一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，包括冷却液循环回路和热泵空调机构，所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵；所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器，所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路；所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。本发明专利技术还公开了一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理方法。本发明专利技术兼具加热和散热功能，在低温环境下，相变胶囊储存电机和热泵空调的热量，用于电池和座舱加热。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法
本专利技术涉及汽车热管理系统
，尤其是一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统及方法。
技术介绍
为应对环境污染、能源危机等严峻问题，大力发展纯电动汽车已成为了我国汽车产业发展的重要战略。纯电动汽车唯一动力源为动力电池，其使用性能、安全性能和使用寿命与温度密切相关。当电池温度过高时，若不能对电池进行有效散热，会严重影响电池寿命，甚至会引发热失控等安全问题；反之，当电池温度过低时，电池容量下降，放电时由于内部金属锂的沉淀，其放电效率下降，严重影响纯电动汽车的行驶里程。因此，为了保证动力电池的动力性和经济性，延长其使用寿命，必须采用热管理系统使电池的温度始终处于20℃到45℃区间内。目前，纯电动汽车的热管理系统主要采用风冷和液冷两种方式。其中，风冷是以低温空气为介质，利用空气和动力电池的热对流来降低电池温度的一种散热方式，其受环境温度影响较大，散热效率较低；而液冷主要是利用低温冷却液的对流换热来降低电池等部件的温度，对于电池或座舱的加热，也仅仅是利用冷却液将电机废热传至电池或座舱，这一方式加热效率较低，且受限于纯电动汽车的行驶工况。针对这一问题，也有部分学者利用相变胶囊相变潜热高的特性，将相变胶囊参与冷却液的循环，充分利用了零部件废热，但这些研究成果没有考虑到相变胶囊相变传热的迟缓性，相变胶囊在冷却液的循环过程中无法做到提前储能，在实际应用中，相变胶囊应用于纯电动汽车的热管理效果并不明显。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种在冷却液的循环过程中，利用相变胶囊储存部分电机和热泵空调无法利用的热量和冷量，并将其合理分配给电池和座舱，有效提高纯电动汽车的安全性、经济性和动力性的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，包括冷却液循环回路和热泵空调机构；其中，所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵；所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器，所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路；所述第一相变胶囊收集装置与室内换热器并联，第一相变胶囊收集装置位于室内换热器上方；所述第一水泵、第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路；所述第二水泵、电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路，散热器并联在第二相变胶囊收集装置两端，散热器通过第六三通电磁阀的B、C两口连通参与冷却液循环回路；所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。所述第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的B口均设置有滤网，第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述第一相变胶囊收集装置由第七三通电磁阀和换热器组成，第七三通电磁阀的B口设置有滤网，第七三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述第二相变胶囊收集装置由第八三通电磁阀和保温箱体组成，第八三通电磁阀的B口设置有滤网，第八三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述换热器内设置有蛇形金属盘管，蛇形金属盘管的一端与双向电磁阀相连，蛇形金属盘管的另一端第一膨胀阀相连，蛇形金属盘管内充满冷媒。所述设置有滤网的三通电磁阀分别设置在第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二相变胶囊收集装置、电机的水套的冷却液出口处。本专利技术的另一目的在于提供一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统的管理方法，该方法包括：相变胶囊收集电机热量：当电机温度大于电机第一温度阈值，使第三三通电磁阀AC两口、第四三通电磁阀AB两口，第六三通电磁阀AB两口连通，使第五三通电磁阀AB两口连通，使第五三通电磁阀切换到滤网接口，使第八三通电磁阀AC两口连通，使第二相变胶囊收集装置切换到非滤网接口；启动第二水泵，相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵，形成水循环，通过第五三通电磁阀的过滤作用，相变胶囊被收集在电机的水套中并吸收电机热量；收集完毕后，使第五三通电磁阀的AC两口连通，使第五三通电磁阀切换到非滤网接口，使第八三通电磁阀的AB两口连通，使第八三通电磁阀切换到滤网接口，启动第二水泵，相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵，形成水循环，在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下，收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中；相变胶囊收集热泵空调热量：当热泵空调处于供暖循环且座舱无需快速升温时，使第一三通电磁阀AC两口连通，使第七三通电磁阀AB两口连通，使第七三通电磁阀切换到滤网接口，使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通，使第八三通电磁阀AC两口连通，使第八三通电磁阀切换到非滤网接口，启动第一水泵，相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵，形成水循环，在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下，相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中；在热泵空调处于供暖循环时，打开双向电磁阀，调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度，高温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊储能；相变胶囊收集能量完毕，使第七三通电磁阀的AC两口连通，使第七三通电磁阀切换到非滤网接口，使第八三通电磁阀AB两口连通，使第八三通电磁阀切换到滤网接口，启动第一水泵，相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵，形成水循环，在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下，收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中；相变胶囊收集热泵空调冷量：当热泵空调处于制冷循环且无需为座舱持续快速降温时，使第一三通电磁阀AC两口连通，使第七三通电磁阀AB两口连通，使第七三通电磁阀切换到滤网接口，使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通，使第八三通电磁阀AC两口连通，使第八三通电磁阀切换到非滤网接口，启动第一水泵，相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵，形成水循环，在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下，相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中；在热泵空调处于制冷循环，打开双向电磁阀，调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度，低温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊蓄冷；相变胶囊收集蓄冷完毕，使第七三通电磁阀的A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，其特征在于：包括冷却液循环回路和热泵空调机构；/n其中，所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵；/n所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器，所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路；/n所述第一相变胶囊收集装置与室内换热器并联，第一相变胶囊收集装置位于室内换热器上方；所述第一水泵、第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路；所述第二水泵、电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路，散热器并联在第二相变胶囊收集装置两端，散热器通过第六三通电磁阀的B、C两口连通参与冷却液循环回路；/n所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，其特征在于：包括冷却液循环回路和热泵空调机构；
其中，所述冷却液循环回路包括第一相变胶囊收集装置、第一水泵、电池、第二相变胶囊收集装置、电机、散热器和第二水泵；
所述热泵空调机构包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀和室内换热器，所述电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、室外换热器、第二膨胀阀、室内换热器依次通过管路连接形成回路；
所述第一相变胶囊收集装置与室内换热器并联，第一相变胶囊收集装置位于室内换热器上方；所述第一水泵、第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路；所述第二水泵、电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀依次通过管路连接并形成回路，散热器并联在第二相变胶囊收集装置两端，散热器通过第六三通电磁阀的B、C两口连通参与冷却液循环回路；
所述管路内充满相变胶囊和冷却液共同形成的相变胶囊悬浮液。


2.根据权利要求1所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，其特征在于：所述第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的B口均设置有滤网，第二三通电磁阀和第五三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述第一相变胶囊收集装置由第七三通电磁阀和换热器组成，第七三通电磁阀的B口设置有滤网，第七三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述第二相变胶囊收集装置由第八三通电磁阀和保温箱体组成，第八三通电磁阀的B口设置有滤网，第八三通电磁阀的A口和C口无滤网；所述换热器内设置有蛇形金属盘管，蛇形金属盘管的一端与双向电磁阀相连，蛇形金属盘管的另一端第一膨胀阀相连，蛇形金属盘管内充满冷媒。


3.根据权利要求2所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统，其特征在于：所述设置有滤网的三通电磁阀分别设置在第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二相变胶囊收集装置、电机的水套的冷却液出口处。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于相变胶囊的纯电动汽车集成式热管理系统的管理方法，其特征在于：该方法包括：
相变胶囊收集电机热量：当电机温度大于电机第一温度阈值，使第三三通电磁阀AC两口、第四三通电磁阀AB两口，第六三通电磁阀AB两口连通，使第五三通电磁阀AB两口连通，使第五三通电磁阀切换到滤网接口，使第八三通电磁阀AC两口连通，使第二相变胶囊收集装置切换到非滤网接口；启动第二水泵，相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵，形成水循环，通过第五三通电磁阀的过滤作用，相变胶囊被收集在电机的水套中并吸收电机热量；收集完毕后，使第五三通电磁阀的AC两口连通，使第五三通电磁阀切换到非滤网接口，使第八三通电磁阀的AB两口连通，使第八三通电磁阀切换到滤网接口，启动第二水泵，相变胶囊悬浮液依次通过电机的水套、第五三通电磁阀、第六三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第二水泵，形成水循环，在第二相变胶囊收集装置的过滤作用下，收集完能量的相变胶囊存储在第二相变胶囊收集装置中；
相变胶囊收集热泵空调热量：当热泵空调处于供暖循环且座舱无需快速升温时，使第一三通电磁阀AC两口连通，使第七三通电磁阀AB两口连通，使第七三通电磁阀切换到滤网接口，使第二三通电磁阀的AC两口、第三三通电磁阀的AB两口、第四三通电磁阀的AC两口连通，使第八三通电磁阀AC两口连通，使第八三通电磁阀切换到非滤网接口，启动第一水泵，相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵，形成水循环，在第一相变胶囊收集装置的过滤作用下，相变胶囊收集在第一相变胶囊收集装置中；在热泵空调处于供暖循环时，打开双向电磁阀，调整第一膨胀阀和第二膨胀阀的开度，高温高压冷媒通过第一相变胶囊收集装置的蛇形金属盘管为相变胶囊储能；相变胶囊收集能量完毕，使第七三通电磁阀的AC两口连通，使第七三通电磁阀切换到非滤网接口，使第八三通电磁阀AB两口连通，使第八三通电磁阀切换到滤网接口，启动第一水泵，相变胶囊悬浮液依次通过第一三通电磁阀、第一相变胶囊收集装置、电池的液冷板、第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第二相变胶囊收集装置、第四三通电磁阀、第一水泵，形成水...

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