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多热源热泵型电动汽车热管理系统，仅通过控制五个简单阀门，即可以满足六个温度工况及三个行驶工况的全工况需求。本实用新型专利技术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，可以实现不同低温工况的需求，并有效提高能源利用效率；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如无法运行热泵、结霜等一系列问题。本实用新型专利技术将乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个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，乘员舱热管理系统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问题。凝器普遍存在的问题。凝器普遍存在的问题。

【技术实现步骤摘要】
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，尤其是涉及一种多热源热泵型电动汽车热管理系统。

技术介绍

[0002]电动汽车的发展在应对全球变暖和减少全球汽车污染方面起重要作用。因此，电动汽车是汽车产业未来发展的主要趋势。随着电动汽车的迅猛发展，其续航能力、电池寿命、安全性、舒适性、高效性等问题开始突显，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。电动汽车热管理系统是乘员舱、电池和动力总成的集成温控系统，主要分为三部分：乘员舱热管理子系统(空调制冷与制热)、电池热管理子系统(电池冷却与加热)、动力总成热管理子系统(电机与电控冷却)，作用是保证乘客的舒适度及驾驶安全，控制电池、电机、电控等动力部件工作在合理的温度范围内。
[0003]对于电动汽车乘员舱热管理子系统，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进行制热，其能效比始终小于1，需要消耗电功率达5kW甚至以上才能保证车内热舒适要求，部分车型在采用风热PTC进行制热时续航里程衰减了30％～50％，严重增加了乘客里程焦虑。热泵系统能效比始终大于1，是替代风热PTC制热的优良方案。目前，绝大部分有关热泵系统应用于电动汽车的技术仅采用空气源热泵。然而，现有技术中采用空气源热泵的电动汽车普遍存在以下问题：
[0004](1)压缩机在低温下吸气温度低，导致系统效率低、功耗大、制热性能差，在极端低温下甚至无法运行；
[0005](2)车外蒸发器容易结霜甚至结冰，但除霜困难，严重影响换热效率；
[0006](3)能量有效利用率低，无法有效利用电机、电控、电池产生的余热；
[0007](4)舒适性差，除霜模式下需要切换到制冷模式，但除霜时间较长，严重影响热舒适性。
[0008]为解决上述问题，虽然近年来逐渐出现水环热泵应用于电动汽车相关的技术。然而，现有技术中采用水环热泵的情况，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。
[0009]目前，绝大部分电动汽车热管理系统技术各个子系统相互独立、集成度低，导致车内空间利用率低，电机、电控发热量和电池余热未能得到有效利用。少数即使考虑到上述问题，但系统管路连接复杂、容易出故障、满足工况有限，对能量利用方式较为简单。另外，绝大部分电动汽车热管理系统技术缺乏一些必要场景应用的考虑，例如：高温下高效冷却、低温下高效制热等。因此，如何解决乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统及整车热管理系统存在的固有问题，成为目前电动汽车热管理技术研究的重点。

技术实现思路

[0010]本技术的目的就是为了提供一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，将乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统进行有机整合，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。
[0011]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，包括动力总成热管理子系统、电池热管理子系统和乘员舱热管理子系统，其特征在于，还包括水冷冷凝器、联合换热模块和第一比例三通阀，所述联合换热模块包括车外蒸发器、前端散热器和风扇，所述前端散热器通过风扇实现与车外蒸发器形成对流，所述水冷冷凝器的第二输入端连接至乘员舱热管理子系统的输出端，第二输出端连接至乘员舱热管理子系统的输入端，
[0013]所述动力总成热管理子系统和电池热管理子系统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水冷冷凝器的第一输入端并经由水冷冷凝器的第一输出端连接至动力总成热管理子系统和电池热管理子系统的输入端，所述第一比例三通阀的第二输出端通过前端散热器连接至水冷冷凝器的第一输入端，所述车外蒸发器连接至乘员舱热管理子系统。
[0014]所述电池热管理子系统包括第二水泵、第三水泵、电池模块、车外冷却器和第一电磁阀，所述第二水泵的第一输出端通过第三水泵连接至电池模块的输入端，所述第二水泵的第二输出端连接至车外冷却器的第一端，所述电池模块的第一输出端连接至第一电磁阀的第一端，第二输出端连接至车外冷却器的第二端，所述车外冷却器的第一端和第二端连通，所述车外冷却器的第二端还连接至第一电磁阀的第一端，所述第一电磁阀的第二端连接至第一比例三通阀的输入端。
[0015]所述车外冷却器的第一端侧设有热水电加热器。
[0016]所述乘员舱热管理子系统包括三通阀、电子压缩机、气液分离器、第二比例三通阀和车内换热模块，所述电子压缩机的输出端连接至三通阀的第一端，输入端分别连接至气液分离器、车内换热模块的一端和车外冷却器的第二输出端，所述三通阀的第二端分别连接至车内换热模块的一端，第三端连接至水冷冷凝器的第二输入端，所述车内换热模块的另一端通过第一电子膨胀阀分别连接至第二比例三通阀的输入端和水冷冷凝器的第二输出端，所述第二比例三通阀的第一输出端连接至车外冷却器的第二输入端，第二输出端连接至车外蒸发器的输入端。
[0017]所述车内换热模块包括车内蒸发器和车内冷凝器。
[0018]所述车内换热模块的车内换热模块包括车内换热器，车内换热器和电子压缩机之间设有第二电磁阀。
[0019]所述车内换热模块还包括热风电加热器。
[0020]所述第二比例三通阀和车外蒸发器之间设有第三电子膨胀阀。
[0021]所述第二比例三通阀和车外冷却器之间设有第二电子膨胀阀。
[0022]所述动力总成热管理子系统包括依次连接的膨胀水箱、第一水泵、电控模块和电
机模块。
[0023]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0024]1)将乘员舱热管理、电池热管理、动力总成热管理三个子系统进行有机整合，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。
[0025]2)可以满足极端高温、高温、常温、低温、较低温、极端低温六大环境工况及爬坡、高速、中低速三大行驶工况的需求，能够实现乘员舱内制冷、制热、除湿，满足乘客的舒适性需求，同时能够实现对电池、电机及电控等动力部件在不同工况下的温度控制，满足动力部件工作在合理的温度范围内。
[0026]3)通过控制五个简单阀门，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，包括动力总成热管理子系统、电池热管理子系统和乘员舱热管理子系统，其特征在于，还包括水冷冷凝器(8)、联合换热模块和第一比例三通阀(5)，所述联合换热模块包括车外蒸发器(24)、前端散热器(6)和风扇(7)，所述前端散热器(6)通过风扇(7)实现与车外蒸发器(24)形成对流，所述水冷冷凝器(8)的第二输入端连接至乘员舱热管理子系统的输出端，第二输出端连接至乘员舱热管理子系统的输入端，所述动力总成热管理子系统和电池热管理子系统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水冷冷凝器(8)的第一输入端并经由水冷冷凝器(8)的第一输出端连接至动力总成热管理子系统和电池热管理子系统的输入端，所述第一比例三通阀(5)的第二输出端通过前端散热器(6)连接至水冷冷凝器(8)的第一输入端，所述车外蒸发器(24)连接至乘员舱热管理子系统。2.根据权利要求1所述的一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，所述电池热管理子系统包括第二水泵(9)、第三水泵(10)、电池模块(11)、车外冷却器(13)和第一电磁阀(14)，所述第二水泵(9)的第一输出端通过第三水泵(10)连接至电池模块(11)的输入端，所述第二水泵(9)的第二输出端连接至车外冷却器(13)的第一端，所述电池模块(11)的第一输出端连接至第一电磁阀(14)的第一端，第二输出端连接至车外冷却器(13)的第二端，所述车外冷却器(13)的第一端和第二端连通，所述车外冷却器(13)的第二端还连接至第一电磁阀(14)的第一端，所述第一电磁阀(14)的第二端连接至第一比例三通阀(5)的输入端。3.根据权利要求2所述的一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，所述车外冷却器(13)的第一端侧设有热水电加热器(12)。4.根据权利要求3所述的一种多热源热泵型电动汽车热管理系统，其特征在于，所述乘员舱热管理子系统包括三通阀(17)、...

【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：