CN112770924A - 车辆热管理***、驱动装置和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电动汽车领域，具体涉及一种车辆热管理***、驱动装置和电动汽车。其中，该热管理***包括:用于带动空调压缩机工作的马达，N个电阻支路，以及用于驱动马达和N个电阻支路上电阻工作的驱动器。该驱动器包括控制电路和逆变电路。其中，控制电路用于控制逆变电路向马达输出交变电流，以驱动马达旋转。控制电路还用于控制逆变电路向N个电阻支路输出电流，以使N个电阻支路上的电阻产生热量。由此，通过单个驱动器实现了对马达和发热电阻的驱动，在降低热管理***成本的同时，还可以节省热管理***的空间。

Description

车辆热管理***、驱动装置和电动汽车

技术领域

本申请涉及电动汽车领域，具体涉及一种车辆热管理***、驱动装置和电动汽车。

背景技术

为了汽车的乘坐舒适性、汽车自身的安全性以及汽车相关性能的发挥，需要利用热管理***(thermal management system，TMS)对于汽车的乘员舱、驱动***(例如，传统燃油汽车的发动机，电动汽车的电池等)等部件进行温度控制。因此，热管理***是汽车的一个重要***。

特别是电动汽车对而言，热管理***更为重要，且要求更高。通常，电动汽车的热管理***需要对电池(例如，电动汽车的动力电池)、电驱动单元(例如，利用动力电池所提供的电能为电动汽车行驶提供动力的驱动电机)、车载充电机、乘员舱等进行温度控制。具体而言，在高温情况下，需要给电池、电驱动单元、车载充电单元、乘员舱等散热。在低温情况下，热管理***需要专门给电池、乘员舱等加热。

目前，电动汽车的热管理***的成本较高且体积较大。

发明内容

本申请实施例提供了一种车辆热管理***、驱动装置和电动汽车，可以通过单个驱动装置来驱动空调压缩机和发热电阻，可降低电动汽车的热管理***成本。

第一方面，本申请实施例提供了一种用于电动汽车温控的热管理***，包括:马达，N个电阻支路，以及用于驱动马达和N个电阻支路上电阻工作的驱动器，N为大于1的正整数。其中，马达用于在交变电流的作用下旋转，带动空调压缩机工作。驱动器包括控制电路和逆变电路。逆变电路的N个桥臂中的每个桥臂各自连接马达的一个端子，且不同桥臂所连接的端子不同；该N个桥臂中的每个桥臂的中点各自连接N个电阻支路中的一个电阻支路，且不同桥臂所连接的电阻支路不同；在每个桥臂的中点和该桥臂所连接的电阻支路之间分别耦合有第一开关。控制电路用于控制N个桥臂对应的第一开关均处于断开状态，并控制逆变电路向马达输出交变电流；控制电路用于控制N个桥臂对应的第一开关均处于闭合状态，并控制逆变电路向N个电阻支路输出电流。

也就是说，本申请实施例提供的热管理***中的驱动器既可以用于驱动空调压缩机工作，也可以用于驱动发热电阻工作，从而无需为压缩机和发热电阻各自设置一套驱动装置，实现了在降低了热管理***成本的同时，还节省了热管理***空间、减少热管理***体积。

在一种可能的实现方式中，当压缩机的能效比减去电阻的能效比得到的差值大于或等于第一阈值时，驱动器用于单独驱动马达工作，以带动压缩机。

也就是说，在该实现方式中，当压缩机的能效比大于电阻的能效比的情况下，驱动器可以驱动压缩机工作，而不驱动电阻工作，以节省能耗。

在一种可能的实现方式中，当电阻的能效比减去压缩机的能效比得到的差值大于或等于第二阈值时，驱动器用于单独驱动电阻支路上的电阻工作。

也就是说，在电阻的能效比大于压缩机的能效比的情况下，驱动器可驱动电阻进行制热，而不驱动压缩机制热，以节省能耗。

在一种可能的实现方式中，驱动器还包括设置在第一电阻支路和电池之间的第二开关，第一电阻支路为N个电阻支路中的一个或多个电阻支路；其中，控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于断开状态，并控制第二开关进入闭合状态，以使第一电阻支路上的电阻可从电池获取电流。

也就是说，在该实现方式中，通过设置第二开关，可以在N个桥臂所对应的第一开关均断开的情况下，电池可以为N个电阻支路中的一个或多个电阻支路供电，由此，可以实现通过单个驱动器控制压缩机和电阻的同时工作。

在一种可能的实现方式中，该第二开关包括一个或多个开关，该一个或多个开关中的开关与该一个或多个电阻支路中的电阻支路一一对应。

也就是说，可以为该一个或多个电阻支路每个电阻支路设置一个第二开关，从而可以调整与压缩机同时工作的电阻的数量。

在一种可能的实现方式中，第二开关设置在第一电阻和电池的负极之间。

也就是说，第二开关可以用作第一电阻的低边驱动，可提高热管理***的安全性，以及进一步降低热管理***的成本。

在一种可能的实现方式中，当压缩机的能效比和电阻的能效比之间的差值处于预设范围时，驱动器用于驱动压缩机和一个或多个电阻支路上的电阻同时工作。

也就是说，在该实现方式中，在压缩机的能效比和电阻的能效比相差不多的情况下，可以同时使用空调和电阻制热。

在一种可能的实现方式中，桥臂的中点的一侧的开关元件为耦合至电池的第一极的第三开关元件，另一侧的开关元件为耦合至电池的第二极的第四开关元件；控制电路用于控制N个桥臂上的第三开关元件同时断开，以及控制N个桥臂上的第四开关元件同时闭合，以使逆变电路向N个电阻支路输出电流。

也就是说，在该实现方式中，通过控制逆变电路中桥臂一侧的开关元件同时断开，另一侧的开关元件同时闭合，使得逆变电路可用作电阻支路的功率电路，向电阻支路输出电流。

在一种可能的实现方式中，第一极为电池的正极，第二极为电池的负极；或者，第一极为电池的负极，第二极为电池的正极。

也就是说，在该实现方式中，可以将逆变电路的下桥臂用作N个电阻支路的低边驱动，或者将逆变电路的上桥臂用于N个电阻支路的高边驱动。由此，可以实现对N个电阻支路的灵活控制。

在一种可能的实现方式中，控制电路用于控制N个桥臂上的第四开关元件在单个脉冲周期中处于闭合状态的时长，以控制逆变电路向N个电阻输出的电流的大小。

也就是说，在该实现方式中，可以通过控制第四开关元件的占空比，控制向N个电阻支路输出的电流的大小，以实现对N个电阻支路的功率的灵活控制。

在一种可能的实现方式中，驱动器包括继电器，继电器用作N个桥臂所对应的第一开关；或者，N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的第一开关为断路器；或者，N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的第一开关为绝缘栅型双极晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

也就是说，在该实现方式中，逆变电路和发热电阻之间的开关元件可以多种选择，使得驱动器可被灵活设计。

在一种可能的实现方式中，N个电阻支路中的电阻为正温度系数热电阻PTC。

PTC的阻值随着温度升高而增大，具有较高的安全性。在该实现方式中，发热电阻采用PTC，可以提高热管理***的安全性。

第二方面，本申请实施例提供了一种驱动装置，该驱动装置包括:控制电路、具有N个桥臂的逆变电路，N为大于1的正整数；其中，N个桥臂中的每个桥臂的中点各自用于连接马达中一个端子，且N个桥臂中不同桥臂所连接的端子不同；其中，马达用于旋转时带动空调的压缩机工作，以使空调制热或制冷；N个桥臂中每个桥臂的中点各自用于连接N个电阻支路中一个电阻支路，且N个桥臂中不同桥臂所连接的电阻支路不同；N个桥臂中的每个桥臂的中点和每个桥臂所连接的电阻支路之间分别耦合有第一开关；N个电阻支路中的每个电阻支路上设置有一个或多个电阻，电阻用于用于将电能转换为热能；控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于断开状态，并控制逆变电路向马达输出交变电流；控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于闭合状态，并控制逆变电路向N个电阻支路输出电流。

在一种可能的实现方式中，当压缩机的能效比减去电阻的能效比得到的差值大于或等于第一阈值时，控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于断开状态，并控制逆变电路向马达输出交变电流。

在一种可能的实现方式中，当电阻的能效比减去压缩机的能效比得到的差值大于或等于第二阈值时，控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于闭合状态，并控制逆变电路向N个电阻支路输出电流。

在一种可能的实现方式中，驱动装置还包括设置在第一电阻支路和电池之间的第二开关，第一电阻支路为N个电阻支路中的一个或多个电阻支路；其中，控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于断开状态，并控制第二开关进入闭合状态，以使第一电阻支路上的电阻从电池获取电流。

在一种可能的实现方式中，第二开关包括一个或多个开关，该一个或多个开关中的开关与一个或多个电阻支路中的电阻支路一一对应。

在一种可能的实现方式中，第二开关设置在第一电阻支路和电池的负极之间。

在一种可能的实现方式中，压缩机的能效比和电阻的能效比之间的差值处于预设范围时，控制电路用于控制N个桥臂所对应的第一开关均处于断开状态，并控制第二开关进入闭合状态，以使第一电阻支路上的电阻从电池获取电流。

在一种可能的实现方式中，桥臂的中点一侧的开关元件为耦合至电池的第一极的第三开关元件，另一侧的开关元件为耦合至电池的第二极的第四开关元件；控制电路用于控制N个桥臂上的第三开关元件同时断开，以及控制N个桥臂上的第四开关元件同时闭合，以使逆变电路向N个电阻支路输出电流。

在一种可能的实现方式中，第一极为电池的正极，第二极为电池的负极；或者，第一极为电池的负极，第二极为电池的正极。

在一种可能的实现方式中，控制电路用于控制N个桥臂上的第四开关元件在单个脉冲周期中处于闭合状态的时长，以控制逆变电路向N个电阻支路输出的电流的大小。

在一种可能的实现方式中，驱动装置包括继电器，继电器用作N个桥臂所对应的第一开关；或者，N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的第一开关为断路器；或者，N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的第一开关为绝缘栅型双极晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

可以理解的是，第二方面提供的驱动装置可以用于驱动第一方面提供的热管理***的压缩机和马达，其有益效果可以参考上文对第一方面提供的热管理***的有益效果的介绍。

第三方面，本申请实施例提供了一种电动汽车，包括第一方面所提供的热管理***或第二方面所提供的驱动装置。

本申请实施例提供的热管理***、驱动装置，可利用单个驱动装置或者说驱动器实现对压缩机和发热电阻的驱动，节省了电子元件以及线路的使用，既可以降低热管理***的成本，又节省了热管理***的空间，使得热管理***的体积可被设计的更小；并且无需额外的高低压分离，进一步降低了热管理***的成本。

附图说明

图1为一种用于驱动压缩机工作的驱动装置结构示意图；

图2为一种用于驱动PTC工作的驱动装置结构示意图；

图3A为本申请实施例提供的一种热管理***结构示意图；

图3B为本申请实施例提供的一种热管理***结构示意图；

图3C为图3A或图3B所示的一个电阻支路的结构示意图；

图3D为图3A或图3B所示的一个电阻支路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供热管理***在压缩机独立工作模式下的工作原理示意图；

图5A为压缩机马达在压缩机独立工作模式下的输入电流仿真图；

图5B为发热电阻在压缩机独立工作模型下的输入电流仿真图；

图6为本申请实施例提供的热管理***在发热电阻独立工作模式下的工作原理示意图；

图7A为压缩机马达在发热电阻独立工作模式下的输入电流仿真图；

图7B为发热电阻中各电阻在发热电阻独立工作模式下的输入电流仿真图；

图8为本申请实施例提供的热管理***在压缩机和发热电阻同时工作模式下的工作原理示意图；

图9A为压缩机马达在压缩机和发热电阻同时工作模式下的输入电流仿真图；

图9B为发热电阻中各电阻在压缩机和发热电阻同时工作模式下的输入电流仿真图；

图10为本申请实施例提供的一种热管理***结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

一般而言，电动汽车的电池(例如动力电池)需要在适宜的温度范围内工作。若电池温度过高，不但影响电池的寿命，还可能会导致安全风险。若电池温度过低，电池的可用容量可能会大幅衰减，限制了电池性能。因此，在电池工作时，需要将电池的温度维持的一定的范围内。另外，与传统燃油车可以利用发动机的冷却水对乘员舱进行加热的方案不同，电动汽车需要利用电池的电能为乘员舱以及其他部件进行加热。

鉴于上述原因，相对于传统燃油车的热管理***，电动汽车的热管理***的重要性更高、要求更高。

一般而言，电动汽车的热管理***包括水路、冷却剂回路，温度压力传感器，水阀，电磁阀，水泵，空调压缩机，空调箱和正温度系数热电阻(positive temperaturecoefficient，PTC)等，以给电动汽车的电池、乘员舱提供加热或制冷，以及给电驱动单元、车载充电机等制冷。

其中，在本申请实施例中，电动汽车可以为纯电动汽车(pure electric vehicle/batteryelectric vehicle，pure EV/battery EV)、混合动力汽车(hybrid electricvehicle，HEV)、增程式电动汽车(range extended electric vehicle，REEV)、插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)或新能源汽车(new energyvehicle，NEV)等。

空调压缩机可以简称为压缩机。可以理解，通常而言，压缩机的能效比较高，可以达到3：1左右。也就是说，压缩机在消耗1千瓦电能的情况下，可以转移3千瓦左右的热量。但在较低的环境温度下，压缩机的能效比会降低。例如，对于采用R134A制冷剂为冷却剂的压缩机而言，其在环境温度为零下7℃左右时的能效比只有1：1左右。随着环境温度的降低，压缩机的能效比会进一步降低。在极低的环境温度时，压缩机的冷却剂可能无法建立压力。具体而言，压缩机的冷凝器和贮液器所处的温度太低以致在压缩机启动时没有足够压力将液体冷却剂送入蒸发器。

PTC可以用于加热水路中的水，以便利用水路给其他部件加热。PTC的阻值随着温度升高而增大，具有较高的安全性。在极低的环境温度下，热管理***可以使用PTC给电池等加热。在较低的环境温度下，可以同时使用压缩机和PTC给电池等加热。在较高的环境温度下，可以单独使用压缩机给电池等加热或制冷。

其中，可以理解，极低的环境温度、较低的环境温度、较高的环境温度分别对应不同的温度范围。对于采用了不同冷却剂的压缩机而言，极低的环境温度对应的温度范围可能不同，较低的环境温度对应的温度范围也可能不同，较高的环境温度对应的温度范围也可能不同。举例而言，对于采用R134A制冷剂为冷却剂的压缩机而言，极低的环境温度可以为零下15℃以下，较低的环境温度可以为零下15℃至零下7℃，较高的环境温度可以为零下7℃以上。

在一种方案中，热管理***采用两个相互独立的驱动装置控制压缩机和PTC。其中，用于控制压缩机的驱动装置可以如图1所示，用于控制PTC的驱动装置可以如图2所示。在该方案中，压缩机需要一个驱动装置，PTC需要另一个驱动装置。电动汽车的热管理***需要同时提供容纳这两个驱动装置的空间，由此，导致热管理***的体积较大。并且，压缩机的功率和PTC的功率都在8千瓦左右，需要高压供电。也就是说，压缩机驱动装置的功率电路和PTC驱动装的功率电路都需要采用高压供电线束和配套的接插件、保险丝等，使得电路成本较高。此外，压缩机的驱动装置和PTC的驱动装置，均需要进行功率电路和控制电路之间高低压隔离，这也增加了热管理***的成本。

本申请实施例提供了一种热管理***，可以利用一个驱动器，驱动压缩机和发热电阻工作，从而可以节省热管理***的成本以及缩小热管理***的体积。

图3A示出了热管理***的一个示例。在该示例中，该热管理***可以包括马达300。马达300可以在交变电流的驱动下旋转，以带动空调的压缩机工作，使得空调可以制冷或者制热。马达300可以具有N个端子。N为大于1的正整数。该N个端子可以接收交变电流，以促使马达300旋转。示例性的，N可以为3，则马达300的3个端子分别为U相端子、V相端子、W相端子。

热管理***可以包括发热电阻400。发热电阻400可以由N个电阻支路组成，该N个电阻支路可以并联设置。即该N个电阻支路中不同电阻支路之间是并联的。该N个电阻支路中的电阻在接通电源时，可以将电能转换为热能，从而散发热量。示例性的，如图3A所示，该N个电阻支路可以包括电阻支路410、电阻支路420、电阻支路430。示例性的，可以如图3B所示，该N个电阻支路可以包括电阻支路410、电阻支路420、电阻支路430、电阻支路440。可以理解的是，图3A和图3B所示的发热电阻400仅对热管理***包括的电阻支路的个数进行示例说明，并非限定。热管理***还可以包括其他个数的电阻支路，例如5个电阻支路或者6个电阻支路等等，此处不再一一列举。

在一些实施例中，该N个电阻支路中电阻支路上的电阻可以为PTC。

在一些实施例中，该N个电阻支路中的一个电阻支路上可以设置有一个电阻。

在一些实施例中，该N个电阻支路中的一个电阻支路上可以设置有多个电阻。示例性的，同一个电阻支路上的多个电阻可以串联设置。在一个例子中，如图3C所示，电阻支路410可以由电阻411和电阻412串联而成。换言之，电路支路410上设置有串联设置的电阻411和电阻412。示例性的，同一个电阻支路上的多个电阻可以并联设置。在一个例子中，如图3D所示，电阻支路410可以由电阻411和电阻412并联而成。

热管理***可以包括驱动器500，可以用于控制马达300旋转以及控制发热电阻400发热。驱动器500可以包括逆变电路510。逆变电路510可以包括2N个开关元件，其中的每两个开关可以串联设置，形成桥臂或者说臂。2N个开关元件可以形成N个桥臂。逆变电路510中的不同桥臂并联设置。每个桥臂上的一个开关元件耦合至电池600的正极，另一个开关元件耦合至电池的负极。或者说，每个桥臂上的一个开关元件在电气线路上更靠近电池600的正极，另一个开关元件更靠近电池600的负极。其中，耦合至电池正极的开关元件是指处于电池正极侧的开关元件，或者说，在电气线路上靠近电池正极的开关元件。耦合至电池负极的开关元件是指处于电池负极侧的开关元件，或者说，在电气线路上靠近电池负极的开关元件。对于一个桥臂而言，耦合至电池正极的开关元件可以称为上桥臂或者桥臂上管，耦合至电池负极的开关元件可以称为下桥臂或者桥臂下管。每个桥臂上的两个开关元件之间的一点可以称为中点。即对于一个桥臂而言，其中点位于其下桥臂和上桥臂之间。

在一些实施例中，逆变电路510所包括的开关元件可以是由半导体硅制备而成的元件，例如绝缘栅型双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)等等，此处不再一一列举。

在一些实施例中，如图3A所示，逆变电路510可以包括3个桥臂，即逆变电路510可以为三相桥电路。具体而言，逆变电路510可以包括桥臂511、桥臂512、桥臂513。各个桥臂并联设置。桥臂511上设置有开关元件5111和开关元件5112。开关元件5111和开关元件5112串联设置，其中，开关元件5111耦合至电池600的正极，开关元件5112耦合至电池600的负极。在开关元件5111和开关元件5112之间具有中点5113。桥臂512上设置有开关元件5121和开关元件5122。开关元件5121和开关元件5122串联设置，其中，开关元件5121耦合至电池600的正极，开关元件5122耦合至电池600的负极。在开关元件5121和开关元件5122之间具有中点5123。桥臂513上设置有开关元件5131和开关元件5132。开关元件5131和开关元件5132串联设置，其中，开关元件5131耦合至电池600的正极，开关元件5132耦合至电池600的负极。在开关元件5131和开关元件5132之间具有中点5133。

接下来，介绍逆变电路510和马达300之间的连接方式。

参阅图3A，每个桥臂的中点可以连接马达300的N个端子中的一个端子。不同桥臂的中点连接的端子不同。也就是说，N个桥臂中的桥臂和N个端子中的端子一一对应，每个桥臂的中点可以连接该桥臂对应的端子。以N为3为例，如图3A所示，中点5113可以连接马达300的一个端子，中点5123可以连接马达300的另一个端子，中点5133连接马达300余下的一个端子。

接下来，介绍逆变电路510和发热电阻400之间的连接方式。

参阅图3A，每个桥臂的中点可以连接发热电阻400的N个电阻支路中的一个电阻支路。不同桥臂的中点连接的电阻支路不同。也就是说，N个桥臂中的桥臂和N个电阻支路中的电阻支路一一对应，每个桥臂的中点可以连接该桥臂对应的电阻支路。以N为3为例，如图3A所示，电阻支路430对应桥臂511，中点5113可以连接电阻支路430。电阻支路420对应桥臂512，中点5123可以连接电阻支路420。电阻支路410对应桥臂513，中点5133连接电阻支路410。可以理解，每个桥臂的中点连接对应电阻支路的一端，电阻支路的另一端直接连接电池600。可以将电阻支路连接桥臂中点的一端称为D1端，直接连接电池的一端称为D2端。示例性的，D2端可以为电阻支路的正极端，也就是说，电阻支路直接连接到电池600的正极。D1可以为电阻的负极端，也就是说，电阻支路通过桥臂中点间接连接到电池600的负极。由此，逆变电路510中的相关开关元件可以作为低边驱动，控制电池600向电阻支路输出的电流。示例性的，电阻的D1端可以为电阻支路的负极端，电阻D2端可以为电阻支路的正极端。由此，逆变电路510中的相关开关元件可以作为高边驱动，控制电池600向电阻支路输出的电流。

逆变电路510的每个桥臂还可以对应一个开关元件S(未示出)。每个开关元件S可以设置在对应的桥臂的中点和该桥臂对应的电阻支路之间的连接线路上。当一开关元件S闭合时，该开关元件S对应的桥臂的中点和该对应的电阻支路连通。当一开关元件S断开时，该开关元件S对应的桥臂的中点和该桥臂对应的电阻支路不连通。示例性的，逆变电路510的每个桥臂对应的开关元件S可以集成到中继器520。也就是说，可以在逆变电路510和发热电阻400可以设置继电器520，可以用于控制逆变电路510中各桥臂中点和发热电阻400中对应电阻支路之间的连通或断开。换言之，继电器520可以用作逆变电路510的N个桥臂所对应的开关元件S，或者说，该N个桥臂所对应的开关元件S可集成到继电器520中。

在一些实施例中，如图3A所示，发热电阻400中的一个或多个电阻支路(例如电阻支路430支路)的D1端还可以直接连接电池600，且D1端和电池600之间的连接线路上设置有开关元件540。其中，该一个或多个电阻支路的D1端连接的电池600的电极和该一个或多个电阻支路的D2端连接的电池600的电极不同。当该一个或多个电阻支路的D2端连接电池600的正极时，该一个或多个电阻支路的D1端连接电池600的负极。当该一个或多个电阻支路的D2端连接电池600的负极时，该一个或多个电阻支路的D1端连接电流600的正极。

继续参阅图3A，驱动器500还可以包括控制电路530。控制电路530可以控制驱动器500中各开关元件各自的开闭状态。其中，驱动器500中的开关元件可以包括逆变电路510中的各开关元件，逆变电路510和发热电阻400之间的各个开关元件S，以及开关元件540。由此，控制电路530可以控制电池600向马达300输出的电流，以及控制电池600向发热电阻400输出的电流。控制开关元件的开闭状态具体可以是指控制开关元件断开或闭合，从而断开或接通该开关元件所在的电气线路。

在一些实施例中，如图3A所示，控制电路530可以包括驱动电路531和决策电路532。其中，决策电路532可以产生控制指令，并发送给驱动电路531。驱动电路531可以根据该控制指令，控制驱动器500中各开关元件各自的开闭状态。示例性的，控制指令可以为低压(例如5V)逻辑信号。驱动电路531可以将该低压逻辑信号，放大成可以驱动开关元件断开或闭合的高电压(例如15V)信号。

上文示例性介绍了本申请实施例提供的热管理***的结构。该热管理***可以处于压缩机独立工作模式，即通过驱动器500独立控制马达300。该热管理***还可以处于发热电阻独立工作模式，即通过驱动器500独立控制发热电阻400。

接下来，结合附图，对上述各种控制模式进行示例介绍。

参阅图4，热管理***可以处于压缩机独立工作模式。如上所述，压缩机的能效比受压缩机的环境温度影响。若压缩机的环境温度较高，压缩机的能效比可以大于1(即1：1)，例如可以到达3(即3：1)左右。可以理解，电阻发热的原理是将电能转换为热能。在理想条件下，电阻的能效比可以为1。但在实际应用中，受限于线路损耗等，电阻的能效比通常为0.9左右。可以设定电阻的能效比为固定值，例如0.9。在本申请实施例中，热管理***可以在压缩机的能效比大于电阻的能效比的情况下，采用压缩机独立工作模式，以节省能耗。

在一些实施例中，控制电路530可以判断压缩机的能效比减去电阻的能效比得到的差值是否大于或等于阈值Y1。若该差值大于或等于阈值Y1，可以控制热管理***进入压缩机独立工作模式。其中，阈值Y1可以为预先设定，例如，可以为0.1，或者为0.2，等等，此处不再一一列举。示例性的，压缩机的能效比可以由压缩机的环境温度来确定。例如，可以设置多个温度中温度和多个能效比中能效比的一一对应关系。控制电路530可以获取压缩机当前的环境温度，然后利用该环境温度和该对应关系，确定压缩机当前的能效比，进而可以判断压缩机当前的能效比减去电阻的能效比得到的差值是否大于或等于阈值Y1。若该差值大于或等于阈值Y1，可以控制热管理***进入压缩机独立工作模式。示例性的，可以理解，不同的冷却剂在相同的环境温度下，能效比可能不同。可以根据压缩机的冷却剂以及压缩机的环境温度，确定压缩机的能效比。例如，可以设置或记录多种冷却剂中每种冷却剂在多个不同温度下对应的能效比，在获取了压缩机当前所采用的冷却剂以及当前环境温度时，可以确定压缩机当前的能效比，进而可以判断压缩机当前的能效比减去电阻的能效比得到的差值是否大于或等于阈值Y1。若该差值大于或等于阈值Y1，可以控制热管理***进入压缩机独立工作模式。

其中，上文所述的压缩机的环境温度是指压缩机所在环境的温度。示例性的，压缩机附近可以设置有温度传感器。该温度传感器可以将采集的温度实时发送给控制电路530，或每间隔T时长将最近采集的温度发送给控制电路530。示例性的，压缩机所在的环境温度可以是指该压缩机所在车辆的车外环境温度。在该例子中，该车辆的车外环境温度传感器可以将采集的温度实时发送给控制电路530，或每间隔T时长将最近采集的温度发送给控制电路530。

在压缩机独立工作模式下，控制电路530可以控制逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S断开以及开关元件540断开。示例性的，如图4所示，控制逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S断开具体可以是指控制继电器520断开。然后，控制电路530可以控制逆变电路510中各开关元件的闭合以及断开，以将电池600输出的直流电，变为交变电流，从而驱动马达300旋转。以逆变电路510的结构如图4所示为例，可以在开关元件5111和开关元件5112闭合，而逆变电路510的其他开关元件断开的情况下，逆变电路510向马达300输出的电流方向为方向F1。在开关元件5121和开关元件5112闭合，而逆变电路510的其他开关元件断开的情况下，逆变电路510向马达300输出的电流方向为方向F2。根据图4所示的逆变电流510结构以及逆变电路510和马达300的连接方式，方向F2和方向F1相反。如此，可以产生交变电流。需要说明的时，前文仅对逆变电路510将直流电变为交变电流的过程进行举例说明，并非限定。逆变电路510中的不同开关元件可以在控制电路530的控制下进行闭合或断开，可以产生其他形式或者更复杂的交变电流。具体可以参考现有技术中对逆变电路的介绍，在此不再一一赘述。

在一些实施例中，控制电路530可以通过控制逆变电路510的占空比，控制逆变电路510向马达300输出的电流大小，以控制马达300的功率。占空比是指一个脉冲周期中通电时长比上该脉冲周期总时长得到的比例。一个脉冲周期是指间歇性或者周期性通电的情况下，一次通电的开始时刻到下一次通电的开始时刻之间的时长。交变电流的电流大小可以是一个脉冲周期内的电流平均值。由此，通过控制占空比的大小，可以控制交变电流的大小。举例而言，可以设定在电路通电时，电路输出的电流大小为100A。还可以设定该电路的占空比为25％，即一个脉冲周期中，25％的时长通电，其余的75％时长不通电。则在一个脉冲周期中，该电路输出的电流的大小为25A。如此，通过控制逆变电路510的占空比，可以向马达300输出任意大小的交变电流。

在一个具体例子中，控制电路530通过控制逆变电路510可以向马达300输出如图5A所示的交变电流。其中，电流幅值为19A。图5A所示的交变电流仅用于示例说明。在本申请实施例中，控制电路530可以控制逆变电路510向马达300输入任意期望的电流。电流大小的控制方式可以参考上文介绍，在此不再赘述。

另外，由上所述，在压缩机独立工作模式下，继电器520和开关元件540断开，因此，发热电阻400中的每个电阻都不通电，即电池600不向发热电阻中的每个电阻输入电流。其中，发热电阻400中每个电阻处的电流为零，具体可以如图5B所示。

参阅图6，热管理***可以处于发热电阻独立工作模式。若压缩机的环境温度较低，压缩机的能效比可能小于1：1，甚至低于电阻的能效比。压缩机的能效比的确定方式以及电阻的能效比具体可以参考上文介绍，在此不再赘述。在本申请实施例中，热管理***可以在压缩机的能效比小于电阻的能效比的情况下，采用发热电阻独立工作模式，以节省能耗。

在一些实施例中，控制电路530可以判断电阻的能效比减去压缩机的能效比得到的差值是否大于或等于阈值Y2。若该差值大于或等于阈值Y2，可以控制热管理***进入发热电阻独立工作模式。其中，阈值Y2可以为预先设定，例如，可以为0.1，或者为0.2，等等，此处不再一一列举。

在发热电阻独立工作模式下，控制电路530可以控制逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S闭合，并控制逆变电路510中所有上桥臂(或者下桥臂)同时断开，以及控制逆变电路510中所有下桥臂(或者上桥臂)同时闭合，以使电池600接通发热电阻400，从而向发热电阻400输出电流，使发热电阻产生热量。

接下来，对发热电阻独立工作模式下，驱动器500的工作方式进行具体说明。

在一些实施例中，在逆变电路510可以用作发热电阻400的低边驱动，以使发热电阻400接通电池600。具体而言，在热管理***处于发热电阻独立工作模式期间，逆变电路510中的所有上桥臂均处于断开状态，且逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S处于闭合状态。逆变电路510中的所有下桥臂同时闭合，使得马达300的不同端子之间的电压差为零，不产生电流输入。逆变电路510中的所有下桥臂的同时闭合使得发热电阻400中的电阻接通电池600，从而可以从电池600获取电能，进而产生热量。

在这些实施例的一个说明性示例中，控制电路530可以控制逆变电路510的下桥臂的占空比，从而控制发热电阻400输入的电流大小。占空比具体可以参考上文介绍，在此不再赘述。需要说明的时，控制电路530在控制逆变电路510的下桥臂的占空比时，需控制逆变电路510的所有下桥臂同时闭合，再控制逆变电路510的所有下桥臂同时断开，然后再控制逆变电路510的所有下桥臂同时闭合，……。如此反复，在控制发热电阻400输入的电流大小的同时，也使马达300不同端子间的电压差始终为零。

在这些实施例的一个说明性示例中，结合图6，对逆变电路510可以用作发热电阻400低边驱动的情况进行举例介绍。在热管理***处于发热电阻独立工作模式期间，开关元件5111、开关元件5121和开关元件5131均处于断开状态，且继电器520处于闭合状态。开关元件5112、开关元件5122和开关元件5132同时闭合，或者同时闭合和同时断开交替进行，使得发热电阻400可以从电池600获取电能，进而产生热量。

在一些实施例中，在逆变电路510可以用作发热电阻400的高边驱动，以使发热电阻400接通电池600。具体而言，在热管理***处于发热电阻独立工作模式期间，逆变电路510中的所有下桥臂均处于断开状态，且逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S处于闭合状态。逆变电路510中的所有上桥臂同时闭合，使得马达300的不同端子之间的电压差为零，不产生电流输入。逆变电路510中的所有上桥臂的同时闭合使得发热电阻400中的电阻接通电池600，从而可以从电池600获取电能，进而产生热量。

在这些实施例的一个说明性示例中，控制电路530可以控制逆变电路510的上桥臂的占空比，从而控制发热电阻400输入的电流大小。占空比具体可以参考上文介绍，在此不再赘述。需要说明的时，控制电路530在控制逆变电路510的上桥臂的占空比时，需控制逆变电路510的所有上桥臂同时闭合，再控制逆变电路510的所有上桥臂同时断开，然后再控制逆变电路510的所有上桥臂同时闭合，……。如此反复，在控制发热电阻400输入的电流大小的同时，也使马达300不同端子间的电压差始终为零。

在一个具体例子中，马达300的输入电流可以为零，具体可如图7A所示，发热电阻400中各个电阻的输入电流不为零，具体可以如图7B所示。

通过上述方案，热管理***可以通过单个驱动器驱动压缩机工作，以及驱动发热电阻工作，从而可以节省热管理***的空间，以及降低热管理***的成本。

在一些实施例中，在发热电阻400中的一个或多个电阻支路(例如电阻430支路)的D1端直接连接电池600，且D1端和电池600之间的连接线路上设置有开关元件540的情况下(具体可以参考上文对图3A所示实施例的介绍)，该热管理***还可以处于压缩机和发热电阻同时工作模式，即通过驱动器500控制马达300和发热电阻400同时工作。

在压缩机的能效比和电阻的能效比差别较小的情况下，热管理***可以采用压缩机和发热电阻同时工作模式。具体而言，可以预先设置一个范围或者说区间，例如区间(-0.1，0.1)，或者区间(-0.2，0.2)，等等，此处不再一一列举。在压缩机的能效比和电阻的能效比之间的差值处于前述预设的区间内时，热管理***可以进入压缩机和发热电阻同时工作模式。

参阅图8，在热管理***处于压缩机和发热电阻同时工作模式期间，逆变电路510和发热电阻400之间的开关元件S或者说继电器520处于断开状态。

由此，控制电路530可以控制逆变电路510中各开关元件的闭合以及断开，将电池600输出的直流电，变为交变电流，从而驱动马达300旋转。具体可以参考上文对图4所示实施例的介绍，在此不再赘述。在一个具体例子中，在压缩机和发热电阻同时工作模式下，马达300的输入电流可以如图9A所示。

并且，控制电路530可以控制开关元件540闭合，以使该一个或多个电阻支路可以接通电池600，以获取电能，并产生热量。示例性的，控制电路530还可以调节开关元件540的占空比，以调节该一个或多个电阻支路的输入电流大小。

可以理解，在压缩机和发热电阻同时工作期间，由于压缩机的工作使得空调可以制热，由此，发热电阻400无需全负荷工作，或者说，无需发热电阻400的N个电阻支路全部工作。因此，该一个或多个电阻支路可以为该N个电阻支路中的部分电阻支路。示例性的，该一个或多个电阻支路具体可以为一个电阻支路。相应地，可以只设置一个开关元件540，就可以实现对该电阻支路驱动。从而进一步节省了热管理***中的电子元件，也进一步降低了热管理***的成本。在一个具体例子中，如图8所示，该一个或多个电阻支路可以为电阻支路430，该开关元件540为对应电阻支路430的一个开关元件。

需要说明的是，上文对该一个或多个电阻支路以及开关元件540的具体数量的说明，仅用于举例，并非限定。在另一些实施例中，该一个或多个电阻支路具体可以为两个或更多个电阻支路，相应地，可以在该两个或更多个电阻支路中的每个电阻支路的D1端和电池600之间设置开关元件540，以分别驱动该两个或更多个电阻支路。在又一些实施例中，该一个或多个电阻支路具体可以为两个或更多个电阻支路。可以在该两个或更多个电阻支路的D1端和电池600之间设置一个开关元件540。也就是说，可以使用一个开关元件540同时驱动该两个或更多个电阻支路。

在一个具体例子中，可以设定该一个或多个电阻支路为电阻430支路。电阻支路430以及其他电阻支路的输入电流可以如图9B所示。具体而言，在开关元件540闭合的情况下，电阻支路430可以得到如图9B所示的输入电流，而其他电阻支路的输入电流为零。

另外，需要说明的是，在使用继电器用作N个桥臂所对应的开关元件S的情况下，为了延长继电器的使用寿命，在需要吸合继电器时，可先使热管理***进入停机状态，并维持一定时长T1。在一个例子中，时长T1具体可以为500ms左右。例如可以为500ms，或者为550ms，或者为450ms，等等，此处不再一一列举。也就是说，在吸合继电器之前，先使热管理***停机500ms左右，然后再吸合继电器。接下来，分场景具体论述。

在环境温度逐渐降低，热管理***可能从压缩机和发热电阻同时工作模式切换到发热电阻独立工作模式。由上述论述可知，在发热电阻独立工作模式状态下，需要吸合继电器，以将逆变电路510作为发热电阻400的驱动电路。为此，可先使热管理***进入停机状态，使压缩机以及发热电阻400完全停止工作，并维持时长T1，然后，吸合继电器，使得热管理***进入发热电阻独立工作模式。

在环境温度急速降低，热管理***可能从压缩机独立工作模式切换到发热电阻独立工作模式。为此，可先使热管理***进入停机状态，使压缩机完全停止工作，并维持时长T1，然后，吸合继电器，使得热管理***进入发热电阻独立工作模式。

通过上述方式，可以减轻继电器的工况负担，大幅提升继电器寿命，满足车规要求。此外，热管理***是大时间惯性***，停机状态占用的500ms左右的时间，不对车辆的制热等造成太大影响。

综合以上，本申请实施例提供的热管理***可以用单个驱动器就可以控制压缩机和发热电阻工作，节省了电子元件以及线路的使用，既可以降低热管理***的成本，又节省了热管理***的空间，使得热管理***的体积可被设计的更小；并且无需额外的高低压分离，进一步降低了热管理***的成本。具体可以如图10所示，可以通过单个电子控制单元(electronic control unit，ECU)控制压缩机和PTC的各自独立工作以及协同工作。其中，该ECU可以用作驱动器500。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (24)

1.一种用于电动汽车温控的热管理***，其特征在于，包括:

马达，用于旋转时带动空调的压缩机工作，以使所述空调制热或制冷；

并联设置的N个电阻支路，其中的每一个电阻支路上设置有一个或多个电阻，所述电阻用于将电能转换为热能，N为大于1的正整数；

驱动器，包括控制电路和具有N个桥臂的逆变电路；其中，

所述N个桥臂中的每个桥臂的中点各自连接所述马达的一个端子，且所述N个桥臂中不同桥臂所连接的端子不同；

所述N个桥臂中每个桥臂的中点各自连接所述N个电阻支路中一个电阻支路，且所述N个桥臂中不同桥臂所连接的电阻支路不同；所述N个桥臂中的每个桥臂的中点和所述每个桥臂所连接的电阻支路之间分别耦合有第一开关；

所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述逆变电路向所述马达输出交变电流；

所述控制电路还用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于闭合状态，并控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

2.根据权利要求1所述的热管理***，其特征在于，当所述压缩机的能效比减去所述电阻的能效比得到的差值大于或等于第一阈值时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述逆变电路向所述马达输出交变电流。

3.根据权利要求1或2所述的热管理***，其特征在于，当所述电阻的能效比减去所述压缩机的能效比得到的差值大于或等于第二阈值时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于闭合状态，并控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热管理***，其特征在于，所述驱动器还包括设置在第一电阻支路和电池之间的第二开关，所述第一电阻支路为所述N个电阻支路中的一个或多个电阻支路；

其中，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述第二开关进入闭合状态，以使所述第一电阻支路上的电阻从所述电池获取电流。

5.根据权利要求4所述的热管理***，其特征在于，所述第二开关包括一个或多个开关，所述一个或多个开关中的开关与所述一个或多个电阻支路中的电阻支路一一对应。

6.根据权利要求4或5所述的热管理***，其特征在于，所述第二开关设置在所述第一电阻支路和所述电池的负极之间。

7.根据权利要求4-6任一项所述的热管理***，其特征在于，当所述压缩机的能效比和所述电阻的能效比之间的差值处于预设范围时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述第二开关进入闭合状态，以使所述第一电阻支路上的电阻从所述电池获取电流。

8.根据权利要求1-7任一项所述的热管理***，其特征在于，所述桥臂的中点的一侧的开关元件为耦合至电池的第一极的第三开关元件，另一侧的开关元件为耦合至所述电池的第二极的第四开关元件；

所述控制电路用于控制所述N个桥臂上的所述第三开关元件同时断开，以及控制所述N个桥臂上的所述第四开关元件同时闭合，以使所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

9.根据权利要求8所述的热管理***，其特征在于，所述第一极为所述电池的正极，所述第二极为所述电池的负极；或者，所述第一极为所述电池的负极，所述第二极为所述电池的正极。

10.根据权利要求8或9所述的热管理***，其特征在于，所述控制电路用于控制所述N个桥臂上的所述第四开关元件在单个脉冲周期中处于闭合状态的时长，以控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出的电流的大小。

11.根据权利要求1-10任一项所述的热管理***，其特征在于，所述驱动器包括继电器，所述继电器用作所述N个桥臂所对应的所述第一开关；或者，

所述N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的所述第一开关为断路器；或者，

所述N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的所述第一开关为绝缘栅型双极晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

12.根据权利要求1-11任一项所述的热管理***，其特征在于，所述电阻为正温度系数热电阻PTC。

13.一种驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括:控制电路和具有N个桥臂的逆变电路，N为大于1的正整数；其中，

所述N个桥臂中的每个桥臂的中点各自用于连接马达中一个端子，且所述N个桥臂中不同桥臂所连接的端子不同；其中，所述马达用于旋转时带动空调的压缩机工作，以使所述空调制热或制冷；

所述N个桥臂中每个桥臂的中点各自用于连接N个电阻支路中一个电阻支路，且所述N个桥臂中不同桥臂所连接的电阻支路不同；所述N个桥臂中的每个桥臂的中点和所述每个桥臂所连接的电阻支路之间分别耦合有第一开关；所述N个电阻支路中的每个电阻支路上设置有一个或多个电阻，所述电阻用于将电能转换为热能；

所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述逆变电路向所述马达输出交变电流；

所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于闭合状态，并控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

14.根据权利要求13所述的驱动装置，其特征在于，当所述压缩机的能效比减去所述电阻的能效比得到的差值大于或等于第一阈值时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述逆变电路向所述马达输出交变电流。

15.根据权利要求13或14所述的驱动装置，其特征在于，当所述电阻的能效比减去所述压缩机的能效比得到的差值大于或等于第二阈值时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于闭合状态，并控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

16.根据权利要求13-15任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括设置在第一电阻支路和电池之间的第二开关，所述第一电阻支路为所述N个电阻支路中的一个或多个电阻支路；

其中，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述第二开关进入闭合状态，以使所述第一电阻支路上的电阻从所述电池获取电流。

17.根据权利要求16所述的驱动装置，其特征在于，所述第二开关包括一个或多个开关，所述一个或多个开关中的开关与所述一个或多个电阻支路中的电阻支路一一对应。

18.根据权利要求16或17所述的驱动装置，其特征在于，所述第二开关设置在所述第一电阻支路和所述电池的负极之间。

19.根据权利要求16-18任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述压缩机的能效比和所述电阻的能效比之间的差值处于预设范围时，所述控制电路用于控制所述N个桥臂所对应的所述第一开关均处于断开状态，并控制所述第二开关进入闭合状态，以使所述第一电阻支路上的电阻从所述电池获取电流。

20.根据权利要求13-19任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述桥臂的中点一侧的开关元件为耦合至电池的第一极的第三开关元件，另一侧的开关元件为耦合至所述电池的第二极的第四开关元件；

所述控制电路用于控制所述N个桥臂上的所述第三开关元件同时断开，以及控制所述N个桥臂上的所述第四开关元件同时闭合，以使所述逆变电路向所述N个电阻支路输出电流。

21.根据权利要求20所述的驱动装置，其特征在于，所述第一极为所述电池的正极，所述第二极为所述电池的负极；或者，所述第一极为所述电池的负极，所述第二极为所述电池的正极。

22.根据权利要求20或21所述的驱动装置，其特征在于，所述控制电路用于控制所述N个桥臂上的所述第四开关元件在单个脉冲周期中处于闭合状态的时长，以控制所述逆变电路向所述N个电阻支路输出的电流的大小。

23.根据权利要求13-22任一项所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括继电器，所述继电器用作所述N个桥臂所对应的所述第一开关；或者，

所述N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的所述第一开关为断路器；或者，

所述N个桥臂中的一个或多个桥臂所对应的所述第一开关为绝缘栅型双极晶体管IGBT或金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

24.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的热管理***或权利要求13-23任一项所述的驱动装置。

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