CN209141848U - 用于新能源汽车的高效热管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于新能源汽车的高效热管理***，包括设置在HVAC总成以外的集成换热部件、电磁热力膨胀阀、电池包、压缩机、冷凝器和电池低温散热器，其中，所述集成换热部件和电磁热力膨胀阀紧密贴合，以进行热交换。采用本实用新型提供的用于新能源汽车的高效热管理***，设计巧妙，易于实现，当环境温度低于电池低温散热器的水温时，采用风冷加水冷的传统冷却方式，不仅稳定可靠，而且能耗极低，基本不会影响新能源汽车的续航里程；当环境温度高于电池低温散热器的水温时，采用传统空调制冷的方式，不仅换热效率极高，而且不受环境温度的影响，换热过程稳定可靠。

Description

用于新能源汽车的高效热管理***

技术领域

本实用新型属于汽车热管理技术领域，具体涉及一种用于新能源汽车的高效热管理***。

背景技术

新能源汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境的影响相对传统汽车更小，随着节能减排的要求逐步严格，新能源汽车的发展前景被广泛看好。

新能源汽车的电池包在工作时会产生大量的热量，需要对高温的电池包进行冷却，以保证电池包的正常工作。现在，对新能源汽车电池包的冷却方式主要有两种：一种是通过风冷加水冷的方式冷却电池包，这种方式的优点是技术成熟，稳定可靠，且能耗低，基本不影响新能源汽车的续航里程，缺点是当环境温度较高时，尤其是在烈日炎炎的夏季，对外部风冷换热器对水冷部分冷却液的换热效果差，导致对电池包的冷却效果不理想；另一种方式是通过传统空调制冷的方式通过冷媒快速冷却电池包，这种方式的优点是换热效率极高，且不受环境温度的影响，缺点是能耗高，启动时对新能源汽车的续航里程有较大影响。

因此，目前没有任何一套汽车热管理***在冷却电池包方面能够平衡换热效率、对环境温度的适应性以及能耗，解决以上问题成为当务之急。

实用新型内容

为解决汽车热管理***在冷却电池包方面不能做到换热效率、对环境温度的适应性以及能耗之间的平衡的技术问题，本实用新型提供一种用于新能源汽车的高效热管理***。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种用于新能源汽车的高效热管理***，其要点在于：包括设置在HVAC总成以外的集成换热部件、电磁热力膨胀阀、电池包、压缩机、冷凝器和电池低温散热器，其中，所述集成换热部件和电磁热力膨胀阀紧密贴合，以进行热交换；

所述集成换热部件和电池包串联形成电池换热回路，所述电池低温散热器和电池包串联形成电池低温冷却回路，所述压缩机、冷凝器、电磁热力膨胀阀依次串联形成电池高温冷却回路；

当电池包需要冷却时，如果环境温度低于电池低温散热器的水温，所述电池低温冷却回路启动，如果环境温度高于电池低温散热器的水温，所述电池高温冷却回路和电池换热回路同时启动。

采用以上结构，当环境温度低于电池低温散热器的水温时，电池低温冷却回路启动，该电池低温冷却回路采用风冷加水冷的传统冷却方式，不仅稳定可靠，而且能耗极低，基本不会影响新能源汽车的续航里程；当环境温度高于电池低温散热器的水温时，电池高温冷却回路和电池换热回路同时启动，其中，电池高温冷却回路为空调制冷回路，电池换热回路为换热水路，电池高温冷却回路的冷媒能够快速、高效地吸收电池换热回路中冷却液的热量，不仅换热效率极高，而且不受环境温度的影响，换热过程稳定可靠。

作为优选：在所述HVAC总成的内部设置有暖风芯体，在该HVAC总成以外设置有水暖加热器；

所述水暖加热器和暖风芯体串联形成乘员舱加热回路，所述水暖加热器、暖风芯体和集成换热部件依次串联形成电池/乘员舱加热回路；

当执行乘员舱加热/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器的水温，所述乘员舱加热回路和电池低温冷却回路同时启动，如果环境温度高于电池低温散热器的水温，所述乘员舱加热回路、电池高温冷却回路和电池换热回路同时启动；当执行电池单独冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器的水温，所述电池低温冷却回路启动，如果环境温度高于电池低温散热器的水温，所述电池高温冷却回路和电池换热回路同时启动；当执行乘员舱单独加热工况时，所述乘员舱加热回路启动；当执行乘员舱加热/电池加热工况或电池单独加热工况时，所述电池/乘员舱加热回路和电池换热回路同时启动，其中，在执行乘员舱加热/电池加热工况时，HVAC总成的风门打开，在执行电池单独加热工况时，HVAC总成的风门关闭。

采用以上结构，HVAC总成内部设置的是暖风芯体，而非风热PTC，能够同时适用于传统燃油车和新能源汽车，实现跨平台通用，大大降低了开发成本；并且，采用暖风芯体的HVAC总成内部部件较少，结构更加简单，不仅生产成本较低，而且易于实现双温区或多温区控制；另外，采用一个水暖加热器同时实现乘员舱的加热和电池的加热，大大简化了热管理***的控制逻辑，更加稳定可靠，同时使整个***零部件少，降低了生产成本。

作为优选：所述集成换热部件包括集成为一体且紧密贴合的电池板式换热器和加热板式换热器，所述电磁热力膨胀阀紧密贴合在电池板式换热器上，所述加热板式换热器、电池板式换热器和电池包串联形成电池换热回路，所述加热板式换热器、暖风芯体和水暖加热器依次串联形成电池/乘员舱加热回路。采用以上结构，电池板式换热器和加热板式换热器集成为一个零件，不仅减少了零部件的准备，降低了成本，而且在乘员舱和电池同时加热的情况下，从电池包流出的低温水先进入加热板式换热器预热，再进入电池板式换热器加热，提高了加热效率和热量的利用率，节约了能源，增加了车辆的续航里程。

作为优选：所述水暖加热器为PTC水暖加热器。采用以上结构，能够在严寒或高温条件下稳定运行，制热量大，能效高，使用寿命长。

作为优选：在所述HVAC总成的内部设置有蒸发器，在所述HVAC总成以外还设置有电子膨胀阀；

所述压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器依次串联形成乘员舱制冷回路；

当执行乘员舱单独制冷工况时，所述乘员舱制冷回路启动；当执行乘员舱制冷/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器的水温，所述电池低温冷却回路启动，如果环境温度高于电池低温散热器的水温，所述乘员舱制冷回路、电池高温冷却回路和电池换热回路同时启动。

采用以上结构，在执行乘员舱制冷/电池冷却工况时，通过冷媒能够同时制冷乘员舱和冷却电池包，高效节能。

作为优选：在所述电子膨胀阀的进液端设置有过滤器。采用以上结构，以防止异物损坏电子膨胀阀，对电子膨胀阀起到保护作用。

作为优选：在所述HVAC总成以外还设置有大功率电器散热器和大功率电器组合，所述大功率电器散热器和大功率电器组合串联构成大功率电器冷却回路。采用以上结构，能够通过水路循环，高效地冷却车辆的大功率电器。

作为优选：所述大功率电器组合包括充电机、控制器和驱动电机，所述大功率电器散热器、充电机、控制器和驱动电机依次串联构成大功率电器冷却回路。采用以上结构，先后顺序合理，先冷却温度较低的电器，后冷却温度较高的电器，以防止高温损坏大功率电器。

作为优选：所述电池低温散热器、大功率电器散热器与冷凝器并排设置，并配置有用于冷却电池低温散热器、大功率电器散热器和冷凝器的散热风扇。采用以上结构，电池低温散热器、冷却低温散热器和冷凝器共用同一个散热风扇，既能够高效散热，又减少了***的零部件，节约了成本。

作为优选：所述电池低温冷却回路、电池换热回路、乘员舱加热回路、电池/乘员舱加热回路和大功率电器冷却回路中均配置有电子水泵和补水壶。采用以上结构，以保证水路的循环和液量的稳定，保障***的换热效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型提供的用于新能源汽车的高效热管理***，设计巧妙，易于实现，当环境温度低于电池低温散热器的水温时，采用风冷加水冷的传统冷却方式，不仅稳定可靠，而且能耗极低，基本不会影响新能源汽车的续航里程；当环境温度高于电池低温散热器的水温时，采用传统空调制冷的方式，不仅换热效率极高，而且不受环境温度的影响，换热过程稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为乘员舱单独制冷工况的示意图；

图3为环境温度高于电池低温散热器的水温时，乘员舱制冷/电池冷却工况的示意图；

图4为环境温度低于电池低温散热器的水温时，乘员舱制冷/电池冷却工况的示意图；

图5为环境温度高于电池低温散热器的水温时，电池单独冷却工况的示意图；

图6为环境温度低于电池低温散热器的水温时，电池单独冷却工况的示意图；

图7为环境温度高于电池低温散热器的水温时，乘员舱加热/电池冷却工况的示意图；

图8为为环境温度低于电池低温散热器的水温时，乘员舱加热/电池冷却工况的示意图；

图9为乘员舱单独加热工况的示意图；

图10为乘员舱加热/电池加热工况的示意图；

图11为电池单独加热工况的示意图；

图12为大功率电器冷却回路的示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种用于新能源汽车的高效热管理***，包括设置在HVAC总成1内部的蒸发器2和暖风芯体3以及设置在HVAC总成1以外的水暖加热器4、集成换热部件5、电磁热力膨胀阀6、电池包7、压缩机8、冷凝器9、电子膨胀阀11、低温散热器12、电池低温散热器23和大功率电器组合。其中，所述集成换热部件5和电磁热力膨胀阀6紧密贴合，彼此之间能够进行热交换。所述大功率电器组合包括充电机13、控制器14和驱动电机15。所述水暖加热器4为PTC水暖加热器。

具体地说，所述集成换热部件5包括集成为一体且紧密贴合的电池板式换热器5a和加热板式换热器5b，所述电磁热力膨胀阀6紧密贴合在电池板式换热器5a上，即电池板式换热器5a的一侧与电磁热力膨胀阀6紧密贴合，另一侧与加热板式换热器5b紧密贴合。

请参见图2～图4，所述压缩机8、冷凝器9、电子膨胀阀11和蒸发器2依次串联形成乘员舱制冷回路e。压缩机8将气态的冷媒压缩为高温高压的液态冷媒，然后送到冷凝器9散热后成为常温高压的液态冷媒，液态的冷媒经电子膨胀阀11进入蒸发器2，空间突然增大，压力减小，液态的冷媒就会汽化，变成气态低温的冷媒，从而吸收大量的热量，蒸发器2就会变冷，HVAC总成1的风扇将空气吹过蒸发器2，吹出风门1a，向乘员舱送冷风，然后气态的冷媒回到压缩机8继续压缩，继续循环。

请参见图3～图8、图10和图11，所述加热板式换热器5b、电池板式换热器5a和电池包7串联形成电池换热回路a，所述电池低温散热器23和电池包7串联形成电池低温冷却回路g，所述压缩机8、冷凝器9、电磁热力膨胀阀6依次串联形成电池高温冷却回路b，所述水暖加热器4和暖风芯体3串联形成乘员舱加热回路c，所述加热板式换热器5b、暖风芯体3和水暖加热器4依次串联形成电池/乘员舱加热回路d。

PTC水暖加热器加对水进行加热，高温水流经暖风芯体3，暖风芯体3就会变热，HVAC总成1的风扇将空气吹过暖风芯体3，吹出风门1a，向乘员舱送热风，温度较低的热水流过暖风芯体3后可以直接回到PTC水暖加热器再次加热，也可以流经加热板式换热器5b后再回到PTC水暖加热器再次加热。

当需要加热电池包7时，温度较低的热水流过暖风芯体3后流经加热板式换热器5b后再回到PTC水暖加热器再次加热，加热板式换热器5b加热电池板式换热器5a，使电池板式换热器5a温度升高，电池换热回路a中从电池包7流出的低温水先经加热板式换热器5b预热后，再经电池板式换热器5a进一步加热，加热完成后再流回电池包7，对电池包7进行加热。

当需要冷却电池包7时，存在以下两种方式：

第一种方式，当环境温度高于电池低温散热器23的水温时，压缩机8将气态的冷媒压缩为高温高压的液态冷媒，然后送到冷凝器9散热后成为常温高压的液态冷媒，液态的冷媒经电磁热力膨胀阀6，空间突然增大，压力减小，液态的冷媒就会汽化，变成气态低温的冷媒，从而吸收大量的热量，电磁热力膨胀阀6就会变冷，电磁热力膨胀阀6冷却电池板式换热器5a，然后气态的冷媒回到压缩机8继续压缩，继续循环，同时，电池换热回路a中从电池包7流出的高温水先经加热板式换热器5b预冷却后，再经电池板式换热器5a进一步冷却，冷却完成后再流回电池包7，对电池包7进行冷却。需要指出的是，电池换热回路a中的水反向循环亦可，从电池包7流出的高温水经电池板式换热器5a冷却后流经加热板式换热器5b，然后流回电池包7，对电池包7进行冷却。本实施例优选电池加热和冷却采用同样的循环方向，以简化***的控制，保证***运行的稳定性。

第二种方式，当环境温度低于电池低温散热器23的水温时，电池低温冷却回路g中从电池包7流出的高温水，直接流到电池低温散热器23中，通过自然风吹过带走电池低温散热器23上的热量，冷却流经电池低温散热器23的水，冷却后的低温水再流回电池包7，对电池包7进行冷却。该方式的能源消耗远低于第一种方式，起到了节能的左右，在保证对电池包7的冷却效果的同时，有效提高了新能源汽车的续航里程。

请参见图12，所述低温散热器12、充电机13、控制器14和驱动电机15依次串联构成大功率电器冷却回路f。经低温散热器12冷却后的低温水依次流经充电机13、控制器14和驱动电机15，先冷却温度较低的充电机13和控制器14，后冷却温度较高的驱动电机15，以防止高温损坏任一大功率电器。

请参见图2，当执行乘员舱单独制冷工况时，所述乘员舱制冷回路e启动。此时，HVAC总成1的风门1a打开，冷风送入乘员舱。

请参见图3和图4，当执行乘员舱制冷/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器23的水温，所述电池低温冷却回路g启动，如果环境温度高于电池低温散热器23的水温，所述乘员舱制冷回路e、电池高温冷却回路b和电池换热回路a同时启动。此时，HVAC总成1的风门1a打开，冷风送入乘员舱。

请参见图5和图6，当执行电池单独冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器23的水温，所述电池低温冷却回路g启动，如果环境温度高于电池低温散热器23的水温，所述电池高温冷却回路b和电池换热回路a同时启动。

请参见图7和图8，当执行乘员舱加热/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器23的水温，所述乘员舱加热回路c和电池低温冷却回路g同时启动，如果环境温度高于电池低温散热器23的水温，所述乘员舱加热回路c、电池高温冷却回路b和电池换热回路a同时启动。此时，HVAC总成1的风门1a打开，热风送入乘员舱。

请参见图9，当执行乘员舱单独加热工况时，所述乘员舱加热回路c启动。

请参见图10，当执行乘员舱加热/电池加热工况时，所述电池/乘员舱加热回路d和电池换热回路a同时启动。此时，HVAC总成1的风门1a打开，热风送入乘员舱。

请参见图11，当执行电池单独加热工况时，所述电池/乘员舱加热回路d和电池换热回路a同时启动。此时，HVAC总成1的风门1a关闭，乘员舱无热风送入。

请参见图12，当执行大功率电器冷却工况时，所述大功率电器冷却回路f启动。

需要指出的是，上述乘员舱单独制冷工况、乘员舱单独制冷工况、乘员舱制冷/电池冷却工况、电池单独冷却工况、乘员舱加热/电池冷却工况、乘员舱单独加热工况、乘员舱加热/电池加热工况和电池单独加热工况只能单独执行其中任意一种工况，而大功率电器冷却工况可以单独执行，也可以同上述任意一种工况一同执行，十分灵活。

请参见图1、图9和图10，在所述水暖加热器4、暖风芯体3和加热板式换热器5b之间设置有用于切换乘员舱加热回路c和电池/乘员舱加热回路d的第一电子三通水阀10；当乘员舱加热回路c导通时，所述第一电子三通水阀10分别与水暖加热器4和暖风芯体3连通，即从暖风芯体3流出的水直接经第一电子三通水阀10流回水暖加热器4；当电池/乘员舱加热回路d导通时，所述第一电子三通水阀10分别与水暖加热器4和加热板式换热器5b连通，即从暖风芯体3流出的水流经加热板式换热器5b后，再流经第一电子三通水阀10流回水暖加热器4。保证了乘员舱加热回路c和电池/乘员舱加热回路d之间的稳定切换。

请参见图1、图3～图8，在所述加热板式换热器5b、电池低温散热器23和电池包7之间设置有用于切换电池换热回路a和电池低温冷却回路g的第二电子三通水阀22；当电池换热回路a导通时，所述第二电子三通水阀22分别与加热板式换热器5b和电池包7连通，即从电池包7流出的水依次经加热板式换热器5b和电池板式换热器5a后流回电池包7，当电池低温冷却回路g导通时，所述第二电子三通水阀22分别与电池低温散热器23和电池包7连通，即从电池包7流出的水经电池低温散热器23后流回电池包7。保证了电池换热回路a和电池低温冷却回路g之间的稳定切换。

请参见图1～图4，在所述电子膨胀阀11的进液端设置有过滤器19，以防止异物损坏电子膨胀阀11，对电子膨胀阀11起到保护作用。

请参见图1～图12，所述电池低温冷却回路g、电池换热回路a、乘员舱加热回路c、电池/乘员舱加热回路d和大功率电器冷却回路f中均配置有电子水泵16和补水壶17，以保证各水路的正常循环和液量的稳定，其中，乘员舱加热回路c和电池/乘员舱加热回路d能够共用同一个电子水泵16和同一个补水壶17，电池低温冷却回路g和电池换热回路a能够共用同一个电子水泵16和同一个补水壶17，既节约了成本，又简化了控制，提高了***的稳定性。

请参见图1，所述电池低温散热器23、低温散热器12与冷凝器9并排设置，并配置有用于冷却电池低温散热器23、低温散热器12和冷凝器9的散热风扇18，冷却电池低温散热器23、低温散热器12和冷凝器9能够共用同一个散热风扇18，既能够高效散热，又减少了***的零部件，节约了成本。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：包括设置在HVAC总成(1)以外的集成换热部件(5)、电磁热力膨胀阀(6)、电池包(7)、压缩机(8)、冷凝器(9)和电池低温散热器(23)，其中，所述集成换热部件(5)和电磁热力膨胀阀(6)紧密贴合，以进行热交换；

所述集成换热部件(5)和电池包(7)串联形成电池换热回路(a)，所述电池低温散热器(23)和电池包(7)串联形成电池低温冷却回路(g)，所述压缩机(8)、冷凝器(9)、电磁热力膨胀阀(6)依次串联形成电池高温冷却回路(b)；

当电池包(7)需要冷却时，如果环境温度低于电池低温散热器(23)的水温，所述电池低温冷却回路(g)启动，如果环境温度高于电池低温散热器(23)的水温，所述电池高温冷却回路(b)和电池换热回路(a)同时启动。

2.根据权利要求1所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：在所述HVAC总成(1)的内部设置有暖风芯体(3)，在该HVAC总成(1)以外设置有水暖加热器(4)；

所述水暖加热器(4)和暖风芯体(3)串联形成乘员舱加热回路(c)，所述水暖加热器(4)、暖风芯体(3)和集成换热部件(5)依次串联形成电池/乘员舱加热回路(d)；

当执行乘员舱加热/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器(23)的水温，所述乘员舱加热回路(c)和电池低温冷却回路(g)同时启动，如果环境温度高于电池低温散热器(23)的水温，所述乘员舱加热回路(c)、电池高温冷却回路(b)和电池换热回路(a)同时启动；当执行电池单独冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器(23)的水温，所述电池低温冷却回路(g)启动，如果环境温度高于电池低温散热器(23)的水温，所述电池高温冷却回路(b)和电池换热回路(a)同时启动；当执行乘员舱单独加热工况时，所述乘员舱加热回路(c)启动；当执行乘员舱加热/电池加热工况或电池单独加热工况时，所述电池/乘员舱加热回路(d)和电池换热回路(a)同时启动，其中，在执行乘员舱加热/电池加热工况时，HVAC总成(1)的风门(1a)打开，在执行电池单独加热工况时，HVAC总成(1)的风门(1a)关闭。

3.根据权利要求2所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：所述集成换热部件(5)包括集成为一体且紧密贴合的电池板式换热器(5a)和加热板式换热器(5b)，所述电磁热力膨胀阀(6)紧密贴合在电池板式换热器(5a)上，所述加热板式换热器(5b)、电池板式换热器(5a)和电池包(7)串联形成电池换热回路(a)，所述加热板式换热器(5b)、暖风芯体(3)和水暖加热器(4)依次串联形成电池/乘员舱加热回路(d)。

4.根据权利要求2所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：所述水暖加热器(4)为PTC水暖加热器。

5.根据权利要求1所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：在所述HVAC总成(1)的内部设置有蒸发器(2)，在所述HVAC总成(1)以外还设置有电子膨胀阀(11)；

所述压缩机(8)、冷凝器(9)、电子膨胀阀(11)和蒸发器(2)依次串联形成乘员舱制冷回路(e)；

当执行乘员舱单独制冷工况时，所述乘员舱制冷回路(e)启动；当执行乘员舱制冷/电池冷却工况时，如果环境温度低于电池低温散热器(23)的水温，所述电池低温冷却回路(g)启动，如果环境温度高于电池低温散热器(23)的水温，所述乘员舱制冷回路(e)、电池高温冷却回路(b)和电池换热回路(a)同时启动。

6.根据权利要求5所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：在所述电子膨胀阀(11)的进液端设置有过滤器(19)。

7.根据权利要求2所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：在所述HVAC总成(1)以外还设置有大功率电器散热器(12)和大功率电器组合，所述大功率电器散热器(12)和大功率电器组合串联构成大功率电器冷却回路(f)。

8.根据权利要求7所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：所述大功率电器组合包括充电机(13)、控制器(14)和驱动电机(15)，所述大功率电器散热器(12)、充电机(13)、控制器(14)和驱动电机(15)依次串联构成大功率电器冷却回路(f)。

9.根据权利要求7所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：所述电池低温散热器(23)、大功率电器散热器(12)与冷凝器(9)并排设置，并配置有用于冷却电池低温散热器(23)、大功率电器散热器(12)和冷凝器(9)的散热风扇(18)。

10.根据权利要求7所述的用于新能源汽车的高效热管理***，其特征在于：所述电池低温冷却回路(g)、电池换热回路(a)、乘员舱加热回路(c)、电池/乘员舱加热回路(d)和大功率电器冷却回路(f)中均配置有电子水泵(16)和补水壶(17)。