CN115157967A - 精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法，包括内置冷媒循环结构，内置冷媒循环结构包括鼓风机、高电压PTC电加热器以及设于冷媒循环管路上的压缩机、蒸发器及内冷凝器，还包括通过换热管道并联在冷媒循环管路上的外换热器；以及串联在内置冷媒循环结构及外换热器之间的水路循环结构，所述水路循环结构与电机及电池的水路循环管相串联，用于余热回收从而实现对电机及电池的冷却散热。本发明通过水路循环结构回收电池及电极的余热，且在内置冷媒循环结构的制冷及多种制热模式下均能够实现高效率热交换，应用前景高。

Description

精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法
技术领域
本发明属于电动汽车热管理技术领域，具体涉及精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法。
背景技术
随着新能源电动汽车的逐渐普及，有越来越多的消费者开始逐渐接触新能源电动汽车，新能源电动汽车的热管理***是调节汽车座舱环境、汽车零部件工作环境的重要***，其通过制冷、制热和热量内部传导综合提升能源利用效率；
纯电动汽车的热管理***不仅包括空调***，同时根据热管理需求分别增加电池冷却及电机散热等不同的部分，纯电动汽车的热管理***通过最大限度地利用电池能量辅助进行驾驶，通过小心地将车辆中的热能重新用于车辆内部的空调、电池，热管理可以节省电池能量以延长车辆的行驶里程，其优势在极端的冷热温度下尤其显著，为此，我们提出了一种精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，包括内置冷媒循环结构，内置冷媒循环结构包括鼓风机、高电压PTC电加热器以及设于冷媒循环管路上的压缩机、蒸发器及内冷凝器，还包括：
通过换热管道并联在冷媒循环管路上的外换热器；以及
串联在内置冷媒循环结构及外换热器之间的水路循环结构，所述水路循环结构与电机及电池的水路循环管相串联，用于余热回收从而实现对电机及电池的冷却散热。
作为本发明的进一步优化方案，所述压缩机一端通过外接管与外换热器外端串联有电磁阀的一号换热管道连接，另一端通过外接管与水路循环结构的换热端连接，所述内冷凝器通过串联有单向阀的外接管与外换热器外端串联有制热膨胀阀的二号换热管道连接。
作为本发明的进一步优化方案，所述冷媒循环管路上还串联有气液分离器，所述气液分离器的外端通过串联有电磁阀的气态冷媒流通管道与一号换热管道相连。
作为本发明的进一步优化方案，所述二号换热管道与串联有储液罐的三号换热管路的一端连接，所述三号换热管路的另一端与蒸发器的外接管连接，并且其外端分支与串联有膨胀阀的水路循环结构的外接管连接，所述蒸发器的外接管上串联有电磁阀及制冷膨胀阀。
作为本发明的进一步优化方案，所述水路循环结构包括板式换热器、五通换向阀及散热器，所述五通换向阀的外端分别与串联有泵的电机及电池水路循环管的一端相连接，且电机及电池水路循环管的另一端分别接回到五通换向阀上，所述电池水路循环管与板式换热器的两端外接管相串接，所述电池水路循环管上串联有三通水阀的分支管，并且分支管的另一端与板式换热器的一端外接管相连，所述电机水路循环管接回五通换向阀的一端设有三通阀，散热器外接的散热循环管道的一端连接在五通换向阀外端，另一端与三通阀相连接。
一种如上述任一所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***的纯电动汽车热管理方法，内置冷媒循环结构流出的冷媒经换热管道至外换热器中换热后回流至内置冷媒循环结构的过程中完成制冷/制热/除湿操作，同时在制冷/制热/除湿操作的过程中对水路循环结构回收的电机及电池产生的余热进行吸收利用，完成对电池/电机散热冷却。
作为本发明的进一步优化方案，所述制热操作具体为，
在环境温度较高的情况下，在内置冷媒循环结构一侧，外换热器充当蒸发器使用，气态冷媒从压缩机流出经气液分离器分离掉液体送至外换热器，外换热器吸收空气的热与气态冷媒换热后，气态冷媒冷却降压变成低温低压的气液混合体送至内冷凝器，在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，气态冷媒再通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
作为本发明的进一步优化方案，所述制热操作具体为，
在环境温度略低，电机和/或电池发热较多的情况下，水路循环结构回收电机和/或电池产生的余热实现电机散热和/或电池冷却；
压缩机将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器分离掉液体后进入板式换热器吸收电机和/或电池的余热，再送至内冷凝器，气态冷媒在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，最后气态冷媒通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
作为本发明的进一步优化方案，所述制热操作具体为，
当环境温度较低时的热泵制热过程如下，水路循环结构回收电机和/或电池产生的余热实现电机散热和/或电池冷却；
在内置冷媒循环结构一侧，外换热器充当蒸发器使用，气态冷媒从压缩机流出经气液分离器分离掉液体送至外换热器，液态冷媒与水路循环结构回收电机和/或电池的余热换热后进入外换热器；
外换热器吸收空气的热与气态冷媒换热后，气态冷媒冷却降压变成低温低压的气液混合体送至内冷凝器，在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，气态冷媒再通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
本发明的有益效果在于：
本发明纯电动汽车热管理***是将内置冷媒循环结构与水路循环结构相结合，水路循环结构回收的电机及电池产生的余热，完成对电池/电机散热冷却，同时余热传递至内置冷媒循环结构侧，在制冷或多种制热模式下得以实现充分利用，热管理效率好，应用前景高。
附图说明
图1是本发明提供的热管理***管路连接示意图；
图2是本发明实施例1中制冷模式下的热管理***管路连接示意图；
图3是本发明实施例2中制热模式下的热管理***管路连接示意图；
图4是本发明实施例3中制热模式下的热管理***管路连接示意图；
图5是本发明实施例4中单电机余热回收制热模式下的热管理***管路连接示意图；
图6是本发明实施例5中制热模式下的热管理***管路连接示意图；
图7是本发明实施例4中单电池余热回收制热模式下的热管理***管路连接示意图。
图8是本发明实施例6中制热模式下的热管理***管路连接示意图；
图中：1、压缩机；2、外换热器；3、内冷凝器；4、高电压PTC电加热器；5、蒸发器；6、鼓风机；7、板式换热器；8、五通换向阀；9、散热器；10、制冷膨胀阀；11、制热膨胀阀；12、气液分离器；13、三通水阀。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，本发明公开了一种精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，包括内置冷媒循环结构，内置冷媒循环结构包括鼓风机6、高电压PTC电加热器4以及设于冷媒循环管路上的压缩机1、蒸发器5及内冷凝器3，还包括通过换热管道并联在冷媒循环管路上的外换热器2；以及串联在内置冷媒循环结构及外换热器2之间的水路循环结构，所述水路循环结构与电机及电池的水路循环管相串联，用于余热回收从而实现对电机及电池的冷却散热。
所述压缩机1外端通过外接管分别与外换热器2一端串联有电磁阀的一号换热管道以及水路循环结构的换热端连接，所述内冷凝器3一端通过串联有单向阀的外接管与外换热器2另一端串联有制热膨胀阀11的二号换热管道连接。
所述冷媒循环管路上还串联有气液分离器12，所述气液分离器12的外端通过串联有电磁阀的气态冷媒流通管道与一号换热管道相连。
所述二号换热管道通过串联有储液罐的三号换热管路与串联有膨胀阀的水路循环结构的外接管连接，所述三号换热管路的一端与蒸发器5的外接管相连接，所述蒸发器5的外接管上串联有电磁阀及制冷膨胀阀10。
所述水路循环结构包括板式换热器7、五通换向阀8及散热器9，所述五通换向阀8的外端分别与串联有泵的电机及电池水路循环管的一端相连接，且电机及电池水路循环管的另一端分别接回到五通换向阀8上，所述电池水路循环管与板式换热器7的两端外接管相串接，所述电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管，并且分支管的另一端与板式换热器7的一端外接管相连，所述电机水路循环管接回五通换向阀8的一端设有三通阀，散热器9外接的散热循环管道的一端连接在五通换向阀8外端，另一端与三通阀相连接。
实施例1
如图2所示，在制冷模式下，内冷凝器3一端通过串联有单向阀的外接管、电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管、气液分离器12的外端通过串联有电磁阀的气态冷媒流通管道以及介于压缩机1及内冷凝器3之间的冷媒循环管路为未接通状态；
在内置冷媒循环结构一侧，外换热器2充当冷凝器使用，压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，经一号换热管路送至外换热器2进行冷却，经冷却后变成中温高压的液态冷媒中温液态冷媒经制热膨胀阀11降压变成低温低压的气液混合体，一路经三号换热管道送蒸发器5，蒸发器5吸收空气中的热量而汽化，变成气态，然后再回到压缩机1继续压缩，继续循环进行空调制冷，另一路送至水路循环结构中；
在水路循环结构一侧，循环水泵送至电机水路循环管与电机换热实现电机散热，换热后温度升高的循环水经电机水路循环管送至散热器9外接的散热循环管道中，散热器9与循环水进行热交换并向空气中发热，经冷却的循环水经五通换向阀8换向后进入电池水路循环管中与电池换热实现电池冷却，换热升温后的循环水进入板式换热器7中再与内置冷媒循环结构侧换热，循环水冷却降温后回流至五通换向阀8再经泵送至电机水路循环管实现再次的水路循环。
在制冷除湿模式下，如图8所示，与图2的区别在于，水路循环结构不与内置冷媒循环结构相连通，两边相独立运行。
实施例2
如图3所示，在制热模式下，三号换热管路与板式换热器7、蒸发器5的外接管之间均处于未接通状态，压缩机1及内蒸发器5之间的冷媒循环管路也处于未接通状态，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于接通状态。
当环境温度较高时，在内置冷媒循环结构一侧，外换热器2充当蒸发器5使用，压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器12分离掉液体，经气态冷媒流通管道及一号换热管道送至外换热器2，经冷却后变成中温高压的液态冷媒中温液态冷媒经制热膨胀阀11降压变成低温低压的气液混合体，一路经二号换热管道送至内冷凝器3，最后通过冷媒循环管路回到压缩机1，气态冷媒在内冷凝器3中液化放热，鼓风机6工作将热量吹至室内，完成制热过程，内冷凝器3一侧还设置高电压PTC电加热器4辅助加热，保证室内温度合适。
实施例3
如图4所示，在制热模式下，二号换热管道与压缩机1外端外接管、三号换热管路与蒸发器5的外接管之间均处于未接通状态，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于接通状态，压缩机1及内蒸发器5之间的冷媒循环管路也处于未接通状态；
当环境温度较低时的热泵制热过程如下，在水路循环结构一侧，循环水泵送至电机水路循环管与电机换热实现电机散热，换热后温度升高的循环水经电机水路循环管送至散热器9外接的散热循环管道中，散热器9与循环水进行热交换并向空气中发热，经冷却的循环水经五通换向阀8换向后进入电池水路循环管中与电池换热实现电池冷却，换热升温后的循环水进入板式换热器7中再传递至内置冷媒循环结构侧，循环水冷却降温后回流至五通换向阀8再经泵送至电机水路循环管实现再次的水路循环；
在内置冷媒循环结构一侧，与实施例2不同之处在于，三号换热管道与板式换热器7的外接端相连接，压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器12分离掉液体后经气态冷媒流通管道及一号换热管道送至外换热器2一路经二号换热管道送至内冷凝器3，最后通过冷媒循环管路回到压缩机1，气态冷媒在内冷凝器3中液化放热，鼓风机6工作将热量吹至室内，完成制热过程，经气液分离器12分离掉的液态冷媒经板式换热器7与水路循环结构进行吸热气化成气态，并经三号换热管道进入外换热器2中进一步吸热气化再经二号换热管道送至内冷凝器3液化放热，与此同时外换热器2自身吸收空气的热。
实施例4
如图5、7所示，外换热器2外部的一号换热管道及二号换热管道与内置冷媒循环结构不连通，气态冷媒流通管道与一号换热管道不相连，三号换热管路与蒸发器5的外接管之间均处于未接通状态，压缩机1及内蒸发器5之间的冷媒循环管路也处于未接通状态，散热器9与五通换向阀8也处于未连通状态，压缩机1及内蒸发器5之间的冷媒循环管路也处于未接通状态；
如图5所示，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于接通状态，如图7所示，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于未接通状态。
当环境温度较低，在电机/电池发热较多时的制热过程如下，在水路循环结构一侧，循环水泵送至电池/电机水路循环管与电机/电池换热实现电机/电池散热，换热后温度升高的循环水进入板式换热器7中，实现电机/电池余热的回收；
在内置冷媒循环结构一侧，压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器12分离掉液体后进入板式换热器7吸收电机/电池的余热，再经二号换热管道送至内冷凝器3，最后通过冷媒循环管路回到压缩机1，气态冷媒在内冷凝器3中液化放热，鼓风机6工作将热量吹至室内，完成制热过程。
实施例5
如图6所示，外换热器2外部的一号换热管道及与内置冷媒循环结构相连通，气态冷媒流通管道与一号换热管道相连，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于接通状态，散热器9与五通换向阀8也处于未连通状态。
当环境温度略低，在电机发热较多时的制热过程如下，在水路循环结构一侧的电机余热的回收的具体操作与实施例4关于电机余热回收的部分相同；
压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器12分离掉液体后经气态冷媒流通管道及一号换热管道送至外换热器2，一路经二号换热管道送至内冷凝器3，最后通过冷媒循环管路回到压缩机1，气态冷媒在内冷凝器3中液化放热，鼓风机6工作将热量吹至室内，完成制热过程，而经气液分离器12分离掉的液态冷媒经板式换热器7与电机余热并经三号换热管道进入外换热器2中进一步吸热气化再经二号换热管道送至内冷凝器3液化放热，与此同时外换热器2自身吸收空气的热。
实施例6
如图8所示，与实施例4不同之处在于，电池水路循环管上串联有三通水阀13的分支管处于未接通状态，散热器9与五通换向阀8也处于未连通状态；
在环境温度较低，电机和电池发热较多时的制热方案如下，在水路循环结构一侧，循环水泵送至电池和电机水路循环管与电机和电池换热实现电机和电池散热，换热后温度升高的循环水进入板式换热器7中，实现电机和电池余热的回收；
在内置冷媒循环结构一侧，压缩机1将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器12分离掉液体后进入板式换热器7吸收电机和电池的余热，再经二号换热管道送至内冷凝器3，最后通过冷媒循环管路回到压缩机1，气态冷媒在内冷凝器3中液化放热，鼓风机6工作将热量吹至室内，完成制热过程。
实施例7
针对实施例2-6公开的多种制热模式下的除湿操作，制热过程如实施例2-6公开的具体过程，除湿操作下，三号换热管路与蒸发器5的外接管之间、压缩机1与蒸发器5之间的冷媒循环管路均处于接通状态，在制热模式下，蒸发器5作为热交换器，驾驶舱内空气通过蒸发器5被冷凝成水再通过排水管排放出去，由此达到让驾驶舱内空气干燥的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，包括内置冷媒循环结构，内置冷媒循环结构包括鼓风机、高电压PTC电加热器以及设于冷媒循环管路上的压缩机、蒸发器及内冷凝器，其特征在于，还包括：
通过换热管道并联在冷媒循环管路上的外换热器；以及
串联在内置冷媒循环结构及外换热器之间的水路循环结构，所述水路循环结构与电机及电池的水路循环管相串联，用于余热回收从而实现对电机及电池的冷却散热。
2.根据权利要求1所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，其特征在于：所述压缩机一端通过外接管与外换热器外端串联有电磁阀的一号换热管道连接，另一端通过外接管与水路循环结构的换热端连接，所述内冷凝器通过串联有单向阀的外接管与外换热器外端串联有制热膨胀阀的二号换热管道连接。
3.根据权利要求1所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，其特征在于：所述冷媒循环管路上还串联有气液分离器，所述气液分离器的外端通过串联有电磁阀的气态冷媒流通管道与一号换热管道相连。
4.根据权利要求1所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，其特征在于：所述二号换热管道与串联有储液罐的三号换热管路的一端连接，所述三号换热管路的另一端与蒸发器的外接管连接，并且其外端分支与串联有膨胀阀的水路循环结构的外接管连接，所述蒸发器的外接管上串联有电磁阀及制冷膨胀阀。
5.根据权利要求1所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***，其特征在于：所述水路循环结构包括板式换热器、五通换向阀及散热器，所述五通换向阀的外端分别与串联有泵的电机及电池水路循环管的一端相连接，且电机及电池水路循环管的另一端分别接回到五通换向阀上，所述电池水路循环管与板式换热器的两端外接管相串接，所述电池水路循环管上串联有三通水阀的分支管，并且分支管的另一端与板式换热器的一端外接管相连，所述电机水路循环管接回五通换向阀的一端设有三通阀，散热器外接的散热循环管道的一端连接在五通换向阀外端，另一端与三通阀相连接。
6.一种如权利要求1-5任一所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理***的纯电动汽车热管理方法，其特征在于：内置冷媒循环结构流出的冷媒经换热管道至外换热器中换热后回流至内置冷媒循环结构的过程中完成制热操作，并在制热操作的同时对水路循环结构回收的电机及电池产生的余热进行吸收利用，完成对电池/电机散热冷却。
7.根据权利要求6所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理方法，其特征在于：所述制热操作具体为，
在环境温度较高的情况下，在内置冷媒循环结构一侧，外换热器充当蒸发器使用，气态冷媒从压缩机流出经气液分离器分离掉液体送至外换热器，外换热器吸收空气的热与气态冷媒换热后，气态冷媒冷却降压变成低温低压的气液混合体送至内冷凝器，在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，气态冷媒再通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
8.根据权利要求6所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理方法，其特征在于：所述制热操作具体为，
在环境温度略低，电机和/或电池发热较多的情况下，水路循环结构回收电机和/或电池产生的余热实现电机散热和/或电池冷却；
压缩机将气态冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒经气液分离器分离掉液体后进入板式换热器吸收电机和/或电池的余热，再送至内冷凝器，气态冷媒在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，最后气态冷媒通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
9.根据权利要求6所述的精简型带余热回收的纯电动汽车热管理方法，其特征在于：所述制热操作具体为，
当环境温度较低时的热泵制热过程如下，水路循环结构回收电机和/或电池产生的余热实现电机散热和/或电池冷却；
在内置冷媒循环结构一侧，外换热器充当蒸发器使用，气态冷媒从压缩机流出经气液分离器分离掉液体送至外换热器，液态冷媒与水路循环结构回收电机和/或电池的余热换热后进入外换热器；
外换热器吸收空气的热与气态冷媒换热后，气态冷媒冷却降压变成低温低压的气液混合体送至内冷凝器，在内冷凝器中液化放热，鼓风机工作将热量吹至室内，气态冷媒再通过冷媒循环管路回到压缩机，即完成制热过程。
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