CN113635731A - 一种纯电动汽车高效热管理*** - Google Patents

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张海军
常印坤
郭明龙
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娄来鹏
施晓光
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Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车高效热管理***，包括：电机换热回路、电池换热回路、PTC加热回路，通过电子三通阀的可控开度实现同时或独立加热，以及可变流量的加热请求，实现了电机换热***的补水、换气功能、电池***换热，采用散热器冷却方式，能节省低温环境下整车能耗，提升续航里程；通过重复利用电机热量达到加热电池提升电池放电量的目标，避免能耗浪费的前提下还能节省PTC加热的能耗，降低整车能耗，满足了用户的多元化需求。

Description

一种纯电动汽车高效热管理***
技术领域
本发明涉及一种纯电动汽车，特别是涉及一种纯电动汽车高效热管理***。
背景技术
纯电动汽车的续航里程是用户最关注的一项性能，其高、低温续航里程已成为行业内亟待解决的痛点，其热管理***的能耗与纯电动汽车续航里程密切相关。目前，行业内提升高温续航的热管理方案主要是优化空调策略，降低电池冷却能耗。提升低温续航的热管理方案有热泵空调，以及提升低温电池放电性能等。国内的热泵空调技术也有在部分车型应用，但由于***更复杂，技术上还暂未成熟。提升电池低温放电性能的方法主要是给电池加热，比如电池预热、PTC行车加热技术、电池自加热技术、电机余热回收加热技术等。电池预热及PTC行车加热、电池自加热技术，前者可以使用充电桩的电，只能是充电时才能使用该功能；后两个主要是消耗电池自身的电量用于加热，减少了车辆用于驱动的电量，降低了车辆的实际续航里程。
专利CN 202011272868.9一种电动汽车热管理***，是带有电机余热回收技术的热管理***，该***使用的阀较多，通过不同阀门的控制来实现***功能的应用，其中电机余热回收方案是利用三个三通阀来连通电机冷却及电池冷却保证电机余热功能的使用，结构非常复杂、控制难度大、生产成本高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，创造性地构思了一种纯电动汽车高效热管理***，设计了电机换热回路、电池换热回路、PTC加热回路，通过电子三通阀的可控开度实现同时或独立加热，以及可变流量的加热请求，实现了电机换热***的补水、换气功能、电池***换热，满足了用户的多元化需求。实现本发明采用的技术方案是：
一种纯电动汽车高效热管理***，包括：电机换热回路、电池换热回路和PTC加热回路，所述电机换热回路包括：由散热器3、第一电子三通阀4、电机5、DCDC6、第一电子水泵7、四通阀8依次连接构成回路，第一膨胀水箱1与第一电子三通阀4和散热器3之间管路连通，所述第一电子三通阀4还与四通阀8和散热器3之间管路连通；
所述电池换热回路包括：由四通阀8、第一中间换热器9、第二中间换热器10、动力电池11、第二电子水泵12依次连通构成回路，在所述动力电池11上设有散热管路，第二膨胀水箱2与第一中间换热器9和第二中间换热器10之间的管路连通，第二膨胀水箱2还与动力电池11散热管路和第二电子水泵12之间管路连通；
所述PTC加热回路包括：由第二中间换热器10、第二电子三通阀14、PTC15、第三电子水泵16依次连接构成回路，暖风芯体13与第二电子三通阀14管路连通，并与第二中间换热器10和第三电子水泵16之间的管路连通；第一膨胀水箱1与第二中间换热器10和第三电子水泵16之间的管路连通，第一膨胀水箱1还与第三电子水泵16与PTC15之间的管路连通。
进一步地，在所述电机5和DCDC6上分别设有散热管路，所述第一电子三通阀4的入口e1与电机5的散热管路出口连通，所述电机5的散热管路入口与DCDC6的散热管路出口连通，所述DCDC6的散热管路入口与第一电子水泵7出口连通，所述第一电子水泵7入口与四通阀8b2口连通，所述四通阀8a1口与散热器3出口连通，所述散热器3入口与第一电子三通阀4的出口g3连通，所述第一电子三通阀4的出口f2与四通阀8a1口和散热器3出口间的管路连通，所述第一膨胀水箱1与四通阀8b2口和第一电子水泵7入口间的管路连通，所述第一膨胀水箱1与第一电子三通阀4的出口g3和散热器3入口间的管路连通。
进一步地，所述电池换热：在所述动力电池11上设有散热管路，所述动力电池11散热管路出口与第二电子水泵12入口连通，所述第二电子水泵12出口与四通阀8c3口连通，所述四通阀8d4口与第一中间换热器9第一入口连通，所述第一中间换热器9第一出口与第二中间换热器10第一入口连通，所述第二中间换热器10第一出口与动力电池11散热管路入口连通，所述第二膨胀水箱2与第一中间换热器9第一出口和第二中间换热器10第一入口间管路连通，所述第二膨胀水箱2与动力电池11散热管路出口和第二电子水泵12入口间管路连通。
进一步地，所述PTC加热回路：所述第三电子水泵16出口与PTC15入口连通，所述PTC15出口与第二电子三通阀14入口j1连通，所述第二电子三通阀14出口k2与第二中间换热器10第二入口连通，所述第二中间换热器10第二出口与第三电子水泵16入口连通，所述第二电子三通阀14出口h3与暖风芯体13入口连通，所述暖风芯体13出口与第二中间换热器10第二出口和第三电子水泵16入口间管路连通，所述第一膨胀水箱1与第二中间换热器10第二出口和第三电子水泵16入口间管路连通，所述第一膨胀水箱1与第三电子水泵16出口与PTC15入口间管路连通。
进一步地，所述电机5是变频调速电机。
进一步地，所述四通阀8是电磁阀。
进一步地，所述散热器3是铝合金散热器。
8、根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述管路材质是橡胶。
进一步地，所述动力电池11是锂离子充电电池。
本发明一种纯电动汽车高效热管理***的有益效果体现在：
1、在一种纯电动汽车高效热管理***中，采用电机冷却模式实现电子水泵分档冷却，降低整车能耗；
2、一种纯电动汽车高效热管理***的电池换热回路，采用散热器冷却方式，能节省低温环境下整车能耗，提升续航里程；同时，通过重复利用电机热量达到加热电池提升电池放电量的目标，避免能耗浪费的前提下还能节省PTC加热的能耗；
3、在一种纯电动汽车高效热管理***中，乘员舱采暖模式采用的PTC加热方式，结构简单、***安全，乘员舱温升更快，对乘客的使用体验更好；
4、一种纯电动汽车高效热管理***，增加了电池充电加热及乘员舱采暖组合模式，通过采用电子三通阀，可同时实现暖风芯体及中间换热器的独立或组合模式，满足了用户的多元化需求。
附图说明
图1是一种纯电动汽车高效热管理***原理图；
图2是电机换热回路原理图；
图3是电池换热回路原理图；
图4是PTC加热回路原理图；
图5是图1中件4模式1；
图6是图1中件4模式2；
图7是图1中件8模式1；
图8是图1中件8模式2；
图9是图1中件14模式1；
图10是图1中件14模式2；
图11是图1中件14模式3；
图中：1.第一膨胀水箱，2.第二膨胀水箱，3.散热器，4.第一电子三通阀，5.电机，6.DCDC，7.第一电子水泵，8.四通阀，9.第一中间换热器，10.第二中间换热器，11.动力电池，12.第二电子水泵，13.暖风芯体，14.第二电子三通阀，15.PTC，16.第三电子水泵。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示：一种纯电动汽车高效热管理***，它包括：电机换热回路、电池换热回路、PTC加热回路。
如附图2所示：所述的电机换热回路包括：第一膨胀水箱1、散热器3、第一电子三通阀4、电机5、DCDC6、第一电子水泵7、四通阀8，在所述的电机5上设有散热管路，在所述的DCDC6上设有散热管路，所述的第一电子三通阀4的入口e1与电机5的散热管路出口连通，所述的电机5的散热管路入口与DCDC6的散热管路出口连通，所述的DCDC6的散热管路入口与第一电子水泵7出口连通，所述的第一电子水泵7入口与四通阀8b2口连通，所述的四通阀8a1口与散热器3出口连通，所述的散热器3入口与第一电子三通阀4的出口g3连通，所述的第一电子三通阀4的出口f2与四通阀8a1口和散热器3出口间的管路连通，所述的第一膨胀水箱1与四通阀8b2口和第一电子水泵7入口间的管路连通，所述的第一膨胀水箱1与第一电子三通阀4的出口g3和散热器3入口间的管路连通。各组件中间使用水管进行连通，管路中使用冷却液作为流动传热介质，实现电机***换热；同时散热器3及电子三通阀4连接管路，电子水泵7与四通阀8间的连接管路，通过管路与膨胀水箱1连接，实现电机换热***的补水、换气功能。通过电子水泵7的运转，DCDC 6、电机5的热量传给管路中的冷却液，冷却液经过散热器3，散热器3再与外部空气进行换热，从而降低电机***工作温度。
如附图3所示：所述的电池换热回路包括：第二膨胀水箱2、四通阀8、第一中间换热器9、第二中间换热器10、动力电池11、第二电子水泵12，在所述的动力电池11上设有散热管路，所述的动力电池11散热管路出口与第二电子水泵12入口连通，所述的第二电子水泵12出口与四通阀8c3口连通，所述的四通阀8d4口与第一中间换热器9第一入口连通，所述的第一中间换热器9第一出口与第二中间换热器10第一入口连通，所述的第二中间换热器10第一出口与动力电池11散热管路入口连通，所述的第二膨胀水箱2与第一中间换热器9第一出口和第二中间换热器10第一入口间管路连通，所述的第二膨胀水箱2与动力电池11散热管路出口和第二电子水泵12入口间管路连通。中间换热器9另一侧与空调***进行连通，低温制冷剂在中间换热器9内部与电池换热回路中的高温冷却液进行换热，温度下降的冷却液再给动力电池11进行冷却。中间换热器10与PTC加热回路连通，PTC加热回路中的高温冷却液在中间换热器10内部给电池换热回路中的低温冷却液进行换热，加热后的冷却液再给动力电池11加热，加热后的动力电池11放电容量升高，车辆续航里程增加。
如附图4所示：所述的PTC加热回路包括：第一膨胀水箱1、第二中间换热器10、暖风芯体13、第二电子三通阀14、PTC15、第三电子水泵16，所述的第三电子水泵16出口与PTC15入口连通，所述的PTC15出口与第二电子三通阀14入口j1连通，所述的第二电子三通阀14出口k2与第二中间换热器10第二入口连通，所述的第二中间换热器10第二出口与第三电子水泵16入口连通，所述的第二电子三通阀14出口h3与暖风芯体13入口连通，所述的暖风芯体13出口与第二中间换热器10第二出口和第三电子水泵16入口间管路连通，所述的第一膨胀水箱1与第二中间换热器10第二出口和第三电子水泵16入口间管路连通，所述的第一膨胀水箱1与第三电子水泵16出口与PTC15入口间管路连通。秋冬环境下乘员舱内部的采暖以及电池的低温快速充电需求，采用PTC 15对***中冷却液需要加热，加热的冷却液通过暖风芯体或中间换热器10给乘员舱暖风或电池充电加热。
1、电机冷却模式：
电机控制器及DCDC温度较高时开启此模式。标定电机控制器温度≥40℃、标定DCDC的温度信号≥35℃时，此时，电子三通阀4为模式1，如附图5所示，四通阀模式为模式1，如附图7所示，电子水泵7运转，驱动***中冷却液流动，冷却液被电机控制器、DCDC加热后，再通过散热器传递给外界空气。为进一步节能，电子水泵7的转速档位可根据电机控制器的温度分为三档，档位越高，电子水泵的转速越高，冷却效果更好。当电机控制器内部温度〈40℃时，电子水泵7不工作；标定电机控制器温度≥40℃时，电子水泵7转速设为1挡；标定电机控制器温度≥60℃时，电子水泵7转速设为2挡；标定电机控制器温度≥75℃时，电子水泵7转速设为3挡。
2、低温电池冷却模式：
外界环境温度低，电池温度高的时候开启。标定外界温度≤20℃，同时标定电池最高温度≥38℃，电子三通阀4切换为模式2，如附图6所示，四通阀8模式切换为模式2，如附图8所示，随后电子水泵7、电子水泵12开始运转，此时电机换热回路、电池换热回路由独立模式调整为连通模式，电池***的高温通过电机***的散热器散热，散热器再将***中的热量传递给外界空气。此模式与常规的空调冷却电池方式相比，更节能；常规的空调冷却模式，其压缩机功耗比低温电池冷却模式两个低功率的电子水泵的功耗要高10—20倍。
3、高温电池冷却模式：
标定外界温度大于20℃时，标定电池最高温度≥38℃时，则开启高温电池冷却模式。四通阀8模式为模式1，见附图7所示，电子水泵12运转带动加热后的冷却液流动，经过中间换热器9内部。中间换热器另一侧为流动的低温空调制冷剂，低温制冷剂与电池换热测的高温冷却液进行热交换，高温冷却液变成低温冷却液，通过中间换热器10，到达电池给电池降温。
4、电池行驶加热模式：
标定电机回路冷却液温度大于20℃时，标定电池温度低于15℃时，电子三通阀4切换为模式2，见附图6所示，控制四通阀调整为模式2，见附图8所示，电子水泵7、电子水泵12开始运转，此时电机换热回路、电池换热回路连通，水泵带动冷却液在两个回路流动。此电池加模式是将电机余热通过冷却液为中间介质传递给电池，电池温度升高后增加电池放电量，提升低温续航里程。
5、电池充电加热模式：
电池低温充电时使用，当车辆充电枪开始工作时，标定电池11温度低于15℃时，开启充电加热模式，以保证快速充满电。此时，四通阀8为模式1，见附图7所示，电子三通阀14切换为模式1，见附图9所示，电子水泵12、电子水泵16开始运转，PTC 15利用充电桩的高压电开始发热并加热PTC回路的冷却液，加热后的冷却液在中间换热器10内部与电池换热回路中的低温冷却液进行热交换，电池换热回路的冷却液持续升温将电池加热；当电池11温度达到15℃，停止PTC加热，电子水泵12、电子水泵15停止运转，四通阀8调整为模式2，开启电池充电。
6、乘员舱采暖模式：
当乘员舱有采暖需求时，开启乘员舱采暖模式。此时电子三通阀14切换为模式2，见附图10所示，电子水泵16开始运转，PTC 15利用电池高压电开始发热并加热PTC回路的冷却液，加热后的冷却液通过三通阀进入暖风芯体13，与暖风芯体13外部通过的冷空气进行热交换，冷空气变成热空气进入乘员舱。
7、电池充电加热及乘员舱采暖组合模式：
当车辆充电且电池温度低于15℃时，且乘员舱有采暖需求时开启此模式。此时三通阀14切换成模式3，见附图11所示，电子水泵12、电子水泵16开始运转，PTC 15利用充电桩的高压电开始发热并加热PTC回路的冷却液。加热后的冷却液在三通阀14分成两路，一路进入暖风芯体13，一路近热中间换热器10。经过暖风芯体13的冷却液，与暖风芯体13外部通过的冷空气进行热交换，冷空气变成热空气进入乘员舱；经过中间换热器10的冷却液，在中间换热器10内部与电池换热回路中的低温冷却也进行热交换，电池换热回路的冷却液持续升温将电池11加热。当电池11温度达到15℃，三通阀14调整为模式2，电子水泵12停止运转，此时为乘员舱采暖模式。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种纯电动汽车高效热管理***，包括：电机换热回路、电池换热回路和PTC加热回路，其特征是，
所述电机换热回路包括：由散热器(3)、第一电子三通阀(4)、电机(5)、DCDC(6)、第一电子水泵(7)、四通阀(8)依次连接构成回路，第一膨胀水箱(1)与第一电子三通阀(4)和散热器(3)之间管路连通，所述第一电子三通阀(4)还与四通阀(8)和散热器(3)之间管路连通；
所述电池换热回路包括：由四通阀(8)、第一中间换热器(9)、第二中间换热器(10)、动力电池(11)、第二电子水泵(12)依次连通构成回路，在所述动力电池(11)上设有散热管路，第二膨胀水箱(2)与第一中间换热器(9)和第二中间换热器(10)之间的管路连通，第二膨胀水箱(2)还与动力电池(11)散热管路和第二电子水泵(12)之间管路连通；
所述PTC加热回路包括：由第二中间换热器(10)、第二电子三通阀(14)、PTC(15)、第三电子水泵(16)依次连接构成回路，暖风芯体(13)与第二电子三通阀(14)管路连通，并与第二中间换热器(10)和第三电子水泵(16)之间的管路连通；第一膨胀水箱1与第二中间换热器10和第三电子水泵16之间的管路连通，第一膨胀水箱1还与第三电子水泵16与PTC15之间的管路连通。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述电机换热回路：在所述电机(5)和DCDC(6)上分别设有散热管路，所述第一电子三通阀(4)的入口e1与电机(5)的散热管路出口连通，所述电机(5)的散热管路入口与DCDC(6)的散热管路出口连通，所述DCDC(6)的散热管路入口与第一电子水泵(7)出口连通，所述第一电子水泵(7)入口与四通阀(8)b2口连通，所述四通阀(8)a1口与散热器(3)出口连通，所述散热器(3)入口与第一电子三通阀(4)的出口g3连通，所述第一电子三通阀(4)的出口f2与四通阀(8)a1口和散热器(3)出口间的管路连通，所述第一膨胀水箱(1)与四通阀(8)b2口和第一电子水泵(7)入口间的管路连通，所述第一膨胀水箱(1)与第一电子三通阀(4)的出口g3和散热器(3)入口间的管路连通。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述电池换热：在所述动力电池(11)上设有散热管路，所述动力电池(11)散热管路出口与第二电子水泵(12)入口连通，所述第二电子水泵(12)出口与四通阀(8)c3口连通，所述四通阀(8)d4口与第一中间换热器(9)第一入口连通，所述第一中间换热器(9)第一出口与第二中间换热器(10)第一入口连通，所述第二中间换热器(10)第一出口与动力电池(11)散热管路入口连通，所述第二膨胀水箱(2)与第一中间换热器(9)第一出口和第二中间换热器(10)第一入口间管路连通，所述第二膨胀水箱(2)与动力电池(11)散热管路出口和第二电子水泵(12)入口间管路连通。
4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述PTC加热回路：所述第三电子水泵(16)出口与PTC(15)入口连通，所述PTC(15)出口与第二电子三通阀(14)入口j1连通，所述第二电子三通阀(14)出口k2与第二中间换热器(10)第二入口连通，所述第二中间换热器(10)第二出口与第三电子水泵(16)入口连通，所述第二电子三通阀(14)出口h3与暖风芯体(13)入口连通，所述暖风芯体(13)出口与第二中间换热器(10)第二出口和第三电子水泵(16)入口间管路连通，所述第一膨胀水箱(1)与第二中间换热器(10)第二出口和第三电子水泵(16)入口间管路连通，所述第一膨胀水箱(1)与第三电子水泵(16)出口与PTC(15)入口间管路连通。
5.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述电机(5)是变频调速电机。
6.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述四通阀(8)是电磁阀。
7.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述散热器(3)是铝合金散热器。
8.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述管路材质是橡胶。
9.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车高效热管理***，其特征是，所述动力电池(11)是锂离子充电电池。
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