y el refrigerante que fluye desde el compresor 11 se proporciona al intercambiador 21 de calor a través del canal de flujo dentro de la válvula 65 de conmutación de expansión y a continuación fluye al paquete 12 de baterías. Cuando el refrigerante que fluye fuera del compresor 11 necesita fluir a través del primer ramal 80, la válvula 65 de conmutación de expansión se abre. Cuando el refrigerante que fluye desde el compresor 11 solo fluye directamente al paquete 12 de baterías (por ejemplo, cuando solo se calienta el paquete 12 de baterías), la válvula 65 de conmutación de expansión se cierra, cerrando así el primer ramal 80, de modo que el refrigerante que fluye desde el compresor 11 fluye hacia el ramal donde se encuentra el paquete 12 de baterías.
Como se muestra en la FIG. 9, la válvula 65 de conmutación de expansión mencionada anteriormente puede incluir un cuerpo 500 de válvula. Una entrada, una salida y un canal de flujo interno que comunica la entrada con la salida están formados en el cuerpo de válvula, y un primer núcleo 503 de válvula y un segundo núcleo 504 de válvula están montados en el canal de flujo interno. El primer núcleo 503 de válvula comunica directamente la entrada 501 con la salida 502 o corta la comunicación, y el segundo núcleo 504 de válvula comunica la entrada 501 con la salida 502 o corta la comunicación a través de un puerto 505 de regulación.
La "comunicación directa" realizada por el primer núcleo 503 de válvula significa que el refrigerante que entra desde la entrada 501 del cuerpo 500 de válvula puede pasar sobre el primer núcleo 503 de válvula y fluir directamente a la salida 502 del cuerpo 500 de válvula a través del canal de flujo interno sin verse afectado. La "comunicación de corte" realizada por el primer núcleo 503 de válvula significa que el refrigerante que entra desde la entrada 501 del cuerpo 500 de válvula no puede pasar sobre el primer núcleo 503 de válvula y no puede fluir hacia la salida 502 del cuerpo 500 de válvula a través del canal de flujo interno. La "comunicación a través del puerto de regulación" realizada por el segundo núcleo 504 de válvula significa que el refrigerante que entra desde la entrada 501 del cuerpo 500 de válvula puede pasar sobre el segundo núcleo 504 de válvula y fluir a la salida 502 del cuerpo 500 de válvula a través de la regulación del puerto 505 de regulación. La "comunicación de corte" realizada por el segundo núcleo 504 de válvula significa que el refrigerante que entra desde la entrada 501 del cuerpo 500 de válvula no puede pasar sobre el segundo núcleo 504 de válvula y no puede fluir hacia la salida 502 del cuerpo 500 de válvula a través del puerto 505 de regulación.
De esta manera, al controlar el primer núcleo 503 de válvula y el segundo núcleo 504 de válvula, la válvula 65 de conmutación de expansión de la presente invención puede hacer que el refrigerante que entra desde la entrada 501 realice al menos tres estados, es decir, 1) un estado de corte; 2) un estado de comunicación directa del primer núcleo 503 de válvula que se pasa; y 3) una manera de comunicación de regulación del segundo núcleo 504 de válvula que se pasa
El refrigerante líquido a alta temperatura y alta presión puede convertirse en un refrigerante hidráulico vaporoso a baja temperatura y baja presión después de ser regulado por el regulador 505, lo que puede crear condiciones para la evaporación del refrigerante. Es decir, un área de sección transversal del puerto 505 de regulación es menor que un área de sección transversal de la salida 502, y un grado de apertura de regulación 505 se puede ajustar controlando el segundo núcleo 504 de válvula para controlar el flujo a través del puerto 505 de regulación, evitando así un enfriamiento insuficiente causado por un número excesivo de refrigerantes, y evitando que el compresor sufra un golpe de líquido causado por un número excesivo de refrigerantes. Es decir, el acoplamiento entre el segundo núcleo 504 de válvula y el cuerpo 500 de válvula puede hacer que la válvula 65 de conmutación de expansión tenga la función de la válvula de expansión.
De esta manera, el primer núcleo 503 de válvula y el segundo núcleo 504 de válvula están montados en el canal de flujo interno del mismo cuerpo 500 de válvula, para realizar la función de control de apertura/cierre y/o control de regulación de la entrada 501 y la salida 502, y la estructura es simple y fácil de producir y montar. Además, cuando la válvula 65 de conmutación de expansión proporcionada en la presente invención se aplica al sistema de gestión térmica, dado que la válvula 65 de conmutación de expansión es la integración de la válvula de conmutación y la válvula de expansión, en comparación con la disposición de al menos dos ramales paralelos (un ramal de flujo y un ramal de regulación) en la técnica relacionada, solo es necesario disponer un ramal que fluya a través de la válvula 65 de conmutación de expansión. De esta manera, se simplifica la conexión de la tubería, lo que es más propicio para el retorno de aceite del sistema de gestión térmica, lo que puede reducir la carga de refrigerante de todo el sistema de gestión térmica y reducir el costo.
Como una estructura de montaje interna ejemplar del cuerpo 500 de válvula, como se muestra en la FIG. 9, el cuerpo 500 de válvula incluye un asiento de válvula que forma un canal de flujo interno, y un primer alojamiento 511 de válvula y un segundo alojamiento 512 de válvula montados en el asiento de válvula. Una primera porción 521 de accionamiento electromagnético configurada para accionar el primer núcleo 503 de válvula se monta en el primer alojamiento 511 de válvula, y una segunda porción 522 de accionamiento electromagnético configurada para accionar el segundo núcleo 504 de válvula se monta en el segundo alojamiento 512 de válvula. El primer núcleo 503 de válvula se extiende desde el primer alojamiento 511 de válvula al canal de flujo interno en el asiento 510 de válvula, y el segundo núcleo 504 de válvula se extiende desde el segundo alojamiento 512 de válvula al canal de flujo interno en el asiento 510 de válvula.
Una posición del primer núcleo 503 de válvula puede controlarse convenientemente controlando el encendidoapagado de la primera porción 521 de accionamiento electromagnético (tal como una bobina electromagnética), para controlar la entrada 501 y la salida 502 para que se comuniquen directamente o la comunicación entre la entrada y la salida para que se corte. Una posición del segundo núcleo 504 de válvula se puede controlar convenientemente controlando el encendido-apagado de la segunda porción 522 de accionamiento electromagnético (tal como una bobina electromagnética), para controlar la entrada 501 y la salida 502 para que se comuniquen con el puerto 505 de regulación o no. En otras palabras, una válvula de expansión electrónica y una válvula de solenoide que comparten la entrada 501 y la salida 502 están montadas en el cuerpo 500 de válvula en paralelo. Por lo tanto, se puede realizar el control automático de cierre/apertura y/o regulación de la válvula de conmutación de expansión, y se puede simplificar la dirección de la tubería.
Como una implementación alternativa de la válvula 65 de conmutación de expansión, una válvula de expansión puede estar dispuesta en el primer ramal 80, y una válvula de conmutación puede estar dispuesta en paralelo con la válvula de expansión. Cuando no es necesario regular el refrigerante, la válvula de expansión se cierra y la válvula de conmutación se abre, para hacer que el refrigerante fluya directamente a través del ramal donde se encuentra la válvula de conmutación. Cuando el refrigerante necesita ser regulado, la válvula de expansión se abre y la válvula de conmutación se cierra, para hacer que el refrigerante fluya a través del primer ramal 80 donde se encuentra la válvula de expansión.
Con el fin de realizar el enfriamiento del compartimiento de pasajeros del vehículo, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, el primer sistema 10 de gestión térmica incluye además un evaporador 17 en el vehículo. La salida de refrigerante del intercambiador 21 de calor se comunica con una entrada del evaporador 17 en el vehículo a través de un tercer ramal 93 de regulación, y una salida del evaporador 17 en el vehículo se comunica con la entrada del compresor 11 a través de un tercer ramal 631 unidireccional. Una tercera válvula 63 de retención está dispuesta en el tercer ramal 631 unidireccional. La tercera válvula 63 de retención solo permite que el refrigerante que fluye desde la salida del evaporador 17 en el vehículo regrese al compresor 11.
El sistema 100 de gestión térmica del vehículo puede realizar además varios modos de enfriamiento del compartimiento de pasajeros disponiendo el evaporador 17 en el vehículo. En este caso, como se muestra en la FIG. 7 y la FIG. 8, el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de calor residual del sistema de alto voltaje más la liberación de energía al ambiente externo. En este caso, el disipador 25 de calor funciona para liberar una gran cantidad de calor al ambiente externo.
En este caso, el aire es controlado por el mecanismo de amortiguación para que no pase a través del condensador 13 en el vehículo, y el condensador 13 en el vehículo solo se utiliza como un canal de flujo. El refrigerante de alta temperatura y alta presión que fluye fuera de la salida del condensador 13 en el vehículo entra en el intercambiador 21 de calor para el intercambio de calor a través del ramal de flujo de la válvula 65 de conmutación de expansión. El refrigerante de baja temperatura y alta presión es regulado y despresurizado por la válvula 67 de expansión electrónica en el tercer ramal 93 de regulación para convertirse en el refrigerante de baja temperatura y baja presión, y entra en el evaporador 17 en el vehículo para evaporarse y absorber calor, reduciendo así la temperatura del compartimiento de pasajeros del vehículo. En el modo de enfriamiento del compartimiento de pasajeros, la primera válvula 71 de conmutación está cerrada y la segunda válvula 72 de conmutación está cerrada. El circuito de circulación del refrigerante es el siguiente: compresor 11 -condensador 13 en el vehículo (sin intercambio de calor) - canal de flujo de la válvula 65 de conmutación de expansión - intercambiador 21 de calor - tercer ramal 93 de regulación (válvula 67 de expansión electrónica) -evaporador 17 en el vehículo - tercer ramal 631 unidireccional - separador de gas-líquido - compresor 11.
En la presente invención, el refrigerante que fluye desde el intercambiador 21 de calor puede fluir alternativamente a través del paquete 12 de baterías o regresar al compresor 11 o al evaporador 17 en el vehículo. Con el fin de controlar la dirección de flujo del refrigerante, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, la segunda válvula 72 de conmutación está dispuesta en el segundo ramal 82 de flujo, y la válvula 67 de expansión electrónica está dispuesta en el tercer ramal 93 de regulación.
Al disponer el conjunto de expansión bidireccional, la válvula 67 de expansión electrónica en el tercer ramal 93 de regulación y la segunda válvula 72 de conmutación en el segundo ramal 82 de flujo, la dirección de flujo específica del refrigerante que fluye hacia fuera desde la salida del intercambiador 21 de calor puede controlarse a través del control conjunto de la válvula 66 de expansión bidireccional, la válvula 67 de expansión electrónica y la segunda válvula 72 de conmutación, de modo que el refrigerante que fluye hacia fuera desde la salida del intercambiador 21 de calor puede fluir alternativamente hacia al menos uno del paquete 12 de baterías, el evaporador 17 en el vehículo o el compresor 11.
Con el fin de mejorar aún más la capacidad de calentamiento del compartimiento de pasajeros, como se muestra en la FIG. 1, el primer sistema 10 de gestión térmica incluye además un calentador 15. El calentador 15 está configurado para calentar el aire que pasa a través del condensador 13 en el vehículo para suministrar calor a un vehículo. El calentador 15 puede ser un calentador de aire 15 (APTC,Advanced Processor Temperature Control- Control avanzado de temperatura por procesador). Cuando el calor liberado cuando el refrigerante que fluye es condensado por el condensador 13 en el vehículo no es suficiente para calentar el aire a la temperatura requerida, el calentador 15 puede encenderse, el aire es calentado adicionalmente por el calentador 15, para cumplir con los requisitos de calentamiento del compartimiento de pasajeros.
Con el fin de acelerar la disipación de calor del disipador 25 de calor y mejorar el efecto de disipación de calor, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 1, el segundo sistema 20 de gestión térmica incluye además un ventilador 26. El ventilador 26 está dispuesto opuesto al disipador 25 de calor para acelerar la disipación de calor del disipador 25 de calor. Cuando el segundo sistema 20 de gestión térmica está en el modo de calor residual del sistema de alto voltaje más energía del ambiente externo y necesita disipar calor al ambiente externo, el ventilador 26 se enciende para acelerar la disipación de calor.
Con el fin de mejorar el efecto de calentamiento del paquete 12 de baterías, en una implementación de la presente invención, como se muestra en la FIG. 10, el paquete 12 de baterías incluye un dispositivo de autocalentamiento (no se muestra) configurado para aumentar el calor generado por el módulo de batería. El dispositivo de autocalentamiento incluye un controlador, un primer circuito 101 de control eléctrico del motor y un segundo circuito 102 de control eléctrico del motor. El primer circuito 101 de control eléctrico del motor y el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor están conectados eléctricamente, respectivamente, con el paquete 12 de baterías, y el controlador está conectado eléctricamente, respectivamente, con el primer circuito 101 de control eléctrico del motor y el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor. Cuando el controlador está configurado para funcionar en un primer modo de control, el controlador está configurado para controlar el primer circuito 101 de control eléctrico del motor para cargar y descargar el paquete 12 de baterías varias veces, para calentar el paquete 12 de baterías y controlar el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor para emitir el par de fuerza.
El dispositivo de autocalentamiento de esta realización incluye el primer circuito 101 de control eléctrico del motor, un segundo circuito 102 de control eléctrico del motor, un primer módulo de almacenamiento de energía y un controlador. Cuando el controlador está configurado para funcionar en el primer modo de control, el controlador controla un primer inversor de motor en el primer circuito 101 de control eléctrico del motor para hacer que el paquete 12 de baterías, el primer inversor de motor y un primer devanado de motor formen un primer circuito de calentamiento del paquete de baterías. Una resistencia interna del paquete 12 de baterías se calienta mediante el primer circuito de calentamiento del paquete de baterías, y un segundo inversor de motor en el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor se controla para hacer que el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor emita energía, realizando así la coordinación del calentamiento del paquete 12 de baterías y el accionamiento del motor. Además, dado que el primer circuito 101 de control eléctrico del motor se usa para calentamiento y el segundo circuito 102 de control eléctrico del motor se usa para accionamiento, se evita una pérdida excesiva del devanado de motor y el inversor de motor en el circuito de accionamiento de motor, y se extiende la vida útil de un dispositivo en un circuito.
El primer circuito de calentamiento del paquete de baterías se realiza a través de un módulo de circuito de calentamiento por oscilación de la batería. El circuito de calentamiento por oscilación de batería puede realizar la carga y descarga alterna de alta frecuencia del paquete de baterías, y el circuito incluye además múltiples elementos de almacenamiento de energía y elementos de conmutación. Cuando la temperatura del paquete de baterías alcanza un umbral de inicio de calentamiento, el paquete de baterías se carga y descarga alternativamente con los elementos de almacenamiento de energía, y el autocalentamiento del paquete de baterías se realiza utilizando las características de alta resistencia a baja temperatura del paquete de baterías en sí. Los elementos de almacenamiento de energía incluyen un condensador, un inductor y similares. La frecuencia de carga y descarga alterna entre el paquete de baterías y los elementos de almacenamiento de energía se realiza mediante los elementos de conmutación.
Como otra implementación de calentamiento del paquete 12 de baterías, el paquete 12 de baterías puede incluir una película de calentamiento eléctrico (no se muestra) configurada para aumentar el calor del módulo de baterías, y la película de calentamiento eléctrico se superpone sobre el módulo de baterías para proporcionar calor al módulo de baterías. La película de calentamiento eléctrico, por ejemplo, puede ser una película de poliéster translúcida que puede generar calor después de ser energizada, y está hecha de tinta especial conductora y tiras metálicas portadoras de corriente mecanizadas y prensadas en caliente entre películas de poliéster aislantes. Durante la operación, la película de calentamiento eléctrico se utiliza como elemento de calentamiento y transfiere calor al espacio por radiación, para hacer que el objeto calentado obtenga calor, elevando así la temperatura. La película de calentamiento eléctrico tiene una alta eficiencia de conversión ya que es un circuito puramente resistivo. Excepto una pérdida de una pequeña fracción, la mayor parte de la energía eléctrica se convierte en energía térmica para calentar el paquete 12 de baterías.
Al disponer el dispositivo de autocalentamiento en el paquete 12 de baterías y superponer el dispositivo de intercambio de calor que tiene el refrigerante que fluye en el mismo con el dispositivo de autocalentamiento, el efecto de calentamiento del paquete 12 de baterías puede mejorarse significativamente y se aumenta la velocidad de calentamiento de la batería. Además, dado que se genera mucho calor en el sistema de alto voltaje cuando el paquete 12 de baterías se calienta utilizando el dispositivo de autocalentamiento, la tasa de utilización de energía se puede mejorar utilizando el calor residual del sistema de alto voltaje.
La presente invención proporciona además un vehículo eléctrico, que incluye el sistema 100 de gestión térmica del vehículo proporcionado en cualquiera de los anteriores. El vehículo eléctrico puede incluir un vehículo eléctrico puro, un vehículo híbrido, un vehículo de pila de combustible y similares.
Implementaciones preferidas de la presente invención se describen en detalle arriba con referencia a los dibujos adjuntos. Sin embargo, la presente invención no se limita a los detalles específicos en las implementaciones anteriores. Se pueden realizar múltiples variaciones simples a las soluciones técnicas de la presente invención dentro del alcance de la presente invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Descripción de números de referencia:
100-Sistema de gestión térmica del vehículo; 10-Primer sistema de gestión térmica; 11-Compresor; 12-Paquete de baterías; 121-Primer puerto; 122-Segundo puerto; 13-Condensador en el vehículo; 15-Calentador; 17-Evaporador en el vehículo; 20-Segundo Sistema de gestión térmica; 21-Intercambiador de calor; 22-Ramal de enfriamiento del sistema de alto voltaje; 23-Bomba de agua; 24-Válvula de inversión; 25-Disipador de calor; 26-Ventilador; 27-Ramal de utilización de calor residual; 50-Conjunto de expansión bidireccional; 51-Cuarta válvula de retención; 52-Válvula de retención; 53-Sexta válvula de retención; 54-Válvula de expansión unidireccional; 55-Séptima válvula de retención; 61-Primera válvula de retención; 611-Primer ramal unidireccional; 62-Segunda válvula de retención; 621-Segundo ramal unidireccional; 63-Tercera válvula de retención; 631-Tercer ramal unidireccional; 65-Válvula de conmutación de expansión; 66-Válvula de expansión bidireccional; 67-Válvula de expansión electrónica; 71-Primera válvula de conmutación; 72-Segunda válvula de conmutación; 73-Tercera válvula de conmutación; 80-Primer ramal; 81-Primer ramal de flujo; 82-Segundo ramal de flujo; 83-Tercer ramal de flujo; 84-Cuarto ramal de flujo; 91-Primer ramal de regulación; 92-Segundo ramal de regulación; 93-Tercer ramal de regulación; 500-Cuerpo de válvula; 501-Entrada; 502-Salida; 503-Primer núcleo de válvula; 504-Segundo núcleo de válvula; 505-Puerto de regulación; 510-Asiento de válvula; 511 -Primer alojamiento de válvula; 512-Segundo alojamiento de válvula; 521-Primera porción de accionamiento electromagnético; 522 Segunda porción de accionamiento electromagnético; 101-Primer circuito de control eléctrico del motor; 102-Segundo circuito de control eléctrico del motor.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de gestión térmica de un vehículo, comprendiendo: un primer sistema (10) de gestión térmica y un segundo sistema (20) de gestión térmica para un sistema de alto voltaje, en donde el segundo sistema (20) de gestión térmica comprende un disipador (25) de calor, un intercambiador (21) de calor y un ramal (27) de utilización de calor residual; una bomba de agua (23) y un ramal de enfriamiento del sistema de alto voltaje (22) que pasan a través del sistema de alto voltaje que están interconectados están dispuestos en el ramal (27) de utilización de calor residual; una salida de líquido de enfriamiento del intercambiador (21) de calor se comunica con una entrada del ramal (27) de utilización de calor residual; una salida del ramal (27) de utilización de calor residual opcionalmente se comunica directamente con una entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador (21) de calor o con la entrada de líquido de enfriamiento del intercambiador (21) de calor a través del disipador (25) de calor;caracterizado por que
el primer sistema (10) de gestión térmica comprende un compresor (11) y un paquete (12) de baterías provisto de un dispositivo de enfriamiento directo; una salida del compresor (11) se comunica con un primer puerto (121) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete (12) de baterías; un segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete (12) de baterías se comunica con una entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor a través de un primer ramal (91) de regulación; y una salida de refrigerante del intercambiador (21) de calor se comunica con una entrada del compresor (11).
2. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 1, en donde el primer sistema de gestión térmica comprende además un conjunto de expansión bidireccional; la salida del compresor (11) se comunica opcionalmente con al menos una de la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor y el primer puerto (121) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete (12) de baterías;
la salida del compresor (11) se comunica con la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor a través de un primer ramal (80) y con el primer puerto (121) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete (12) de baterías a través de un primer ramal (81) de flujo; el primer puerto (121) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete (12) de baterías se comunica además con la entrada del compresor (11) a través de un tercer ramal (83) de flujo; el segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete de baterías está en comunicación unidireccional con la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor a través del conjunto de expansión bidireccional; y la salida de refrigerante del intercambiador (21) de calor está en comunicación unidireccional con el segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo del paquete de baterías a través del conjunto de expansión bidireccional.
3. El sistema de gestión térmica de vehículo según la reivindicación 2, en donde el conjunto de expansión bidireccional comprende una válvula (66) de expansión bidireccional, una primera válvula (61) de retención y una segunda válvula (62) de retención; la válvula (66) de expansión bidireccional se comunica con el segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo; la primera válvula (61) de retención se comunica con la válvula (66) de expansión bidireccional para formar un primer ramal de regulación unidireccional para fluir desde el segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo a la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor; y la segunda válvula (62) de retención se comunica con la válvula (66) de expansión bidireccional para formar un segundo ramal de regulación unidireccional para fluir desde la salida de refrigerante del intercambiador de calor al segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo.
4. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 2, en donde el conjunto (50) de expansión bidireccional comprende una cuarta válvula (51) de retención, una quinta válvula (52) de retención, una sexta válvula (53) de retención, una séptima válvula (55) de retención y una válvula (54) de expansión unidireccional; la cuarta válvula (51) de retención se comunica con la sexta válvula (53) de retención para formar un primer canal para fluir desde el segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo a la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor; la quinta válvula (52) de retención se comunica con la séptima válvula (55) de retención para formar un segundo canal para fluir desde la salida de refrigerante del intercambiador (21) de calor al segundo puerto (122) del dispositivo de enfriamiento directo; una salida de la cuarta válvula (51) de retención y una salida de la quinta válvula (52) de retención se comunican con una entrada de la válvula (54) de expansión unidireccional; y una entrada de la sexta válvula (53) de retención y una entrada de la séptima válvula (55) de retención se comunican con una salida de la válvula (54) de expansión unidireccional, para hacer que el primer canal forme un primer ramal de regulación unidireccional y el segundo canal forme un segundo ramal de regulación unidireccional.
5. El sistema de gestión térmica de vehículo según la reivindicación 2, en donde el primer sistema (10) de gestión térmica comprende además un condensador (13) en el vehículo; el condensador (13) en el vehículo está dispuesto en el primer ramal (80); una entrada del condensador (13) en el vehículo se comunica con la salida del compresor (11); y un segundo ramal (92) de regulación está dispuesto entre una salida del condensador (13) en el vehículo y la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor.
6. El sistema de gestión térmica de vehículo según la reivindicación 5, en donde el primer sistema (10) de gestión térmica comprende además una válvula (65) de conmutación de expansión; la válvula (65) de conmutación de expansión está provista de un canal de flujo y un canal de flujo de regulación en ella; cuando la válvula (65) de conmutación de expansión se usa como una válvula de conmutación, el canal de flujo dentro de la válvula de conmutación de expansión no está obstruido; cuando la válvula (65) de conmutación de expansión se usa como una válvula de expansión, el canal de flujo de regulación dentro de la válvula de conmutación de expansión no está obstruido;
la válvula (65) de conmutación de expansión está dispuesta en el primer ramal (80); una entrada de la válvula (65) de conmutación de expansión se comunica con la salida del condensador (13) en el vehículo; una salida de la válvula (65) de conmutación de expansión se comunica con la entrada de refrigerante del intercambiador (21) de calor; y el segundo ramal (92) de regulación comprende un canal de regulación de la válvula (65) de conmutación de expansión.
7. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 1, en donde el primer sistema (10) de gestión térmica comprende además un evaporador (17) en el vehículo; la salida de refrigerante del intercambiador (21) de calor se comunica con una entrada del evaporador (17) en el vehículo a través de un tercer ramal (93) de regulación; una salida del evaporador (17) en el vehículo se comunica con la entrada del compresor (11) a través de un tercer ramal (631) unidireccional; y una tercera válvula (63) de retención está dispuesta en el tercer ramal (631) unidireccional.
8. El sistema de gestión térmica de vehículo según la reivindicación 7, en donde la salida de refrigerante del intercambiador (21) de calor se comunica con la entrada del compresor (11) a través de un segundo ramal (82) de flujo; una segunda válvula (72) de conmutación está dispuesta en el segundo ramal (82) de flujo; y una válvula (67) de expansión electrónica está dispuesta en el tercer ramal (93) de regulación.
9. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 1, en donde el paquete (12) de baterías comprende un módulo de baterías y el dispositivo de enfriamiento directo; el dispositivo de enfriamiento directo comprende una pluralidad de tuberías de enfriamiento configuradas para guiar un refrigerante; y la pluralidad de tuberías de enfriamiento se colocan en una superficie del módulo de batería.
10. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 5, en donde el primer sistema (10) de gestión térmica comprende además un calentador (15); y el calentador (15) está configurado para calentar el aire que pasa a través del condensador (13) en el vehículo para suministrar calor a un vehículo.
11. El sistema de gestión térmica del vehículo según la reivindicación 1, en donde el segundo sistema (20) de gestión térmica comprende además un ventilador (26); y el ventilador (26) está dispuesto enfrente del disipador (25) de calor para acelerar la disipación de calor del disipador (25) de calor.
12. Un vehículo eléctrico, comprendiendo el sistema (100) de gestión térmica del vehículo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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