基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，在动力总成散热管路内增设了相变蓄热单元，克服了能量在供需上存在的数量、形态和时间的差异，可以实现电动汽车高效制热及制冷，此外，采用空气源热泵结合水环热泵的方式，在极端低温工况下，切换成水环热泵模式运行，可以避免由空气源热泵造成的一系列问题。本实用新型专利技术将三个电动汽车热管理子系统进行有机整合，阀门控制可操作性强、组成部件结构紧凑、集成度高；其中，乘员舱热管理采用水冷冷凝器作为制冷回路的放热装置，可以解决目前使用冷凝器普遍存在的体型较大、占用空间较多的问题；另外，相变蓄热器可以减小前端散热器面积，从而可以减小迎风面积、降低风阻、提高续航里程。提高续航里程。提高续航里程。

【技术实现步骤摘要】
基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统


[0001]本技术涉及电动汽车热管理系统，尤其是涉及一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统。

技术介绍

[0002]电动汽车是汽车产业未来发展的主要趋势，目前，电动汽车的续航里程，尤其是冬季的续航问题成为掣肘电动汽车发展的重要因素。作为电动汽车核心组成部件，电池、电机、电控单元、空调系统与上述问题密切相关，而对其性能影响最大的因素是温度，因此，一套高性能热管理系统对增加续航里程、增加电池使用寿命、降低电池能耗、提升整车可靠性和舒适性起决定性作用。
[0003]对于电动汽车乘员舱热管理模块，冬季低温制热是关键难点。与传统燃油车不同，电动汽车没有发动机余热为制热系统提供热源。目前，绝大部分电动汽车采用风热PTC电加热器进行制热，PTC方案的能效比较低，为了解决此问题，目前电动汽车中开始逐步引入热泵技术，热泵技术主要分为空气源热泵和水环热泵，目前采用空气源热泵的方案存在低温性能差以及容易结霜等问题，而水环热泵会造成高压侧传热阻力增加，导致冷凝温度增加、热效率降低等问题。
[0004]而两种热泵如果采用简单的组合，又会导致热管理系统整体体积过大，进而导致车内空间利用率低的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的就是为了提供一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，通过第一联合换热模块实现空气源热泵，利用第二联合换热模块融合乘员舱热管理和电池热管理，加上通过水冷冷凝器融合电池热管理和动力总成热管理，实现三大子系统的融合的同时，利用相变蓄热技术克服能量在供需上存在的数量、形态和时间的差异，在解决传统单一空气源热泵和水环热泵的缺陷的同时，缩小了体积，从而节省空间，增大乘员舱空间。
[0006]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，包括：
[0008]动力总成散热管路、电池换热管路和乘员舱热管理模块，
[0009]第一联合换热模块、第二联合换热模块和相变蓄热单元、水冷冷凝器，
[0010]所述第一联合换热模块包括前端散热器、车外蒸发器、第二比例三通阀，所述前端散热器和车外蒸发器实现热交换；
[0011]所述第二联合换热模块包括车外冷却器；
[0012]所述动力总成散热管路的输出端连接至相变蓄热单元的输入端，所述相变蓄热单元的输出端和电池换热管路的输出端均连接至第二比例三通阀的输入端，所述第二比例三通阀的第一输出端通过水冷冷凝器的第一管路连接至动力总成散热管路和电池换热管路
的输入端，第二输出端连接至前端散热器的输入端，所述前端散热器的输出端通过水冷冷凝器的第一管路连接至动力总成散热管路和电池换热管路的输入端，
[0013]所述乘员舱热管理模块分别与水冷冷凝器的第二管路和车外蒸发器连接，并通过车外冷却器电池换热管路换热。
[0014]所述相变蓄热单元包括相变蓄热器和第一比例三通阀，所述动力总成散热管路的输出端连接至第一比例三通阀的输入端，所述第一比例三通阀的第一输出端连接至相变蓄热器，第二输出端连接至第二比例三通阀的输入端，所述相变蓄热器连接至第二比例三通阀的输入端。
[0015]所述乘员舱热管理模块包括压缩机、三通阀、车内蒸发器、车内冷凝器、第一电子膨胀阀、车外冷却器和第三比例三通阀；
[0016]所述车内换热模块的输出端连接至压缩机的输入端，输入端通过第一电子膨胀阀连接至水冷冷凝器的第二管路的输出端，所述车内冷凝器的输入端连接至所述三通阀的第二输出端，输出端连接至第三比例三通阀的第一端，所述第三比例三通阀的第二端连接至车外冷却器的第二管路的输入端，第三端连接至车外蒸发器的输入端，所述压缩机的输出端连接至三通阀的输入端，所述三通阀的第一输出端连接至水冷冷凝器的第二管路的输入端，所述车外冷却器的第二管路的输出端连接至压缩机的输入端，车外冷却器的第一管路连接至电池换热管路。
[0017]所述系统还包括流量调节阀，所述流量调节阀的一端通过第一电子膨胀阀连接至车内蒸发器，另一端连接至车内冷凝器的输出端和第三比例三通阀的第一端。
[0018]所述乘员舱热管理模块包括压缩机、三通阀、车内换热器、第一电子膨胀阀、车外冷却器、第三比例三通阀和第二电磁阀；
[0019]所述车内换热器的第一端通过第二电磁阀连接至压缩机的输入端，第二端通过第一电子膨胀阀连接至水冷冷凝器的第二管路的输出端，车内换热器的第一端还连接至所述三通阀的第二输出端，第二端还连接至第三比例三通阀的第一端，所述第三比例三通阀的第二端连接至车外冷却器的第二管路的输入端，第三端连接至车外蒸发器的输入端，所述压缩机的输出端连接至三通阀的输入端，所述三通阀的第一输出端连接至水冷冷凝器的第二管路的输入端，所述车外冷却器的第二管路的输出端连接至压缩机的输入端，车外冷却器的第一管路连接至电池换热管路。
[0020]所述第三比例三通阀和车外蒸发器之间设有第三电子膨胀阀。
[0021]所述第三比例三通阀和车外冷却器之间设有第二电子膨胀阀。
[0022]所述乘员舱热管理模块还包括热风电加热器。
[0023]所述系统还包括膨胀水箱。
[0024]所述第一联合换热模块还包括风扇。
[0025]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0026]1)通过第一联合换热模块实现空气源热泵，利用第二联合换热模块融合乘员舱热管理和电池热管理，加上通过水冷冷凝器融合电池热管理和动力总成热管理，实现三大子系统的融合，在解决传统单一空气源热泵和水环热泵的缺陷的同时，缩小了体积，从而节省空间，增大乘员舱空间。
[0027]2)由于相变蓄热单元的增设可以降低前端散热器负荷，可以减小前端散热器面
积，从而减小迎风面积、降低风阻、提高续航里程。
[0028]3)相变蓄热技术可以克服能量在供需上存在的数量、形态和时间的差异，另外，相变材料具有高相变潜热和高热导率、可以高效存储和释放能量、不需要耗费电能等额外能量、相变过程温度近乎恒定等优势。因此，相变蓄热单元可以高效回收系统中各部件产生的余热，并在合适的时候释放余热，充分利用车内热源，实现电动汽车高效节能。
[0029]4)流量调节阀可以实现除霜。
[0030]5)系统还包括膨胀水箱可以实现压力平衡。
[0031]6)采用空气源热泵结合水环热泵的方式，由空气源、系统余热、少量电能提供低温热源，形成多热源热泵。冬季低温工况下，根据环境温度，通过阀门控制可以切换空气源热泵、空气源
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水环多热源热泵、水环热泵三种模式，实现能源利用最大化。其中，在极端低温工况下，切换成水环热泵模式运行，可以避免由空气源热泵造成的一系列问题。另外，相变蓄热单元可以高效存储夏季高温下电机及电池发热量，降低前端散热器及制冷系统负荷。
[0032]7)仅通过控制六个简单阀门，即可以灵活切换各工况的各个模式，阀门控制可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，包括：动力总成散热管路、电池换热管路和乘员舱热管理模块，第一联合换热模块、第二联合换热模块和相变蓄热单元、水冷冷凝器(10)，所述第一联合换热模块包括前端散热器(8)、车外蒸发器(26)、第二比例三通阀(7)，所述前端散热器(8)和车外蒸发器(26)实现热交换；所述第二联合换热模块包括车外冷却器(15)；所述动力总成散热管路的输出端连接至相变蓄热单元的输入端，所述相变蓄热单元的输出端和电池换热管路的输出端均连接至第二比例三通阀(7)的输入端，所述第二比例三通阀(7)的第一输出端通过水冷冷凝器(10)的第一管路连接至动力总成散热管路和电池换热管路的输入端，第二输出端连接至前端散热器(8)的输入端，所述前端散热器(8)的输出端通过水冷冷凝器(10)的第一管路连接至动力总成散热管路和电池换热管路的输入端，所述乘员舱热管理模块分别与水冷冷凝器(10)的第二管路和车外蒸发器(26)连接，并通过车外冷却器(15)电池换热管路换热。2.根据权利要求1所述的一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，所述相变蓄热单元包括相变蓄热器(6)和第一比例三通阀(5)，所述动力总成散热管路的输出端连接至第一比例三通阀(5)的输入端，所述第一比例三通阀(5)的第一输出端连接至相变蓄热器(6)，第二输出端连接至第二比例三通阀(7)的输入端，所述相变蓄热器(6)连接至第二比例三通阀(7)的输入端。3.根据权利要求1所述的一种基于相变蓄热的多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，所述乘员舱热管理模块包括压缩机(18)、三通阀(19)、车内蒸发器(21)、车内冷凝器(23)、第一电子膨胀阀(20)、车外冷却器(15)和第三比例三通阀(24)；所述车内换热模块的输出端连接至压缩机(18)的输入端，输入端通过第一电子膨胀阀(20)连接至水冷冷凝器(10)的第二管路的输出端，所述车内冷凝器(23)的输入端连接至所述三通阀(19)的第二输出端，输出端连接至第三比例三通阀(24)的第一端，所述第三比例三通阀(24)的第二端连接至车外冷却器(15)的第二管路的输入端，第三端连接至车外蒸发器(26)的输入端，所述压缩机(18)的输出端连接至三通阀(19)的输入端，所述三通阀(19)的第一输出端连接至水冷冷凝器(10)的第二管路的输入端，所述车...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑钦月，鲍国，赵兰萍，杨志刚，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：