TWI787989B - 電動汽車集成熱管理系統及實現方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種電動汽車集成熱管理系統及實現方法，其設置包括 一壓縮機，以及，一室內換熱器和一室外換熱器，包括相對獨立設置的一製冷劑迴路和一第二液體迴路；所述第一熱交換器和所述第二熱交換器分別設置在所述製冷劑迴路中所述壓縮機的下游和上游；在所述第二液體迴路中設置包括有通過管路連接的所述室外換熱器和所述第一熱交換器的二次側，及所述第二熱交換器的二次側；在所述第二液體迴路中還設置有用於連接電池熱交換器的管路。本發明電動汽車集成熱管理系統及實現方法由於採用了相對獨立設置的製冷劑迴路和第二液體迴路，室外換熱器處於第二液體迴路，無需承受製冷劑迴路的高壓，提高了其工作可靠性。

Description

電動汽車集成熱管理系統及實現方法
本發明涉及一種車輛的空調裝置及系統和方法，尤其涉及的是一種電動汽車的集成熱管理系統、裝置及方法的改進。
現有技術中，電動汽車取代燃油汽車已成為必然趨勢，因其具有低噪音、加速機動性能好、使用幾乎零碳排放、使用成本相對較低等優點，越來越受到社會各界大眾消費者的青睞。但電動汽車的工作原理與傳統燃油車不同，在設計上必須要有相應同步更新，才能滿足用戶對舒適性、節能和續航里程等方面日益提高的品質要求。
傳統燃油車在發動機工作時，不可避免地會放出大量的熱量，在寒冷的冬天正好可以利用這些工作廢熱透過液體熱交換器(熱風芯子)加熱空氣，從而使乘客艙內溫度升高；夏天則可利用發動機的機械動力帶動空調壓縮機等所構成的製冷系統從蒸發器(冷風芯子)吸收駕乘室空氣熱量進行製冷降溫。
目前大多數的電動汽車則完全依靠自身電池所存儲的電量，通過PTC等電阻性發熱元件加熱熱風芯子使乘客艙內溫度升高以度過寒冬，夏天則利用電池驅動電動壓縮機所構成的製冷系統，通過蒸發器(冷風芯子)來進行車內製冷降溫。熱風芯子和冷風芯子互為獨立完成製冷與制熱功能。
採用PTC陶瓷發熱元件制熱，能耗比相對較大，其單位制熱量所消耗的電能比(COP，Positive Temperature Coefficient)約為1，如用4000W功率的加熱器，制熱量最大值為4000W。為了提高制熱效率，一些車型開始使用熱泵空調，制熱的能效係數(COP)比較高，即制熱量與耗電量的比值較大，一般可達2以上，如當耗電功率為2000W時，室內獲得的熱量可以在4000W以上，但其電力消耗仍對續航里程存在不可忽視的負面影響。
另一方面，目前的動力電池(如磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池)在低溫條件下充電易發生負極析鋰，形成鋰枝晶後可能刺穿隔膜，嚴重影響電池安全和壽命，所以在低溫工況下，電池管理系統(BMS，Battery Management System)會更嚴格限制其工作充放電邊界；再者，氣溫越低，電池中化學成分的活性就越低、電解液變得粘稠後導電能力就會下降，同時電池內阻變大，充放電功率都明顯降低。
一些研究表明，在其他條件不變時，當氣溫降低到零下25℃時，鋰電池充放電容量比常溫(如正5攝氏度時)要衰減達50%或以上，並且，因充電性能下降，低溫下為了保護電池，車輛大都會減少或放棄制動能量回收，光制動能量回收這一部份對續航里程的影響就可達到10%或以上。所以現今很多電動汽車在低溫環境下續航里程會急劇下降。
綜上，低溫下的續航里程一直是制約新能源汽車推廣普及的痛點，在現有條件下如何提高低溫工況下電池的續航里程關鍵在於熱管理，在於對電池的有效熱管理提高電池充放電容量，以及提高空調制熱效率減少電力消耗量。
純電動汽車上所有的熱量最終都來源於電池輸出的電，電機和電 機控制器對於電池用電的效率較高，電機控制器的用電效率一般在0.96~0.97左右，電機的用電高效率點也在0.96左右，傳動系的發熱量較低，電機餘熱可以用來給電池加熱，當電機出口水溫達到一定條件之後即可以用來給電池加熱。
目前，電池的品質一般在350kg~500kg，在一些相關技術實現方式中，熱管理較為簡單，單純地利用電機餘熱對電池進行加熱，但電機餘熱並不能在所有狀態下都能把電池加熱到理想的溫度，以使電池具有很好的充放電能力。
隨著自動駕駛控制及其資訊處理和計算需求的增加，除電機及其驅動部份、電源管理外，輔助駕駛控制單元的發熱量也是大幅增加，如果只是利用散熱系統把這些熱量散發到空氣中，是巨大的明顯浪費。特別在冬天寒冷的天氣，需要設計一種新型高效的熱管理技術產品，以最大化地回收利用熱能，用於車內空調制熱取暖和電池熱管理，盡可能降低空調制熱耗電量，這已經成為電動汽車領域非常關注的重要課題，但迄今為止尚無有效的解決方案。
對於冬季結霜的問題，由於熱泵空調冬季吸收室外空氣熱量向駕乘室內排放，隨著室外溫度的降低其室外的蒸發器表面溫度也會隨之降低，常下降至低於環境溫度甚至低於0℃。當室外空氣在流經蒸發器被冷卻時，空氣中的水蒸氣接觸到溫度低於空氣露點溫度的蒸發器表面，就會發生相變結露現象。此時，空氣中所含的水分就會析出並依附於蒸發器表面，當室外環境溫度或蒸發器表面持續低於0℃時，蒸發器表面所依附的水分將可能進一步凝結形成霜層。表面溫度越低，相對濕度的越大，結霜速度越快。結霜層積累直至表面逐漸被霜所覆蓋，形成連續的霜層。
作為多孔介質的霜層由於導熱係數小，不僅會降低系統的傳熱性 能，增加能耗，嚴重時甚至會堵塞室外風機的氣流通道，造成蒸發器溫度越來越低直至無法完成蒸發功能而導致系統堵塞或液擊損壞壓縮機，引發非常嚴重的故障後果。所以冬季的室外風機需要進行融霜除霜，目前的主要除霜技術手段為切換至製冷模式主動除霜，偵測室外換熱器表面溫度，當低於設定值並維持一段時間後就開始進行融霜工作，具體做法是切換四通換向閥，暫停制熱，使其工作於製冷模式。
壓縮機輸出高溫高壓蒸汽進入室外換熱器(製冷模式的冷凝器)，為使其本體溫度儘快升高到足以融霜，會先暫停室外風機，融化的霜雪化為水流出後再啟動風機吹乾水份。融霜過程結束後再控制四通換向閥使空調恢復到制熱模式。這種方法除霜時間短，但是在除霜運行時，需要暫停制熱，反從駕駛室內吸熱，造成了室內溫度波動較大，降低了室內環境舒適性，且換向閥需頻繁換向，易磨損且噪音較大。
另一常用方式為旁通閥主動除霜，制熱時開啟融霜閥，從壓縮機輸出的高溫高壓蒸氣直接通入室外換熱器(制熱模式下作為蒸發器)進行除霜。運用該種除霜方法時，四通換向閥不需要進行換向，融霜旁通電磁閥開啟，關閉風機，壓縮機排氣經旁通管路送至室外換熱器(制熱模式下作為蒸發器)入口進行放熱除霜，融霜後的製冷劑通過四通換向閥進入氣液分離器，最後被壓縮機吸入。該方式的缺點同樣是，在除霜時制熱將停止而會造成室內溫度的波動。
因此，在冬季需要融霜除霜時，制熱過程不穩定而使車內溫度波動較大，現有技術還存在缺陷而有待於改進和發展。
本發明的目的在於提供一種電動汽車集成熱管理系統及實現方法，通過將熱泵空調、電池包熱交換器、電機及其驅動部分、電源管理及自動駕駛控制單元等發熱部件進行綜合管理，形成方便控制和管理的針對電動汽車集成熱管理的系統和實現方法，實現更方便地熱管理和控制。
本發明的技術方案如下：一種電動汽車集成熱管理系統，其設置包括一壓縮機，以及，一室內換熱器和一室外換熱器，其中，包括相對獨立設置的一製冷劑迴路和一第二液體迴路；在所述製冷劑迴路中設置包括有通過管路連接的所述壓縮機、所述室內換熱器以及一第一熱交換器的一次側和一第二熱交換器的一次側，通過所述第一和/或第二熱交換器與所述第二液體迴路進行熱交換；所述第一熱交換器和所述第二熱交換器分別設置在所述製冷劑迴路中所述壓縮機的下游和上游；在所述第二液體迴路中設置包括有通過管路連接的所述室外換熱器和所述第一熱交換器的二次側，及所述第二熱交換器的二次側；在所述第二液體迴路中還設置有用於連接電池熱交換器的管路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第二液體迴路中還設置有用於連接電機及電機驅動部分熱交換器的管路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第二液體迴路中還設置有用於連接電源管理及自動駕駛控制熱交換器的管路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述系統還設置採用模組化設置，並在第二液體迴路中還設置有：第一管路接口和第二管路接口，用 於與壓縮機/電機的熱交換器插接；第三管路接口和第四管路接口，用於與電機驅動、電源轉換器及駕駛控制系統的熱交換器插接；以及第五管路接口和第六管路接口，用於與電池部位的熱交換器插接；所述第二管路接口與所述第三管路接口直接導通，所述第六管路接口連通所述第一熱交換器的二次側。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一至第六管路接口設置在所述模組化的系統上，並具有標準化的管路接口佈置。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第二液體迴路中還設置有：一第一泵，設置在所述第一熱交換器的二次側上游，用於驅動所述第二液體迴路中的冷卻液流動；在所述第一泵與所述第一熱交換器的二次側上游之間的管路上設置所述第一至第六管路接口，所述第一管路接口連通所述第一泵。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第五管路接口與一第五旁路閥導通，所述第五旁路閥用於受控旁路所述第一至第四管路接口。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第四管路接口還與一第六旁路閥導通，所述第六旁路閥用於受控旁路所述第五至第六管路接口。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一管路接口的支路上還設置有一第三泵，用於驅動冷卻液流出所述第一管路接口。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第四管路接口與所述第五管路接口之間還連接有一第二單向閥，用於防止冷卻液從第五管路接口內部向第四管路接口反方向流動。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第五旁路閥上游還設置有一第三單向閥，用於保證冷卻液的單向流向。
所述第六旁路閥與第六旁路閥同時受控導通時，所述第五與第六管路接口間所接負荷(比如電池包熱交換器)與第一與第四管路間所接負荷(比 如各種需散熱的電控模組和電源管理模組的熱交換器)將處於並聯工作狀態。
所述第六旁路閥與第六旁路閥同時受控截止時，所述第五與第六管路接口間所接負荷(比如電池包熱交換器)與第一與第四管路間所接負荷(比如各種需散熱的電控模組和電源管理模組的熱交換器)將處於串聯工作狀態。在此狀態下，冷卻液在所述第一泵的推動下先經過第一與第四管路間所接負荷並收集帶走其熱量，液體溫度將被加熱而升高，再從所述第五管路進入第五與第六管路接口間所接負荷(比如電池包熱交換器)，起到加熱所述第五與第六管路接口間所接負荷(比如電池包熱交換器)的作用。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，還包括一熱管理控制器，設置在所述電動汽車集成熱管理系統的電路中，用於執行不同控制策略。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第一熱交換器的二次側並行設置有一第一旁路閥，用於受控形成旁路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第二熱交換器的二次側並行設置有一第二旁路閥，用於受控形成旁路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第一熱交換器的一次側下游連通設置有一第一電子膨脹閥，與該連通通路並行設置有一第三旁路閥，用於受控形成旁路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第二熱交換器的一次側上游連通設置有一第二電子膨脹閥，與該連通通路並行設置有一第四旁路閥，用於受控形成旁路。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一熱交換器的二次側與所述第一旁路閥的下游共端連接一第一三通閥的1端，所述第一三通閥的2端連接所述室外換熱器；所述第一三通閥的3端連接一第二三通閥的1端，所述第二三通閥的2端與所述室外換熱器的下游端共端設置，並連接到所述第二熱交 換器的二次側；所述第二三通閥的3端設置與所述第一泵的入口連接。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述室外換熱器的上游端設置有一第二泵，用於驅動冷卻液迴圈。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一泵及所述第二泵的上游設置有一儲液罐，所述儲液罐設置採用A、B兩個儲液區，該兩儲液區在底部連通；並且，所述第一泵的入口與所述第二三通閥的3端在所述儲液罐的A儲液區內抵近並開放設置；所述第二泵的入口與所述第二熱交換器的下游端出液口在所述儲液罐的B儲液區內抵近並開放設置。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一泵的下游與所述第一泵串聯還設置有一PTC。
所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一熱交換器以及所述第二熱交換器採用板式熱交換器。
一種任一所述電動汽車集成熱管理系統的實現方法，其設置包括一熱管理控制器，設置在所述電動汽車集成熱管理系統的電路中，用於執行不同控制策略；並包括以下步驟：所述製冷劑迴路中通過所述壓縮機進行製冷劑壓縮，並連通所述室內換熱器進行室內空氣的熱交換；所述第二液體迴路中設置連通室外換熱器，與室外空氣進行熱交換；所述製冷劑迴路與所述第二液體迴路相對獨立運行，所述第二液體迴路可選擇通過第一熱交換器與所述室外換熱器作為製冷模式或選擇通過第二熱交換器與所述室外換熱器作為制熱模式的熱交換；在所述第二液體迴路中還設置有用於連接電池熱交換器的管路。
本發明所提供的一種電動汽車集成熱管理系統及實現方法，由於 採用了相對獨立設置的製冷劑迴路和第二液體迴路，分別通過管路連通連接室內換熱器和室外換熱器，這樣室外換熱器處於第二液體迴路工作，無需承受製冷劑迴路的高壓，提高了其工作可靠性，並可延長其使用壽命；第二液體迴路的管路設計可以形成更為自由的邏輯管控方式，以針對不同的環境溫度要求進行溫度調控處理；另外，將電池包的熱量進行接入熱泵空調的管理管路，實現了針對極低溫度下的電池溫度維持功能，還可收集電池及其它發熱部件的熱量用於熱泵空調制熱以提高制熱效率減少電力消耗。並且可以將整個集成熱管理系統及實現方法設置成模組化的結構，由熱管理控制器實現更自由的控制策略，而且諸控制策略可以通過控制器的程式設計實現。
1:壓縮機
10:第一三通閥
11:第二三通閥
12:第二旁路閥/旁路閥
13:室外換熱器
14:第三旁路閥/旁路閥
15:第二泵
16:儲液罐
17:加液蓋
18:PTC
19:第一風扇
2:第一熱交換器
20:第二風扇
21:第一單向閥
22:第一泵
23:溫度感測器
24:溫度感測器
25:室外溫度感測器Ta
26:液體溫度感測器
27:第三泵
28:第五旁路閥
29:第六旁路閥
3:第一電子膨脹閥
30:第二單向閥
31:第三單向閥
32:電池包/電池包熱交換器/電池熱交換器
33:外部發熱源/電源管理及自動駕駛控制熱交換器
34:外部發熱源/電機及電機驅動部份熱交換器
35:第一管路接口/接頭
36:第二管路接口/接頭
37:第三管路接口/接頭
38:第四管路接口/接頭
39:第五管路接口/接頭
40:第六管路接口/接頭
4:室內換熱器
41:主機
42:管道
43:管道
44:管道
45:管道
46:管道
48:熱管理控制器
49:表面溫度感測器T_s_
5:第二電子膨脹閥
6:第二熱交換器
7:第四旁路閥/旁路閥
8:氣液分離器
9:第一旁路閥/旁路閥
T1:溫度
T2:冷卻液溫度
T_r:室內目標溫度/設定基準室溫
T_a:環境溫度
T_room:溫度
圖1為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法的原理框圖示意圖。
圖2為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的結構示意圖。
圖3為本發明及現有技術中熱泵空調原理壓焓示意圖表。
圖4為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的製冷模式工作原理示意圖。
圖5為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的製冷模式中進一步降溫的工作原理示意圖。
圖6為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的制熱模式熱量回收工作原理示意圖。
圖7為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的制熱模式中進一步需要室外換熱器吸收空氣熱量的工作原理示意圖。
圖8為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的制熱模式下利用外部熱源和熱泵對電池的溫度加熱升溫之工作原理示意圖(除霜蓄熱同)。
圖9為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例的制熱模式下利用熱泵和外部熱源對電池進行加熱升溫同時附加PTC快速強化加熱的示意圖(加速除霜蓄熱同)。
圖10為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱模式下冷卻液體需要保溫時的停止熱泵加熱工作原理示意圖。
圖11為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱模式下需要做融霜時的工作原理示意圖。
圖12為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在不開空調行車工況下製冷劑迴路無須工作的情況下對廢熱的常規散熱工作原理示意圖。
圖13為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在低溫工況下充電或低溫待機時的工作原理示意圖。
圖14為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中具體空調管路結構示意圖。
圖15為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在製冷模式下分別對電池和廢熱進行散熱的管路結構示意圖。
圖16為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在製 冷模式下進一步加強散熱降溫的管路結構示意圖。
圖17為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在不開空調充電或待機低溫工況下製冷劑迴路停止工作時的節溫管路結構示意圖。
圖18為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在不開空調常溫工況下製冷劑迴路停止工作時散熱保持溫度時的管路結構示意圖。
圖19為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱狀態下水溫常溫時對電池和廢熱回收餘熱用於制熱的管路結構示意圖。
圖20為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱模式下水溫正常偏涼但比氣溫低制熱的管路結構示意圖。
圖21為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱同時利用熱泵及工作廢熱對電池加熱升溫的管路結構示意圖。
圖22為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中在制熱模式中需要停止從熱泵吸熱的保溫狀態做融霜準備管路結構示意圖。
圖23為本發明所述電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中融霜操作的管路結構示意圖。
以下對本發明的較佳實施例加以詳細說明。
本發明所提供的一種電動汽車集成熱管理系統及實現方法較佳實施例中，其可以通過將熱泵空調、電池包熱交換器、電機及其驅動部份、電 源管理及自動駕駛控制單元等發熱部件綜合考慮，進行集成設計，使其由分散化的熱管理向模組成化熱管理轉變。集成式熱管理系統對減小空間體積、提高整車的能源的利用效率很有意義。
本發明較佳實施例中設計提供了一種集成式的熱管理系統，採用了兩個相對獨立的製冷劑迴路和第二液體迴路，分別實現對外部的熱交換和對車內內部的熱交換，並在所述製冷劑迴路與所述第二液體迴路之間設置有相互之間進行熱交換的熱交換器。本發明可以通過協調統一管理各種工況下熱泵空調的製冷劑迴路與第二液體迴路中電池包熱迴路及其它各功能單元的熱流路徑和組態，使各部份始終工作於合理的工作溫度條件，發揮出最佳工作效能。
在嚴寒條件下，可以利用電機及其驅動部份、電源管理部份及自動駕駛控制單元等電動汽車發熱部件產生的熱量(這些部件在正常工作時就不可避免發熱且需要散熱，以下統稱外部熱源)，以及通過熱泵空調吸收空氣熱能所產生的熱量經換熱器聚合並根據需要可以控制實現串流或並流，在串流時液體攜帶熱泵熱量和外部熱源廢熱經過電池包熱交換器使之溫度快速升高到合適的溫度區間，保證電池的充放電容量不受低溫條件制約。對電池包的完善熱管理，以利發揮出動力電池最好的充放電效能，提升低溫工況下的續航里程。
本發明所述電動汽車集成熱管理系統較佳實施例的另一目的在於通過集成式綜合架構設計，設計一種全新的熱泵空調技術，使其在低溫制熱工作模式下，盡最大可能收集利用電池包、電機及其驅動部份、電源管理及自動駕駛控制等功能部件(或稱外部熱源)工作發出的熱量，可做到最大化的餘熱回收利用，用於熱泵空調進行制熱供暖，以降低制熱的電能消耗，提高制熱能效係數(COP)。
本發明所述系統及實現方法較佳實施例中的餘熱回收機制，結合新式熱泵空調結構，可以高效回收並儲蓄電動車工作廢熱，在低溫結霜工況下 釋放出來用於融霜除冰以達節能目的。且該融霜除冰過程與熱泵制熱過程同時進行，並不需要先停止制熱來進行除霜，保證了制熱工作的連續性，減小室內溫度波動從而大大提高駕乘舒適性。
在夏天需要製冷的高溫條件下，本發明較佳實施例中動力電池熱交換器、電機及其驅動部份、電源管理及輔助駕駛控制單元等液體迴路的熱量不僅共用熱泵空調系統的冷凝散熱器進行散熱，不需要重複設置兩套散熱器；而且在必要時也能通過製冷劑的熱交換器(蒸發)吸收熱量而主動控制其液體溫度於合理範圍。更進一步地，因熱泵空調創新的結構設計原理，使室內換熱器4(如圖2所示)既可作為製冷狀態下冷風芯子(蒸發器)，又可複用於制熱狀態的熱風芯子(冷凝器)，兩個熱交換器的功能複用，較傳統汽車空調系統結構明顯簡化，對降低整車成本和縮減空間大有裨益。
本發明所述應用於電動汽車的集成熱管理系統較佳實施例，如圖1和圖2所示的，其包括一系統主機41和附屬部件及其連接接頭和管道。在實際的產品設計中，可以設置所述系統主機41為一體化的模組設備，並設置對應的連接接頭可以與電動汽車的外部散熱管路插接連接，這種模組化的設計方式，可以將各個管路的接口設置為一個統一的標準接頭，在該接頭上設置對應各個部件的進出管路接口，例如應用到動力電池的熱交換管路，以及應用到車輛其他散熱功能部件上的管路接口，可以通過一個標準接頭實現方便插接，這樣可以通過一個標準化模組實現對各種不同車型的匹配適應。
本發明所述附屬部件作為所述主機功能實現的一部份，稱其為附屬部件僅指其安放位置在主機殼體以外，以下對所述主機的說明中仍會包括附屬部件。所述附屬部件包括：室內換熱器4及其配套第二風扇20、導風元件和其接線連接端，室外換熱器13及其配套第一風扇19和其接線連接端子、電源輸入端口Power，電池熱交換器32、電源管理及自動駕駛控制熱交換器33、電機及電 機驅動部份熱交換器34、室內溫度感測器23、室外溫度感測器Ta25、室外換熱器13表面溫度感測器T_s_49、與整車控制器通訊的控制匯流排接線端子(CAN或LIN或其它類型資料接口)。
需要注意的是，所述電池熱交換器32是本發明較佳實施例中需要特別關注和保持溫度平衡的機構，而電機及電機驅動部分熱交換器，以及電源管理及自動駕駛控制熱交換器等等將車輛運行所產生的熱量，在車輛熱管理的系統作用下，及時傳遞散發到需要熱量的地方，從而可以實現在減少電池能量損耗的情況下，更好地提高車輛運行效率從而增加續航里程。
所述連接接頭和管道包括主機41與室外換熱器13連接的冷卻液接頭和管道42、主機41與室內換熱器4連接的冷媒接頭和管道43、主機41與電池熱交換器32連接的冷卻液接頭39、40和管道44、主機41與電機及電機驅動部份熱交換器34連接的冷卻液接頭35、36和管道45、主機41與電源管理及自動駕駛控制熱交換器33連接的冷卻液接頭37、38和管道46。
本發明所述主機41的大部份設計在一個箱式殼體內，其包括一熱管理控制器48和集成熱管理迴路，如圖2所示，集成熱管理迴路又包括製冷劑迴路和第二液體迴路，具體結構如下文詳細說明。所述熱管理控制器48設置在一個獨立的電路板上，並連接到所述集成熱管理迴路的各泵、閥及風扇等，通過預先的程式設計管理策略實現對相應泵、閥及風扇開關的控制，實現相應的製冷、制熱、除霜、融霜等功能。
本發明所述主機41中的集成熱管理迴路中，除了將所述室內換熱器4和室外換熱器13以及電池、電機以及電源的結構(電池、電機以及電源等為車輛原有功能結構)設置在所述主機41之外，而將所述製冷劑迴路以及所述第二液體迴路的剩餘大部分管路都設置在了一個主機41之內，並在對外連接的位置，尤其是與車輛的電機和電源熱管理迴路插接的位置，設置採用標準的管接 頭結構，用來對車輛的不同發熱部件進行熱管理連接。
同時，所述製冷劑迴路如圖2所示的包括依次連通連接並形成迴圈的一壓縮機1，第一熱交換器2的一次側，第一電子膨脹閥3，室內換熱器4及其對應的室內換熱器4之第二風扇20，第二電子膨脹閥5，第二熱交換器6的一次側，以及氣液分離器8。工作在製冷模式時，由電動壓縮機1輸出高溫高壓製冷劑蒸汽，於第一熱交換器2與製冷劑迴路進行熱交換，由第一熱交換器2傳遞熱量到第二液體迴路再經第二液體迴路的室外換熱器13散熱到室外空氣，而製冷劑從室內換熱器4吸收室內空氣熱量，導致室內溫度下降以降溫納涼。在制熱模式下時，第二熱交換器6可從第二液體迴路吸收熱量後，並從室內換熱器4向室內空氣排放熱量以升溫取暖。第一電子膨脹閥3和第二電子膨脹閥5用來轉換製冷劑迴路的工作模式和進行室內溫度控制。
所述熱管理控制器48設置在控制電路中，可根據工控策略調節第一電子膨脹閥3和第二電子膨脹閥5來轉換製冷劑迴路的工作模式和進行室內溫度控制(製冷或制熱)，還監測各溫度感測器的資料來控制各種閥門的動作以及調節壓縮機1的轉速以控制溫度，本系統與整車控制器之間的資料和控制通訊也是由所述熱管理控制器48完成的。
本發明較佳實施例的所述第二液體迴路包括第一泵22、第二泵15、第三泵27、第一熱交換器2的二次側(一次側與二次側之間不連通但進行相互熱交換)、第一旁路閥9、第一三通閥10、室外換熱器13及其第一風扇19，第二三通閥11、第二熱交換器6的二次側(一次側與二次側之間不連通但進行相互熱交換)、第二旁路閥12、儲液罐16(或類似連接功能的多口接頭)、第一單向閥21、對外冷卻液進出接頭35至40及所有連接管道44至46。
其中，室外換熱器13及其第一風扇19在製冷模式中用於把第二液體迴路中載冷液體的熱量散發排放到室外空氣中，或在制熱模式中用於從室外 空氣中吸收熱量給第二液體迴路中的載冷液體。所述第二熱交換器6的二次側和第一熱交換器2的二次側接入到所述第二液體迴路的管路之中，用於與製冷劑迴路進行熱交換，在製冷模式下可吸收製冷劑蒸汽的熱，在制熱模式下用於將第二液體迴路中載冷液體的熱量傳遞給製冷劑迴路而使製冷劑蒸發。
所述第一泵22、第三泵27和第二泵15提供迴圈的推動力，根據工作模式的不同需要，其運轉受控於熱管理控制器48發出的控制信號，來實現對相應泵的流量驅動力；所述第一泵22在所述儲液罐16中設置有開口，並在所述第一泵22的下游設置有分叉形成兩個支路的第三泵27和一第五旁路閥28，所述第三泵27設置有第一管路接口35，以及在所述主機41內設置的一管路，在所述主機41接管面上設置兩個管路接口即第二管路接口36和第三管路接口37(兩個管路接口之間直接導通)，在所述第一管路接口35與第二管路接口36之間設置有待連通連接的外部接口，用來連接壓縮機1/電機的熱交換器或其它發熱部件的熱交換器，以便將其上的熱量可以通過熱交換器從第二管路接口36導入所述主機41內。
所述第二泵15設置在所述室外換熱器的上游管路中，與第一泵22及第一熱交換器2二次側等的管路並行，形成方便設計更多功能的額外一條迴圈支路。本說明書中的上游與下游用語，是指在流體迴圈路徑中，沿著流體流動方向，比較靠近本器件的上側即流體來的方向(上游)或下側即流體去的方向(下游)。
另外還可以設置更多的管路接口以適應更多的發熱部件的液體熱交換器，例如圖2中所示的第四管路接口38以及第五管路接口39和第六管路接口40，通過所述第三管路接口37和第四管路接口38與外部對應接口的插接，可以實現對電機驅動、電源轉換器以及駕駛控制系統等設置的熱交換器進行連通連接並收集其熱量導入所述第二液體迴路。通過所述第五管路接口39和所述第 六管路接口40的連通連接，可以實現將所述電池部位的熱交換器32進行連通並接入所述第二液體迴路。
根據電動汽車的各工作部件，可以設置多個不同的管路接口，除了針對電池包的管路接口需要考慮保溫進行特別設置之外，其他產生“廢熱”的部件都可以分別設置對應的管路連接接口，只需增加設置類似於第二管路接口36和第三管路接口37的串接接管和管路接頭即可。
在所述第四管路接口38與第五管路接口39之間設置有一第二單向閥30，可以用來保證冷卻液從第四管路接口內部向第五管路接口方向流動；並且第五管路接口39還連通所述第五旁路閥28的另一端，在所述第五旁路閥28的前端還設置有一第三單向閥31，從而保證在第二液體迴路中，所述第五旁路閥28的支路上管內液體的單向流通。所述第三泵27可以增加所述第一管路接口35中的冷卻液從所述第一管路接口中流出的驅動壓力。在所述第四管路接口38與所述第六管路接口40之間還設置有一第六旁路閥29，上述第五旁路閥28和第六旁路閥29都可以經過所述熱管理控制器48的控制實現對應的開關，從而實現相應的工控功能。
這樣所述第五旁路閥28可以通過受控實現對第一至第四管路接口35至38的旁路，從而可以在某些必要的情況下(比如液體溫度較高)使冷卻液經第五旁路閥28跨過其它外部發熱源流向電池熱交換器，電動汽車其它外部“廢熱”部件所產生熱量不用來加熱電池包。所述第六旁路閥29通過受控可以實現對第五至第六管路接口進行旁路，與第五旁路閥28共同作用下，液體溫度足夠高的情況下可以跨越電池包而直接收集“廢熱”，該廢熱不對電池包進行加熱。
所述第一旁路閥9和第二旁路閥12分別用於受控制開關來改變第二液體迴路中載冷液體的流通路徑，其接通時載冷液將通過其形成的旁路直接 分別跨過第一熱交換器2的二次側和第二熱交換器6的二次側，從而可以實現選擇是否與製冷劑迴路發生熱量交換的功能，從而對應實現相應熱管理功能。
所述第一旁路閥9並接在所述第一熱交換器2的二次側兩端，所述第二旁路閥12並接在所述第二熱交換器6的二次側兩端。所述第一旁路閥9與所述第一熱交換器2的二次側的並接端連通連接有第一三通閥10的1端，所述第一三通閥10的3端連通所述第二三通閥11的1端，所述第一三通閥10的2端連通連接所述室外換熱器13的一端。需要說明的是，在本發明所述主機41內可以設置開放的位置用來安裝所述室外換熱器13和第一風扇19，也可以將車輛的室外換熱器13安裝於所述主機41箱體之外車輛的任何地方，並以管道與所述主機41進行連通連接。
所述室外換熱器13的另一端連通連接所述第二三通閥11的2端，並與所述第二熱交換器6二次側以及所述第二旁路閥12的一側並端連通連接。所述第二三通閥11的3端與所述第二旁路閥12的另一側端並端連通，並在所述儲液罐16中設置有開口端，並與所述第一泵22在所述儲液罐16中的開口端抵近設置，並開放於該儲液罐16中設置。所述第二熱交換器6的二次側另一端也連通設置到所述儲液罐16中，並與所述第二泵15在所述儲液罐16中的開口抵近設置，並開放設置。
上述兩個抵近的開放開口位置設置在所述儲液罐16中的A、B兩個儲液區內，該兩個儲液區在所述儲液罐16的底部設置為開通的通道，並將兩個抵近位置設置在兩個不同儲液區的上部，這樣在進行迴圈時，可以保證在所述儲液罐16內通過抵近設置可以保持本迴圈的穩定，同時開放可以使得的在所述第二液體迴路中的液體可以通過所述儲液罐16進行補充，以及在需要蓄熱時，可以通過開放的開口進行逐步的液體交換，從而在所述儲液罐16內形成一定的蓄熱過程。而通過在所述儲液罐16的底部形成兩個儲液區的溝通，可以實現兩 個儲液區之間的蓄熱交互。所述儲液罐16也可以採用多向管接頭實現，並且也可以設置所述儲液罐16的體積具有不同的尺寸，從而根據實際需要可以設置匹配不同車輛的蓄熱需求。儲液罐16上還設置有一加液蓋17，用來對儲液罐16進行冷卻液的添加。
所述第五旁通閥28用於控制所述第一泵22支路液體是否全部流經外部熱源熱交換器，如電源管理及自動駕駛控制熱交換器33和電機及電機驅動部份熱交換器34，所述第二三通閥11可以用於配合控制第一泵22支路液體是否流經熱交換器6的二次側，特別是在制熱模式下的加熱升溫蓄熱過程中實現第一泵22支路與第二泵15的制熱支路相對獨立，保證了制熱與蓄熱工作可以同時進行。所述第一單向閥21的作用是在一些不需要第二泵15工作的情況下，可以阻止第一泵22支路輸出的較高溫度液體經第二泵15返流形成短路。
本發明設計的較佳實施例中，將動力電池熱交換器32(以下簡稱電池包)、電機及電機驅動部份熱交換器34、電源管理及自動駕駛控制熱交換器33(以下總稱外部發熱源)的液體冷卻迴路與熱泵空調製冷劑迴路通過熱交換器密切耦合在一起，通過熱管理控制器48調節製冷劑與冷卻液的流通路徑和組態策略控制，可以實現對電池包和外部發熱源有效綜合熱管理，使其工作於合適的溫度區間，並且在冬季寒冷環境盡最大可能利用熱泵回收電池包和外部熱源的熱量以用於駕乘室內供暖，並保證電池包的溫度在合理範圍之內，並提高制熱效率，大大減少熱泵空調制熱時的電力消耗。
如圖3所示是本發明以及現有技術中的空調製冷劑進行製冷迴圈的壓焓圖，梯形代表的是四個焓值變化的階段，而弧線代表的是製冷劑的三個狀態欄域，弧線內為氣液混合態，而弧線外左側為液態，弧線外右側為氣態區。梯形的邊表明了空調工作過程中的狀態變化，包括壓力和焓值。以下說明中，所有提到壓焓點的位置，都請參考圖3所示。
在不同的使用者操作選項中，如開空調或不開空調、充電待機等，和不同的初始溫度條件下，本發明較佳實施例中設計了分別不同的控制策略，以下將利用簡圖結合熱泵空調壓焓圖(圖3)分別說明其工作原理和過程，因為目的在於解析設計思路和系統運作主要過程，所以簡圖先被省去第二冷卻液迴路中的部分閥元件。閥元件是實現這些設計意圖的執行器件，其工作由所述熱管理控制器48依照控制策略來操控，而閥元件的設置及其控制程式又是根據以下說明的原理進行配置的，各具體實施案例將進一步進行闡述：製冷模式的工作迴圈(參見簡化示意圖4和圖5)：結合圖2所示，在熱泵空調打開後，所述熱管理控制器48讀取用戶事先設定的室內目標溫度T_r(比如25℃)，當室內目標溫度T_r低於室外環境溫度T_a時，即進入製冷工作模式。在此模式下工作過程為：壓縮機1將製冷劑從常溫蒸汽態(壓焓圖點1)壓縮成為高溫高壓的汽態(壓焓圖點2)，進入所述第一熱交換器2的一次側，與接入所述第二液體迴路的二次測液體發生熱交換而溫度下降，冷凝成為高壓中溫液態(壓焓圖點3)。再經過第一電子膨脹閥3節流降壓成為濕蒸汽或汽液混合物(壓焓圖點4)，送入室內換熱器4吸收室內空氣熱量從而使室內降溫，製冷劑因吸收熱量溫度上升焓增加蒸發恢復成為蒸氣(壓焓圖點1)。在此迴圈中，點1到點4是室內換熱器4的吸熱製冷過程，其單位制冷量q0=h1-h3(或q0=h1-h4)，壓縮機單位理論做功ω0=h2-h1。
在製冷狀態下，如圖4所示，所述熱管理控制器讀取設置於第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當冷卻液溫度T2溫度正常(比如冷卻液溫度T2<55℃)，控制器判斷並選擇適用的控制策略，如簡化示意圖4所示：電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34都經過冷卻迴路並聯(因在此溫度下電池包無需額外加熱)，冷卻液被相應的泵推送去第一熱交換器2的二次側再吸收製冷劑 蒸汽的熱量，從而使製冷劑完成冷凝過程。然後經過室外換熱器13，利用第一風扇19強制室外空氣帶走熱量，以完成散熱。而第二液體迴路上的液體溫度下降後返迴儲液罐進入抵近的水泵入水口，周流迴圈。
由此可以看出，空調製冷與電池包32和外部發熱源33、34熱量都是從室外換熱器13散發出去，不需要分別設置不同的散熱器，共用該器件的好處不僅是在成本大大降低而且整個系統的體積縮小，可以更方便地應用在車輛空調裝置上。
在製冷狀態下，如圖5所示，本發明較佳實施例的車載熱管理系統中，其熱管理控制器可以讀取設置於所述第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當冷卻液溫度T2溫度偏高(比如冷卻液溫度T2>55℃)需要加強散熱以快速將所述第二液體迴路冷卻液溫度降低，所述熱管理控制器48判斷並選擇適用的控制策略：與前面不同的地方是冷卻液經室外換熱器13散熱後，再進一步進入熱交換器6(Chiller)進行降溫。
如圖5所示，電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34冷卻迴路並聯(因在此溫度下電池包無需額外關注加熱)，第二液體迴路上的液體被相應泵推送去第一熱交換器2的二次側吸收製冷劑蒸汽的熱量使製冷劑完成冷凝過程。經熱量聚合後的液體攜帶熱量送室外換熱器13，利用第一風扇19強制室外空氣帶走熱量完成散熱。
第二液體迴路上的液體溫度下降後，經過閥門元件的切換送入第二熱交換器6(Chiller)的二次側與已蒸發的製冷劑進行熱交換。因第二熱交換器6的一次側流動的是較低溫度汽體或氣液混合物，經過第二熱交換器6的熱交換後能夠降低二次側冷卻液的溫度並促進一次側製冷劑的完全蒸發，這樣有利於避免壓縮機吸入液態製冷劑而發生液擊損壞故障。但需注意的是壓縮機入口蒸汽 的溫度過高對一般壓縮機自身的冷卻不利，在所有工況應用條件下需要設計者根據實際工作溫度範圍做好相應的選型和冷卻措施(液冷或油冷)，以防止過高的吸氣溫度使壓縮機過熱損壞。
本發明所述第二液體迴路內的冷卻液經第二熱交換器6(Chiller)二次冷卻後溫度進一步降低，再返迴儲液罐16進入抵近的水泵及其入水口，周流迴圈。
可以看出，空調製冷時的熱量與電池包32和外部發熱源33、34熱量都是由第二液體迴路內冷卻液吸收聚合後再從室外換熱器13散發出去，共用該器件的好處不僅是成本大大降低而且可以使得整個系統體積縮小。另一方面，這個較高的冷卻液溫度T2需要更加強的降溫冷卻速度，經過第二熱交換器6(Chiller)的主動冷卻可使其溫度儘快降下去並至更合適範圍。
2、制熱工作迴圈(參見簡化示意圖6、圖7和圖8)：在熱泵空調打開後，本發明較佳實施例中的熱管理控制器48讀取用戶事先設定的室內目標溫度T_r(比如25℃)，當室內目標溫度T_r高於室外環境溫度T_a時，即進入制熱工作模式。在此模式下的工作過程為：壓縮機1將製冷劑從常溫蒸汽態(壓焓圖點1)壓縮成為高溫高壓的汽態(壓焓圖點2)，通過(或利用旁路閥跨過)第一熱交換器2，並將第一電子膨脹閥3開到最大開度(或旁通模式)，進入室內換熱器4並在其對應第二風扇20作用下與室內空氣發生熱交換而使室內溫度上升，製冷劑在此冷凝成為高壓中溫液態(壓焓圖點3)。
製冷劑經過室內換熱器4冷凝後再經過第二電子膨脹閥5節流降壓成為濕蒸汽或汽液混合物(壓焓圖點4)，送入第二熱交換器6的一次測吸收第二液體迴路內液體的熱量，製冷劑因吸收熱量而溫度上升、焓增加，蒸發恢復為蒸氣(壓焓圖點1)。在此迴圈中，圖3中的點2到點3是室內換熱器4的排出熱的制熱過程，其單位制熱量q0=h2-h3，壓縮機單位理論做功ω0=h2-h1。
如圖6所示的較佳實施例中，在制熱狀態下，所述熱管理控制器48讀取設置於第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當冷卻液溫度T2溫度正常(比如0<T2<50℃)且冷卻液溫度T2高於室外環境溫度T_a時，所述熱管理控制器依此判斷適用相應的控制策略，該策略的設計出發點為盡最大可能將電池包32和外部發熱源33、34的廢熱回收，用於提高熱泵空調制熱效率。所以第二液體迴路將繞過室外換熱器13而直接由第二熱交換器6內的製冷劑吸收，在所述第二熱交換器6內形成一次側和二次側之間的熱交換。
因所述第二液體迴路中的冷卻液攜帶電池包32和外部發熱源33和34的廢熱能量溫度高於室外環境空氣溫度T_a，故能夠使制熱迴路更高效工作，相當於壓焓圖點1右移，壓縮機做同樣的壓縮功，但製冷劑焓值也更高(h2同步右移)，又因為單位制熱量q0=h2-h3，h2更大，制熱量也將越大，制熱效率更高。
如圖6所示：電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路並聯(因在此溫度下電池包無需額外關注並加熱，所以並聯)，冷卻液被相應的泵推送，在閥組的切換下跨越而跳過第一熱交換器2及室外換熱器13，送入第二熱交換器6的二次側與製冷劑進行熱交換使其蒸發。
因第二熱交換器6的一次側流動的是較低溫度製冷劑，在經過第二熱交換器6的熱交換後能夠降低二次側冷卻液的溫度(熱量被吸收)，並促進一次側製冷劑的完全蒸發，避免壓縮機1吸入液態製冷劑而發生液擊損壞故障。
冷卻液經第二熱交換器6冷卻後返回所述儲液罐16進入抵近設置的第二泵15入水口，這樣就可以周流迴圈。須注意的是，所述冷卻液可以是採用常用的水，或者為了抵抗冷凍，可以是經過調製的各種抗冷液，因現有技術中市場上已有各種常見的抗冷液，在此不再贅述。
可以看出，本發明所述熱泵空調較佳實施例中所制熱與電池包32和外部發熱源33、34熱量都是共用室內換熱器4排放到室內的，複用該器件的好處不僅是成本大大降低而且整個系統體積縮小。冷卻液的液體溫度感測器26的溫度隨時被熱管理控制器監測和控制處於設定的合理範圍。另一方面，最大化回收利用電池包32和外部發熱源33、34的熱量用於室內制熱取暖，這個節溫和熱回收的理念貫穿始終，由於本發明較佳實施例中可以設置相應的閥元件及管路進行管路的跳接，從而可以形成更多的管路管理策略，提高熱泵空調的制熱效率，減少室內制熱取暖電能的消耗，使得寒季續航里程得到大大提升。
如圖7所示，在制熱狀態下的較佳實施例中，還存在另一種情況是，第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2正常，但低於室外環境溫度T_a(比如0℃<T2<50℃，T2<T_a)，或者，液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2明顯超高(比如T2>50℃)，此兩種情況所述熱管理控制器將依此判斷並選用適用的控制策略，該策略的設計出發點除了上述的廢熱回收，用於提高熱泵空調制熱效率外，還要考慮到室外環境溫度T_a比冷卻液還要高或者冷卻液的溫度很高(比如T2>50℃)的情形，所以第二液體迴路液體可在閥元件切換下經過室外換熱器13吸收(或排放)熱量，再由第二熱交換器6內的製冷劑吸收其熱量而蒸發。
因所述冷卻液攜帶電池包32和外部發熱源33、34的廢熱能量，並吸收了室外環境空氣的熱量，故能夠在使制熱迴路溫度盡可能上升，使熱泵制熱效率較高。如圖7所示：電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路並聯(在該正常溫度下電池包無需額外關注並加熱，所以並聯)，冷卻液被相應的泵推送，在閥組件的切換下跨過第一熱交換器2，經室外換熱器13吸收空氣熱能量(或在液體過高溫時向室外排放熱量)，送入第二熱交換器6(Chiller)的二次側與一次 側製冷劑進行熱交換促使其完成蒸發。
因第二熱交換器6的一次側流動的是較低溫度汽體或汽液混合體，經過第二熱交換器6(Chiller)後降低冷卻液的溫度並促進劑冷劑的完全蒸發，有利於避免壓縮機吸入液態製冷劑而發生液擊損壞故障。而冷卻液經第二熱交換器6(Chiller)吸熱後返迴儲液罐16進入抵近設置的第一泵入水口，形成周流迴圈。
可以看出，本發明所述熱泵空調較佳實施例中所制熱與電池包32和外部發熱源33、34熱量都是共用室內換熱器4排放到室內的，複用該器件的好處不僅是成本大大降低而且整個系統體積縮小。所述冷卻液的液體溫度感測器26的溫度隨時被熱管理控制器監測和控制處於設定的合理範圍。同時可以最大化回收利用電池包32和外部發熱源33、34的熱量使液體溫度升高並在熱交換器6二次側被吸熱用於室內制熱取暖，提高熱泵空調制熱效率，減少室內制熱取暖電能的消耗，寒季續航里程得到大大提升。
而另一種可能情況下冷卻液溫度T2很高(比如T2>50℃)，經過經室外換熱器13與空氣熱熱交換後，其溫度降低，帶著餘溫的冷卻液再送入第二熱交換器6(Chiller)的二次側與一次側製冷劑進行熱交換促使其完成蒸發。如此設計既有效控制了冷卻液的溫度，又使製冷劑得到充份的蒸收熱量，提高制熱效率。
如圖8和圖9所示的較佳實施例中，在制熱狀態下，所述第二液體迴路中冷卻液的液體溫度感測器26監測到冷卻液溫度T2較低時(比如T2<0℃)，所述熱管理控制器依此判斷適用圖8和圖9的控制策略。在室外溫度較低的情況下，考慮到冷卻液溫度也較低，動力電池需要外部熱量加熱回溫才能獲得最大充放電容量和安全性，故將電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路改 為串聯，冷卻液先經外部熱源33、34加熱後再流入電池包32以利用廢熱進行對電池包的加熱。
但僅利用上述外部發熱源加熱可能是不夠和來不及的，因此在許多情況下可能無法很好滿足電池包32加熱升溫需求，因為電動汽車發熱部件大多需要在行駛過程中才會逐步累積較多熱量而產生升溫作用，更況且外部發熱源33、34的發熱功率不是一個恆定值。因此利用熱泵空調制熱來加熱第二液體迴路成為最可行的方式。
再者，考慮到現今資訊技術在車輛的應用如火如荼，出門之前先通過遠端遙控指令可以讓汽車空調和坐椅提前預熱或自動到達指定位置等候將成為常規應用，新技術的應用能讓用戶避免經受上車後一段時間內的嚴寒酷暑，大大改善汽車的使用舒適性。同理，借助遙控或定時開啟空調預熱的同時，加熱電池包也成為集成式熱管理系統的較優實施選項。
當然，在惡劣冰雪天氣條件下需要緊急升溫使用時，使用PTC串聯在第二液體迴路中，來快速加熱除霜且預熱電池包也是一個用戶個性化的選擇需求，參見圖9的工作流程。值得關注的是，PTC的耗能較大，能效係數(COP)不高，一般只在冷卻液溫度極低(如低於-20℃)條件下的啟動之初，或使用者需要加速升溫以除霜除冰和加熱電池包時，才由熱管理控制器控制執行該附加加熱策略，開啟PTC加熱。
在完成第一次除霜和電池包加熱工作後關閉PTC的加熱，PTC的應用和工作控制方式也應作為一個可能的較優實施選項。如圖8和圖9所示的：此時熱泵空調處於主動制熱過程中，壓縮機1處於壓縮制熱工作中，冷卻液電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路串聯，第二液體迴路採用兩個支路兵分兩路迴圈(注意兩個支路之間實際上在儲液罐位置有相對隔離和底部連通，下不 贅述)，與熱源串聯迴路的冷卻液被第一泵22(Pump1)推送流動(實線箭頭支路)，在閥組的切換下進入第一熱交換器2的二次側，從壓縮機1輸出的高溫高壓製冷劑蒸汽也送往第一熱交換器2的一次側，二者在第一熱交換器2中進行熱交換，二次側的冷卻液被加熱而升溫，一次側的製冷劑蒸汽通過室內換熱器4進一步放出熱量冷凝成高壓中溫液體，再經第二電子膨脹閥5節流降壓。因製冷劑的壓力驟降，至第二熱交換器6中吸收板式第二熱交換器6二次側冷卻液的熱量而蒸發，再經汽液分離器回到壓縮機1吸氣口，周而復始。
經過若干迴圈後，所述第二熱交換器6的二次側冷卻液被加熱至稍高於本實施例策略所定義的設定溫度值(如28℃)時，所述熱管理控制器隨後根據實際冷卻液溫度T2選擇相應控制策略，此舉出發點為，電池包32溫度被升高後盡可能依賴外部發熱源33、34和電池包32自發熱效應來維持合理工作溫度並提供給熱泵空調進行熱量回收。
在圖8和圖9中所示實施例中另一液體支路(淺色箭頭支路)，第二泵15(Pump2)推送液體經過室外換熱器13，與室外空氣進行熱交換後再送至第二熱交換器6的二次側與一次側的製冷劑進行熱交換(吸熱)，製冷劑吸收該支路熱量蒸發，然後返迴壓縮機1吸氣口形成閉環。
從上述工作過程可以看出，在冷卻液溫度T2較低(比如低於0℃)時，本發明熱泵空調較佳實施例中，熱泵所制熱量與外部發熱源33、34熱量聚合一同加熱冷卻液，因電池包32被加熱，溫度快速上升至最適宜工作溫度，保證其在低溫外部環境下獲得最佳充放電性能。因其加熱熱源來自於熱泵空調系統和其它外部熱源工作時產生的廢熱，其加熱能效也比單純採用PTC等電熱方式要高得多。
而圖9所示實施例為溫度為極端寒冷條件下(如冷卻液溫度T2<-20℃)的工作模式，可以手動或自動開啟PTC以說明加速升溫。本發明較佳 實施例的設計只在冷卻液溫度極低(例如低於-20℃)條件下的啟動之初，或使用者需要加速升溫以快速加熱電池包的短暫時間段內時，可手動或自動開啟以執行圖9所示策略進行加速升溫，開啟PTC加熱，並僅在完成一次緊急升溫使得二次側的冷卻液被加熱至稍高於本策略所定義的設定溫度值(如28℃)後，即可關閉PTC，PTC不需要持續性工作。
較佳實施例中，在空調開機後，或正常工作中，所述熱管理控制器讀取用戶事先設定的室內目標溫度T_r，當室外溫度T_a低於室內目標溫度T_r時，即進入制熱工作模式。在制熱工作啟動後，如果所述熱管理控制器偵測到室外溫度T_a低於0度，並且，室外換熱器13表面溫度T_s低於所設定的除霜條件溫度(比如T_s<-3℃)，所述熱管理控制器依此判斷並選用相應的控制策略，即制熱+自動除霜模式。具體地分成三個階段：第一階段，利用本發明較佳實施例中熱泵空調制熱和外部熱源或者以及PTC加熱(T_a<-20℃自動開啟PTC，或隨時手動開啟)對第二液體迴路中的冷卻液進行加熱，其工作方式與前述圖8和圖9所示實施例一樣開始制熱蓄熱。因第二液體迴路冷卻液溫度升高，在所述儲液罐16及整個第二液體迴路中蓄儲了一定的熱量，該熱量大致為所有冷卻液的比熱容乘以重量和所需溫升。該蓄熱過程是為融霜的準備工作，在此過程中制熱工作並未停止，唯因蓄熱支路接入而吸收板式第一熱交換器2的餘熱量而使製冷劑焓值更低，使室內換熱器4出口溫度稍有下降，但該過冷溫度的變化將被熱管理控制器的溫度感測器24(感知溫度T1)所及時感知並通過加大壓縮機轉速或調整第二電子膨脹閥5(Vf)開度而得到快速閉環修正，所以並不會造成影響。
第二階段，在蓄熱溫度到達設定除霜溫度(比如28℃)後滿足除霜的溫度條件時，開始計時(比如40分鐘)並保溫，保溫方式如圖10所示即控制冷卻液不再經板式第一熱交換器2主動加熱，並停止PTC主動加熱(如有開)。 待溫度降低至低於除霜溫度下限值後再回到前述加熱階段(即如圖8的工作模式)，可以重複加熱-保溫-加熱過程，以維持電池包換熱器中冷卻液的溫度。因為在每一次除霜後，並不是立即就會結霜至影響室外蒸發器運作，使得室外換熱器13都可正常工作一段時間才會再次結霜。所以經過蓄熱後保溫並延時設定的時間後(比如設定為40分鐘)，再進行除霜。本發明較佳實施例的熱泵空調裝置在汽車第一次啟動時並不需延時，在符合除霜溫度條件時可以經過蓄熱後立即執行除霜，以融化室外換熱器13可能存在的冰霜。
第三階段，除霜，如圖11所示，經過上述蓄熱保溫準備後冷卻液溫度上升至設定值(比如28℃)，此時所述熱管理控制器48控制閥組使高溫冷卻液流向室外換熱器13去進行融霜。因為液體溫度較高，室外換熱器13被加熱升溫而融化表面凝結的霜或冰。為了讓換熱器表面溫度快速上升，除霜過程中須關閉換熱器所附第一風扇19，待融霜完成後，霜化成液體水流走後再開啟該第一風扇19吹乾室外換熱器表面水份。
除霜時，冷卻液經過室外換熱器13後再流經第二熱交換器6的二次側，餘熱有利於製冷劑蒸發吸收熱量，製冷劑蒸汽溫度也將較高(壓焓圖中點1點2右移)，壓縮後焓值更高，同樣壓縮做功得到更大的制熱量，提高了制熱效率。同時，在蓄熱-除霜過程中，制熱過程是不需要停止，避免了除霜過程中室內溫度的波動，提高了車內駕乘環境舒適性。
除霜完成後，控制器再根據具體的液體溫度感測器26所感測知冷卻液溫度T2選擇相對應的控制策略控制程式。
本發明所述熱泵空調裝置較佳實施例中，如圖12所示的，在車輛啟動後，用戶可能並沒有開空調的需求。此時假定車內環境溫度適宜，可知電池也不需要升溫而僅需要進行常規散熱。所述熱管理控制器根據該條件選擇相應的控制程式：此時壓縮機1不需啟動，第二液體迴路的路徑如圖12所示，電池 包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34冷卻迴路並聯(因在此溫度下的電池包無需額外加熱)，被相應泵推送經過第一熱交換器2的二次側(因本實施例中製冷劑迴路並未工作，經不經過無影響)，然後過室外換熱器13，利用第一風扇19強制室外空氣帶走熱量完成散熱，第二液體迴路上的液體溫度下降後返迴儲液罐進入抵近的水泵入水口，這樣就可以形成周流迴圈。由此可以看出，該實施例模式中無需熱泵製冷或制熱，僅第二液體迴路的液體循環幫助外部熱源與電池包散熱即可，其耗電最小。且電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34的熱量是借由統一的室外換熱器13散熱的，無需分別設置，節省了裝置的空間和成本。
本發明所述熱泵空調裝置的較佳實施例中，如圖13所示的，低溫充電或低溫待機時(比如室外環境溫度T_a<-5℃)，充電或待機時應保證電池包溫度處於合適水準，所述熱管理控制器根據工作需求和溫度條件選擇相應的控制程式：因考慮到氣溫較低，動力電池需要加熱迴溫才能獲得最大充放電容量和安全性，故將電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路串聯，由相應的泵推動冷卻液經PTC和外部熱源33、34加熱後再入電池包32以加熱，再經過室外換熱器13和板式第二熱交換器6後回到儲液罐內的抵近設置的水泵入水口。
因為處於充電或熱待機狀態，車輛並未行駛，壓縮機也處於關閉狀態，此時外部熱源產熱可能並不足以維持溫度，必要時控制器可以啟用PTC進行加熱補充，並調整PTC的供電電壓使冷卻液維持在設定的待機溫度(如10℃)附近。為減少不必要的熱量損失，所述第一風扇19內定關閉。
因大電流充電時，電池及相關的充電控制電路有熱量產生，冷卻液溫度可能上升至超出設定高溫值(比如50度)，此時所述熱管理控制器開啟 第一風扇19對外散熱直至低於設定安全值後再關閉風扇。該狀態需要液體循環泵運轉以推動冷卻液不斷迴圈，因壓縮機1處於關閉狀態，冷卻液路徑是否經過室外換熱器13或板式第二熱交換器6並無影響，如圖13所示。
本發明所述的熱泵空調裝置及系統中，其製冷與制熱工作模式不再使用傳統熱泵空調的四通換向閥進行切換，而採用相對獨立設置的製冷劑迴路和第二液體迴路，在所述製冷劑迴路上設置所述室內換熱器4，在所述第二液體迴路上設置所述室外換熱器13，並在兩個迴路之間設置至少一個熱交換器進行相互之間的熱交換，簡化了製冷劑流動路徑並將製冷劑的切換動作，在進一步的實施例中，統一通過第二熱交換器6和第一熱交換器2耦合傳遞到第二液冷迴路，並與第二液冷迴路中的電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34的熱量進行聚合處理，再根據需要調節控制其路徑去作出相應處理，以達到統一熱管理(包括但不限於製冷，制熱，制熱+蓄熱，制熱+融霜，保溫，散熱等)的目的。
本發明較佳實施例中，建立了第二液冷迴路與製冷劑迴路之間的耦合聯繫，並使其有條件按照熱管理的意圖進行相應的操作。冬天需要制熱，盡最大可能回收第二液冷迴路中電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34的熱量至製冷劑迴路用於提高制熱取暖的效率。而回收的方法和途徑又根據第二液冷迴路中冷卻液的不同溫度而採用不同的控制策略，如此區分的目的在於實現熱回收且得到最高的回收效率。
熱量通過製冷劑迴路的第二熱交換器6(制熱時的蒸發器)吸收，而根據冷卻液溫度與室外空氣溫度對比，控制器又區分出如圖6和圖7所示的兩種不同的控制策略，都是為了盡可能減少不必要的熱量損失而盡可能提高熱回收率。
當冷卻液溫度T2超高(比如T2>50℃)，同樣適用圖7所示的控制策略，冷卻液將送室外換熱器13進行散熱，再經製冷劑迴路的第二熱交換器6(制熱時的蒸發器)吸收餘熱，這樣既盡可能回收熱量又有效控制冷卻液溫度處於合理區間，以保證電池包及所有車輛的發熱部件溫度處於正常合理範圍。
所述第二液體迴路中冷卻液溫度T2較低時(比如T2<0℃)，所述熱管理控制器48依此判斷適用如圖8和圖9的控制策略，因此時溫度較低，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34需要依靠熱泵空調的熱量來由第一熱交換器2來加熱(圖8)，而當冷卻液溫度極低(如低於-20℃)條件下的啟動之初，或使用者需要加速升溫以除霜除冰和加熱電池包時，由熱管理控制器48控制執行如圖9的策略，開啟PTC加熱，在完成第一次除霜和電池包32加熱工作後關閉。溫度回升後將轉到其它控制程式。
在制熱工作啟動後，如果所述熱管理控制器48偵測到室外溫度T_a低於0度，並且，室外換熱器13表面溫度T_s低於所設定的除霜條件溫度(比如T_s<-3℃)，控制器依此條件判斷適用制熱+自動除霜模式。在該控制的實施例中，分蓄熱(工作方式與圖8和圖9相同)，延時保溫，融霜(圖11)三個階段。依靠熱泵制熱的餘熱儲蓄在冷卻液中，並使加熱過的冷卻液流過室外換熱器13以達到除霜的目的。待下次再達到需要除霜的溫度後再次重複以上過程。在本發明較佳實施例中，除霜與制熱過程可同時進行，室內溫度不因除霜而波動，舒適性會更高。
本發明較佳實施例中在低溫充電或低溫待機或不開空調行駛時，製冷劑迴路不工作因而壓縮機不需啟動，僅靠第二液體迴路也可以單獨完成散熱和加熱保溫工作。由此可見本發明熱泵空調裝置的設計靈活性，非常突出。
以下將以一個具體實施例如圖14所示，結合圖3所示的壓焓圖， 說明各個工作狀態的工作過程：如圖1和圖14所示的，本發明一種應用於電動汽車的集成熱管理系統較佳實施例中，其包括一系統主機41和附屬部件及其連接接頭和管道。對其工作原理和過程具體分析如下：
A1、在本發明所述熱泵空調打開後，所述熱管理控制器48獲取用戶事先設定的室內目標溫度T_r，當室外環境溫度T_a高於T_r時，即進入製冷工作模式。在製冷模式狀態下，讀取設置於第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當T2<55℃，控制器判斷適用製冷的A1控制策略。
為方便說明，以下結合圖15來分析熱管理過程，用實線箭頭標示出製冷劑工作迴圈路徑，以點劃線箭頭和虛點線箭頭示出第二液體迴路，其中虛點線箭頭為電池包支路。
所述熱管理控制器按以下步驟控制製冷劑迴路：
A1-1：第三旁路閥14設置在與第一板式熱交換器2的一次側及第一電子膨脹閥3連接起來的管路兩端，用於接通時旁路上述管路，該第三旁路閥14斷開；第四旁路閥7接通，所述第四旁路閥7設置連接在所述第二板式熱交換器6的一次側及其第二電子膨脹閥5所連接管路的兩端，用於接通時旁路該第二熱交換器6的一次側管路，所述製冷劑迴路中的製冷劑蒸汽將通過第一熱交換器2的一次側，並跨越第二熱交換器6和第二電子膨脹閥5的管路。
A1-2：所述第一電子膨脹閥3調到開度最大復位，並關閉PTC。
A1-3：壓縮機1開啟工作，建立迴圈。
A1-4：待若干秒壓縮機1完成啟動後，所述第一電子膨脹閥3調到工作初始開度(比如30%)。
A1-5：待若干秒後，所述熱管理控制器48根據蒸發器出口的溫度感測器24所感測之溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23所感測之溫度 T_room運算並閉環控制所述第一電子膨脹閥3的開度。
A1-6：所述熱管理控制器48根據蒸發器出口的溫度感測器24所感測之溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23所感測之溫度T_room運算並調節壓縮機使其處於最經濟節能狀態。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制第二液體迴路：
A1-7：第五旁路閥28和第六旁路閥29採用電磁閥，打開(即導通)，所述電池包熱交換器32和外部發熱源33、34形成並聯關係。流經第一熱交換器2的二次側吸收聚合製冷劑汽熱量。
A1-8：第二液體迴路中的第一三通閥10(Va)切向2-1聯通3關閉(以下Va=2表示，該表示方式方便工控程式設計時作為指令進行使用)，控制冷卻液流向室外換熱器13進行散熱。此時第一旁路閥9斷開。
A1-9：所述第二液體迴路中的第二旁路閥12接通(以下Vd=1表示)，冷卻液被旁路跨越第二熱交換器6的二次側，而直接流回儲液罐16。
A1-10：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1,Pump3=1表示),第二泵15的開或關無影響。
A1-11：所述熱管理控制器48根據冷卻液溫度控制室外換熱器13所附第一風扇19的轉速，使其在溫度滿足要求的前提下轉速和噪音最低。
如圖16所示的A2控制模式實施例中：
A2、在熱泵空調打開後，所述熱管理控制器48取使用者設定的室內目標溫度T_r，當室外環境溫度T_a高於室內目標溫度T_r，即進入製冷工作模式。製冷模式狀態下，讀取設置於第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當T2>55℃，控制器判斷適用A2控制策略：為方便說明，以下結合圖16來分析熱管理過程，用實線箭頭標示出製冷劑工作迴圈路徑，以點劃線箭頭和虛點線示出第二液體迴路，其中虛點線箭頭為電池包支路。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制製冷劑迴路：
A2-1：第三旁路閥14斷開，第四旁路閥7斷開，製冷劑蒸汽將通過第一熱交換器2的一次側，也通過第二熱交換器6一次側和第二電子膨脹閥5的管路。A2-2：所述第二電子膨脹閥5調到最大開度(或旁通模式)，所述第一電子膨脹閥3調到開度最大復位。
A2-3：所述壓縮機1開啟工作，建立迴圈並關閉PTC 18。
A2-4：待若干秒壓縮機1完成啟動後，所述第一電子膨脹閥3調到工作初始開度(比如30%)。
A2-5：待若干秒後，所述熱管理控制器根據蒸發器出口的溫度感測器24感知溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知溫度T_room，然後運算並閉環控制第一電子膨脹閥3開度。
A2-6：所述熱管理控制器根據蒸發器出口的溫度感測器24感知的溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知的溫度T_room運算並調節壓縮機使其處於最經濟節能狀態。
所述熱管理控制器按以下步驟控制所述第二液體迴路：
A2-7：將第五旁路閥28和第六旁路閥29即相應的電磁閥打開，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34並聯管路連接，所述第二液體迴路中的冷卻液流經第一熱交換器2吸收聚合製冷劑汽熱量。
A2-8：所述第一三通閥10(Va)切向2-1聯通保持3斷開(以下Va=2表示)，控制冷卻液流向室外換熱器13進行散熱。
A2-9：所述第二旁路閥12斷開(以下Vd=0表示)，冷卻液即進入第二熱交換器6的二次側與一次側的製冷劑進行熱交換，這樣可以進一步降溫。
A2-10：第一泵22、第三泵27都受控開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15開或關無影響。
A2-11：所述熱管理控制器根據冷卻液溫度控制室外換熱器13所附第一風扇19的轉速，使其在溫度滿足要求的前提下轉速和噪音最低。
如圖17所示是本發明熱泵空調較佳實施例中的B0具體控制策略：
B0、在低溫充電或低溫待機時(比如室外環境溫度T_a<-5℃)，充電或待機都應保證電池包的溫度處於合適水準，所述熱管理控制器根據工作需求和溫度條件選擇B0控制策略：因考慮到氣溫度較低，動力電池需要加熱迴溫才能獲得最大充放電容量和安全性，故將電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路進行串聯連通，因為處於充電或熱待機狀態時，車輛並未行駛，因此壓縮機也處於關閉狀態，外部熱源產熱可能並不足以維持電池包溫度，所述熱管理控制器可以根據需要啟用PTC 18加熱，並調整PTC 18的供電電壓使冷卻液維持在設定的待機溫度(如10℃)附近。
為減少不必要的熱量損失，第一風扇19內定關閉。因大電流充電時，電池及相關的充電控制電路也會有熱量產生，冷卻液溫度T2可能上升至超出設定高溫值(比如45度)，此時所述熱管理控制器48會控制開啟第一風扇19對外散熱直至冷卻液溫度T2低於設定值後再關閉該風扇。該狀態需要液體循環泵運轉以推動冷卻液不斷迴圈，因壓縮機1處於關閉狀態，冷卻液路徑是否經過室外換熱器13或板式換熱器6並無影響，如圖16所示，為方便說明，以下分析熱管理控制過程，以點劃線箭頭示出第二液體迴路的迴圈路徑。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制製冷劑迴路的迴圈：
B0-1：壓縮機1關閉。所述製冷劑迴路停止工作。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制所述第二液體迴路的工作流程：
B0-2：將第五旁路閥28和第六旁路閥29即電磁閥進行關閉，所述 電池包熱交換器32和外部發熱源33、34液體迴路進行串聯連通。
B0-3：第一旁路閥9接通，這樣冷卻液就可以跨越所述第一熱交換器2的二次側，而所述第二旁路閥12斷開，這樣冷卻液就可以通過所述第二熱交換器6的二次側。(由於製冷劑迴路沒有工作，第一旁路閥9和第二旁路閥12開或不開無影響)
B0-4：所述第一三通閥10(Va)切向2-1聯通(以下Va=2表示)，控制冷卻液流向室外換熱器13。
B0-6：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15開或關無影響。
B0-7：所述熱管理控制器48根據冷卻液溫度控制室外換熱器13所附第一風扇19的轉速，使其在溫度滿足要求的前提下轉速和噪音最低。
B0-8：所述熱管理控制器48根據冷卻液溫度T2來控制PTC 18的加熱，使冷卻液溫度T2維持在設定的待機溫度(如10℃)附近。
請參見圖18所示的，本發明熱管理系統的B1控制策略如下：
B1、使用本發明熱泵空調的車輛啟動、開機後，但可能用戶並沒有開空調的需求。此時假定車內環境溫度適宜(比如T_a<28℃)，可知電池也不需要升溫僅需要進行常規散熱。所述熱管理控制器根據該條件選擇B1控制策略：所述壓縮機1不需啟動，所述第二液體迴路的工作路徑如圖18所示，電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34冷卻迴路並聯連通(因在此溫度下電池包無需額外加熱)，被第一泵22推送經過第一熱交換器2的二次側(因製冷劑迴路並未工作，經不經過無影響)，然後過室外換熱器13，利用其第一風扇19強制室外空氣帶走熱量完成散熱，所述第二液體迴路上的液體溫度下降後返回儲液罐16進入第一泵22的入水口，形成周流迴圈。可以看出，該模式無需熱泵製冷或制熱，僅第二液 體迴路的液體循環幫助外部熱源與電池包32散熱即可，其實現的耗電最小。
此時所述熱管理控制器開啟第一風扇19對外散熱並調節該第一風扇19的轉速以使冷卻液溫度T2大約或等於設定值(如T2<45℃)。該狀態需要液體循環泵運轉以推動冷卻液不斷迴圈，因所述壓縮機1處於關閉狀態，冷卻液路徑是否經過第一熱交換器2或第二板式換熱器6並無影響，如圖18所示：為方便說明，以下分析熱管理過程，以點劃線箭頭和虛點線箭頭示出第二液體迴路的迴圈，其中虛點線箭頭的支路為電池包液體支路。
所述熱管理控制器按以下步驟控制製冷劑迴路：
B1-1：壓縮機1關閉。所述製冷劑迴路停止工作。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制第二液體迴路：
B1-2：所述第五旁路閥28和所述第六旁路閥29即相應電磁閥開啟，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34並聯連通。
B1-3：所述第一旁路閥9、所述第二旁路閥12接通，冷卻液跨越第一熱交換器2和第二熱交換器6(由於製冷劑迴路不工作，所述第一旁路閥9、第二旁路閥12開或不開無影響)。
B1-4：所述第一三通閥10(Va)切向2-1聯通(以下Va=2表示)，控制冷卻液流向室外換熱器13。
B1-6：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1,Pump3=1表示),第二泵15開或關無影響。
B1-7：所述熱管理控制器48根據冷卻液溫度控制室外換熱器13所附第一風扇19的轉速，使其在溫度滿足要求的前提下轉速和噪音最低。
如圖19所示的為本發明所述熱泵空調裝置及系統的C控制策略：
C、制熱工作迴圈：在本發明較佳實施例的熱泵空調打開後，所述熱管理控制器48讀 取用戶事先設定的室內目標溫度T_r(比如25℃)，當室內目標溫度T_r高於室外環境溫度T_a，即進入制熱工作模式。
在此模式下工作過程為：壓縮機1將製冷劑從常溫蒸汽態(壓焓圖點1)壓縮成為高溫高壓的汽態(壓焓圖點2)，通過(或利用旁路閥跨過)第一熱交換器2，第一電子膨脹閥3開到最大開度或旁通模式，進入室內換熱器4並在第二風扇20作用下與室內空氣發生熱交換，室內空氣被加熱用於室內取暖，製冷劑溫度下降冷凝成為高壓中溫液態(壓焓圖點3)。
製冷劑經過熱交換器4冷凝後再經過第二電子膨脹閥5節流降壓，成為濕蒸汽或汽液混合物(壓焓圖點4)，送入第二熱交換器6的一次側吸收第二液體迴路內液體的熱量，製冷劑因吸收熱量溫度上升焓增加，蒸發成為蒸氣(壓焓圖點1)並經氣液分離器8返回壓縮機1吸氣口。在此迴圈中，壓焓圖點2到點3是室內換熱器4的排出熱的制熱過程，其單位制熱量q0=h2-h3，壓縮機單位理論做功ω0=h2-h1。
C4控制策略：水溫正常。在制熱狀態下，所述熱管理控制器讀取設置於所述第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2，當冷卻液溫度T2溫度正常(比如0>T2<50℃)且冷卻液溫度T2高於室外環境溫度T_a，所述熱管理控制器48依此判斷適用C4控制策略，該策略的設計出發點為盡最大可能將電池包32和外部發熱源33、34的熱量回收，用於提高熱泵空調制熱效率。所以第二液體迴路將繞過室外換熱器13而直接由第二熱交換器6(蒸發器)回收熱量。
因所述冷卻液攜帶電池包32和外部發熱源33、34的廢熱能量溫度高於室外環境空氣溫度T_a，故能夠使制熱迴路更高效工作，相當於壓焓圖點1右移，壓縮機做同樣的壓縮功，但製冷劑焓值也更高(h2同步右移)，又因為單位制熱量q0=h2-h3，h2更大，制熱量也將越大，制熱效率更高。
如圖19所示，電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路並聯連通(因在此溫度下電池包無需額外關注並加熱，所以並聯設置)，所述冷卻液被第一泵22推送，在閥組的切換下跨越而跳過第一熱交換器2及室外換熱器13，送入到第二熱交換器6的二次側與已蒸發的製冷劑進行熱交換。
因所述第二熱交換器6的一次側流動的是較低溫度製冷劑，經過第二熱交換器6的熱交換後能夠降低二次側冷卻液的溫度(熱量被吸收)，並促進一次側製冷劑的完全蒸發，避免壓縮機1吸入液態製冷劑而發生液擊損壞故障。冷卻液經第二熱交換器6(Chiller)冷卻後返迴儲液罐16進入第一泵22的入水口，從而形成周流迴圈。為方便說明，以下分析熱管理控制過程，以虛線箭頭示出第二液體迴路的迴圈支路，實線箭頭示出製冷劑迴圈路徑。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制製冷劑迴路：
C4-1：所述第三旁路閥14接通，製冷劑蒸汽將跨越所述第一熱交換器2的一次側和第一電子膨脹閥3的通路。
C4-2：第四旁路閥7斷開，製冷劑通過第二熱交換器6和第二電子膨脹閥5的通路。
C4-3：所述第二電子膨脹閥5調到開度最大復位。
C4-4：所述壓縮機1開啟工作，建立迴圈，關閉PTC 18。
C4-5：待若干秒壓縮機1完成啟動後，所述第二電子膨脹閥5調到工作初始開度(比如30%)。
C4-6：待若干秒後，所述熱管理控制器根據蒸發器出口的溫度感測器24感知的溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知的溫度T_room，進行策略運算並閉環控制所述第二電子膨脹閥5的開度。
C4-7：所述熱管理控制器根據蒸發器出口的溫度感測器24感知的 溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知的溫度T_room，進行策略運算並調節壓縮機使其處於最經濟節能狀態。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制第二液體迴路：
C4-8：所述第五旁路閥28和所述第六旁路閥29即對應的電磁閥都接通，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34液體迴路並聯連通。
C4-9：所述第一旁路閥9接通，冷卻液跨越第一熱交換器2的二次側，第二旁路閥12斷開，冷卻液通過第二熱交換器6的二次側，並回收熱量到製冷劑迴路。
C4-10：所述第一三通閥10(Va)切向3-1聯通(以下Va=3表示)，控制冷卻液繞過室外換熱器13，避免熱量散發。所述第二三通閥11切向2-1導通。
C4-11：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15的開或關無影響。
如圖20所示是本發明所述熱泵空調裝置執行C3控制策略的實施例步驟：
C3、在制熱狀態下，另一種情況是，第二液體迴路上的液體溫度感測器26的冷卻液溫度T2正常，但低於室外環境溫度T_a(比如0℃<T2<50℃，T2<T_a)，或冷卻液溫度超高(比如T2>50℃)，所述熱管理控制器48依此判斷適用C3的控制策略。該策略的設計出發點是除了上述的廢熱回收，用於提高熱泵空調制熱效率外，還考慮到室外環境溫度T_a比冷卻液還要高，所以第二液體迴路液體可在閥元件切換下經過室外換熱器13吸收室外環境空氣熱量，再由第二熱交換器6內的製冷劑吸收其熱量。
因所述冷卻液攜帶電池包32和外部發熱源33、34的廢熱能量並吸收了室外環境空氣的熱量，故能夠在使制熱迴路溫度盡可能上升至接近室外環境溫度T_a，使熱泵制熱效率更高。
另外，當冷卻液溫度超高(比如T2>50℃)同樣適用本控制策略，第二液體迴路液體可在閥元件切換下經過室外換熱器13向室外環境空氣散熱降溫，再由第二熱交換器6內的製冷劑吸收其餘熱，既抑制了冷卻液溫度不至於再升高，又盡可能回收了其熱量用於提高熱泵制熱效率。
如圖20所示的，因在制熱狀態下，且冷卻液溫度T2比室外環境溫度T_a還要低，故電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路串聯連通，冷卻液被第一泵22及第三泵27推送，在閥組件的切換下跨過第一熱交換器2的二次側，經室外換熱器13吸收(或排放)熱能量，然後送入第二熱交換器6的二次側與其一次側製冷劑進行熱交換。
因第二熱交換器6的一次側流動的是較低溫度氣體，經過第二熱交換器6後冷卻液的溫度將降低，製冷劑吸收熱量而蒸發，有利於避免壓縮機吸入液態製冷劑而發生液擊損壞故障。冷卻液經第二熱交換器6吸熱後返迴儲液罐進入第一泵22的入水口，從而形成周流迴圈。為方便說明，以下分析熱管理控制過程，以虛線箭頭示出第二液體迴路，實線箭頭示出製冷劑迴圈路徑。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制製冷劑迴路：
C3-1：所述第三旁路閥14接通，製冷劑蒸汽將跨越所述第一熱交換器2的一次側和第一電子膨脹閥3的通路。
C3-2：所述第四旁路閥7斷開，製冷劑通過第二熱交換器6的一次側和第二電子膨脹閥5的通路。
C3-3：所述第二電子膨脹閥5調到開度最大復位。
C3-4：所述壓縮機1開啟工作，建立迴圈，關閉PTC 18。
C3-5：待若干秒壓縮機1完成啟動後，第二電子膨脹閥5調到工作初始開度(比如30%)。
C3-6：待若干秒後，所述熱管理控制器48根據蒸發器出口的溫度感測器24所感知的溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23所感知的溫度T_room，進行運算並閉環控制第二電子膨脹閥5的開度。
C3-7：所述熱管理控制器根據蒸發器出口的溫度感測器24所感知的溫度T1和室內換熱器4出風口的溫度感測器23所感知的溫度T_room，進行運算並調節壓縮機使其處於最經濟節能狀態。
所述熱管理控制器按以下步驟控制第二液體迴路：
C3-8：控制所述第五旁路閥28和所述第六旁路閥29即電磁閥都關閉，使得電池包熱交換器32和外部發熱源33、34液體迴路串聯連通。
C3-9：所述第一旁路閥9接通，使得冷卻液跨越第一熱交換器2的二次側；第二旁路閥12斷開，冷卻液通過第二熱交換器6的二次側，從而進行熱交換，回收熱量到製冷劑迴路。
C3-10：所述第一三通閥10(Va)切向2-1聯通(以下Va=2表示)，控制冷卻液通過室外換熱器13，與空氣熱交換。
C3-11：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15的開或關無影響。
如圖21所示，是本發明所述熱泵空調裝置採用C2和C1的控制策略下的處理過程：
C2&C1、在制熱狀態下，所述第二液體迴路中冷卻液的液體溫度感測器26監測到冷卻液溫度T2較低時(比如T2<0℃)，所述熱管理控制器依此判斷適用C2和C1如圖21所示的控制策略。
考慮到冷卻液溫度較低，動力電池需要外部熱量加熱迴溫才能獲得最大充放電容量和安全性，故將電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路串 聯連通連接，冷卻液先經外部熱源33、34加熱再流入電池包32以加熱。
但僅利用上述外部發熱源加熱是不夠和來不及的，許多情況下不能夠很好地滿足電池包加熱升溫需求。因為電動汽車發熱部件大多需要在行駛過程中才會逐步累積較多熱量而產生升溫作用，況且外部發熱源33、34的發熱功率不是一個恆定值。利用熱泵空調制熱來加熱第二液體迴路成為最可行的方式。
再者，考慮到現今資訊技術在車輛的應用如火如荼，出門之前可先通過遠端遙控指令讓汽車空調和坐椅提前預熱或自動到達指定位置等候將成為常規應用，新技術的應用能讓用戶避免經受上車後一段時間內嚴寒酷暑，大大改善汽車的使用舒適性。
同理，借助遙控或定時開啟空調預熱的同時，也可加熱電池包。當然，在惡劣冰雪天氣條件下需要緊急升溫使用時，可以使用PTC 18串聯在第二液體迴路中來快速加熱除霜且預熱電池包，這也是一個用戶個性化的選擇需求。
值得關注的是，PTC 18的耗能較大，能效係數(COP)不高，只在冷卻液溫度極低(如低於-20℃)條件下且作為啟動之初，或使用者需要加速升溫以除霜除冰和加熱電池包時，由所述熱管理控制器控制執行C1策略，才開啟PTC 18的加熱，在完成第一次除霜和電池包加熱工作後關閉。PTC的應用和工作控制方式也應作為一個可能的較優實施選項。
如圖21所示，此時熱泵空調處於主動制熱過程中，壓縮機1處於壓縮制熱工作中，冷卻液電池包熱交換器32與電機驅動、電源管理、駕駛控制系統熱交換器、壓縮機、主電機等外部發熱源33、34熱交換器迴路串聯連通連接，第二液體迴路分成兩路迴圈，與熱源串聯迴路的冷卻液被第一泵22(Pump1)和第三泵27(Pump3)推送流動(虛線箭頭支路)，在閥組的切換下進入第一熱 交換器2的二次側，從壓縮機1輸出的高溫高壓製冷劑蒸汽也送往第一熱交換器2一次側，二者在所述第一熱交換器2中進行熱交換。
二次側的冷卻液被加熱而升溫，一次側的製冷劑蒸汽被冷卻而溫度稍有下降，通過室內換熱器4與室內空氣熱交換而進一步冷凝成高壓中溫液體，再經第二電子膨脹閥5節流降壓，因壓力驟降，至板式第二熱交換器6中吸收二次側冷卻液的熱量而蒸發成氣態，再經汽液分離器回到壓縮機1吸氣口，周而復始。
經過若干迴圈後，所述第二熱交換器6的二次側冷卻液被加熱至稍高於本策略所定義的設定溫度值(如28℃)，所述熱管理控制器48隨後根據實際冷卻液溫度T2重新選擇相應控制策略，此舉出發點為，電池包32溫度被升高後不需要被繼續加熱，盡可能依賴外部發熱源33、34和電池包32自發熱效應來維持合理工作溫度並提供給熱泵熱量回收。
在圖21中所示另一虛點線箭頭的液體支路中，由第二泵15(Pump2)推送液體經過室外換熱器13，與室外空氣進行熱交換後再送至第二熱交換器6的二次側與一次側的製冷劑進行熱交換(吸熱)，製冷劑吸收該支路熱量蒸發，然後返回壓縮機1吸氣口形成閉環。
以下分析熱管理控制過程(圖21)，以點劃線和虛點線示出第二液體迴路，實線箭頭示出製冷劑迴圈路徑。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制製冷劑迴路：
C2C1-1：第三旁路閥14斷開，製冷劑蒸汽將經過第一熱交換器2的一次側再通過第一電子膨脹閥3的通路。
C2C1-2：第四旁路閥7斷開，製冷劑通過第二熱交換器6和第二電子膨脹閥5的通路。
C2C1-3：所述第一電子膨脹閥3調到最大開度或旁通模式，第二電 子膨脹閥5調到開度最大復位。
C2C1-4：壓縮機1開啟工作，建立迴圈。關閉PTC 18。
C2C1-5：待若干秒壓縮機1完成啟動後，所述第二電子膨脹閥5調到工作初始開度(比如30%)。
C2C1-6：待若干秒後，所述熱管理控制器48根據蒸發器出口的溫度感測器24感知的溫度T1運算並閉環控制第二電子膨脹閥5開度，T1(24)越低第二電子膨脹閥5開度越小，反之亦反。防止制熱過程中蒸發器蒸發不完全而發性液擊故障(出口溫度過低)。
C2C1-7：所述熱管理控制器48根據室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知的溫度T_room運算並調節壓縮機使其處於最經濟節能狀態，T_room(23)高於設定基準室溫T_r越多，通過壓縮機變頻控制使其轉速越低，反之越高。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制第二液體迴路：
C2C1-8：所述第五旁路閥28和第六旁路閥29的對應電磁閥都斷開，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34液體迴路串聯連通連接。
C2C1-9：所述第一旁路閥9斷開，以使冷卻液通過第一熱交換器2的二次側。
C2C1-10：所述第一三通閥10(Va)切向3-1聯通(以下Va=3表示)，控制虛點線箭頭支路冷卻液跳過室外換熱器13。
C2C1-11：所述第二三通閥11(Vb)切向3-1聯通(以下Va=3表示)，控制虛點線支路冷卻液跳過第二熱交換器6直接回到儲液罐16A。
C2C1-12：所述第二旁路閥12斷開，控制點劃線箭頭支路的冷卻液通過第二熱交換器6。控制點劃線箭頭支路冷卻液經過第二熱交換器6與製冷劑進行熱交換。然後再回到儲液罐16B區中。
C2C1-13：第一泵22、第三泵27都開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15也開啟。冷卻液分點劃線箭頭和虛點線箭頭兩路迴圈。
C1-14：如果車輛是第一次啟動，且在溫度極低的環境，冷卻液溫度極低(如低於-20℃)，或使用者需要加速升溫以除霜除冰和加熱電池包32時，由所述熱管理控制器48控制執行C1策略，開啟PTC 18加熱，在完成第一次除霜和電池包32加熱工作後PTC 18關閉。
C2-15：PTC 18關閉。
參見附圖21、圖22和圖23，是本發明熱泵空調裝置的C0控制策略處理步驟：
C0、空調開機後，或正常工作中，所述熱管理控制器讀取使用者設定的室內目標溫度T_r當室外溫度T_a低於T_r，即進入制熱工作模式。在制熱工作啟動後，如果所述熱管理控制器偵測到室外溫度T_a低於0度，並且，室外換熱器13表面溫度T_s低於所設定的除霜條件溫度(比如，T_s<-3℃)，所述熱管理控制器依此判斷適用C0控制策略，即制熱+自動除霜模式。
所述C0的控制策略，分成三個階段：第一階段，利用熱泵空調制熱和外部熱源以及PTC 18加熱(T_a<-20℃自動開啟PTC 18，或隨時手動開啟)第二液體迴路中的冷卻液，其工作方式與所述C2和C1策略一樣開始制熱蓄熱，參照圖21所示。因第二液體迴路冷卻液溫度升高，蓄儲了一定的熱量，該熱量大致為所有冷卻液的比熱容乘以重量和所需溫升，而儲液罐16可以設置冷卻液的容量(重量)。蓄熱過程為融霜的準備工作，在此過程中制熱工作並未停止，唯因蓄熱支路接入而吸收板式第一熱交換器2的餘熱量而使製冷劑焓值更低，使室內換熱器4出口溫度稍有下降，但該過冷溫度的變化將被所述熱管理控制器的溫度感測器23和24所感知的溫度T1和T_room所及時感知並通過加大壓縮機1轉速或調整第二電子膨脹閥 5(Vf)的開度而得到快速閉環修正，所以並不會造成影響。
第二階段，在蓄熱溫度到達設定除霜溫度(比如28℃)後滿足除霜的溫度條件，開始計時(比如40分鐘)並保溫，保溫方式如圖22所示，即控制冷卻液不再經板式第一熱交換器2主動加熱，並停止PTC 18的主動加熱(如有開)。待溫度降低至低於除霜溫度下限值後再回到前述加熱階段如圖21所示，本階段重複加熱(圖21)-保溫(圖22)-加熱(圖21)過程，以維持冷卻液的溫度在設定除霜溫度(比如28℃)附近。
因為每一次除霜後，並不是立即就會結霜至影響室外蒸發器運作，都可正常工作一段時間才會再次結霜。所以經過蓄熱後保溫並延時設定的時間後(比如，設定為40分鐘)再進行下一次除霜。但在汽車第一次啟動並不需延時時，符合除霜溫度條件並經過蓄熱後可以立即執行除霜，以融化室外換熱器13可能已存在的冰霜。
第三階段，除霜過程如圖23所示，經過上述蓄熱保溫準備後冷卻液溫度上升至設定值(比如28℃)，此時所述熱管理控制器48控制閥組使高溫冷卻液流向室外換熱器13去進行融霜。因為液體溫度較高，室外換熱器13被加熱升溫而融化表面凝結的霜或冰。為了讓換熱器表面溫度快速上升，除霜過程中關閉換熱器所附第一風扇19，待融霜完成後，霜化成液體水流走後再開啟風扇吹乾換熱器表面水份。
除霜時，冷卻液經過室外換熱器13後再流經第二熱交換器6的二次側，餘熱有利於製冷劑蒸發吸收熱量，製冷劑蒸汽溫度也將較高，壓焓圖點1點2右移，壓縮後焓值更高，同樣壓縮做功得到更大的制熱量，提高了制熱效率。同時，在蓄熱-除霜過程中，制熱過程是不需要停止的，避免了除霜過程中室內溫度的波動，提高了車內駕乘環境舒適性。
除霜完成後，所述熱管理控制器48再根據具體的冷卻液的液體溫 度感測器26所感知的溫度T2選擇相對應的控制程式，直至再次滿足自動除霜條件而觸發C0控制程式。
具體地，第一階段，蓄熱，與C2&C1工作策略一樣，只是一邊制熱一邊把冷卻液加熱升溫到達設定除霜溫度(比如28℃)。
第二階段，延時保溫，經過蓄熱後保溫並延時設定的時間(比如，設定為40分鐘)，在此期間保溫方式如圖22所示，與蓄熱的差別是接通第一旁路閥9以控制冷卻液不再經板式第一熱交換器2主動加熱，並停止PTC 18的主動加熱(如有開)。
第三階段，制熱同時使高溫冷卻液流向室外換熱器13去進行融霜，控制器按以下步驟控制製冷劑迴路(圖23)：
C0-1：第三旁路閥14斷開，製冷劑蒸汽將經過第一熱交換器2的一次側再通過第一電子膨脹閥3的通路。
C0-2：第四旁路閥7斷開，製冷劑通過第二熱交換器6和第二電子膨脹閥5的通路。
C0-3：第一電子膨脹閥3調到最大開度或旁通模式，第二電子膨脹閥5調到開度最大復位。
C0-4：壓縮機1開啟工作，建立迴圈。
C0-5：待若干秒壓縮機1完成啟動後，第二電子膨脹閥5調到工作初始開度(比如30%)。
C0-6：待若干秒後，所述熱管理控制器48根據蒸發器出口的溫度感測器24感知的溫度T1運算並閉環控制第二電子膨脹閥5開度，溫度T1(24)越低第二電子膨脹閥5的開度越小，反之亦反。防止制熱過程中蒸發器蒸發不完全仍有液態製冷劑(出口溫度過低)。
C0-7：所述熱管理控制器48根據室內換熱器4出風口的溫度感測器23感知的溫度T_room運算並調節壓縮機1使其處於最經濟節能狀態，溫度T_room(23)高於設定基準室溫T_r越多，通過壓縮機變頻控制使其轉速越低，反之越高。
所述熱管理控制器48按以下步驟控制第二液體迴路：
C0-8：所述第五旁路閥28和第六旁路閥29對應的電磁閥都斷開，電池包熱交換器32和外部發熱源33、34液體迴路串聯連通連接。
C0-9：所述第一旁路閥9斷開，冷卻液通過第一熱交換器2的二次側。
C0-10：第一三通閥10(Va)切向2-1聯通(以下Va=2表示)，控制虛線箭頭支路的冷卻液通過室外換熱器13進行融霜(同時第一風扇19關閉)。
C0-11：第二旁路閥12斷開，控制虛線箭頭支路已蓄熱的冷卻液通過第二熱交換器6。冷卻液帶著餘溫經過第二熱交換器6與製冷劑進行熱交換，以迫使製冷器完全蒸發且使蒸汽溫度上升，更利於制熱。然後再回到所述儲液罐16的B區。
C0-13：第一泵22、第三泵27開啟(以下Pump1=1，Pump3=1表示)，第二泵15關閉。冷卻液沿虛線箭頭支路單路迴圈。
C0-14：如果車輛是第一次啟動，且環境溫度極低，則冷卻液溫度可能極低(如低於-20℃)，或使用者需要加速升溫以除霜除冰和加熱電池包時，由所述熱管理控制器控制執行C1策略，開啟PTC 18的加熱動作，在完成第一次快速除霜和電池包加熱工作後在關閉PTC 18。
以下對本發明所述熱管理熱泵空調裝置、系統及實現方法的較佳實施例的各控制策略做圖表整理：制熱(設定室溫T_r高於室外溫度T_a)
Figure 110133025-A0305-02-0054-4
製冷降溫(設定室溫T_r低於室外溫度T_a)
Figure 110133025-A0305-02-0054-9
不開空調(人為選擇控制)
Figure 110133025-A0305-02-0054-8
需要說明的是，上述本發明較佳實施例中的描述，例如對溫度的具體數值的使用僅為實施例，在實際的產品中可以根據不同地域、季節的不同或電池特性規格不同，做不同於上述實施例中具體溫度值的改變或調整，對本領域技術人員來說應該是可以做出各種不同的改變或變形的。
本發明所述熱管理方式的熱泵空調裝置、系統及實現方法較佳實施例中，主要是針對電動汽車的車載空調進行原理設計，並因為採用板式換熱器都能精緻的結構，可以將管路進行一體化設置，從而形成體積較小車載空調裝置。此外，在進行模組化設置的情況下，還可以將與電池包以及電機及其驅 動部份、電源管理及自動駕駛控制單元等車輛原有工作部件的散熱、保溫(主要針對寒冷環境下的電池包)、廢熱利用等，形成方便插接的管路插頭，從而可以形成匹配不同電動汽車的標準化模組元件，並配合設置在電路中的熱管理控制器實現各種操控策略，從而形成智慧化的電動汽車熱管理系統，方便裝配和拆換。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述結構和原理說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
1:壓縮機
10:第一三通閥
11:第二三通閥
12:第二旁路閥/旁路閥
13:室外換熱器
14:第三旁路閥/旁路閥
15:第二泵
16:儲液罐
17:加液蓋
18:PTC
19:第一風扇
2:第一熱交換器
20:第二風扇
21:第一單向閥
22:第一泵
23:溫度感測器
24:溫度感測器
25:室外溫度感測器Ta
26:液體溫度感測器
27:第三泵
28:第五旁路閥
29:第六旁路閥
3:第一電子膨脹閥
30:第二單向閥
31:第三單向閥
32:電池包/電池包熱交換器/電池熱交換器
33:外部發熱源/電源管理及自動駕駛控制熱交換器
34:外部發熱源/電機及電機驅動部份熱交換器
35:第一管路接口/接頭
36:第二管路接口/接頭
37:第三管路接口/接頭
38:第四管路接口/接頭
39:第五管路接口/接頭
4:室內換熱器
40:第六管路接口/接頭
5:第二電子膨脹閥
6:第二熱交換器
7:第四旁路閥/旁路閥
8:氣液分離器
9:第一旁路閥/旁路閥

Claims (19)

  1. 一種電動汽車集成熱管理系統，其設置包括一壓縮機，以及，一室內換熱器和一室外換熱器，其特徵在於，包括相對獨立設置的一製冷劑迴路和一第二液體迴路；在所述製冷劑迴路中設置包括有通過管路連接的所述壓縮機、所述室內換熱器以及一第一熱交換器的一次側和一第二熱交換器的一次側，通過所述第一和/或第二熱交換器與所述第二液體迴路進行熱交換；所述第一熱交換器和所述第二熱交換器分別設置在所述製冷劑迴路中所述壓縮機的下游和上游；在所述第二液體迴路中設置包括有通過管路連接的所述室外換熱器和所述第一熱交換器的二次側，及所述第二熱交換器的二次側；所述電動汽車集成熱管理系統設置採用模組化設置，並在所述第二液體迴路中設置有：第一管路接口和第二管路接口，用於與壓縮機/電機的熱交換器插接；第三管路接口和第四管路接口，用於與電機驅動、電源轉換器及駕駛控制系統的熱交換器插接；以及第五管路接口和第六管路接口，用於與電池部位的熱交換器插接；所述第二管路接口與所述第三管路接口直接導通，所述第六管路接口連通所述第一熱交換器的二次側。
  2. 如請求項1所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一至第六管路接口設置在所述模組化的系統上，並具有標準化的管路接口佈置。
  3. 如請求項2所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第二液體迴路中還設置有：一第一泵，設置在所述第一熱交換器的二次側上游，用於驅動所述第二液體迴路中的冷卻液流動；在所述第一泵與所述第一熱交換 器的二次側上游之間的管路上設置所述第一至第六管路接口，所述第一管路接口連通所述第一泵。
  4. 如請求項3所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第五管路接口與一第五旁路閥導通，所述第五旁路閥用於受控旁路所述第一至第四管路接口。
  5. 如請求項4所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第四管路接口還與一第六旁路閥導通，所述第六旁路閥用於受控旁路所述第五至第六管路接口。
  6. 如請求項5所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第四管路接口與所述第五管路接口之間還連接有一第二單向閥，用於防止冷卻液從第五管路接口內部向第四管路接口內部及第六旁路閥反方向流動。
  7. 如請求項6所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第五旁路閥上游還設置有一第三單向閥，用於保證冷卻液的單向流向。
  8. 如請求項7所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一管路接口的支路上還設置有一第三泵，用於驅動冷卻液流出所述第一管路接口。
  9. 如請求項8所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，還包括一熱管理控制器，設置在所述電動汽車集成熱管理系統的電路中，用於執行不同控制策略。
  10. 如請求項9所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第一熱交換器的二次側並行設置有一第一旁路閥，用於受控形成旁路。
  11. 如請求項10所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第二熱交換器的二次側並行設置有一第二旁路閥，用於受控形成旁路。
  12. 如請求項11所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第 一熱交換器的一次側下游連通設置有一第一電子膨脹閥，與該連通通路並行設置有一第三旁路閥，用於受控形成旁路。
  13. 如請求項12所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，與所述第二熱交換器的一次側上游連通設置有一第二電子膨脹閥，與該連通通路並行設置有一第四旁路閥，用於受控形成旁路。
  14. 如請求項13所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一熱交換器的二次側與所述第一旁路閥的下游共端連接一第一三通閥的1端，所述第一三通閥的2端連接所述室外換熱器；所述第一三通閥的3端連接一第二三通閥的1端，所述第二三通閥的2端與所述室外換熱器的下游端共端設置，並連接到所述第二熱交換器的二次側；所述第二三通閥的3端設置與所述第一泵的入口抵近連通。
  15. 如請求項14所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述室外換熱器的上游端設置有一第二泵，用於驅動冷卻液迴圈。
  16. 如請求項15所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一泵及所述第二泵的上游設置有一儲液罐，所述儲液罐設置採用A、B兩個儲液區，該兩儲液區在底部連通；並且，所述第一泵的入口與所述第二三通閥的3端在所述儲液罐的A儲液區內抵近並開放設置；所述第二泵的入口與所述第二熱交換器的下游端出液口在所述儲液罐的B儲液區內抵近並開放設置。
  17. 如請求項16所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，在所述第一泵的下游與所述第一泵串聯還設置有一PTC。
  18. 如請求項1至17中任一項所述的電動汽車集成熱管理系統，其中，所述第一熱交換器以及所述第二熱交換器採用板式熱交換器。
  19. 一種如請求項1至18中任一項所述的電動汽車集成熱管理系統的實現方法，其設置包括一熱管理控制器，設置在所述電動汽車集成熱管理系 統的電路中，用於執行不同控制策略；並包括以下步驟：所述製冷劑迴路中通過所述壓縮機進行製冷劑壓縮，並連通所述室內換熱器進行室內空氣的熱交換；所述第二液體迴路中設置連通室外換熱器，與室外空氣進行熱交換；所述製冷劑迴路與所述第二液體迴路相對獨立運行，所述第二液體迴路可選擇通過第一熱交換器與所述室外換熱器作為製冷模式或選擇通過第二熱交換器與所述室外換熱器作為制熱模式的熱交換。
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