[發(fā)明專利]一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011378729.4
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112339527B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊留;余澤民;王大健;郭貞軍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京協(xié)眾汽車空調(diào)集團(tuán)有限公司
• 主分類號: B60H1/00
• 分類號: B60H1/00;B60H1/03;B60K11/02;B60L58/26;H01M10/625;H01M10/615;H01M10/6571;H01M10/66;H01M10/6556
• 代理公司: 南京睿之博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32296
• 代理人: 劉菊蘭

1.一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)，與車用空調(diào)系統(tǒng)配合使用，其特征在于：包括用于制冷劑流通的制冷劑回路，用于對電池進(jìn)行熱管理的電池冷卻回路，用于對電機(jī)、電控設(shè)備進(jìn)行熱管理的電機(jī)電控冷卻回路，電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路通過冷卻液四通閥（9）連接；

制冷劑回路包括熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路，熱泵循環(huán)管路上設(shè)置制冷劑四通閥（5），熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路之間通過制冷劑四通閥（5）連通；

所述熱泵循環(huán)管路包括順序連接的電動壓縮機(jī)（4）、室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5）和氣液分離器（6），制冷劑四通閥（5）包括四個管路接口，制冷劑四通閥（5）的第一管路接口與氣液分離器（6）連接，沿順時針方向，依次為第二管路接口、第三管路接口和第四管路接口，制冷劑四通閥（5）的第三管路接口與室內(nèi)冷凝器（18）連接；

所述蒸發(fā)冷卻管路包括一條分支管路，主管路上設(shè)置第二電子膨脹閥（17）和蒸發(fā)器（16），第二電子膨脹閥（17）與制冷劑四通閥（5）的第四管路接口連接，蒸發(fā)器（16）連接第二電子膨脹閥（17）和氣液分離器（6），分支管路并聯(lián)在第二電子膨脹閥（17）、蒸發(fā)器（16）的兩端，分支管路上沿制冷劑流動方向設(shè)置的第一電子膨脹閥（12）和換熱器（13），電池冷卻回路的冷卻液流經(jīng)換熱器（13）；

所述室外換熱管路的兩端分別與制冷劑四通閥（5）的第二管路接口、第四管路接口連接，室外換熱管路上設(shè)置依次連接的單向閥（7）、室外換熱器（2）和低壓溫度傳感器（20），單向閥（7）的兩端并聯(lián)有第三電子膨脹閥（23），室外換熱器（2）前方設(shè)置有風(fēng)扇（3），室外換熱器（2）的表面設(shè)置有室外換熱器溫度傳感器（21）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于：所述電池冷卻回路連接汽車的電池模塊，包括沿冷卻液流動方向順序設(shè)置的第二電子水泵（14）、冷卻液PTC加熱器（15）和冷卻液四通閥（9），第二電子水泵（14）的出口端連接冷卻液PTC加熱器（15），冷卻液四通閥（9）包括四個管路接頭，冷卻液PTC加熱器（15）與冷卻液四通閥（9）第一管路接頭連接，沿冷卻液四通閥（9）順時針方向，依次為第二管路接頭、第三管路接頭和第四管路接頭，第二電子水泵（14）的進(jìn)口端與冷卻液四通閥（9）的第二管路接頭連接，電池冷卻回路的管路穿過換熱器（13），換熱器（13）位于第二電子水泵（14）的進(jìn)口端和冷卻液四通閥（9）之間；

所述電機(jī)電控冷卻回路的兩端分別與冷卻液四通閥（9）的第三管路接頭和第四管路接頭連接，電機(jī)電控冷卻回路連接新能源汽車的電機(jī)和電控設(shè)備，電機(jī)電控冷卻回路上設(shè)置第一電子水泵（10）和冷卻液三通閥（8），第一電子水泵（10）的進(jìn)口端與冷卻液四通閥（9）的第四管路接頭連接，冷卻液三通閥（8）連接第一電子水泵（10）的出口端和冷卻液四通閥（9）的第三管路接頭，電機(jī)、電控設(shè)備位于冷卻液三通閥（8）和冷卻液四通閥（9）之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于：所述電機(jī)電控冷卻回路還包括低溫散熱管路，低溫散熱管路上設(shè)置低溫散熱器（1），低溫散熱管路一端與冷卻液三通閥（8）連接，另一端連接電機(jī)、電控設(shè)備。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于：所述電機(jī)電控冷卻回路和電池冷卻回路上設(shè)置用于給管路補水或者溢水的膨脹水壺（11），所述電機(jī)電控冷卻回路和電池冷卻回路分別通過管路與膨脹水壺（11）連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)，其特征在于：所述新能源汽車熱管理系統(tǒng)還設(shè)有用于檢測環(huán)境溫度的環(huán)境溫度傳感器（22）以及設(shè)置在熱泵循環(huán)管路室內(nèi)冷凝器（18）后方的用于加熱空氣的空氣PTC加熱器（19）。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新能源汽車熱管理系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：所述新能源汽車熱管理系統(tǒng)通過控制制冷劑、冷卻液的流向，配合空調(diào)系統(tǒng)溫度風(fēng)門的開閉改變空氣流向，使空氣經(jīng)過蒸發(fā)器（16）冷卻或者空氣PTC加熱器（19）加熱進(jìn)行乘客艙的制熱和制冷；制冷模式包括乘客艙制冷模式、電池冷卻模式以及乘客艙與電池同時冷卻模式，在制冷模式下，空氣PTC加熱器（19）均不啟動，制熱模式包括熱泵制熱模式、電池保溫模式、余熱回收制熱模式、熱泵與電池加熱同時制熱模式、乘客艙混合制熱與電池保溫模式組合、乘客艙混合制熱與電池冷卻模式組合、制熱除濕模式以及室外融霜模式；

在乘客艙制冷模式下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）關(guān)閉，第一電子膨脹閥（12）關(guān)閉，第二電子膨脹閥（17）開啟，制冷劑從電動壓縮機(jī)（4）依次流經(jīng)室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5）、室外換熱器（2）、單向閥（7）、第二電子膨脹閥（17）、蒸發(fā)器（16）和氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），此時溫度風(fēng)門關(guān)閉，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器（16），空氣在蒸發(fā)器（16）處于制冷劑進(jìn)行換熱，最后流入乘客艙，對乘客艙進(jìn)行冷卻；

在電池冷卻模式下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）關(guān)閉，第二電子膨脹閥（17）關(guān)閉，第一電子膨脹閥（12）開啟，制冷劑從電動壓縮機(jī)（4）依次流經(jīng)室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5）、室外換熱器（2）、單向閥（7）、第一電子膨脹閥（12）、換熱器（13）和氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4）；同時電池冷卻回路啟動，冷卻液四通閥（9）將電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路斷開，冷卻液PTC加熱器（15）不啟動，第二電子水泵（14）啟動，電池冷卻回路的冷卻液依次流經(jīng)第二電子水泵（14）、冷卻液PTC加熱器（15）、冷卻液四通閥（9）和換熱器（13），最后回流至第二電子水泵（14），冷卻液和制冷劑在換熱器（13）內(nèi)換熱，對電池進(jìn)行冷卻；

在乘客艙與電池同時冷卻模式下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）關(guān)閉，第二電子膨脹閥（17）開啟，第一電子膨脹閥（12）開啟，制冷劑同時流經(jīng)蒸發(fā)冷卻管路的主管路和分支管路，冷卻液和制冷劑在換熱器（13）內(nèi)換熱，對電池進(jìn)行冷卻，此時溫度風(fēng)門關(guān)閉，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器（16），空氣在蒸發(fā)器（16）處與制冷劑進(jìn)行換熱，最后流入乘客艙，對乘客艙進(jìn)行冷卻；

在熱泵制熱模式下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路與蒸發(fā)冷卻管路斷開，熱泵循環(huán)管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）開啟，制冷劑從電動壓縮機(jī)（4）依次流經(jīng)室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5）、第三電子膨脹閥（23）、室外換熱器（2）回流至制冷劑四通閥（5），再從制冷劑四通閥（5）流向氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），此時溫度風(fēng)門開啟，空氣經(jīng)過室內(nèi)冷凝器（18）與制冷劑換熱，并經(jīng)過空氣PTC加熱器（19）加熱后流向乘客艙，對乘客艙進(jìn)行加熱；

在電池保溫模式下，冷卻液四通閥（9）將電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路連通，第一電子水泵（10）啟動，第二電子水泵（14）啟動，冷卻液三通閥（8）將低溫散熱管路與電機(jī)電控冷卻回路斷開，冷卻液自第一電子水泵（10）依次流經(jīng)冷卻液三通閥（8）、冷卻液四通閥（9）、換熱器（13）、第二電子水泵（14）、冷卻液PTC加熱器（15）、冷卻液四通閥（9），最后回流至第一電子水泵（10），冷卻液循環(huán)對電池進(jìn)行冷卻；

在余熱回收制熱模式下，冷卻液四通閥（9）將電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路連通，冷卻液在電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路中維持電池保溫模式下的運行方式，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路和蒸發(fā)冷卻管路接通，第二電子膨脹閥（17）關(guān)閉，第一電子膨脹閥（12）開啟，第三電子膨脹閥23關(guān)閉，制冷劑從電動壓縮機(jī)（4）依次流經(jīng)室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5）、第一電子膨脹閥（12）、換熱器（13）和氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），制冷劑在換熱器（13）內(nèi)吸收冷卻液的熱量，此時溫度風(fēng)門打開，空氣在室內(nèi)冷凝器（18）處與制冷劑換熱，吸收制冷劑內(nèi)的熱量，并經(jīng)過空氣PTC加熱器（19）加熱后流入乘客艙，進(jìn)行制熱；

在熱泵與電池加熱同時制熱模式下，熱泵循環(huán)管路維持熱泵制熱模式下的運行方式，電池冷卻回路的冷卻液PTC加熱器（15）啟動，冷卻液依次流經(jīng)第二電子水泵（14）、冷卻液PTC加熱器（15）、冷卻液四通閥（9）和換熱器（13），最后回到第二電子水泵（14），此時空調(diào)溫度風(fēng)門打開，空氣在室內(nèi)冷凝器（18）處與制冷劑換熱，吸收制冷劑內(nèi)的熱量，并經(jīng)過空氣PTC加熱器（19）加熱后流入乘客艙，進(jìn)行制熱；

在乘客艙混合制熱與電池保溫模式組合情況下，乘客艙混合制熱為熱泵制熱模式、余熱回收制熱模式同時進(jìn)行，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）開啟，第一電子膨脹閥（12）開啟，第二電子膨脹閥（17）關(guān)閉，制冷劑依次流經(jīng)電動壓縮機(jī)（4）、室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5），在制冷劑四通閥（5）處，部分制冷劑從第三電子膨脹閥（23）流經(jīng)室外換熱器（2）回流至制冷劑四通閥（5），再從制冷劑四通閥（5）流向氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），另一部分制冷劑依次流經(jīng)第一電子膨脹閥（12）、換熱器（13）和氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），電池冷卻回路和電機(jī)電控冷卻回路維持電池保溫模式下的運行方式，冷卻液PTC加熱器（15）依據(jù)電池的溫度，選擇開啟或者關(guān)閉，此時溫度風(fēng)門打開，空氣在室內(nèi)冷凝器（18）處與制冷劑換熱，吸收制冷劑內(nèi)的熱量，并經(jīng)過空氣PTC加熱器（19）加熱后流入乘客艙，進(jìn)行制熱；

在乘客艙混合制熱與電池冷卻模式組合情況下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，三者維持乘客艙混合制熱模式下的運行方式，電池冷卻回路維持電池冷卻模式下的運行方式；

制熱除濕模式下，制冷劑四通閥（5）將熱泵循環(huán)管路、蒸發(fā)冷卻管路和室外換熱管路接通，第三電子膨脹閥（23）開啟，第一電子膨脹閥（12）關(guān)閉，第二電子膨脹閥（17）開啟，制冷劑依次流經(jīng)電動壓縮機(jī)（4）、室內(nèi)冷凝器（18）、制冷劑四通閥（5），在制冷劑四通閥（5）處，部分制冷劑從第三電子膨脹閥（23）流經(jīng)室外換熱器（2）回流至制冷劑四通閥（5），再從制冷劑四通閥（5）流向氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），另一部分制冷劑依次流經(jīng)第二電子膨脹閥（17）、蒸發(fā)器（16）和氣液分離器（6），最后流回電動壓縮機(jī)（4），此時空調(diào)溫度風(fēng)門打開，空氣在室內(nèi)冷凝器（18）處與制冷劑換熱，空氣經(jīng)制冷劑冷卻，內(nèi)部水汽液化進(jìn)入室內(nèi)冷凝器（18），再經(jīng)空氣PTC加熱器（19）加熱后流入乘客艙，進(jìn)行制熱；

在室外融霜模式下，空氣PTC加熱器（19）開啟，制冷劑冷卻回路保持乘客艙制冷模式下的運行方式，制冷劑經(jīng)過室外換熱器（2）時，室外空氣在室外換熱器（2）表面液化放熱，進(jìn)行室外換熱器（2）表面的除霜，空氣經(jīng)過蒸發(fā)器（16）冷卻以后，再經(jīng)空氣PTC加熱器（19）加熱進(jìn)行熱量補償，依據(jù)室外換熱器（2）上的室外換熱器溫度傳感器（21）控制室外融霜模式的開啟和關(guān)閉。