一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统技术方案

本发明专利技术涉及用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统、包括该热管理及空调系统的汽车及该热管理及空调系统的操作方法，所述用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统包括制冷剂循环回路和水循环回路；其特征在于：该制冷剂循环回路包括电子压缩机、水冷式冷凝器、水冷式换热器电子膨胀阀和水冷式换热器；该水循环回路包括水循环干路和至少两个水循环支路，其中，一个水循环支路的循环水与上述水冷式换热器热交换，用于对乘员舱和/或电池组进行冷却，另一个水循环支路的循环水与上述水冷式冷凝器热交换，用于对乘员舱进行加热；对乘员舱进行冷却的部件为制冷器，对乘员舱进行加热的部件为加热器，制冷器和加热器构成水冷式空调系统。与传统的汽车空调不同，本发明专利技术采用水冷式空调系统，利用串联布置的制冷器和加热器对乘员舱进行制冷和/或加热，可以充分发挥空调制冷效率高的优势，并充分利用汽车其他部件产生的热能，节约能源。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统
本专利技术涉及新能源汽车领域，尤其涉及新能源汽车的热管理，具体来说，涉及一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统。
技术介绍
随着目前环境问题的日益突出，新能源汽车的兴起已是社会发展的必然趋势，其不仅能够减少人们对化石燃料的依赖，而且能够降低汽车尾气的排放，有效改善环境质量。目前电动汽车越来越被人们接受，销量也越来越高，车用动力电池技术是新能源汽车中的关键技术之一，车用动力电池的性能直接影响了新能源汽车的性能。在新能源汽车的发展过程中，续航能力成了制约新能源汽车发展的最重要的因素之一，虽然动力电池的能量密度不断提高，但是其电池技术还处在瓶颈期，电动汽车的续航里程依然是用户使用的最大痛点。在夏季高温和冬季低温的环境中使用时，由于需要额外的功率去进行制冷和加热，电动汽车的续航里程会大打折扣。特别是在冬季低温环境中，目前绝大部分的电动汽车采用的是PTC辅助电加热系统来进行，其消耗的电功率需要达到5KW甚至以上才能保证车内的舒适温度，会大大降低车辆的续航里程。如果增加电池容量，不但导致车辆的重量大为增加降低能量利用效率，而且会大为增加制造和使用成本。使用热泵系统虽然可以得到一定的缓解，但是目前的热泵系统结构和控制都过于复杂，成本较高，而且在较低温度时的改善效果并不十分明显。
技术实现思路
针对现有技术中电动汽车制热和制冷能力不足的缺陷，本专利技术提出一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，与传统的汽车空调不同，本专利技术增设了水冷式空调系统，通过制冷剂与循环水的热交换，使水冷式汽车空调与水循环回路配合，仅仅通过控制几个阀门的切换，既可以对车辆在使用过程中产生的热量进行充分利用，同时充分发挥空调制冷效率高的优势，从而大大降低了车辆在使用过程中进行温度调节所需要的额外功率，并且大大提高了制热和制冷效率，达到了节约能源并降低成本的目的。为实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案是：提供了一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统包括制冷剂循环回路和水循环回路；其特征在于：该制冷剂循环回路包括电子压缩机、水冷式冷凝器、水冷式换热器电子膨胀阀和水冷式换热器；该水循环回路包括水循环干路和至少两个水循环支路，其中，一个水循环支路的循环水与上述水冷式换热器热交换，用于对乘员舱和/或电池组进行冷却，另一个水循环支路的循环水与上述水冷式冷凝器热交换，用于对乘员舱进行加热；对乘员舱进行冷却的部件为制冷器，对乘员舱进行加热的部件为加热器，制冷器和加热器构成水冷式空调系统。通过制冷剂与循环水的热交换，使得循环水可以用来冷却或加热乘员舱，或者用来冷却电池组，可以充分发挥空调制冷效率高的优势，并充分利用汽车其他部件产生的热能，节约能源。优选的，水循环干路依次包括主膨胀水壶、主水泵、散热器三通阀、散热器、旁通管路、主管路；散热器与旁通管路并联并位于散热器三通阀与主管路之间，散热器还配备有冷却风扇；散热器三通阀可以控制水循环至散热器和/或旁通管路。通过设置并联的散热器和旁通管路，使得可以根据需求控制循环水的制冷量。优选的，所述与水冷式换热器热交换的水循环支路包括：回路转换单通阀、水冷式换热器、制冷回路转换三通阀、电池组、电池水泵、电池膨胀水壶、电池回路转换三通阀、制冷器、空调膨胀水壶、空调水泵、内部换热器。优选的，所述与上述水冷式冷凝器热交换的水循环支路中，循环水自水循环干路依次流经水冷式冷凝器、制热回路转换三通阀，经由制热回路转换三通阀的切换，循环水可直接循环回到主膨胀水壶和/或经由水冷式空调系统的加热器回到主膨胀水壶。该水循环支路主要用于吸收制冷剂的热量，为乘员舱进行加热。优选的，在水循环干路与水冷式换热器之间设置回路转换单通阀，在水冷式换热器与电池组之间设置制冷回路转换三通阀，该制冷回路转换三通阀的另一通路与内部换热器连通，在电池膨胀水壶与主膨胀水壶之间设置电池回路转换三通阀，该电池回路转换三通阀的另一通路与内部换热器连通，在水冷式冷凝器与主膨胀水壶之间设置制热回路转换三通阀，该制热回路转换三通阀的另一通路与加热器连通。优选的，所述与水冷式换热器热交换的水循环支路经由回路转换单通阀、制冷回路转换三通阀和电池回路转换三通阀的切换，可形成一个与水循环干路连通的水循环支路，或者形成两个与水循环干路独立的水循环回路。经过该切换，使得控制系统可以根据外部环境温度控制循环水的循环方式，更充分地利用汽车空调的制冷能力，实现对乘员舱和/或电池组的合理冷却。优选的，所述一个与水循环干路连通的水循环支路中，循环水依次流经主管路、回路转换单通阀、水冷式换热器、制冷回路转换三通阀、电池组、电池水泵、电池膨胀水壶、电池回路转换三通阀、主膨胀水壶；所述两个与水循环干路独立的水循环回路中，其中一个独立的水循环回路中，循环水依次流经电池组、电池水泵、电池膨胀水壶、电池回路转换三通阀、内部换热器，循环流回电池组，构成一个独立的水循环回路，另一个独立的水循环回路中，循环水依次流经水冷式换热器、制冷器、空调膨胀水壶、空调水泵、内部换热器、制冷回路转换三通阀，循环流回水冷式换热器，构成另一个独立的水循环回路。两个独立的水循环回路中，被冷却的循环水先对乘员舱进行降温，再对电池组进行降温，提高了系统的制冷效率。优选的，还具有一个水循环支路，循环水自主管路依次流经充电模块、辅助电动模块、电机，回到主膨胀水壶。利用循环水对充电模块、辅助电动模块、电机加以冷却。优选的，水冷式空调系统的制冷器和加热器沿风道串联布置。经由该布置，采用相同尺寸的制冷器和加热器，取消了空气混合风门和相应的混风结构，使得空调箱的体积更小，更有利于布置并节省出更多空间。优选的，为电池组和加热器分别配置有电池组辅助电加热器和空调辅助电加热器。根据需要，电辅助加热器可以进行额外加热。优选的，所述电子压缩机和所述水冷式冷凝器构成制冷剂循环干路，所述水冷式换热器电子膨胀阀和所述水冷式换热器构成第一制冷剂循环支路，所述热管理及空调系统还包括第二制冷剂循环支路，该第二制冷剂循环支路设置有热泵电子膨胀阀和热泵蒸发器；该第二制冷剂循环支路与所述第一制冷剂循环支路并联。通过增设的第二制冷剂循环支路，能够利用热泵蒸发器相变从外部环境中吸热。优选的，在所述水冷式冷凝器与所述第一制冷剂循环支路、所述第二制冷剂循环支路之间设置膨胀阀转换三通阀，所述膨胀阀转换三通阀分别连通所述水冷换热器电子膨胀阀和所述热泵电子膨胀阀，用于控制两个制冷剂循环支路的通断。通过该膨胀阀转换三通阀的设置，使得三个制冷剂循环支路可以根据需求启用。还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括该用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统。还提供了一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统的操作方法，根据外部温度，控制系统控制热管理及空调系统在高温制冷模式、中温散热模式、中低温制热和除湿模式和低温制热模式之间切换。优选的，当热管理及空调系统切换至高温制冷模式时，散热器三通阀切换使得主水泵与散热器连通、与旁通管路断开，回路转换单通阀切断，制冷回路转换三通阀切换至内部换热器与水冷式换热器连通、与电池组断开，电池回路转换三通阀切换至电池膨胀水壶与内部换热器连通、与主膨胀水壶断开，制热回路转换三通阀切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统包括制冷剂循环回路和水循环回路；其特征在于：该制冷剂循环回路包括电子压缩机(31)、水冷式冷凝器(32)、水冷式换热器电子膨胀阀(34)和水冷式换热器(35)；该水循环回路包括水循环干路和至少两个水循环支路，其中，一个水循环支路的循环水与上述水冷式换热器(35)热交换，用于对乘员舱和/或电池组(9)进行冷却，另一个水循环支路的循环水与上述水冷式冷凝器(32)热交换，用于对乘员舱进行加热；对乘员舱进行冷却的部件为制冷器(15)，对乘员舱进行加热的部件为加热器(21)，制冷器(15)和加热器(21)构成水冷式空调系统(25)。

【技术特征摘要】
1.一种用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统包括制冷剂循环回路和水循环回路；其特征在于：该制冷剂循环回路包括电子压缩机(31)、水冷式冷凝器(32)、水冷式换热器电子膨胀阀(34)和水冷式换热器(35)；该水循环回路包括水循环干路和至少两个水循环支路，其中，一个水循环支路的循环水与上述水冷式换热器(35)热交换，用于对乘员舱和/或电池组(9)进行冷却，另一个水循环支路的循环水与上述水冷式冷凝器(32)热交换，用于对乘员舱进行加热；对乘员舱进行冷却的部件为制冷器(15)，对乘员舱进行加热的部件为加热器(21)，制冷器(15)和加热器(21)构成水冷式空调系统(25)。2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，其特征在于，水循环干路依次包括主膨胀水壶(1)、主水泵(2)、散热器三通阀(3)、散热器(4)、旁通管路(6)、主管路(7)；散热器(4)与旁通管路(6)并联并位于散热器三通阀(3)与主管路(7)之间，散热器(4)还配备有冷却风扇(5)；散热器三通阀(3)可以控制循环水循环至散热器(4)和/或旁通管路(6)。3.根据权利要求1或2所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述与水冷式换热器(35)热交换的水循环支路包括：回路转换单通阀(14)、水冷式换热器(35)、制冷回路转换三通阀(18)、电池组(9)、电池水泵(10)、电池膨胀水壶(11)、电池回路转换三通阀(12)、制冷器(15)、空调膨胀水壶(16)、空调水泵(17)、内部换热器(13)。4.根据权利要求1-3之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述与上述水冷式冷凝器(32)热交换的水循环支路中，循环水自水循环干路依次流经水冷式冷凝器(32)、制热回路转换三通阀(19)，经由制热回路转换三通阀(19)的切换，循环水可直接循环回到主膨胀水壶(1)和/或经由水冷式空调系统(25)的加热器(21)回到主膨胀水壶(1)。5.根据权利要求1-4之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，其特征在于，在水循环干路与水冷式换热器(35)之间设置回路转换单通阀(14)，在水冷式换热器(35)与电池组(9)之间设置制冷回路转换三通阀(18)，该制冷回路转换三通阀(18)的另一通路与内部换热器(13)连通，在电池膨胀水壶(11)与主膨胀水壶(1)之间设置电池回路转换三通阀(12)，该电池回路转换三通阀(12)的另一通路与内部换热器(13)连通，在水冷式冷凝器(32)与主膨胀水壶(1)之间设置制热回路转换三通阀(19)，该制热回路转换三通阀(19)的另一通路与加热器(21)连通；在主水泵(2)与散热器(4)之间设置散热器三通阀(3)，该散热器三通阀(3)的另一通路与与散热器(4)并联的旁通管路(6)连通。6.根据权利要求3所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述与水冷式换热器热(35)交换的水循环支路经由回路转换单通阀(14)、制冷回路转换三通阀(18)和电池回路转换三通阀(12)的切换，可形成一个与水循环干路连通的水循环支路，或者形成两个与水循环干路独立的水循环回路。7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述一个与水循环干路连通的水循环支路中，循环水依次流经主管路(7)、回路转换单通阀(14)、水冷式换热器(35)、制冷回路转换三通阀(18)、电池组(9)、电池水泵(10)、电池膨胀水壶(11)、电池回路转换三通阀(12)、主膨胀水壶(1)；所述两个与水循环干路独立的水循环回路中，其中一个独立的水循环回路中，循环水依次流经电池组(9)、电池水泵(10)、电池膨胀水壶(11)、电池回路转换三通阀(12)、内部换热器(13)，循环流回电池组(9)，构成一个独立的水循环回路，另一个独立的水循环回路中，循环水依次流经水冷式换热器(35)、制冷器(15)、空调膨胀水壶(16)、空调水泵(17)、内部换热器(13)、制冷回路转换三通阀(18)，循环流回水冷式换热器(35)，构成另一个独立的水循环回路。8.根据权利要求1-7之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，还具有一个水循环支路，循环水自主管路(7)依次流经充电模块(22)、辅助电动模块(23)、电机(24)，回到主膨胀水壶(1)。9.根据权利要求1-8之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，水冷式空调系统(25)的制冷器(15)和加热器(21)沿风道串联布置。10.根据权利要求1-9之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，为电池组(9)和加热器(21)分别配置有电池组辅助电加热器(8)和空调辅助电加热器(20)。11.根据权利要求1-10之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述电子压缩机(31)和所述水冷式冷凝器(32)构成制冷剂循环干路，所述水冷式换热器电子膨胀阀(34)和所述水冷式换热器(35)构成第一制冷剂循环支路，所述热管理及空调系统还包括第二制冷剂循环支路，该第二制冷剂循环支路设置有热泵电子膨胀阀(37)和热泵蒸发器(38)；该第二制冷剂循环支路与所述第一制冷剂循环支路并联。12.根据权利要求11所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，在所述水冷式冷凝器(32)与所述第一制冷剂循环支路、所述第二制冷剂循环支路之间设置膨胀阀转换三通阀(36)，所述膨胀阀转换三通阀(36)分别连通所述水冷换热器电子膨胀阀(34)和所述热泵电子膨胀阀(37)，用于控制两个制冷剂循环支路的通断。13.根据权利要求12所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统，所述水冷换热器电子膨胀阀(34)和所述热泵电子膨胀阀(37)均为带截止功能的电子膨胀阀，由此省略膨胀阀转换三通阀(36)。14.一种电动汽车，该电动汽车包括权利要求1-13之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统。15.一种根据权利要求1-10之一所述的用于电动汽车的水循环式热管理及空调系统的操作方法，其特征在于，该操作方法具体包括：根据外部温度，控制系统控制热管理及空调系统在高温制冷模式、中温散热模式、中低温制热和除湿模式和低温制热模式之间切换。16.根据权利要求15所述的操作方法，当热管理及空调系统切换至高温制冷模式时，散热器三通阀(3)切换使得主水泵(2)与散热器(4)连通、与旁通管路(6)断开，回路转换单通阀(14)切断，制冷回路转换三通阀(18)切换至内部换热器(13)与水冷式换热器(35)连通、与电池组(9)断开，电池回路转换三通阀(12)切换至电池膨胀水壶(11)与内部换热器(13)连通、与主膨胀水壶(1)断开，制热回路转换三通阀(19)切换至水冷式冷凝器(32)直接与主膨胀水壶(1)连通、与制冷器(15)断开；此时，主水泵(2)、电池水泵(10)、空调水泵(17)、电子压缩机(31)均启动，制冷剂在制冷剂循环管路中循环流动，主管路中循环水循环流动，循环水在所述两个独立的水循环回路中独立循环流动，对乘员舱、电池组(9)和电机(24)进行冷却。17.根据权利要求15或16所述的操作方法，当热管理及空调系统切换至中温制热模式时，散热器三通阀(3)切换使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏涛，
申请(专利权)人：贾宏涛，
类型：发明
国别省市：上海,31