一種電動汽車熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，包括壓縮機、油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器循環(huán)連接的熱泵回路，熱泵回路還分別連接有電機及控制器回路和電池回路，電機及控制器回路包括循環(huán)連接的車外換熱器、電機冷卻器、控制器冷卻器和第一水泵，電池回路包括循環(huán)連接的車內(nèi)換熱器、電池冷卻器和第二水泵。本電動汽車熱管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有汽車熱泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改進，可解決現(xiàn)有的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在低溫工況下運行效率低的問題，提高了熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季的制熱效率，并在夏季也確保了電池溫度不會超過警戒溫度。
【專利說明】一種電動汽車熱管理系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種電動汽車熱管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車在冬季由于沒有發(fā)動機提供余熱進行采暖，從而要求汽車空調(diào)系統(tǒng)不單具有夏季制冷功能，還應(yīng)承擔(dān)冬季的采暖。目前，市面上電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要以電加熱輔助空調(diào)系統(tǒng)為主。由于冬季采暖采用的是電加熱，其制熱COP最大為1，極為耗能，降低了電動汽車的續(xù)航里程。
[0003]目前，為了提高電動汽車冬季采暖的制熱效率，也有在電動汽車中增加熱泵空調(diào)系統(tǒng)的。如圖1所示，電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機14、氣液分離器12、車外換熱器
7、膨脹閥13、車內(nèi)換熱器2、油分離器4和四通換向閥5連接組成。該系統(tǒng)通過四通換向閥切換制冷劑的流向，從而達到制冷兼制熱的目的。然而，由于熱泵空調(diào)在低溫環(huán)境下運行效率較低，甚至無法正常運行，因此該系統(tǒng)的應(yīng)用也常受到限制。
[0004]由此可見，提高熱源溫度可以有效地解決電動汽車低溫制熱效率低的問題，若能對電動汽車各部件(如電機、控制器和電池等)進行有效的統(tǒng)一熱管理，既能提高各部件的工作性能，又能對各部件的余熱余冷進行充分利用，達到節(jié)能的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可解決現(xiàn)有的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在低溫工況下運行效率低的問題，提高了熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季的制熱效率，并在夏季也確保了電池溫度不會超過警戒溫度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，包括壓縮機、油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器循環(huán)連接的熱泵回路，熱泵回路還分別連接有電機及控制器回路和電池回路，電機及控制器回路包括循環(huán)連接的車外換熱器、電機冷卻器、控制器冷卻器和第一水泵，電池回路包括循環(huán)連接的車內(nèi)換熱器、電池冷卻器和第二水泵。
[0007]所述車外換熱器和車內(nèi)換熱器分別為設(shè)有制冷劑流道和冷卻液流道的雙通道換熱器；其中，車外換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車外換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電機及控制器回路連接；車內(nèi)換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車內(nèi)換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電池回路連接。
[0008]所述車外換熱器內(nèi)還設(shè)有加熱芯。當(dāng)冬季溫度較低時，為了防止電機及控制器內(nèi)部溫度過低，可采用加熱芯進行加熱，保證電機和控制器的正常運行，同時保證熱泵回路正常運行。
[0009]所述熱泵回路中，車外換熱器和車內(nèi)換熱器之間的連接管道上設(shè)有膨脹閥。
[0010]所述油分離器的出口端設(shè)有四通換向閥，四通換向閥的4個端口分別與油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器連接。通過四通換向閥4個端口連接方向的切換，可使熱泵回路進入制冷模式或制熱模式。[0011]所述車外換熱器外側(cè)設(shè)有第一風(fēng)扇，車內(nèi)換熱器外側(cè)設(shè)有第二風(fēng)扇。第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇的使用主要是為了加熱車外換熱器和車內(nèi)換熱器的散熱，防止其過熱而影響熱泵回路的正常工作。
[0012]所述電機冷卻器和電池冷卻器內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器。溫度傳感器用于實時監(jiān)控電機冷卻器和電池冷卻器內(nèi)的溫度，從而判斷是否啟動電機及控制器回路或電池回路。
[0013]本電動汽車熱管理系統(tǒng)使用時，其工況有三種:
[0014](I)夏季普通工況:熱泵回路進入制冷模式，同時開啟電機及控制器回路；熱泵回路中，制冷劑由壓縮機送至油分離器后，進入車外換熱器中，與電機及控制器回路中的冷卻液進行熱交換，然后通過膨脹閥送至車內(nèi)換熱器中，與電池回路中的冷卻液進行熱交換，再通過氣液分離器后，循環(huán)送至壓縮機中；電機及控制器回路中，冷卻液在車外換熱器中與制冷劑進行熱交換后，由第一水泵送出，對控制器冷卻器和電機冷卻器進行依次冷卻，再送回車外換熱器中循環(huán)利用。
[0015](2)夏季高溫工況:熱泵回路進入制冷模式，同時開啟電機及控制器回路，當(dāng)電池溫度超過65°C時，同時開啟電池回路；其中，熱泵回路和電機及控制器回路的原理與第(I)種工況相同；電池回路中，冷卻液在車內(nèi)換熱器中與制冷劑進行熱交換后，由第二水泵送出，對電池冷卻器進行冷卻，再送回車內(nèi)換熱器中循環(huán)利用。
[0016](3)冬季低溫工況:熱泵回路進入制熱模式；當(dāng)電機及控制器回路中的冷卻液溫度大于30°C或小于5°C時，開啟電機及控制器回路；當(dāng)電池溫度大于30°C或小于20°C時，開啟電池回路；
[0017]熱泵回路中，制冷劑由壓縮機送至油分離器后，進入車內(nèi)換熱器中，與電池回路中的冷卻液進行熱交換，然后通過膨脹閥送至車外換熱器中，與電機及控制器回路中的冷卻液進行熱交換，再通過氣液分離器后，循環(huán)送至壓縮機中；
[0018]電機及控制器回路中，當(dāng)冷卻液的溫度高于30°C時，開啟第一水泵，利用電機和控制器的余熱對車外換熱器進行加熱，提高熱泵回路的熱源溫度，從而提高熱泵回路的制熱效率，達到節(jié)能的目的；當(dāng)冷卻液的溫度低于5°C時，開啟加熱芯和第一水泵，對電機、控制器和車外換熱器進行加熱，保證電機和控制器的正常運行，同時保證熱泵回路正常運行；當(dāng)冷卻液溫度為5?30°C時，關(guān)閉第一水泵，電機及控制器回路不運行；
[0019]電池回路中，當(dāng)電池溫度高于30°C時，開啟第二水泵，利用電池的余熱對車內(nèi)換熱器進行加熱；當(dāng)電池溫度低于20°C時，開啟第二水泵，利用熱泵回路中車內(nèi)換熱器的熱量對電池進行加熱，從而保證電池的正常運行；當(dāng)電池溫度為20?30°C時，關(guān)閉第二水泵，電池回路不運行。
[0020]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0021]1、本電動汽車熱管理系統(tǒng)是在現(xiàn)有汽車熱泵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行改進，可解決現(xiàn)有的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)在低溫工況下運行效率低的問題，提高了熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季的制熱效率，并在夏季也確保了電池溫度不會超過警戒溫度。
[0022]2、本電動汽車熱管理系統(tǒng)將熱泵空調(diào)系統(tǒng)的余冷和電池冷卻系統(tǒng)的熱量進行統(tǒng)一管理，必要時利用空調(diào)系統(tǒng)的冷量對電池進行降溫，通過水泵的運行狀態(tài)，控制電池冷卻液溫度，防止電池溫度過高，從而保證電池的高效安全運行。
[0023]3、本電動汽車熱管理系統(tǒng)通過雙通道的車內(nèi)換熱器，將電池冷卻器的熱量和熱泵回路制熱時的制冷劑熱量進行統(tǒng)一管理。當(dāng)電池溫度較高時，冷卻液和制冷劑同時將熱量傳遞給車內(nèi)，利用了電池的余熱的同時，降低了熱泵回路的制熱負荷；在電池溫度過低時，冷卻液則從高溫的制冷劑中吸取熱量，保證電池工作在一定的溫度范圍內(nèi)，提高電池的工作性能。
[0024]4、本電動汽車熱管理系統(tǒng)通過雙通道的車外換熱器，將電機和控制器的余熱和熱泵回路的熱量進行統(tǒng)一管理。冬季，當(dāng)電機和控制器的冷卻液溫度較高時，通過車外換熱器，高溫冷卻液將熱量傳遞給低溫的制冷劑，從而提高了熱泵回路的蒸發(fā)溫度，使熱泵系統(tǒng)能在低溫工況下正常運轉(zhuǎn)，進而提高熱泵系統(tǒng)的C0P，減少電量的消耗，增加電動汽車的續(xù)航里程；當(dāng)電機和控制器的冷卻液溫度過低時，則可以通過運行電加熱芯對其進行加熱，保證電機和控制器的正常運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有熱泵空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本電動汽車熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本電動汽車熱管理系統(tǒng)處于夏季普通工況時的原理示意圖。
[0028]圖4為本電動汽車熱管理系統(tǒng)處于夏季高溫工況時的原理示意圖。
[0029]圖5為本電動汽車熱管理系統(tǒng)處于冬季低溫工況時的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0031]實施例
[0032]本實施例一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，如圖2所示，包括壓縮機14、油分離器4、車外換熱器7、車內(nèi)換熱器2和氣液分離器12循環(huán)連接的熱泵回路，熱泵回路還分別連接有電機及控制器回路和電池回路，電機及控制器回路包括循環(huán)連接的車外換熱器7、電機冷卻器
9、控制器冷卻器10和第一水泵11，電池回路包括循環(huán)連接的車內(nèi)換熱器2、電池冷卻器I和第二水泵15。
[0033]車外換熱器和車內(nèi)換熱器分別為設(shè)有制冷劑流道和冷卻液流道的雙通道換熱器；其中，車外換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車外換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電機及控制器回路連接；車內(nèi)換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車內(nèi)換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電池回路連接。
[0034]車外換熱器內(nèi)還設(shè)有加熱芯6。當(dāng)冬季溫度較低時，為了防止電機及控制器內(nèi)部溫度過低，可采用加熱芯進行加熱，保證電機和控制器的正常運行，同時保證熱泵回路正常運行。
[0035]熱泵回路中，車外換熱器和車內(nèi)換熱器之間的連接管道上設(shè)有膨脹閥13。
[0036]油分離器的出口端設(shè)有四通換向閥5，四通換向閥的4個端口(即圖中所示的501、502,503和504)分別與油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器連接。通過四通換向閥4個端口連接方向的切換,可使熱泵回路進入制冷模式或制熱模式。
[0037]車外換熱器外側(cè)設(shè)有第一風(fēng)扇8,車內(nèi)換熱器外側(cè)設(shè)有第二風(fēng)扇3。第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇的使用主要是為了加熱車外換熱器和車內(nèi)換熱器的散熱，防止其過熱而影響熱泵回路的正常工作。
[0038]電機冷卻器和電池冷卻器內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器。溫度傳感器用于實時監(jiān)控電機冷卻器和電池冷卻器內(nèi)的溫度，從而判斷是否啟動電機及控制器回路或電池回路。
[0039]本電動汽車熱管理系統(tǒng)使用時，其工況有三種:
[0040](I)夏季普通工況:如圖3所示，熱泵回路進入制冷模式，同時開啟電機及控制器回路；熱泵回路中，四通換向閥5的端口 501和502相通、503和504相通，制冷劑由壓縮機送至油分離器后，進入車外換熱器中，與電機及控制器回路中的冷卻液進行熱交換，然后通過膨脹閥送至車內(nèi)換熱器中，與電池回路中的冷卻液進行熱交換，再通過氣液分離器后，循環(huán)送至壓縮機中；電機及控制器回路中，冷卻液在車外換熱器中與制冷劑進行熱交換后，由第一水泵送出，對控制器冷卻器和電機冷卻器進行依次冷卻，再送回車外換熱器中循環(huán)利用。其中，制冷劑及冷卻液的流向如圖3中的箭頭所示。
[0041](2)夏季高溫工況:如圖4所示，熱泵回路進入制冷模式，同時開啟電機及控制器回路，當(dāng)電池溫度超過65°C時，同時開啟電池回路；其中，熱泵回路和電機及控制器回路的原理與第(I)種工況相同；電池回路中，冷卻液在車內(nèi)換熱器中與制冷劑進行熱交換后，由第二水泵送出，對電池冷卻器進行冷卻，再送回車內(nèi)換熱器中循環(huán)利用。其中，制冷劑及冷卻液的流向如圖4中的箭頭所示。
[0042](3)冬季低溫工況:如圖5所示，熱泵回路進入制熱模式；當(dāng)電機及控制器回路中的冷卻液溫度大于30°C或小于5°C時，開啟電機及控制器回路；當(dāng)電池溫度大于30°C或小于20°C時，開啟電池回路；
[0043]熱泵回路中，四通換向閥5的端口 501和504相通、502和503相通，制冷劑由壓縮機送至油分離器后，進入車內(nèi)換熱器中，與電池回路中的冷卻液進行熱交換，然后通過膨脹閥送至車外換熱器中，與電機及控制器回路中的冷卻液進行熱交換，再通過氣液分離器后，循環(huán)送至壓縮機中；
[0044]電機及控制器回路中，當(dāng)冷卻液的溫度高于30°C時，開啟第一水泵，利用電機和控制器的余熱對車外換熱器進行加熱，提高熱泵回路的熱源溫度，從而提高熱泵回路的制熱效率，達到節(jié)能的目的；當(dāng)冷卻液的溫度低于5°C時，開啟加熱芯和第一水泵，對電機、控制器和車外換熱器進行加熱，保證電機和控制器的正常運行，同時保證熱泵回路正常運行；當(dāng)冷卻液溫度為5?30°C時，關(guān)閉第一水泵，電機及控制器回路不運行；
[0045]電池回路中，當(dāng)電池溫度高于30°C時，開啟第二水泵，利用電池的余熱對車內(nèi)換熱器進行加熱；當(dāng)電池溫度低于20°C時，開啟第二水泵，利用熱泵回路中車內(nèi)換熱器的熱量對電池進行加熱，從而保證電池的正常運行；當(dāng)電池溫度為20?30°C時，關(guān)閉第二水泵，電池回路不運行；
[0046]其中，制冷劑及冷卻液的流向如圖5中的箭頭所示。
[0047]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本
【發(fā)明內(nèi)容】
所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種電動汽車熱管理系統(tǒng),包括壓縮機、油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器循環(huán)連接的熱泵回路，其特征在于，熱泵回路還分別連接有電機及控制器回路和電池回路，電機及控制器回路包括循環(huán)連接的車外換熱器、電機冷卻器、控制器冷卻器和第一水泵，電池回路包括循環(huán)連接的車內(nèi)換熱器、電池冷卻器和第二水泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述車外換熱器和車內(nèi)換熱器分別為設(shè)有制冷劑流道和冷卻液流道的雙通道換熱器；其中，車外換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車外換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電機及控制器回路連接；車內(nèi)換熱器內(nèi)的制冷劑流道與熱泵回路連接，車內(nèi)換熱器內(nèi)的冷卻液流道與電池回路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述車外換熱器內(nèi)還設(shè)有加熱芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵回路中，車外換熱器和車內(nèi)換熱器之間的連接管道上設(shè)有膨脹閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述油分離器的出口端設(shè)有四通換向閥，四通換向閥的4個端口分別與油分離器、車外換熱器、車內(nèi)換熱器和氣液分離器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述車外換熱器外側(cè)設(shè)有第一風(fēng)扇，車內(nèi)換熱器外側(cè)設(shè)有第二風(fēng)扇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電動汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電機冷卻器和電池冷卻器內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器。
【文檔編號】B60W10/26GK103625242SQ201310582733
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】巫江虹, 金鵬 申請人:華南理工大學(xué)