电动车能量流热管理系统的制作方法

1.本实用新型属于电车能源管理领域，涉及电动车能量流热管理系统。


背景技术：

2.当前电动车空调在夏季制冷时，面临着乘员舱大负荷制冷和电池充电降温的情况，热负荷较大，会出现冷凝器热负荷增加，空调系统高压端压力偏高，系统压比增大，导致压缩机功耗增加，整车nvh舒适性较差，电动车续航里程减少；在冬季采暖时，电机热量通过余热回收供给热泵使用，提高热泵的效率，但是在某些乘员舱不需要采暖的场景中，依然需要开启热泵系统来进行能量回收，能耗较高。乘员舱在使用热泵采暖时，如果同时进行车内除湿，系统因缺少外部热交换能力，乘员舱舒适性无法维持，系统能耗增加。电池热管理仅能实现热泵和hvh加热功能，制冷剂制冷功能，无法实现更多的能量流管理。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电动车能量流热管理系统，以优化能量流，降低能耗。
4.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种应用间接式热泵空调的电动车能量流热管理系统，包括第一回路、第二回路、第三回路，所述第一回路包括依次连接的压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、hvac总成、气液分离器；所述第二回路与水冷冷凝器相连，包括高压水暖ptc，经第一三通水阀连通至电池冷却器，并通过第一水泵回流至水冷冷凝器；所述hvac总成包括蒸发器芯体、暖风芯体、鼓风电机；所述第三回路与电池冷却器相连，经与外置冷凝器并列设置的ltr散热器连接pdu，经第三水泵回流至电池冷却器。
6.可选的，还包括第四回路，所述第四回路与水冷冷凝器相连，经高压水暖ptc及第一三通水阀连接至暖风芯体，并通过暖风芯体经第一水泵回流至水冷冷凝器。
7.可选的，还包括第五回路，所述第五回路包括依次连接成回路的第二水泵、水温传感器、电池包、第四三通水阀。
8.可选的，所述第五回路经第四三通水阀连接至电池冷却器。
9.可选的，还包括第六回路，所述第六回路与电池冷却器相连，经第二三通水阀、第三三通水阀连接pdu至第三水泵，并回流至电池冷却器。
10.可选的，还包括第七回路，所述第七回路与电池冷却器相连，经第一水阀、第二水泵、水温传感器、电池包、第四三通水阀，并回流至电池冷却器。
11.可选的，还包含第八回路，所述回路与ltr散热器相连，经第二三通水阀、第三水泵、pdu、第三三通水阀，并回流至ltr散热器。
12.可选的，还包含第九回路，所述回路与ltr散热器相连，经第二三通水阀、第二水泵、水温传感器、电池包、第四三通水阀、第二水阀、第三水泵、pdu、第三三通水阀，并回流至ltr散热器。
13.可选的，还包含第十回路，所述回路与电池包相连，经第四三通水阀、第二水阀、第三水泵、pdu、第三三通水阀、第二三通水阀、第二水泵、水温传感器，并回流至电池包。
14.可选的，第三回路与第五回路可同时独立运行。
15.可选的，第五回路与第六回路可同时独立运行。
16.可选的，第一回路中还包括与hvac总成并联布置的电池冷却器；在外置冷凝器与hvac总成之间设有单向截止阀。
17.可选的，在水冷冷凝器与外置冷凝器之间设有并联设置的第一截止阀与第一电子膨胀阀；在单向截止阀与hvac总成之间设有并联布置的第二截止阀与第二电子膨胀阀。
18.可选的，水冷冷凝器通过第四截止阀连接至电池冷却器和hvac总成。
19.可选的，ltr散热器的背风面安装有电子风扇，ltr散热器设置在电子风扇与外置冷凝器之间。
20.一种应用直接式热泵空调的电动车能量流热管理系统，包括第一回路、第二回路、第三回路，所述第一回路包括依次连接的压缩机、内置冷凝器、外置冷凝器、hvac蒸发器、电池冷却器、气液分离器；所述第二回路，包括高压水暖ptc，经第一三通水阀连通至电池冷却器，并通过第一水泵回流至水暖ptc；所述hvac总成包括蒸发器芯体、暖风芯体、鼓风电机、内置冷凝器；所述第三回路与电池冷却器相连，经与外置冷凝器并列设置的ltr散热器连接pdu，经第三水泵回流至电池冷却器。
21.本实用新型的有益效果在于：
22.1.本实用新型增加了功能场景，可实现热泵制热同时进行车内除湿功能。
23.2.在制冷模式时，水冷冷凝器可以被当做冷凝器使用，系统相当于两个冷凝器串联，同时可与外界进行热交换，降低空调系统压比，提高系统cop，降低整车能耗。
24.3.在热泵制热模式下，可通过外置换热器向外部环境吸热，可回收利用电驱余热供热泵系统使用，可回收电池余热供热泵系统使用，提升系统制热能力，提高系统cop，降低整车能耗。
25.4.电驱余热可直接供给电池加热和保温，降低整车能耗；电池可通过低温散热器降温，降低系统能耗需求。
26.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
27.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
28.图1为应用间接式热泵空调的电动车能量流热管理系统；
29.图2为应用直接式热泵空调的电动车能量流热管理系统；
30.图3为乘员舱制冷模式下参与循环的回路示意图(水冷冷凝器不参与工作)；
31.图4为乘员舱制冷模式下参与循环的回路示意图(水冷冷凝器参与工作)；
32.图5为热泵采暖模式下参与循环的回路示意图(外置换热器蒸发)；
33.图6为热泵采暖模式下参与循环的回路示意图(电池余热蒸发)；
34.图7为热泵采暖模式下参与循环的回路示意图(电机余热回收)；
35.图8为高压水暖ptc加热采暖模式下参与循环的回路示意图；
36.图9为高压水暖ptc采暖同时进行乘员舱除湿模式下参与循环的回路示意图；
37.图10为热泵采暖同时进行两级蒸发除湿模式下参与循环的回路示意图；
38.图11为热泵采暖同时进行蒸发除湿模式下参与循环的回路示意图；
39.图12为电池冷却模式下参与循环的回路示意图(空调系统)；
40.图13为电池冷却模式下参与循环的回路示意图(散热器)；
41.图14为电池回路自循环热平衡模式下参与循环的回路示意图；
42.图15为电池采暖模式下参与循环的回路示意图(ptc)；
43.图16为电池采暖模式下参与循环的回路示意图(热泵)；
44.图17为电池采暖模式下参与循环的回路示意图(电机余热)；
45.图18为电驱散热模式下参与循环的回路示意图(散热器)。
46.附图标记：气液分离器1、压力传感器2、压缩机3、温度传感器4、水冷冷凝器5、第一温度传感器6、高压水暖ptc7、第一水泵8、第一三通水阀9、暖风芯体10、蒸发器11、风机12、第二电子膨胀阀13、第二截止阀14、电池冷却器15、第三截止阀16、第三电子膨胀阀17、第四三通水阀18、电池包19、第二水温传感器20、第二水泵21、第二三通水阀22、第一电子膨胀阀23、第一截止阀24、第四截止阀25、外置冷凝器26、ltr散热器27、电子风扇28、第二温度传感器29、第三三通水阀30、pdu31、第一水温传感器32、第三水泵33、第一水阀34、第二水阀35、单向截止阀36、内置冷凝器37。
具体实施方式
47.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
48.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
49.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
50.请参阅图1～图18，为一种可对整车乘员舱、动力电池、电驱系统进行能量管理的
集成系统，具体可以实现以下具体功能。
51.一、乘员舱热管理，主要实现对乘员舱进行制冷、采暖和除湿功能，包含有多个换热器进行热交换的热泵空调系统和辅助提供采暖功能的冷却液回路。热泵空调系统为间接式热泵空调，包含压缩机3、水冷冷凝器5、外置换热器、hvac总成、电池冷却器15、气液分离器1和设置在管路上的阀门等零件，冷却液回路包含高压水暖ptc7、水冷冷凝器5、第一水泵8、第一三通水阀9。所述hvac总成包括蒸发器11芯体、暖风芯体10、鼓风电机；所述压缩机3、水冷冷凝器5、外置冷凝器26、hvac总成、电池冷却器15、气液分离器1由制冷剂管路连接；所述水冷冷凝器5、第一水泵8、第一三通水阀9、暖风芯体10由冷却液管路连接，通过设置在管路上的阀门开闭分别形成制冷回路、制热回路。
52.1、乘员舱制冷，通过制冷回路利用冷媒相变制冷，回路包括压缩机3、水冷冷凝器5、外置冷凝器26、hvac总成、、气液分离器1，由制冷剂管路依次连接，通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成制冷循环；hvac单元中的鼓风电机开启，将冷空气沿特定风道吹向车厢；采暖冷却液循环系统不参与工作，另外在整车怠速或电驱系统不需要散热的时候，电机冷却回路的水循环系统参与工作，水冷冷凝器5可作为第二冷凝器使用，通过电池冷却器15作为一级换热器件，利用低温ltr散热器27为水冷冷凝器5内的冷媒与外界进行换热冷凝，提高系统cop，降低整车能耗。
53.2、乘员舱采暖，可通过两种方式实现，一种是采用热泵空调系统进行采暖，通过空调系统中的水冷冷凝器5加热冷却液回路的冷却液，然后再通过第一水泵8流入hvac总成的暖风芯体10进行制热升温，该热泵系统包括电动压缩机3、水冷冷凝器5、外置冷凝器26、电池冷却器15、第三截止阀16、第四截止阀25、气液分离器1，由制冷剂管路依次连接；水循环回路包括第一水泵8、第一三通水阀9、暖风芯体10通过水管连接；通过设置在管路上的阀门开闭形成制热循环；hvac单元中的鼓风电机开启，将热空气沿特定风道吹向车厢；采暖冷却液循环系统参与工作；蒸发侧有三种工作模式，a、外置换热器与外界进行热交换，为热泵提供能量，b、当电池有制冷需求时，通过电池冷却器15，回收电池热量进行蒸发为热泵提供能量，c、当电池没有制冷需求时，电机冷却回路水循环系统参与工作，通过电池冷却器15，回收电机余热为热泵提供蒸发器11热负荷。另一种是采用高压水暖ptc7进行采暖，包括第一水泵8、第一三通水阀9、高压水暖ptc7、暖风芯体10通过水管连接，高压水暖ptc7加热冷却液为乘员舱提供热量采暖。
54.3、除湿功能，通过制冷回路利用冷媒相变制冷进行车内除湿，特别是在春秋和冬季车内需要除湿防止车窗起雾，这时为了不影响车内是舒适度，需要制热采暖的同时进行制冷除湿，本实用新型有两种方式实现：
55.1)采用高压水暖ptc7加热进行乘员舱采暖，包括第一水泵8、第一三通水阀9、高压水暖ptc7、暖风芯体10通过水管连接，高压水暖ptc7加热冷却液为乘员舱提供热量采暖，除湿采用空调系统制冷除湿，压缩机3出来的高温冷媒经过外置换热器冷凝，再通过蒸发器11进行蒸发制冷，车内高温高湿的空气经过蒸发器11后，空气中的水被冷凝排出，降温后的控制在经过暖风芯体10制热吹到乘员舱中。
56.2)采用热泵系统进行乘员舱采暖，同时冷媒回路进行制冷除湿，压缩机3出来的高温冷媒经过水冷冷凝器5，采暖回路中的冷却液在水冷冷凝器5中与冷媒进行热交换，被加热的冷却液通过水泵输送到暖风芯体10进行乘员舱采暖，这时冷媒运行方式分别有两种，
一是两级蒸发，水冷冷凝器5中被冷却液冷凝的冷媒经过电子膨胀阀后，在外置换热器中蒸发与环境换热，未蒸发完的低温冷媒经过hvac前的旁通截止阀进入hvac中的蒸发器11进行二次蒸发，使空气中的水冷凝排出，达到除湿的目的；二是水冷冷凝器5中被冷却液冷凝的冷媒经过第四截止阀25，利用hvac前的第二电子膨胀阀13节流降压，冷媒进入蒸发器11进行蒸发制冷，使空气中的水冷凝排出，同时ptc进行温度补偿。
57.二、电池热管理，主要实现电池冷却、电池采暖、电池热平衡等功能，包含电池冷却回路、电池加热回路、电池自循环回路。
58.1、电池冷却，本实用新型有3种电池冷却实现方式：
59.1)采用空调系统冷媒回路制冷与电池冷却液回路进行热交换为电池降温，所述方式的回路包含压缩机3、水冷冷凝器5、外置换热器、电池冷却器15、气液分离器1通过冷媒管路连接，利用阀的开闭形成制冷回路，，在电池冷却器15中，低温冷媒使电池冷却回路中的高温冷却液降温冷却，然后降温后的冷却液再通过电池冷却液回路循环对电池进行降温冷却，所述电池冷却液回路包含电池冷却器、第一水阀34、第二水泵21、第四三通水阀18、第二水温传感器20，通过管路连接成封闭回路。
60.2)采用低温ltr散热器27将电池热量散发到环境中，所述方式的回路包含低温ltr散热器27、第三三通水阀30、第三水泵33、第一水温传感器32、第二水阀、第四三通阀、第二水泵、第二三通阀，通过管路连接成封闭回路，通过两个三通水阀的切换冷却液流通回路，电池中的冷却液与电池换热后，继续流入电驱系统，然后再进入低温ltr散热器27向外界散热，降温后的冷却液通过第二三通阀再次回到电池包19对电池进行冷却，整个循环过程利用ltr散热器27为电池降温。
61.3)电池冷却回路自循环，使电池内部热平衡，所述方式的回路包含第二水泵21、第二水温传感器20、第四三通水阀18，通过管路连接成封闭回路，当电池局部发热量较大时，可以先通过自循环回路，通过冷却液的循环使电池内部热平衡为局部电池降温。
62.2、电池采暖，本实用新型有4种电池采暖实现方式：
63.1)电池冷却回路自循环，使电池内部热平衡，所述方式的回路包含第二水泵21、第二水温传感器20、第四三通水阀18，通过管路连接成封闭回路，当电池局部发热量较大时，可以先通过自循环回路，通过冷却液的循环使电池内部热平衡达到自保温的效果，原理如图14。
64.2)通过高压水暖ptc7进行采暖，所述方式的回路包含高压水暖ptc7冷却液回路和电池冷却液回路，高压水暖ptc7回路包含第一水泵8、高压水暖ptc7、第一三通水阀9，电池冷却液回路包含第二水泵21、第四三通水阀18、第二水温传感器20，两条回路各自通过管路系统连接成两个独立回路，两个回路间通过电池冷却器连接，在电池冷却器中进行水-水换热；高压水暖ptc7将回路中的冷却液加热，然后通过第一水泵8运转使冷却液流经电池冷却器，加热电池冷却液回路流经换热器的冷却液，然后再通过电池冷却液回路的水泵将热量通过冷却液带入电池包19，为电池包19加热。
65.3)通过热泵系统进行采暖，所述方式的回路包含热泵空调回路、热泵水循环回路和电池冷却液回路，所述热泵空调回路包含压缩机3、水冷冷凝器5、第一电子膨胀阀23、外置换热器、单向截止阀36、气液分离器1通过管路系统连接成冷媒系统回路；所述热泵水循环回路包含第一水泵8、高压水暖ptc7、第一三通水阀9、电池冷却器15通过管路连接成闭合
回路；所述电池冷却液回路包含第二水泵21、第二水温传感器20、第四三通水阀18、电池冷却器15，通过管路连接成封闭回路。热泵系统压缩机3运行，高温高压冷媒经过水冷冷凝器5，热泵水循环回路中的冷水与水冷冷凝器5中的冷媒换热，使高温冷媒冷凝然后经过电子膨胀阀进入外置换热器，与外界环境进行蒸发热交换，蒸发后的冷媒继续经过截止阀进入气液分离器1后回到压缩机3进入下一个循环，水冷冷凝器5中的热量经过热泵水循环回路进入电池冷却器15，并在内部进行水-水换热将热量传递到电池冷却液回路，被加热后的电池冷却液经过电池冷却液回路中的水泵循环将热量带入电池包19，3个循环回路不断运行，为电池进行加热采暖。
66.4)通过电驱余热对电池进行加热和保温，所述方式的回路包含第三水泵33、第三三通水阀30、第一水温传感器32、第二水阀35通过管路连接使电驱系统和电池包19形成闭合水回路。整车电机运行产生的余热加热冷却液在第二水泵21的带动下进入电池包19，为电池包19采暖和保温。
67.三、电驱系统热管理，主要是为整车驱动电机以及电控系统进行降温冷却，主要实现方式有3种：
68.1)通过ltr散热器27向环境中散热，所述方式的回路包含第三水泵33、第二三通水阀22、ltr散热器27、第一水温传感器32、第三三通阀通过管路连接形成闭合回路，散热附件还包含电子风扇28，当电驱系统请求散热时，第三水泵33运行带动冷却液流动，第二三通水阀22运行到与低温ltr散热器27连通的位置，电驱系统的热量通过冷却液进入低温ltr散热器27，电子风扇28运行和整车运行的迎面风与ltr散热器27中的冷却液进行换热，使冷却液降温后循环回到电驱系统中进行下一次循环。
69.2)通过电池包19散热，电驱系统产生的热量通过冷却液进入需要加热的电池包19，将热量提供给电池包19，降温后的冷却液循环回电驱系统，进行下一次循环。此方式是回收电驱系统余热供给电池采暖，能量回收利用达到节能的效果，原理如图17。
70.3)通过热泵系统散热，电驱系统产生的热量通过电池冷却器15传递给冷媒，作为热泵系统的蒸发热源使用，降温后的冷却液再循环回电驱系统进行下一次循环，此时电池冷却器15相当于余热回收器，回收利用电驱系统余热提供给乘员舱采暖，达到节能的效果，原理如图7。
71.本实用新型是一种整车一体化热管理系统，包含热泵空调系统、电池热管理系统、电驱热管理系统，采用集成的方式对环境热源、电池热源、电驱热源进行能量流的分配和管理。
72.所述热泵空调系统为间接式热泵空调系统包括压缩机3、hvac总成、水冷冷凝器5、外置冷凝器26、电池冷却器15、气液分离器1、第一电子膨胀阀23、单向截止阀36通过管路连接形成冷媒运行回路；热泵能量通过设置的冷却液回路传递到乘员舱和电池，所述冷却液回路包含第一水泵8、第一三通水阀9、高压水暖ptc7、暖风芯体10、电池冷却器15，通过管路连接成闭合回路，并通过第一三通水阀9切换热泵能力提供给乘员舱或电池。
73.所述热泵系统可实现制冷、制热、余热回收、制热同时除湿、外部换热器化霜的功能，同时可实现电池冷却、电池加热保温等功能。所述间接式热泵空调系统可更改为直接式热泵，将水冷冷凝器5替换为内置冷凝器37，并放置在hvac内部，原连接水冷冷凝器5冷却液的进出口水管直接连通，使冷却液侧循环回路保持不变。
74.所述热泵系统设置第一截止阀24、第一电子膨胀阀23、第二截止阀14、第二电子膨胀阀13、第三电子膨胀阀17、第三截止阀16。所述第一截止阀24和第一电子膨胀阀23可替换为两路导通的组合阀件，也可以替换为大口径全导通电子膨胀阀，减少空间占用以及成本所述第二截止阀14和第二电子膨胀阀13可替换为两路导通的组合阀件，可替换为大口径全导通电子膨胀阀，减少空间占用以及成本，可替换为带截止功能的热力膨胀阀，减少降低零件成本。所述第三电子膨胀阀17可替换为带截止功能的热力膨胀阀，降低零件成本。
75.所述电池冷却器15为双板式换热器，可实现冷却液和冷媒热交换，冷却液和冷却液热交换，该电池冷却器15可在热泵模式时作为电机和电池的余热回收器使用；同时可在夏季制冷时，冷却液与冷却液换热利用低温ltr散热器27实现水冷冷凝器5作为第一级冷凝器使用；该电池冷却器15可设计替换为两个独立的板式换热器，同样可实现上述系统功能。
76.所述电池热管理系统包含电池加热回路、制冷回路、电池冷却液回路，电池加热回路与乘员舱加热回路共用第一水泵8、高压水暖ptc7，通过第一三通水阀9切换冷却液流通回路；制冷回路为冷媒系统回路；电池冷却液回路包含第二水泵21、第二水温传感器20、第四三通水阀18、第三截止阀16、电池冷却器15通过管路系统连接，可实现电池内部自循环热平衡、电池降温、热泵加热保温、高压水暖ptc7加热保温、电机余热为电池加热保温等电池热管理功能。
77.所述电驱热管理系统包含第三水泵33、第一水温传感器32、第三三通水阀30、ltr散热器27通过管路系统连接，电驱系统可实现通过低温ltr散热器27散热、可通过电池包19散热、可通过热泵系统散热等功能。所述电驱热管理系统还包含电子风扇28，装配在低温ltr散热器27背风面，低温ltr散热器27装配在电子风扇28与外置冷凝器26之间。
78.所述电池热管理回路与电驱热管理回路，通过三通水阀和截止阀连接在一起，可独立循环，也可以交叉循环实现上述热管理系统功能。所述电池热管理回路与电驱热管理回路中使用的三通阀和截止阀可根据需求设计为组合多通路阀组，也可实现上述热管理功能。常规的一体化热管理系统，功能场景相对较少，没有将各个热管理系统回路完全联系起来进行能量流的管理，造成部分能量浪费，并且系统零件较多，结构复杂。
79.本实用新型可实现能量流的综合管理，可实现1、电池通过ltr散热器27散热，2、电驱余热可为电池保温，3、水冷冷凝器5与电池冷却器15热交换通过ltr散热器27向外散热冷凝，4、电驱余热通过电池冷却器15用于热泵，5、电池余热通过电池冷却器15用于热泵，6、电池可通过电池冷却器15降温，7、电池可通过高压水暖ptc7加热，8、电池可通过热泵加热，9、电驱热管理独立循环，电池回路独立循环。
80.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。