CN112572093B - 热管理***和工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种热管理***和一种工程机械，属于工程机械领域。所述热管理***包括：第一工质循环回路，经过热交换装置，用于所述驱动***的降温；第二工质循环回路，经过所述热交换装置，用于所述空调***的供热；所述热交换装置，用于所述第一工质循环回路与所述第二工质循环回路之间的热量交换。本发明可以将用于所述驱动***的降温的第一工质循环回路中的热量有效地应用到用于所述空调***的供热的第二工质循环回路中，降低了空调***加热时消耗的电能。

Description

热管理***和工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地涉及一种热管理***和一种工程机械。
背景技术
目前工程机械(如起重机、泵车、挖掘机)行业热管理***普遍采用单循环***，即驱动***冷却循环、电池***冷却循环、空调***供热循环各自独立。驱动***冷却循环包括电子水泵和电子风扇，一般是通过散热器总成串联相关电气和动力元件实现串联冷却；电池***冷却循环包括电子水泵和电子风扇，主要是通过电池***独立的水冷机组实现电芯冷却；空调***供热循环是通过PTC加热冷却液，通过HVAC供暖，也是属于独立的热管理***。上述三种热管理***各自独立，管路独立，工程机械产生的热能不能得到有效利用。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种热管理***和一种工程机械，能够对工程机械驱动***产生的热量进行有效利用。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种热管理***，所述工程机械包括驱动***和空调***供热，所述热管理***包括：第一工质循环回路，经过热交换装置，用于所述驱动***的降温；
第二工质循环回路，经过所述热交换装置，用于所述空调***的供热；
所述热交换装置，用于所述第一工质循环回路与所述第二工质循环回路之间的热量交换。
可选的，所述工程机械还包括电池***，所述热管理***还包括：第二工质支路，用于所述电池***的预热；
所述第二工质支路的两端连接于所述热交换装置两侧且接入所述第二工质循环回路。
可选的，所述工程机械还包括加热器，所述热管理***还包括：
用于与所述加热器进行热量交换的第一工质支路，所述第一工质支路的两端接入所述第二工质循环回路，所述空调***和所述电池***均通过经所述热交换装置和所述加热器热量交换之后的工质进行热量交换。
可选的，所述第二工质循环回路具有第二循环管路、第二电子水泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第二水箱；所述热管理***还包括第一控制器；所述第二电子水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均与所述第一控制器连接；
所述第二循环管路连接所述第二水箱和所述第二电子水泵；所述第二工质循环回路通过所述第二循环管路与所述空调***和所述热管理***进行热量交换；
所述第一工质支路连接所述第二电磁阀，所述第二循环管路连接所述第一电磁阀和所述第四电磁阀；所述第二工质支路连接所述第三电磁阀；所述第一电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述热交换装置的工质的工质流量；所述第四电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述空调***的工质的工质流量；
所述第二电子水泵用于为所述第二循环管路、所述第二工质支路和所述第一工质支路提供工质流动压力。
可选的，所述驱动***包括散热器总成、高压配电盒、DC-DC转换单元、车载充电机、电机控制器、电机和动力电池，所述第一工质循环回路用于所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池的降温。
可选的，所述第一工质循环回路包括第一水箱、第一循环管路所述第一电子水泵；
所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池的温度；所述第一循环管路连接所述第一水箱和所述第一电子水泵，所述第一电子水泵用于所述第一循环管路提供工质流动压力。
可选的，所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述电机和/或所述动力电池的温度；所述第一工质循环回路还包括第三工质支路和第四工质支路；所述第三工质支路和所述第四工质支路并联入第一循环管路；所述第三工质支路用于所述动力电池的降温；所述第四工质支路用于所述电机的降温。
可选的，所述热管理***还包括第二控制器和温度传感器；所述第一工质循环回路还包括电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述温度传感器；所述温度传感器用于检测所述第三工质支路中经过所述动力电池后的工质的工质温度和/或所述第四工质支路中经过所述电机后的工质的工质温度；所述温度传感器和所述电子节流器均连接于所述第二控制器。
可选的，所述第一工质循环回路还包括节流阀；所述节流阀连接于所述第二控制器；所述第一循环管路连接所述节流阀；所述节流阀用于调节所述第一循环管路中进入所述第三工质支路和所述第四工质支路的工质的工质流量。
本发明还提供一种工程机械，包括上述的热管理***。
通过上述技术方案，用于驱动***降温的第一工质循环回路和用于空调***供热的第二工质循环回路均通过热交换装置换热，可以将用于驱动***降温的第一工质循环回路中的热量有效地应用到用于空调***供热的第二工质循环回路中，降低了空调***加热时消耗的电能。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明提供的一种热管理***的示意图。
其中，带箭头的实线代表工质的流向；虚线代表通讯线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本文所述的“连接”用于表述两个部件之间的电功率连接或信号连接；“连接”可以是两个元件的直接连接，也可以是通过中间媒介(例如导线)相连，还可以是通过第三个元件实现的间接连接。
本文所述的“信号连接”用于表述两个部件之间的信号连接，例如控制信号和反馈信号；所述的“电连接”用于表述两个部件之间的电功率连接；“连接”可以是两个零件之间的直接连接，也可以是通过第三个零件实现的间接连接。
实施例1
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种热管理***，所述工程机械包括驱动***和空调***供热，所述热管理***包括第一工质循环回路，所述第一工质循环回路经过热交换装置，用于所述驱动***的降温；第二工质循环回路，所述第二工质循环回路经过所述热交换装置，用于所述空调***的供热；所述热交换装置，用于所述第一工质循环回路与所述第二工质循环回路之间的热量交换。
可选的，所述工程机械还包括电池***，所述热管理***还包括第二工质支路，用于所述电池***的预热；所述第二工质支路的两端连接于所述热交换装置两侧且接入所述第二工质循环回路。
如图1所示，所述工程机械还包括加热器(本实施例选用PCT加热器，下文不再赘述)，所述热管理***还包括：用于与所述加热器进行热量交换的第一工质支路，所述第一工质支路两端接入所述第二工质循环回路；所述第一工质支路用于与加热器热量交换；所述空调***和所述电池***均通过经所述热交换装置和所述加热器热量交换之后的工质进行热量交换。
可选的，所述第二工质循环回路具有第二循环管路、第二电子水泵(如图1中的电子水泵二，下文不再赘述)、第一电磁阀(如图1中的电磁阀一，下文不再赘述)、第二电磁阀(如图1中的电磁阀二，下文不再赘述)、第三电磁阀(如图1中的电磁阀三，下文不再赘述)、第四电磁阀(如图1中的电磁阀四，下文不再赘述)和第二水箱(如图1中的水箱二，下文不再赘述)；所述热管理***还包括第一控制器；所述第二电子水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均与所述第一控制器连接；所述第二循环管路连接所述第二水箱和所述第二电子水泵；所述第二工质循环回路通过所述第二循环管路与所述空调***和热管理***进行热量交换；所述第一工质支路与所述热交换装置所在的第二循环管路并联；所述第一工质支路连接所述第二电磁阀，所述第二循环管路连接所述第一电磁阀和所述第四电磁阀；所述第二工质支路上连接所述第三电磁阀；所述第一电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述热交换装置的工质的工质流量；所述第四电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述空调***的工质的工质流量；所述第二电子水泵用于为所述第二循环管路、所述第二工质支路和所述第一工质支路提供工质流动压力。
用于电池***的预热的第二工质支路与第二水箱可以通过单向阀三连接，防止可能出现的第二水箱向动力电池方向流动的工质。空调***中的HVAC装置与第二循环管路中的工质进行热交换；可选的，HVAC装置与第二水箱之间管路通过单向阀二联通，防止第二水箱中的工质回流至HVAC装置。
可选的，所述驱动***包括散热器总成、高压配电盒、DC-DC转换单元、车载充电机、电机控制器、电机和动力电池，所述第一工质循环回路用于所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池降温。
可选的，所述第一工质循环回路包括第一水箱(如图1中的水箱一，下文不再赘述)、第一循环管路所述第一电子水泵(如图1中的电子水泵一，下文不再赘述)；所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池的温度；所述第一循环管路连接所述第一水箱和所述第一电子水泵，所述第一电子水泵为第一循环管路提供工质流动压力。
可选的，所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述电机和/或所述动力电池的温度；所述第一工质循环回路还包括第三工质支路和第四工质支路；所述第三工质支路和所述第四工质支路并联入第一循环管路；所述第三工质支路用于所述动力电池的降温；所述第四工质支路用于所述电机降温。
可选的，所述热管理***还包括第二控制器和温度传感器；所述第一工质循环回路还包括电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述温度传感器；所述温度传感器用于检测所述第三工质支路中经过所述动力电池后的工质的工质温度和/或所述第四工质支路中经过所述电机后的工质的工质温度；所述温度传感器和所述电子节流器均连接于所述第二控制器。
可选的，所述第一工质循环回路还包括节流阀；所述节流阀连接于所述第二控制器；所述第一循环管路连接所述节流阀；所述节流阀用于调节所述第一循环管路中进入所述第三工质支路和所述第四工质支路的工质的工质流量。
为了提高第一工质循环回路的经济性，可以将节流阀通过管路连接到第一水箱进行工质的回流。第三工质支路和第四工质支路合流之后的管路上设置有单向阀一，防止工质从第三工质支路和第四工质支路回流至节流阀。
本发明还提供一种工程机械，包括上述的热管理***。
上述热管理***的具体工作原理如下：
第一控制器和第二控制器优选为整车控制器(VCU)，这样不用引入新的控制器，不会增加成本；管路的工质为了经济性，优选为水。当工程机械(如起重机)行驶工作时，电机、高压配电盒、DC/DC转换器、车载充电机、电机控制器、动力电池等器件会同步工作，上述部件工作伴随热量产生，此时整车控制器(VCU)通过控制第一电子水泵开启和/或增加散热风扇开启和/或散热器开始工作对上述驱动***中的器件进行散热。本方案主要通过对驱动***中的器件和动力电池的散热，来对应实现驱动***和动力电池的散热功能。
驱动***降温的第一工质循环回路开始运行，第一循环管路中的冷却水循环路径优选为：第一水箱→散热器总成→第一电子水泵→高压配电装置→DC/DC转换器→车载充电机→电机控制器→节流阀→电机/动力电池→热交换装置→单向阀一→散热器总成。
此处需要特殊说明的是，电池与电机处于并联冷却，主要是电池与电机的散热量较大，串联不利于热量散失。其并联的阻力平衡由电磁节流阀调节，保证电机与电池中冷却液流量一致，散热均衡。优选的，在动力电池所在的第三工质支路设置温度传感器和电磁节流阀；整车控制器(如VCU作为新能源车中央控制单元,是整个控制***的核心)通过温度传感器的检测温度，控制电磁节流阀开度，从而调节经过动力电池中的工质流量。
当工程机械(如起重机)驾驶室需要供暖时，向整车控制器输入指令，整车控制器输入指令可以根据预设程序控制用于驱动***降温的第一工质循环回路开启。整车控制器例如超过工程机械(如起重机)连续工作时间设定时间时，控制用于驱动***降温的第一工质循环回路开启。
本实施例优选的通过在第二水箱中设置第一温度传感器检测水温；当水温达到设定温度时，整车控制器控制电磁阀一、电磁阀四、热交换装置开启，电子水泵二开启，热交换装置开始工作，用于驱动***降温的第一工质循环回路的冷却液温度通过交换装置传递至空调HVAC装置，以达到驾驶室供暖需求；当温度达不到设定温度时，整车控制器控制电磁阀二、电磁阀四开启、PTC加热器启动，水箱二中的冷却液经过PTC加热器流经HVAC装置，以达到驾驶室供暖需求。
此***的功能是既可以利用驱动***的热量进行驾驶室供暖，又可以在驱动***温度较低时利用PTC加热器进行供暖，充分保证驾驶室任何时候的供暖需求。
当工程机械(如起重机)处于低温地区工作时，动力电池检测到电芯的温度较低，向整车控制器输出电芯温度数据。当电芯的温度低于设定温度时，整车控制器控制电磁阀二、电磁阀三开启，电子水泵二开启，冷却液经过加热后通过第三工质支路流经动力电池，动力电池通过在动力电池上设置管网的方式，将冷却液与动力电池进行热能交换，起到给电池加热的作用，可以省去电池***内部单独设计加热元件。此功能是与驾驶室供暖***共用PTC加热器，当场景需要时，驾驶室供暖与电池加热可以同时进行，最大化减少功能元件，实现集成化设计，降低能耗。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (7)

1.一种热管理***，所述工程机械包括驱动***和空调***，其特征在于，所述热管理***包括：
第一工质循环回路，经过热交换装置，用于所述驱动***的降温；
第二工质循环回路，经过所述热交换装置，用于所述空调***的供热；
所述热交换装置，用于所述第一工质循环回路与所述第二工质循环回路之间的热量交换；
所述热管理***还包括：
第二工质支路，用于所述电池***的预热；
所述第二工质支路的两端连接于所述热交换装置两侧且接入所述第二工质循环回路；
所述热管理***还包括：
用于与所述加热器进行热量交换的第一工质支路，所述第一工质支路的两端接入所述第二工质循环回路，所述空调***和所述电池***均通过经所述热交换装置和所述加热器热量交换之后的工质进行热量交换；
所述第二工质循环回路具有第二循环管路、第二电子水泵、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀和第二水箱；
所述热管理***还包括第一控制器；所述第二电子水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均与所述第一控制器连接；
所述第二循环管路连接所述第二水箱和所述第二电子水泵；所述第二工质循环回路通过所述第二循环管路与所述空调***和所述热管理***进行热量交换；
所述第一工质支路连接所述第二电磁阀，所述第二循环管路连接所述第一电磁阀和所述第四电磁阀；所述第二工质支路连接所述第三电磁阀；所述第一电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述热交换装置的工质的工质流量；所述第四电磁阀用于调节所述第二循环管路上的进入所述空调***的工质的工质流量；
所述第二电子水泵用于为所述第二循环管路、所述第二工质支路和所述第一工质支路提供工质流动压力。
2.根据权利要求1中任一项权利要求所述的热管理***，所述驱动***包括散热器总成、高压配电盒、DC-DC转换单元、车载充电机、电机控制器、电机和动力电池，其特征在于，所述第一工质循环回路用于所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池的降温。
3.根据权利要求2所述的热管理***，其特征在于，所述第一工质循环回路包括第一水箱、第一循环管路和第一电子水泵；
所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述散热器总成和/或所述高压配电盒和/或所述DC-DC转换单元和/或所述车载充电机和/或所述电机控制器和/或所述电机和/或所述动力电池的温度；所述第一循环管路连接所述第一水箱和所述第一电子水泵，所述第一电子水泵用于为所述第一循环管路提供工质流动压力。
4.根据权利要求3所述的热管理***，其特征在于，所述第一工质循环回路通过所述第一循环管路来降低所述电机和/或所述动力电池的温度；
所述第一工质循环回路还包括第三工质支路和第四工质支路；所述第三工质支路和所述第四工质支路并联入第一循环管路；
所述第三工质支路用于所述动力电池的降温；所述第四工质支路用于所述电机的降温。
5.根据权利要求4所述的热管理***，其特征在于，所述热管理***还包括第二控制器和温度传感器；所述第一工质循环回路还包括电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述电子节流器；所述第三工质支路和/或所述第四工质支路连接所述温度传感器；所述温度传感器用于检测所述第三工质支路中经过所述动力电池后的工质的工质温度和/或所述第四工质支路中经过所述电机的工质的工质温度；
所述温度传感器和所述电子节流器均连接于所述第二控制器。
6.根据权利要求5所述的热管理***，其特征在于，所述第一工质循环回路还包括节流阀；所述节流阀连接于所述第二控制器；
所述第一循环管路连接所述节流阀；
所述节流阀用于调节所述第一循环管路中进入所述第三工质支路和所述第四工质支路的工质的工质流量。
7.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项权利要求所述的热管理***。
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Denomination of invention: Thermal Management System and Engineering Machinery

Granted publication date: 20220610

License type: Common License

Record date: 20231030

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Assignee: Hunan Zoomlion engineering hoisting equipment Co.,Ltd.

Assignor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE&TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980044882

Denomination of invention: Thermal Management System and Engineering Machinery

Granted publication date: 20220610

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