一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统

1.本发明属于电动汽车热管理系统技术领域，具体涉及一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统及方法。


背景技术：

2.传统的电动汽车多采用水暖加热器对座舱、电池等主要部件进行加热，使其维持在合适的温度区间。在冬季温度较低时，使用水暖加热器进行制热，使纯电动汽车的续航里程缩短将近30%。而热泵空调技术主要通过压缩机做功，通过车外冷凝器将空气中的热量吸收，在室内冷凝器进行释放，可以有效的节约能量消耗，提高纯电动汽车冬季的续驶里程。
3.目前，热泵空调主流方案多采用“三换热器”方案。通过在座舱中布置室内冷凝器和蒸发器、车外布置车外冷凝器组成“三换热器”方案。但单纯的空气热泵系统在-10℃以下，很难从环境中吸收热量，热泵空调的能效比下降明显。通过在压缩机进口处增加换热器，利用电机余热加热压缩机进口处冷媒，提高热泵系统的能量输入。传统的热泵余热回收方法是利用三通和开关阀，将电机回路串联到电池回路后通过板式换热器来利用电机余热，为避免电池温度下降，电池内部无冷却液流动，容易造成电池包温均性较差，难以适应全工况的环境温度区间。电机余热在未回收利用时通过低温散热器进行散热难以使电机回路冷却液快速升温。同时，增加开关阀的数量造成热管理系统管路复杂，成本增高。


技术实现要素：

4.为了实现电机废热利用，同时提高热泵空调在低温区的能效比，减小水暖加热器的开启时间，进而增加电动汽车在低温时的续航能力，本发明提供一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统。
5.一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统包括冷媒回路、电机热管理回路、电池热管理回路和座舱热管理回路；所述冷媒回路的工质为制冷剂（r-134a），包括压缩机18、室内冷凝器13、第一二位二通阀10、第一电子膨胀阀11、车外冷凝器8、冷却风扇9、第二电子膨胀阀12、蒸发器14、第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23、板式换热器24和气液分离器17；所述压缩机18的出口连通着室内冷凝器13的一端，室内冷凝器13的另一端串联第一二位二通阀10，第一二位二通阀10上并联着第一电子膨胀阀11，第一二位二通阀10的a端口连通着车外冷凝器8的一端，车外冷凝器8的另一端分为第一支路和第二支路；第一支路通过串联第二电子膨胀阀12连通着蒸发器14的一端，蒸发器14的另一端通过三通管分为两路，一路通过串联的汽液分离器17连通着压缩机18的入口，另一路连通着板式换热器24冷媒侧的b端口；第二支路通过并联的第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23连通着板式换热器24冷媒侧的a端口；所述第二二位二通阀22的a端口和b端口之间并联着第三电子膨胀阀23；所述车外冷凝器8的一侧设有冷却风扇9；
所述电机热管理回路的工质为乙二醇，包括第二膨胀水壶1、第二水泵2、第一水温传感器3、电机冷却结构4、第二水温传感器5、三通比例阀6和低温散热器7；第二水泵2连通着电机冷却机构的一端，电机冷却机构的另一端连通着三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路。第三支路中三通比例阀6的c端口连通着低温散热器7的进口端，低温散热器7的出口端通过三通管分别连通着第二水泵2的入口和第四支路；第四支路从三通比例阀6的b端口连接二位三通阀25的b端口，二位三通阀c端口连接低温散热器7出口三通管和第二二位四通阀32的c端口；所述电池热管理回路的工质为乙二醇，包括第一膨胀水壶26、第一水泵27、第一二位四通阀28、第二二位四通阀32、二位三通阀25和电池冷却机构30；所述第一膨胀水壶26的底部出口通过三通管分为第五支路和第六支路；第五支路连通着第一水泵27的进口，第一水泵27的出口连通着第一二位四通阀28的d口，第一二位四通阀28的c口连通着第二二位四通阀32的a口；第二二位四通阀32的b口连通着板式换热器24冷却液侧的c口，板式换热器24冷却液侧的d口连通着二位三通阀25的a口，第二二位四通阀32的d口连通着电池冷却机构30的一端口，电池冷却机构30的另一端口连通着第六支路；所述座舱热管理回路的工质为乙二醇，包括暖风芯体15、鼓风机16、水暖加热器19、第三水泵20和第三膨胀水壶21；所述室内冷凝器13、蒸发器14和暖风芯体15平行并列设置；所述第三膨胀水壶21的底部通过三通管分为第七支路和第八支路；所述第七支路通过依次串联着第三水泵20和水暖加热器19连通着暖风芯体15的一端口；第八支路连通着第一二位四通阀28的b口，第一二位四通阀28的a口连通着暖风芯体15的另一端口；所述暖风芯体15的外侧设有鼓风机16。
6.电动汽车行驶的环境温度分为高温、低温和常温三类，根据电池的制冷或制热需求、座舱的制冷或制热需求，电机余热的利用划分为10个工作模式；高温环境工况：第一模式，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱蒸发器冷却；第二模式，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱蒸发器冷却；第三模式，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱空调关闭；常温环境工况：第四模式与第三模式相同；第五模式，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱空调关闭；低温环境工况：第六模式，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热和座舱水暖加热；第七模式，实现电机蓄热、电池水暖加热和座舱水暖加热；第八模式，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热、水暖加热和座舱水暖加热；第九模式，实现电机余热回收、电池水暖加热和座舱热泵、水暖加热；第十模式，实现电机余热回收、电池均温模式和座舱热泵、水暖加热。
7.进一步限定的技术方案如下：所述电机冷却机构为电机换热水套装置。
8.所述电池冷却机构为电池液冷板装置。
9.所述第一二位二通阀10、第二二位二通阀22、第一二位四通阀28、第二二位四通阀32、二位三通阀25和三通比例阀6均为电磁阀。
10.所述压缩机18为制冷压缩机。
11.所述车外冷凝器8和室内冷凝器13均为平行流式冷凝器。
12.所述蒸发器14为管片式蒸发器。
13.所述低温散热器7为管片式散热器。
14.所述暖风芯体15为汽车空调暖风水箱。
15.所述水暖加热器19为电动汽车水暖电加热器。
16.本发明的有益技术效果体现在以下方面：1、本发明优化了整车的能量消耗。利用板式换热器24来回收电机余热，增加压缩机18入口处冷媒的温度，使得热泵空调系统在低温下也达到很好的制热效果。与传统的水暖加热器19制热和无余热利用的热泵空调系统相比，本发明所设计的热管理回路方案在-20℃的环境温度条件下，可分别节约20%和13.6%的电量，对于提高纯电动汽车整车续航里程具有重大意义。
17.2、本发明结构简单，设计合理，节约了整车成本。通过控制二位三通阀25、第一二位四通阀28、第二二位四通阀32的切换模式，可以根据热管理需求实现电机回路、电池回路、座舱回路相互独立或相互耦合的功能。集成阀的使用减少了传统开关阀和三通的数量，降低了热管理系统的复杂程度并节约了热管理系统研发成本约1.4%。
18.3、本发明引入的集成热管理系统方案能实现全温度区间的整车热管理。高温时，电池可以使用板式换热器24为电池迅速降温，座舱采用蒸发器14降低座舱温度，电机通过低温散热器7散去电机废热。低温时，本发明通过控制水暖加热器19为电池加热、利用水暖加热器19和热泵空调系统加热座舱。此外，在低温工况下，若电机余热不足，可调节三通比例阀6的比例，减小冷却液流向低温散热器7的流量比例，电机冷却液经过板式换热器24后回到第二水泵2入口，进行电机蓄热；电机余热利用时可以通过第二二位四通阀32的切换将电池回路和电机回路相互串联。
19.4、本发明增设电池热管理回路。当电池无制冷、制热需求时，第一二位二通阀28的cd口连通、第二二位四通阀32的ad口连通，使得电池回路与其他热管理回路独立。电池可通过第一水泵27的运转，维持电池包的温均性，对于提高电池使用寿命具有重要的意义。
20.5、本发明提出了一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统的控制方案。将输入的温度信号、压力信号等采集到整车控制器中，整车控制器根据所提出的控制逻辑，控制水泵、压缩机等执行机构，极大的简化了整车热管理系统的控制流程。
附图说明
21.图1是本发明提出的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统结构原理图。
22.图2是本发明实现工作模式1的结构原理图。
23.图3是本发明实现工作模式2的结构原理图。
24.图4是本发明实现工作模式3和模式4的结构原理图。
25.图5是本发明实现工作模式5的结构原理图。
26.图6是本发明实现工作模式6的结构原理图。
27.图7是本发明实现工作模式7的结构原理图。
28.图8是本发明实现工作模式8的结构原理图。
29.图9是本发明实现工作模式9的结构原理图。
30.图10是本发明实现工作模式10的结构原理图。
31.图11是本发明实现热管理系统控制方法流程图。
32.图1-10中序号：第二膨胀水壶1、第二水泵2、第一水温传感器3、电机冷却机构4、第二水温传感器5、三通比例阀6、低温散热器7、车外冷凝器8、冷却风扇9、第一二位二通阀10、第一电子膨胀阀11、第二电子膨胀阀12、室内冷凝器13、蒸发器14、暖风芯体15、鼓风机16、气液分离器17、压缩机18、水暖加热器19、第三水泵20、第三膨胀水壶21、第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23、板式换热器24、二位三通阀25、第一膨胀水壶26、第一水泵27、第一二位四通阀28、第三水温传感器29、电池冷却机构30、第四水温传感器31、第二二位四通阀32。
具体实施方式
33.下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步的描述。
34.参见图1，一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统包括冷媒回路、电机热管理回路、电池热管理回路和座舱热管理回路。
35.冷媒回路的工质为r-134a制冷剂。冷媒回路包括压缩机18、室内冷凝器13、第一二位二通阀10、第一电子膨胀阀11、车外冷凝器8、冷却风扇9、第二电子膨胀阀12、蒸发器14、第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23、板式换热器24和气液分离器17。
36.车外冷凝器8和室内冷凝器13均为平行流式冷凝器，蒸发器14为管片式蒸发器，压缩机18为制冷压缩机。
37.压缩机18的出口连通着室内冷凝器13的一端，室内冷凝器13的另一端串联第一二位二通阀10，第一二位二通阀10上并联着第一电子膨胀阀11，第一二位二通阀10的a端口连通着车外冷凝器8的一端，车外冷凝器8的另一端分为第一支路和第二支路；第一支路通过串联第二电子膨胀阀12连通着蒸发器14的一端，蒸发器14的另一端通过三通管分为两路，一路通过串联的汽液分离器17连通着压缩机18的入口，另一路连通着板式换热器24冷媒侧的b端口；第二支路通过并联的第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23连通着板式换热器24冷媒侧的a端口；所述第二二位二通阀22的a端口和b端口之间并联着第三电子膨胀阀23；车外冷凝器8的一侧安装有冷却风扇9。
38.电机热管理回路的工质为乙二醇，包括第二膨胀水壶1、第二水泵2、第一水温传感器3、电机冷却结构4、第二水温传感器5、三通比例阀6和低温散热器7。
39.电机冷却机构为电机换热水套装置，低温散热器7为管片式散热器。
40.第二水泵2连通着电机冷却机构的一端，电机冷却机构的另一端连通着三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路。第三支路中三通比例阀6的c端口连通着
低温散热器7的进口端，低温散热器7的出口端通过三通管分别连通着第二水泵2的入口和第四支路；第四支路从三通比例阀6的b端口连接二位三通阀25的b端口，二位三通阀c端口连接低温散热器7出口三通管和第二二位四通阀32的c端口。
41.电池热管理回路的工质为乙二醇，包括第一膨胀水壶26、第一水泵27、第一二位四通阀28、第二二位四通阀32、二位三通阀25和电池冷却机构30。电池冷却机构30为电池液冷板装置。
42.第一膨胀水壶26的底部出口通过三通管分为第五支路和第六支路；第五支路连通着第一水泵27的进口，第一水泵27的出口连通着第一二位四通阀28的d口，第一二位四通阀28的c口连通着第二二位四通阀32的a口；第二二位四通阀32的b口连通着板式换热器24冷却液侧的c口，板式换热器24冷却液侧的d口连通着二位三通阀25的a口，第二二位四通阀32的d口连通着电池冷却机构30的一端口，电池冷却机构30的另一端口连通着第六支路。
43.座舱热管理回路的工质为乙二醇，包括暖风芯体15、鼓风机16、水暖加热器19、第三水泵20和第三膨胀水壶21。水暖加热器19为电动汽车水暖电加热器。
44.室内冷凝器13、蒸发器14和暖风芯体15平行并列设置；第三膨胀水壶21的底部通过三通管分为第七支路和第八支路；所述第七支路通过依次串联着第三水泵20和水暖加热器19连通着暖风芯体15的一端口；第八支路连通着第一二位四通阀28的b口，第一二位四通阀28的a口连通着暖风芯体15的另一端口；暖风芯体15为汽车空调暖风水箱，暖风芯体15的外侧安装有鼓风机16。
45.本发明热泵式集成热管理系统中的第一二位二通阀10、第二二位二通阀22、第一二位四通阀28、第二二位四通阀32、二位三通阀25和三通比例阀6均为电磁阀。
46.本发明的工作原理详细说明如下：电动汽车行驶的环境温度分为高温、低温和常温三类：高温工况下：冷媒系统通过蒸发器14带走座舱的多余热量，实现座舱制冷；冷媒系统通过板式换热器24为电池制冷，使得电池迅速降温。电机电控热管理系统主要通过低温散热器7带走电机电控产生的废热，可根据电机定子的温度和低温散热器7出口水温综合判断冷却风扇9和第二水泵2的转速，将电机、电控维持在合适的温度范围。
47.常温工况下，座舱空调一般无制冷需求，根据电池的制冷需求判断是否开启压缩机18，若开启压缩机18则通过板式换热器24为电池快速降温，否则控制第一二位四通阀28、第二二位四通阀32使得电池回路独立于其他回路，进而处于均温模式。常温模式下，电机无余热利用，电机废热通过低温散热器7散到空气当中。
48.低温工况下，冷媒系统通过室内冷凝器13为座舱制热，此时压缩机18出口的高温高压气体与座舱的湿空气换热，使得座舱升温。电机电控热管理系统可控制三通比例阀6分配进入低温散热器7和三通比例阀6的ab口流量比例，其中，三通比例阀6的ab口冷却液可以用于加热或保温电池，也可以用于加热热泵空调压缩机18进口处冷媒温度，增加冷媒系统的能量输入。电池热管理系统可以通过水暖加热器19加热电池。座舱热管理系统可以通过水暖加热器19结合热泵空调双热源加热电池。
49.根据电池的制冷或制热需求、座舱的制冷或制热需求，电机余热的利用划分为10
个工作模式，本发明的一些实施例中具体的模式划分如下表：模式具体说明如下：高温环境工况：参见图2，模式1，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱蒸发器冷却。
50.冷媒系统的制冷剂依次经过压缩机18、室内冷凝器13、第一二位二通阀10的b口到a口、车外冷凝器8、第二电子膨胀阀12、蒸发器14、气液分离器17，从而回到压缩机18入口。压缩机18出口的高温高压冷媒气体主要通过车外冷凝器8，将热量传递到环境空气当中，室内冷凝器13旁设有隔板，因而热量并未传递到座舱中。中温高压的冷媒进一步通过第二电子膨胀阀12，相变为低温低压的气液混合物，从而进入蒸发器14吸收座舱的热量。压缩机18入口处设置气液分离器17，防止液体冷媒进入压缩机18造成冲击现象。电机及电控的主要热量通过低温散热器7散到空气当中。此模式适用于座舱有制冷需求，电池无制冷需求。电池回路仅通过第一水泵27的运转维持电池单体的温均性。
51.参见图3，模式2，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱蒸发器冷却。
52.冷媒系统的制冷剂依次经过压缩机18、室内冷凝器13、第一二位二通阀10的b口到a口和车外冷凝器8。冷媒系统制冷剂从车外冷凝器8出口分为第一支路和第二支路。第一支路通过串联第二电子膨胀阀12连通着蒸发器14的一端，蒸发器14的另一端通过三通管分为两路，一路通过串联的汽液分离器17连通着压缩机18的入口，另一路连通着板式换热器24冷媒侧的b端口。第二支路通过并联的第二二位二通阀22、第三电子膨胀阀23连通着板式换热器24冷媒侧的a端口。第二二位二通阀22的a端口和b端口之间并联着第三电子膨胀阀23。
53.电池热管理回路中，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依次经过
第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到c口、第二二位四通阀32的a口到c口、二位三通阀25的c口到a口、板式换热器24冷却液侧的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到d口和电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。电池及电控的主要热量通过低温散热器7散到空气中。此模式适用于座舱和电池均有制冷需求。电池温度过高时，冷媒系统开启板式换热器24制冷，实现电池冷却液温度迅速降低，进而降低电池本体的温度。
54.参见图4，模式3，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱空调关闭。
55.冷媒系统的制冷剂依次经过压缩机18、室内冷凝器13、第一二位二通阀10的b口到a口、车外冷凝器8、第三电子膨胀阀23、板式换热器24冷媒侧的a口到b口、气液分离器17从而回到压缩机18入口。通过控制第二电子膨胀阀12的关闭，冷媒系统第一支路无制冷剂流通。电池热管理回路中，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依次经过第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到c口、第二二位四通阀32的a口到c口、二位三通阀25的c口到a口、板式换热器24冷却液侧的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到d口和电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。电池及电控的主要热量通过低温散热器7散到空气当中。本模式适用于整车处于慢充模式或者电池温度过高需要切断座舱处的冷媒，而座舱无制冷需求。
56.常温环境工况：参见图4，模式4与模式3相同。
57.参见图5，模式5，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱空调关闭。
58.冷媒系统中压缩机18关闭，整个回路中无冷媒流动，座舱无制冷或制热需求。电池热管理回路中，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依次经过第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到c口、第二二位四通阀32的a口到d口和电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。本模式适用于常温下座舱和电池无制冷需求，仅通过调节电池水泵转速保持电池的温均性，电机废热全部由低温散热器7将热量传递到空气中。
59.低温环境工况：参见图6，模式6，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热和座舱水暖加热。
60.冷媒系统中压缩机18关闭，整个回路中无冷媒流动，座舱无制冷或制热需求。该模式下电机回路、电池回路串联在一起，第二膨胀水壶1中的电机冷却液乙二醇依次经过第二水泵2、电机冷却结构4和三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路。第三支路从三通比例阀6的a口到c口经过低温散热器7流向第二水泵2的入口。第四支路从三通比例阀6的a口到b口经过二位三通阀25的b口到a口、板式换热器24的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到d口、电池冷却结构30、第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到c口、第二二位四通阀32的a口到c口，从而流向第二水泵2的入口。座舱回路的冷却液乙二醇依次经过第三水泵20、水暖加热器19、暖风芯体15、第一二位四通阀28的a口到b口进而流向第三水泵20的入口。此模式下，当电机余热积累到一定程度时，通过控制三通比例阀6的a口到b口和a口到c口的开度，减小流入低温散热器7的流量，增加余热利用率。座舱用水暖加热器19制热，电池利用电机余热加热或者保温，能有效的降低能量能耗。
61.参见图7，模式7，实现电机蓄热、电池水暖加热和座舱水暖加热。
62.电池回路、座舱回路串联，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依
次经过第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到b口、第三水泵20、水暖加热器19、暖风芯体15、第一二位四通阀28的a口到c口、第二二位四通阀32的a口到d口、电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。电机回路调节三通比例阀6使得冷却液不流过低温散热器7。电机冷却液依次经过第二水泵2、电机冷却结构4、三通比例阀6的a口到b口、二位三通阀25的b口到a口、板式换热器24冷却液的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到c口、第二水泵2的入口。此模式可适用于电机余热不足进行电机蓄热且座舱电池需要迅速升温的工况。
63.参见图8，模式8，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热、水暖加热和座舱水暖加热。
64.该模式下电机回路、电池回路、座舱回路串联在一起。第二膨胀水壶1中的电机冷却液乙二醇依次经过第二水泵2、电机冷却结构4和三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路。第三支路从三通比例阀6的a口到c口经过低温散热器7流向第二水泵2的入口。第四支路从三通比例阀6的a口到b口依次经过二位三通阀25的b口到a口、板式换热器24的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到d口、电池冷却结构30、第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到b口、第三水泵20、水暖加热器19、暖风芯体15、第一二位四通阀28的a口到c口和第二二位四通阀32的a口到c口，从而流向第二水泵2的入口。此模式适用于环境温度比较低时，单纯用电机余热为电池制热热量不足，结合水暖加热器19双热源为电池、座舱加热，有效的利用电机废热，减小水暖加热器19的开启时间。
65.参见图9，模式9，实现电机余热回收、电池水暖加热和座舱热泵、水暖加热。
66.冷媒系统的制冷剂依次经过压缩机18、室内冷凝器13、第一电子膨胀阀11、车外冷凝器8、第二二位二通阀22的a口到b口、板式换热器24冷媒侧的a口到b口、气液分离器17，从而流到压缩机18入口。通过控制第二电子膨胀阀12的关闭，冷媒系统的第一支路无冷媒流通。电池回路、座舱回路串联，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依次经过第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到b口、第三水泵20、水暖加热器19、暖风芯体15、第一二位四通阀28的a口到c口、第二二位四通阀32的a口到d口、电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。电机回路通过板式换热器24与冷媒系统连接。电机冷却液依次经过第二水泵2、电机冷却结构4、三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路，第三支路从三通比例阀6的a口到c口经过低温散热器7流向第二水泵2的入口。第四支路从三通比例阀6的a口到b口依次经过二位三通阀25的b口到a口、板式换热器24冷却液侧的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到c口，从而流到第二水泵2的入口。该模式适用于环境温度较低的工况，单一热源热泵系统难以从环境中吸收热量，通过电机余热加热流经板式换热器24处的冷媒，提高热泵空调的制热量，减小整车能耗。座舱采用热泵空调和水暖加热器19双热源能实现座舱迅速升温以及电池制热的功能。
67.参见图10，模式10，实现电机余热回收、电池均温模式和座舱热泵、水暖加热。
68.冷媒系统的制冷剂依次经过压缩机18、室内冷凝器13、第一电子膨胀阀11、车外冷凝器8、第二二位二通阀22的a口到b口、板式换热器24冷媒侧的a口到b口、气液分离器17，从而流到压缩机18入口。电池回路和座舱回路相互独立，第一膨胀水壶26中的电池冷却液乙二醇从第五支路依次经过第一水泵27、第一二位四通阀28的d口到c口、第二二位四通阀32的a口到d口、电池冷却结构30从而进入第六支路，流回第一水泵27的入口。座舱回路的冷却
液乙二醇从第三水泵20依次流向水暖加热器19、暖风芯体15、第一二位四通阀28的a口到b口，从而流向第三水泵20的入口。第二膨胀水壶1中的电机冷却液乙二醇依次经过第二水泵2、电机冷却结构4、三通比例阀6，三通比例阀6出口分为第三支路和第四支路。第三支路从三通比例阀6的a口到c口经过低温散热器7流向第二水泵2的入口。第四支路从三通比例阀6的a口到b口依次经过二位三通阀25的b口到a口第四支路、板式换热器24冷却液侧的d口到c口、第二二位四通阀32的b口到c口，从而流到第二水泵2的入口。该模式适用于电池无制热需求，座舱有制热需求。座舱用热泵和水暖加热器19双热源制热，可使座舱温度迅速达到目标值，电池均温通过控制第一水泵27的转速维持电池的温均性。

技术特征：
1.一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：包括冷媒回路、电机热管理回路、电池热管理回路和座舱热管理回路；所述冷媒回路的工质为制冷剂，包括压缩机（18）、室内冷凝器（13）、第一二位二通阀（10）、第一电子膨胀阀（11）、车外冷凝器（8）、冷却风扇（9）、第二电子膨胀阀（12）、蒸发器（14）、第二二位二通阀（22）、第三电子膨胀阀（23）、板式换热器（24）和气液分离器（17）；所述压缩机（18）的出口连通着室内冷凝器（13）的一端，室内冷凝器（13）的另一端串联第一二位二通阀（10），第一二位二通阀（10）上并联着第一电子膨胀阀（11），第一二位二通阀（10）的a端口连通着车外冷凝器（8）的一端，车外冷凝器（8）的另一端分为第一支路和第二支路；第一支路通过串联第二电子膨胀阀（12）连通着蒸发器（14）的一端，蒸发器（14）的另一端通过三通管分为两路，一路通过串联的汽液分离器（17）连通着压缩机（18）的入口，另一路连通着板式换热器（24）冷媒侧的b端口；第二支路通过并联的第二二位二通阀（22）、第三电子膨胀阀（23）连通着板式换热器（24）冷媒侧的a端口；所述第二二位二通阀（22）的a端口和b端口之间并联着第三电子膨胀阀（23）；所述车外冷凝器（8）的一侧设有冷却风扇（9）；所述电机热管理回路的工质为乙二醇，包括第二膨胀水壶（1）、第二水泵（2）、第一水温传感器（3）、电机冷却结构（4）、第二水温传感器（5）、三通比例阀（6）和低温散热器（7）；第二水泵（2）连通着电机冷却机构的一端，电机冷却机构的另一端连通着三通比例阀（6），三通比例阀（6）出口分为第三支路和第四支路；第三支路中三通比例阀（6）的c端口连通着低温散热器（7）的进口端，低温散热器（7）的出口端通过三通管分别连通着第二水泵（2）的入口和第四支路；第四支路从三通比例阀（6）的b端口连接二位三通阀（25）的b端口，二位三通阀c端口连接低温散热器（7）出口三通管和第二二位四通阀（32）的c端口；所述电池热管理回路的工质为乙二醇，包括第一膨胀水壶（26）、第一水泵（27）、第一二位四通阀（28）、第二二位四通阀（32）、二位三通阀（25）和电池冷却机构（30）；所述第一膨胀水壶（26）的底部出口通过三通管分为第五支路和第六支路；第五支路连通着第一水泵（27）的进口，第一水泵（27）的出口连通着第一二位四通阀（28）的d口，第一二位四通阀（28）的c口连通着第二二位四通阀（32）的a口；第二二位四通阀（32）的b口连通着板式换热器（24）冷却液侧的c口，板式换热器（24）冷却液侧的d口连通着二位三通阀（25）的a口，第二二位四通阀（32）的d口连通着电池冷却机构（30）的一端口，电池冷却机构（30）的另一端口连通着第六支路；所述座舱热管理回路的工质为乙二醇，包括暖风芯体（15）、鼓风机（16）、水暖加热器（19）、第三水泵（20）和第三膨胀水壶（21）；所述室内冷凝器（13）、蒸发器（14）和暖风芯体（15）平行并列设置；所述第三膨胀水壶（21）的底部通过三通管分为第七支路和第八支路；所述第七支路通过依次串联着第三水泵（20）和水暖加热器（19）连通着暖风芯体（15）的一端口；第八支路连通着第一二位四通阀（28）的b口，第一二位四通阀（28）的a口连通着暖风芯体（15）的另一端口；
所述暖风芯体（15）的外侧设有鼓风机（16）；电动汽车行驶的环境温度分为高温、低温和常温三类，根据电池的制冷或制热需求、座舱的制冷或制热需求，电机余热的利用划分为10个工作模式；高温环境工况：第一模式，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱蒸发器冷却；第二模式，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱蒸发器冷却；第三模式，实现电机低温散热器冷却、电池板式换热器冷却和座舱空调关闭；常温环境工况：第四模式与第三模式相同；第五模式，实现电机低温散热器冷却、电池均温冷却和座舱空调关闭；低温环境工况：第六模式，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热和座舱水暖加热；第七模式，实现电机蓄热、电池水暖加热和座舱水暖加热；第八模式，实现电机余热回收、电池利用电机余热加热、水暖加热和座舱水暖加热；第九模式，实现电机余热回收、电池水暖加热和座舱热泵、水暖加热；第十模式，实现电机余热回收、电池均温模式和座舱热泵、水暖加热。2.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述电机冷却机构为电机换热水套装置。3.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述电池冷却机构为电池液冷板装置。4.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述第一二位二通阀（10）、第二二位二通阀（22）、第一二位四通阀（28）、第二二位四通阀（32）、二位三通阀（25）和三通比例阀（6）均为电磁阀。5.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述压缩机（18）为制冷压缩机。6.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述车外冷凝器（8）和室内冷凝器（13）均为平行流式冷凝器。7.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述蒸发器（14）为管片式蒸发器。8.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述低温散热器（7）为管片式散热器。9.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述暖风芯体（15）为汽车空调暖风水箱。10.根据权利要求1所述的一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，其特征在于：所述水暖加热器（19）为电动汽车水暖电加热器。

技术总结
本发明提供了一种利用电机余热的热泵式集成热管理系统，属于电动汽车热管理系统技术领域。包括电机热管理循环回路、电池热管理循环回路、座舱热管理循环回路以及热泵空调循环回路。电机热管理循环回路主要实现电机电控部件的散热以及电机余热的回收；电池热管理回路主要实现电池温度过高时制冷、低温时电池制热和温度适宜时的电池包均温功能，提高电池的使用寿命和充放电能力；座舱热管理循环回路结合热泵空调回路主要实现座舱的制热和制冷效果。热泵空调在低温时可以利用电机余热通过板式换热器加热压缩机进口处冷媒，提高系统的能量利用率。集成热管理回路利用集成阀替代了传统的开关阀，能有效的降低热管理系统的复杂程度和开发成本。和开发成本。和开发成本。


技术研发人员：朱波 鲍承武 姚明尧 祁正春
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/9