CN113580872A - 车辆及其热管理*** - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种车辆及其热管理***，热管理***包括用于冷却电机***的第一冷却回路，用于冷却电池包的第二冷却回路，空调回路以及PTC加热回路，第一冷却回路和第二冷却回路通过第一多通换向阀和第二多通换向阀相连接，第二冷却回路和空调回路通过冷水机相连接，第二冷却回路和PTC加热回路通过电池板换器相连接，以使得电机***和电池包可选择性地通过接入空调回路中的冷水机进行冷却，或通过接入PTC加热回路中的电池板换器进行加热。通过两个多通换向阀、接入空调回路的冷水机、和接入PTC加热回路的电池板换器，将电机冷却回路、电池冷却回路、空调回路和PTC加热回路连接起来，可根据需求改变冷却液的流通方向，合理分配冷却液，有效提高热管理效率。

Description

车辆及其热管理***
技术领域
本公开涉及车辆热管理技术领域，具体地，涉及一种车辆及其热管理***。
背景技术
在车辆的热管理***中，包括电机***冷却回路、电池***低温散热回路、电池***较高温冷却回路、电池***加热回路、乘客舱加热器采暖回路以及乘客舱制冷回路等，能够满足电机***的冷却需求、电池***的加热和冷却需求、以及乘客的制冷和采暖需求。但是，相关技术中，上述多个回路相互独立，无法实现能量的有效利用，且无法满足电动车充电过程中的散热要求。
发明内容
本公开的第一个目的是提供一种车辆的热管理***，该***能够实现整车热量的智能分配，提高热管理的效率和利用率。
本公开的第二个目的是提供一种车辆，该车辆包括本公开提供的热管理***。
为了实现上述目的，本公开提供一种车辆的热管理***，包括用于冷却电机***的第一冷却回路，用于冷却电池包的第二冷却回路，空调回路以及PTC加热回路，所述第一冷却回路和所述第二冷却回路通过第一多通换向阀和第二多通换向阀相连接，所述第二冷却回路和所述空调回路通过冷水机相连接，所述第二冷却回路和所述PTC加热回路通过电池板换器相连接，以使得所述电机***和所述电池包可选择性地通过接入所述空调回路中的冷水机进行冷却，或通过接入所述PTC加热回路中的电池板换器进行加热。
可选地，所述第一多通换向阀和所述第二多通换向阀均为六通阀，所述冷水机和所述电池板换器相串联，所述热管理***至少具有以下工作模式中的一种：第一工作模式，所述电机***和所述电池包相串联，且通过接入所述空调回路中的冷水机进行冷却；第二工作模式，所述电机***和所述电池包相并联，所述电机***通过所述第一冷却回路中的电机散热器进行冷却，所述电池包通过接入所述空调回路中的冷水机进行冷却；第三工作模式，所述电机***和所述电池包相并联，所述电机***通过所述第一冷却回路中的电机散热器进行冷却，所述电池包通过所述第二冷却回路中的电池散热器进行冷却；第四工作模式，所述电机***和所述电池包相串联，所述电机***工作过程中产生的热量用于加热所述电池包；第五工作模式，所述电机***和所述电池包相并联，所述电机***工作过程中产生的热量用于保温，所述电池包通过接入所述PTC加热回路中的电池板换器进行加热；第六工作模式，所述电机***和所述电池包相串联，且通过接入所述PTC加热回路中的电池板换器进行加热。
可选地，所述第一冷却回路包括相连接的电机总成、充配电总成、第一副水箱、第一水泵、电机散热器以及设置在所述电机散热器一侧的第一风扇，所述电机总成和所述充配电总成相并联，所述热管理***至少还具有：第七工作模式，所述电机总成不工作，所述充配电总成可选择性地通过所述电机散热器(16)进行冷却，或通过接入所述空调回路中的冷水机进行冷却。
可选地，所述第二冷却回路包括相连接的电池包、第二副水箱、第二水泵、电池散热器以及与所述电池散热器相并联的冷水机和电池板换器。
可选地，所述第一副水箱串联或并联接入所述第一冷却回路中，所述第二副水箱串联或并联接入所述第二冷却回路中。
可选地，所述空调回路包括相连接的压缩机、气液分离器、蒸发器、冷凝器、第二风扇以及与所述蒸发器相并联的冷水机。
可选地，所述电机散热器和所述电池散热器设置在所述冷凝器的进气侧，所述第一风扇设置在所述冷凝器的出气侧。
可选地，所述PTC加热回路包括PTC加热器、加热器芯体、第三水泵以及并联在所述PTC加热回路中的电池板换器。
可选地，所述电机总成包括前电机总成和/或后电机总成。
可选地，所述热管理***还包括控制器，以及多个设置于所述第一冷却回路、所述第二冷却回路、所述空调回路以及所述PTC回路中的检测元件，所述控制器分别与多个所述检测元件、以及多条回路中水泵、风扇和压缩机相连接。
根据本公开的第二个方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述的车辆的热管理***。
通过上述技术方案，通过设置两个多通换向阀、接入空调回路中的冷水机、以及接入PTC加热回路中的电池板换器，将电机冷却回路、电池冷却回路、空调回路以及PTC加热回路连接起来，可实现第一冷却回路和第二冷却回路多种串并联工作方式，可根据需求改变冷却液的流通方向，合理分配冷却液流量，有效提高热管理效率和余热利用率。
本公开的其他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公开的进一步理解，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公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***的示意图；
图2是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第一工作模式的示意图；
图3是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第二工作模式的示意图；
图4是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第三工作模式的示意图；
图5是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第四工作模式的示意图；
图6是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第五工作模式的示意图；
图7是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***第六工作模式的示意图；
图8是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***高温环境下原地开空调大功率充电模式的示意图；
图9是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***环境温度较低时原地大功率充电模式的示意图；
图10至图12是本公开另一示例性实施方式提供的车辆的热管理***的示意图；
图13是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***的控制框图；
图14是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***的控制器信号汇总；
图15是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***不同工作模式的说明；
图16是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***中第一多通换向阀的示意图；
图17是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***中第二多通换向阀的示意图；
图18是本公开一示例性实施方式提供的车辆的热管理***中散热器、冷凝器以及风扇的布置示意图。
附图标记说明
1-电机***，11-前电机总成，12-后电机总成，13-充配电总成，14-第一副水箱，15-第一水泵，16-电机散热器，17-第一风扇，2-电池包，21-电池散热器，22-第二副水箱，23-第二水泵，3-冷水机，31-压缩机，32-气液分离器，33-蒸发器，34-冷凝器，35-第二风扇，4-电池板换器，41-PTC加热器，42-加热芯体，43-第三水泵，10-第一冷却回路，20-第二冷却回路，30-空调回路，40-PTC加热回路，100-第一多通换向阀，200-第二多通换向阀，400-第一电子膨胀阀，500-第二电子膨胀阀，1000-控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本公开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公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，此外，本公开中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
如图1所示，本公开提供一种车辆的热管理***，该热量管理***包括用于冷却电机***1的第一冷却回路10，用于冷却电池包2的第二冷却回路20，空调回路30以及PTC加热回路40，其中，第一冷却回路10和第二冷却回路20通过第一多通换向阀100和第二多通换向阀200相连接，第二冷却回路20和空调回路30通过冷水机3(chiller)相连接，第二冷却回路20和PTC加热回路40通过电池板换器4相连接，以使得电机***1和电池包2可选择性地通过接入空调回路30中的冷水机3进行冷却，或通过接入PTC加热回路40中的电池板换器4进行加热。在图1中，第一冷却回路10、第二冷却回路20、PTC加热回路40中流通的是冷却液，用不同粗细的实线来表示，空调回路30中流通的是制冷剂，用虚线来表示。这里，需要说明的是，如图1所示，电机***1包括前电机总成11、后电机总成12、以及充配电总成13，前总机总成11和后电机总成12构成了电机总成，第二冷却回路20中流通的冷却液和空调回路30中流通的制冷剂分别在冷水机3(chiller)和电池板换器4处进行换热，实现热量的交换。
通过上述技术方案，通过设置两个多通换向阀、接入空调回路30中的冷水机3、以及接入PTC加热回路40中的电池板换器4，将电机冷却回路、电池冷却回路、空调回路30以及PTC加热回路40连接起来，通过控制第一多通换向阀100、第二多通换向阀200中不同通路的导通和截止，可实现第一冷却回路10和第二冷却回路20多种串并联工作方式，可根据需求改变冷却液的流通方向，合理分配冷却液流量，有效提高热管理效率和余热利用率。
作为本公开的一示例性实施方式，第一多通换向阀100和第二多通换向阀200均为六通阀，冷水机3和电池板换器4相串联，本公开提供的热管理***至少具有以下工作模式中的一种：
第一工作模式，如图2、图16和图17所示，第一多通换向阀100中102-103通路、102-104通路导通，第二电池阀200中201-205通路、206-203通路导通，电机***1和电池包2相串联，且通过接入空调回路30中的冷水机3进行冷却，具体地，如表1.1和图15所示，在第一工作模式下，由于环境温度较高，例如当环境温度≥40℃(极端工况下)时，电机散热器16不能满足电机***1的散热需求，电池散热器21不能满足电池包2的散热需求，此时，空调回路30实现乘客舱制冷，同时通过冷水机3(chiller)冷却电机***和电池包2，实现有效降温；
第二工作模式，如图3、图16和图17所示，第一多通换向阀100中101-103通路、101-104通路导通，第二多通换向阀200中201-202通路、206-205通路导通，电机***1和电池包2相并联，电机***1通过第一冷却回路10中的电机散热器16进行冷却，电池包2通过接入空调回路30中的冷水机3进行冷却，具体地，如表1.1和图15所示，当环境温度为30℃≤t＜40℃时，电机散热器16能够满足电机***1的散热需求，空调正常制冷，同时通过冷水机3冷却电池包2，实现对电池包2的散热；在第一工作模式和第二工作模式中，可参考电池包2的出水温度，当出水温度大于等于40℃时，可切换到空调回路30通过冷水机3对其进行散热；
第三工作模式，如图4、图16和图17所示，第一多通换向阀100中101-103通路、101-104通路、106-105通路导通，第二多通换向阀200中201-202通路、206-204通路导通，电机***1和电池包2相并联，电机***1通过第一冷却回路10中的电机散热器16进行冷却，电池包2通过第二冷却回路20中的电池散热器21进行冷却，具体地，如表1.1和图15所示，当环境温度为10℃≤t＜30℃时，电机散热器16能够满足电机***1的散热需求，电池散热器21能够满足电池包2的散热需求，此时空调不通过冷水机3参与制冷，便可实现电机***1和电池包2的散热，同时，可根据用户需求确定空调是否参与乘客舱的制冷；
第四工作模式，如图5、图16和图17所示，第一多通换向阀100中102-103通路、102-104通路导通，第二多通换向阀200中201-205通路导通、206-203通路导通，电机***1和电池包2相串联，电机***1工作过程中产生的热量用于加热电池包2，具体地，如表1.1和图15所示，当环境温度为0℃≤t＜10℃时，通过管路连接第一多通换向阀100的102接口和第二多通换向阀200的203接口，可将电池散热器21和电机散热器16并联(不起作用)，这样，空调不工作，电机***1工作过程中产生的热量可用于加热电池包2，实现对电池包2的加热，能够实现能量的有效利用，提高利用率；
第五工作模式，当电机***1工作过程中产生的热量不能满足电池包2的加热需求时，例如当环境温度为-10℃≤t＜0℃时，如图6、图16和图17所示，第一多通换向阀100中102-103通路、102-104通路导通，第二多通换向阀200中201-203通路、206-205通路导通，电机***1和电池包2相并联，电机***工作过程中产生的热量用于保温，电池包2通过接入PTC加热回路40中的电池板换器4进行加热，即，当环境温度较低时，可通过电池板换器4快速加热电池包2；
第六工作模式，在极端工况下，例如环境温度低于-10℃时，电机***1的产热量不能满足自身保温需求时，如图7、图16和图17所示，第一多通换向阀100中102-103通路、102-104通路导通，第二多通换向阀200中201-205通路、206-203通路导通，电机***1和电池包2相串联，且通过接入PTC加热回路40中的电池板换器4进行加热，能够快速实现电机***和电池包2的加热。
表1.1车辆的热管理***不同工作模式及流量流通方式
Figure BDA0002477231820000081
进一步地，如图1所示，第一冷却回路10包括相连接的前电机总成11、后电机总成12、充配电总成13、第一副水箱14、第一水泵15、电机散热器16以及设置在电机散热器16一侧的第一风扇17，通过第一水泵15驱动冷却液流向电机散热器16并通过第一风扇17冷却电机总成和充配电总成。其中，电机总成和充配电总成13相并联，本公开提供的热管理***还包括第七工作模式，电机总成不工作，充配电总成13可选择性地通过电机散热器16进行冷却，或通过接入空调回路30中的冷水机3进行冷却。具体地，当环境温度较高，例如大于等于40℃，车辆停车进行充电的过程中，如图8、图16和图17所示，第一多通换向阀100中102-104通路导通，第二多通换向阀200中201-205通路、206-203通路导通，电机总成不工作，充配电总成13和电池包2相串联，且通过接入空调回路30中的冷水机3进行冷却充配电总成13，并进一步通过第一风扇17将热量散出，能够提高冷却液流量，保证原地充电过程中及时将热量散去，防止出现充电限功率的问题。当环境温度较低时，如图9、图16和图17所示，通过电机散热器16冷却充配电总成13，完成较低环境温度下原地充电模式的散热。
如图1所示，第二冷却回路20包括相连接的电池包2、第二副水箱22、第二水泵23、电池散热器21以及与电池散热器21相并联的冷水机3和电池板换器4，在其他实施方式中，可对第一冷却回路10、第二冷却回路20中副水箱和水泵的位置进行调整。
在本公开中，如图1所示，第一副水箱14可以串联接入第一冷却回路10中，第二副水箱22可以串联接入第二冷却回路20中，两个副水箱可以参与冷却过程，同时起到储存冷却液的作用；作为本公开的另一示例性实施方式，如图11所示，第一副水箱14还可以并联接入第一冷却回路10中，第二副水箱22还可以并联接入第二冷却回路20中，即，副水箱不参与冷却散热过程，仅起到加注排气的作用，在这里，接入空调回路中的第一电子膨胀阀400和第二电子膨胀阀500也可以起到相同的作用，同样地，也可以采用电子膨胀阀取代副水箱，均属于本公开的保护范围。
空调回路30可以为现有的空调***回路，具体地，如图1所示，空调回路30包括相连接的压缩机31、气液分离器32、蒸发器33、冷凝器34、第二风扇35以及与蒸发器33相并联的冷水机3，能够实现乘客舱内的快速制冷和取暖，同时通过冷水机3快速实现电机***和电池包2的快速降温。
关于电池散热器21、电机散热器16、冷凝器34以及第一风扇17的布置方式，可以有多种。在本公开的一示例性实施方式中，如图1所示，电池散热器21和电机散热器16可以并排布置在冷凝器34的一侧，第一风扇17布置在冷凝器34的另一侧。在本公开的另一示例性实施方式中，如图18所示，电机散热器16和电池散热器21上下设置在冷凝器34的进气侧，第一风扇17设置在冷凝器34的出气侧，且电池散热器21位于电机散热器16的下方，电机散热器16和电池散热器21布置在冷凝器34的进气侧，可减少进气侧的风阻，保证有足够的空气量，同时由于电池散热器21的散热量较低对冷凝器34过冷区的影响较小，可将其布置在电机散热器16的下方，冷凝器34和第一风扇17的固定方式可以有多种，以保证可拆卸地安装在冷凝器34的一侧。
如图1所示，PTC加热回路40包括PTC加热器41、加热器芯体42、第三水泵43以及并联在PTC加热回路40中的电池板换器4，在超低环境温度下，可采用PTC加热模式，利用PTC对乘客舱进行加热，同时对电池包2、电机总成快速加热。
电机总成包括前电机总成11和/或后电机总成12，作为本公开的另一示例实施方式，如图10所示，该热管理***可以适用于仅包括前电机总成11的前驱车型，也可以适用于仅包括后电机总成12的后驱车型，并且通过连接管路可将前电机总成11并联，可切换至原地充电模式。
作为本公开的另一示例性实施方式，如图12所示，还可以取消电池散热器21的设置，电池包2通过接入空调回路30中的冷水机3进行降温，通过接入PTC加热回路40中的电池板换器4加热，均属于本公开的保护范围。
在本公开提供的热管理***中，如图13和图14所示，还包括控制器1000，以及多个设置在管路上的检测元件，控制器1000分别与多个检测元件、第一多通换向阀100、第二多通换向阀200、第一水泵15、第二水泵23、第三水泵43、压缩机31、第一风扇17以及第二风扇25相连接，控制器1000根据环境温度信息、以及检测元件检测的冷却液、制冷剂信息，控制压缩机31、多个风扇以及多个水泵，实现热管理***的智能化控制。检测元件可以为设置在相应管路上的压力传感器和温度传感器，准确获取冷却液和制冷剂的信息并及时传递给控制器1000，当然，本公开也包括通过操作人员手动控制两个多通换向阀、空调开关、多个风扇开关、多个水泵开关等元器件，实现对热管理***的人工控制和调节，均属于本公开的保护范围。
根据本公开的第二个方面，还提供一种车辆，该车辆包括上述的车辆的热管理***，该车辆具有上述热管理***的所有有益效果，此处不做过多赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
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，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (11)

1.一种车辆的热管理***，其特征在于，包括用于冷却电机***(1)的第一冷却回路(10)，用于冷却电池包(2)的第二冷却回路(20)，空调回路(30)以及PTC加热回路(40)，所述第一冷却回路(10)和所述第二冷却回路(20)通过第一多通换向阀(100)和第二多通换向阀(200)相连接，所述第二冷却回路(20)和所述空调回路(30)通过冷水机(3)相连接，所述第二冷却回路(20)和所述PTC加热回路(40)通过电池板换器(4)相连接，以使得所述电机***(1)和所述电池包(2)可选择性地通过接入所述空调回路(30)中的冷水机(3)进行冷却，或通过接入所述PTC加热回路(40)中的电池板换器(4)进行加热。
2.根据权利要求1所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述第一多通换向阀(100)和所述第二多通换向阀(200)均为六通阀，所述冷水机(3)和所述电池板换器(4)相串联，所述热管理***至少具有以下工作模式中的一种：
第一工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相串联，且通过接入所述空调回路(30)中的冷水机(3)进行冷却；
第二工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相并联，所述电机***(1)通过所述第一冷却回路(10)中的电机散热器(16)进行冷却，所述电池包(2)通过接入所述空调回路(30)中的冷水机(3)进行冷却；
第三工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相并联，所述电机***(1)通过所述第一冷却回路(10)中的电机散热器(16)进行冷却，所述电池包(2)通过所述第二冷却回路(20)中的电池散热器(21)进行冷却；
第四工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相串联，所述电机***(1)工作过程中产生的热量用于加热所述电池包(2)；
第五工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相并联，所述电机***(1)工作过程中产生的热量用于保温，所述电池包(2)通过接入所述PTC加热回路(40)中的电池板换器(4)进行加热；
第六工作模式，所述电机***(1)和所述电池包(2)相串联，且通过接入所述PTC加热回路(40)中的电池板换器(4)进行加热。
3.根据权利要求2所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述第一冷却回路(10)包括相连接的电机总成、充配电总成(13)、第一副水箱(14)、第一水泵(15)、电机散热器(16)以及设置在所述电机散热器(16)一侧的第一风扇(17)，所述电机总成和所述充配电总成(13)相并联，所述热管理***至少还具有：
第七工作模式，所述电机总成不工作，所述充配电总成(13)可选择性地通过所述电机散热器(16)进行冷却，或通过接入所述空调回路(30)中的冷水机(3)进行冷却。
4.根据权利要求3所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述第二冷却回路(20)包括相连接的电池包(2)、第二副水箱(22)、第二水泵(23)、电池散热器(21)以及与所述电池散热器(21)相并联的冷水机(3)和电池板换器(4)。
5.根据权利要求4所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述第一副水箱(14)串联或并联接入所述第一冷却回路(10)中，所述第二副水箱(22)串联或并联接入所述第二冷却回路(20)中。
6.根据权利要求4所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述空调回路(30)包括相连接的压缩机(31)、气液分离器(32)、蒸发器(33)、冷凝器(34)、第二风扇(35)以及与所述蒸发器(33)相并联的冷水机(3)。
7.根据权利要求6所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述电机散热器(16)和所述电池散热器(21)设置在所述冷凝器(34)的进气侧，所述第一风扇(17)设置在所述冷凝器(34)的出气侧。
8.根据权利要求1所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述PTC加热回路(40)包括PTC加热器(41)、加热器芯体(42)、第三水泵(43)以及并联在所述PTC加热回路(40)中的电池板换器(4)。
9.根据权利要求1所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述电机总成包括前电机总成(11)和/或后电机总成(12)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的车辆的热管理***，其特征在于，所述热管理***还包括控制器(1000)，以及多个设置于所述第一冷却回路(10)、所述第二冷却回路(20)、所述空调回路(30)以及所述PTC回路(40)中的检测元件，所述控制器(1000)分别与所述第一多通换向阀(100)、所述第二多通换向阀(200)、多个所述检测元件、以及多条回路中水泵、风扇和压缩机相连接。
11.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-10中任一项所述的车辆的热管理***。
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