基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统技术方案

本发明专利技术涉及基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统，属于汽车的热管理系统技术领域。该集成热管理系统包括第一电磁阀、泵、气液分离器、压缩机、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、空调管组、第五电磁阀、第一节流阀、第一冷凝器、第二冷凝器、第六电磁阀、第七电磁阀、第二节流阀和电池冷却机构。第一电磁阀和第二电磁阀为二位二通电磁换向阀；第三电磁阀为二位四通电磁换向阀；第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀为二位六通电磁换向阀；泵为液压泵；系统工质为混合相变材料；据第三电磁阀的工作位置将系统分为两种模式，单一工质工作模式和混合工质工作模式，分别适用于电池和空调不同的工作温度区间。

Integrated thermal management system of electric vehicle based on hybrid phase change materials

【技术实现步骤摘要】
基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统
本专利技术属于汽车的热管理系统
，具体涉及纯电动汽车和混合动力汽车用的基于混合相变材料的空调电池集成热管理系统。
技术介绍
在低温环境下，温度过低会影响电池放电性能，可能导致电动汽车动力输出不足；在常温环境下，电动汽车行驶过程中电池组会频繁进行充放电活动，这一过程中电池会不断产生热量、导致电池温度上升、影响电池工作效率；在高温环境下，如果电池不能及时有效地散热，电池有热失控的危险。因此，为了提高电池工作效率，保证电池工作安全，通常有必要将电池维持在20℃到25℃之间。现有的电动汽车热管理系统主要采用风冷、液冷、平板热管等方式对电池组进行散热，但这种传统的散热方式在某些高温环境下散热效果有限，无法满足电池热管理需求。针对这一现状，部分研究者在电池组热管理系统中引入了相变材料，利用相变材料的高潜热特性实现储热和放热分室进行的效果。但是这些研究成果多为采用固-液相变材料设计的热管理系统，并未综合考虑电机余热和液-气相变材料对电动汽车电机电池热管理系统进行优化设计。
技术实现思路
为保障在各种温度环境下均能维持电动汽车的动力电池在合适的温度范围内工作，尽可能地提高电动汽车的动力电池工作效率、保证电动汽车的动力电池工作安全，本专利技术提供基于混合相变材料的电动汽车的集成热管理系统。基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统包括第一电磁阀1、泵2、气液分离器4、压缩机5、第二电磁阀6、第三电磁阀7、第四电磁阀8、空调管组9第五电磁阀10、第一节流阀11、第一冷凝器12、第二冷凝器13、第六电磁阀14、第七电磁阀15、第二节流阀16、电池冷却机构17；所述第一电磁阀1和第二电磁阀6为二位二通电磁换向阀；所述第三电磁阀7为二位四通电磁换向阀；所述第四电磁阀8、第五电磁阀10、第六电磁阀14和第七电磁阀15为二位六通电磁换向阀；所述泵5为电磁泵；所述第一电磁阀1、泵2、气液分离器4、压缩机5、第二电磁阀6和第三电磁阀7构成集成热管理外部回路子系统；所述第四电磁阀8、空调管组9、第五电磁阀10、第一节流阀11和第一冷凝器12构成空调液流子系统；所述第三电磁阀7的出口连通着第一电磁阀1的进口；第三电磁阀7通过第四电磁阀8连通着空调管组9，第三电磁阀7连通着第七电磁阀15；所述第四电磁阀8通过第五电磁阀10连通着第一冷凝器12；所述第二冷凝器13、第六电磁阀14、第七电磁阀15、第二节流阀16和电池冷却机构17构成电池液冷子系统；所述第一冷凝器12和第二冷凝器13相邻偶合，第二冷凝器13通过第六电磁阀14连通着第七电磁阀15；第七电磁阀15串联着电池冷却机构17；第七电磁阀15通过三通管3分别连通着气液分离器4和第四电磁阀8；所述电池空调集成热管理系统中的工质为两种沸点相差30℃以上的具备阻燃功能的混合制冷剂；第三电磁阀7处于左工作位，空调和电池单独工作不影响，两种工质分别以气相和液相为电池和空调冷却机构工作；第三电磁阀7处于右工作位，通过第一电磁阀1和第二电磁阀6工作位的左右切换实现通路的断开与接合，气体液体间断循环混合，分别供给空调与电池，这一过程中的工质为混合工质，气相和液相工质混合；在电池和空调需要制热时，使得高温高压工质先分别流过空调管组9和电池冷却机构17再通过第一冷凝器12和第二冷凝器13的作用，有效利用系统的热量；在电池和空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器12和第二冷凝器13，再流过空调管组9和电池冷却机构17，有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；在电池需要制热、空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器12，再流过空调管组9，以及使高温高压工质先流过电池冷却机构17，再流过第二冷凝器13，有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；在电池需要制冷、空调需要制热时，选择性地使得高温高压工质先流过第一冷凝器12，再流过空调管组9，以及使低温低压工质先流过电池冷却机构17，再流过第二冷凝器13，有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；在电池需要制冷、空调关闭时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器12，再流过电池冷却机构17；在电池需要制热、空调关闭时，选择性地使得高温高压工质先流过电池冷却机构17，再流过第一冷凝器12。进一步限定的技术方案如下：所述混合制冷剂按体积比1：1全氟己酮和四氟乙烷混合均匀制成。所述集成热管理外部回路子系统的第二电磁阀6的出口b连通着第三电磁阀7的进口a1，第三电磁阀7的回口c1连通着，第一电磁阀1的进口a2；第三电磁阀7的第一出口b1连通着第四电磁阀8的第一进口A，第三电磁阀7的第二出口d1连通着第七电磁阀15的第一进口A3；所述从在第四电磁阀8的第三进口E通过空调管组9接入到第二出口D；第四电磁阀8的第二进口C连通着第五电磁阀10的第三出口F１，第四电磁阀8的第一出口B连通着第五电磁阀10的第一进口A；从第五电磁阀10的第二进口C1通过第一冷凝器12接入第一出口B1；第五电磁阀10的第三进口E1和第二出口D1之间串联着第一节流阀11；所述第七电磁阀15的第二进口C3连通着第六电磁阀14的第三出口F2，从第七电磁阀15的第三进口E3通过电池冷却机构17接通第二出口D3，第七电磁阀15的第一出口B3连通着第六电磁阀14的第一进口A2；从第六电磁阀14的第二进口C2通过第二冷凝器13接通第一出口B2，第六电磁阀14的第三进口E2和第二出口D2之间串联着第二节流阀16；第七电磁阀15的第三出口F3连通着三通管3的第一管口，三通管3的第二管口连通着气液分离器4，三通管3的第三管口连通着第四电磁阀8的第三出口F。所述空调管组9设于汽车空调的循环工作管路中。所述电池冷却机构17通过水冷板与电池模组贴合接触。本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.本专利技术系统结构简单，设计合理，可以适应不同工作环境下电池的热管理需求。液态相变材料直冷方式简化了制冷剂与载冷剂的液液二次换热过程，提高了能量转换效率，增强换热能力，具备高效降温节能性和应急冷却响应性。选择50W的水泵，为本系统进行能量输出，与传统的液液换热的结构相比，有效地提升了电池组降温性达49.28%，实现温均增效36.27%。该系统没有一味地增大流量或降低压力，要综合考虑电池温降性和温度一致性，在保证了电池工作温度的条件下，最大限度上的节约了空调的能耗，进而降低了整车热管理系统能耗，系统总能耗降低了5.43%左右。当第三电磁阀7处于左工作位时，在电池和空调需要制热时，通过调节第四电磁阀8、第五电磁阀10，以及第六电磁阀14、第七电磁阀15，使得高温高压工质先流过空调管组9和电池冷却机构17再流过第一冷凝器12和第二冷凝器13，可有效利用电机热管理系统的热量，提高系统节能效果。3.在电池和空调需要制冷时，通过调节第四电磁阀8、第五电磁阀10，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统，其特征在于：包括第一电磁阀（1）、泵（2）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第二电磁阀（6）、第三电磁阀（7）、第四电磁阀（8）、空调管组（9）第五电磁阀（10）、第一节流阀（11）、第一冷凝器（12）、第二冷凝器（13）、第六电磁阀（14）、第七电磁阀（15）、第二节流阀（16）、电池冷却机构（17）；/n所述第一电磁阀（1）和第二电磁阀（6）为二位二通电磁换向阀；/n所述第三电磁阀（7）为二位四通电磁换向阀；/n所述第四电磁阀（8）、第五电磁阀（10）、第六电磁阀（14）和第七电磁阀（15）为二位六通电磁换向阀；/n所述泵（5）为液压泵；/n所述第一电磁阀（1）、泵（2）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第二电磁阀（6）和第三电磁阀（7）构成集成热管理外部回路子系统；/n所述第四电磁阀（8）、空调管组（9）、第五电磁阀（10）、第一节流阀（11）和第一冷凝器（12）构成空调液流子系统；所述第三电磁阀（7）的出口连通着第一电磁阀（1）的进口；第三电磁阀（7）通过第四电磁阀（8）连通着空调管组（9），第三电磁阀（7）连通着第七电磁阀（15）；所述第四电磁阀（8）通过第五电磁阀（10）连通着第一冷凝器（12）；/n所述第二冷凝器（13）、第六电磁阀（14）、第七电磁阀（15）、第二节流阀（16）和电池冷却机构（17）构成电池液冷子系统；第二冷凝器（13）通过第六电磁阀（14）连通着第七电磁阀（15）；第七电磁阀（15）串联着电池冷却机构（17）；第七电磁阀（15）通过三通管（3）分别连通着气液分离器（4）和第四电磁阀（8）；/n所述电池空调集成热管理系统中的工质为两种沸点相差30℃以上的具备阻燃功能的混合制冷剂；/n第三电磁阀（7）处于左工作位，空调和电池单独工作不影响，两种工质分别以气相和液相为电池和空调冷却机构工作；/n第三电磁阀（7）处于于右工作位，通过第一电磁阀(1)和第二电磁阀(6)的工作位的切换实现通道的断开与接合，气体液体间断循环混合，分别供给空调与电池，这一过程中的工质为混合工质，气相和液相工质混合；/n在电池和空调需要制热时，使得高温高压工质先分别流过空调管组（9）和电池冷却机构（17）再通过第一冷凝器（12）和第二冷凝器（13）的作用，有效利用系统的热量；/n在电池和空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器（12）和第二冷凝器（13），再流过空调管组（9）和电池冷却机构（17），有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；/n在电池需要制热、空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器（12），再流过空调管组（9），以及使高温高压工质先流过电池冷却机构（17），再流过第二冷凝器（13），有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；/n在电池需要制冷、空调需要制热时，选择性地使得高温高压工质先流过第一冷凝器（12），再流过空调管组（9），以及使低温低压工质先流过电池冷却机构（17），再流过第二冷凝器（13），有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；/n在电池需要制冷、空调关闭时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器（12），再流过电池冷却机构（17）；/n在电池需要制热、空调关闭时，选择性地使得高温高压工质先流过电池冷却机构（17），再流过第一冷凝器（12）。/n...

【技术特征摘要】
1.基于混合相变材料的电动汽车集成热管理系统，其特征在于：包括第一电磁阀（1）、泵（2）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第二电磁阀（6）、第三电磁阀（7）、第四电磁阀（8）、空调管组（9）第五电磁阀（10）、第一节流阀（11）、第一冷凝器（12）、第二冷凝器（13）、第六电磁阀（14）、第七电磁阀（15）、第二节流阀（16）、电池冷却机构（17）；
所述第一电磁阀（1）和第二电磁阀（6）为二位二通电磁换向阀；
所述第三电磁阀（7）为二位四通电磁换向阀；
所述第四电磁阀（8）、第五电磁阀（10）、第六电磁阀（14）和第七电磁阀（15）为二位六通电磁换向阀；
所述泵（5）为液压泵；
所述第一电磁阀（1）、泵（2）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第二电磁阀（6）和第三电磁阀（7）构成集成热管理外部回路子系统；
所述第四电磁阀（8）、空调管组（9）、第五电磁阀（10）、第一节流阀（11）和第一冷凝器（12）构成空调液流子系统；所述第三电磁阀（7）的出口连通着第一电磁阀（1）的进口；第三电磁阀（7）通过第四电磁阀（8）连通着空调管组（9），第三电磁阀（7）连通着第七电磁阀（15）；所述第四电磁阀（8）通过第五电磁阀（10）连通着第一冷凝器（12）；
所述第二冷凝器（13）、第六电磁阀（14）、第七电磁阀（15）、第二节流阀（16）和电池冷却机构（17）构成电池液冷子系统；第二冷凝器（13）通过第六电磁阀（14）连通着第七电磁阀（15）；第七电磁阀（15）串联着电池冷却机构（17）；第七电磁阀（15）通过三通管（3）分别连通着气液分离器（4）和第四电磁阀（8）；
所述电池空调集成热管理系统中的工质为两种沸点相差30℃以上的具备阻燃功能的混合制冷剂；
第三电磁阀（7）处于左工作位，空调和电池单独工作不影响，两种工质分别以气相和液相为电池和空调冷却机构工作；
第三电磁阀（7）处于于右工作位，通过第一电磁阀(1)和第二电磁阀(6)的工作位的切换实现通道的断开与接合，气体液体间断循环混合，分别供给空调与电池，这一过程中的工质为混合工质，气相和液相工质混合；
在电池和空调需要制热时，使得高温高压工质先分别流过空调管组（9）和电池冷却机构（17）再通过第一冷凝器（12）和第二冷凝器（13）的作用，有效利用系统的热量；
在电池和空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器（12）和第二冷凝器（13），再流过空调管组（9）和电池冷却机构（17），有效地维持空调和电池在设定的温度范围内工作；
在电池需要制热、空调需要制冷时，选择性地使得低温低压工质先流过第一冷凝器（12），再流过空调管组（9），以及使高温高压工质先流过电...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明尧，胡苏楠，张农，朱波，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34