一种集成多运行模式的混动车型热管理系统的制作方法

1.本发明涉及新能源汽车空调技术领域，特别是涉及混动商用车集成式新能源汽车热管理系统。


背景技术：

2.汽车行业正加快形成新发展格局，新能源商用车进入了加速发展阶段，将在城市物流、环卫以及港口、码头、矿区、短途运输等特定场景快速推广应用。随着油耗法规加严，混合动力是商用车油耗达标的技术解决方案之一，将极大提高商用车节能技术水平。但随之又带来汽车热管理问题，从而衍生出许多热管理系统，特别对于商用混动车而言，动力电池、电子功率器件和驱动电机是新能源汽车核心部件，以上部件的热管理设计水平直接影响车辆行驶安全及使用寿命。传统混合动力和纯电动汽车配置动力电池、电子功率器件、电机、ptc加热器、空调以及内燃机六套热管理系统，各系统之间相互独立，整车管路布置复杂、热管理成本高。
3.目前混合动力和纯电动汽车电驱系统余热利用率偏低，对于混合动力汽车，内燃机和电驱动系统之间是相互独立，导致冬季动力电池预加热主要依赖ptc加热器或者热泵空调实现。在冬季利用ptc加热器或热泵空调给动力电池预热时间长，电耗高，利用ptc为驾驶室座舱提供热能严重缩短整车纯电续航里程；极端高温和大扭矩工况电机和电子功率器件瞬态发热量大，设计满足极端工况大流量冷却系统增加了冷却系统整体成本。
[0004] 电机冷却液温度100
°
c左右，内燃机冷却液温度80
°
c左右，电子功率器件工作温度 50
°
c左右，动力电池温度25
°
c左右。电机和内燃机温升非常快，动力电池温升比较慢，在冬季利用电机和内燃机余热为动力电池预热是一种提高整车能源利用率有效方法。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，解决了目前混合动力汽车热管理系统相互独立、整车热管理能耗高、装配工艺复杂等问题，实现整车降成本、节能和空间布置优化。
[0006]
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，包括电机散热模块，电池散热模块，发动机散热模块，电机散热系统包括电机出水温度传感器、低温散热器、电子风扇、电机水泵和管路，电机冷却水出口的管路上装有电机出水温度传感器，电机冷却出口管分为两路，一路通过三通阀一与低温散热器二及四通三向阀一连通，经四通三向阀一的b端与d端，给电池加热；另一路通过低温散热器一后与比例三通阀相连通，经比例三通阀中的a端与b端，与电机水泵相连接，电机冷却进口端装有电机冷却进口管，在进口管上装有电机进水温度传感器，用于监测进水端的水温；电池散热系统包括电池出水温度传感器、电池冷却器、电池水泵、管路以及冷媒侧的电动压缩机，冷凝器总成。其中电池冷却出口端上装有电池冷却出口管，在出口管上装有电池出水温度传感器，电池冷却出口端的管路通过水泵后经四通
三向阀分为三路，分别与液液换热器，比例三通阀和电池冷却器相连，用于对电池加热和降温；发动机散热模块包括发动机水泵、高温散热器、电子风扇、管路，发动机冷却液出口与发动机水泵相连接，出水泵后一分为二，一路连接三通阀进行发动机余热回收供电池预热和驾驶室采暖使用；另一路与高温散热器相连接，将冷却液中的热量与空气进行换热。
[0007]
电池散热系统中，与液液换热器相连的管路，利用发动机或者水加热器产生的热量进行电池加热；与比例三通阀连接的管路，利用电机热量预热电池；与三通阀一的b端与c端相通的管路，将低温散热器二连接至电池回路，在-20℃低温环境下供电池散热；电池的进水端装有电池进水管，电池进水管上装有电池进水温度传感器，用于监测电池进水温度。
[0008]
冷媒侧，通过压缩机做功，将低温低压的气态制冷剂转换为高温高压状态，经过冷凝器与空气进行换热，制冷剂由气态转换为液态，在热力膨胀阀或电子膨胀阀的节流作用下，经蒸发器吸收驾驶室内的热量或经电池冷却器吸收电池冷却液中的热量后回到压缩机，如此循环往复，给驾驶室制冷以及电池冷却。
[0009]
本发明的积极效果：1、混合动力汽车整车热管理同时具有散热器、热交换器、管路换流、冷却和加热功能，能够实现整车电驱动系统、内燃机系统、驾驶室座舱三者互通互联，具有控制智能化、低成本、高可靠性特点，能够大幅减少零部件数量，提高装配效率。本发明的热管理系统具有独创性，有效解决混合动力汽车各套热管理系统相互独立导致效率较低、热管理设计冗余和使用成本偏高等难题；2、本发明将散热系统、热交换系统与电动空调和ptc加热器集成为一套系统，实现散热系统和热交换系统多种组合；3、本发明最大特点为提出一种集成式整车热管理设计架构，解决新能源汽车多套热管理系统相互独立导致工作效率较低问题。本发明的设计方法减少了热管理系统的零部件数量，优化整车空间布局，能够极大提高能源使用效率，其结构简单、使用方便、成本低、可靠性高；4、本发明将动力电池、电子功率器件、电机、ptc加热器、空调及内燃机六套独立系统集成起来，设计一种适用混合动力车型的热管理架构，实现整车热量的统筹管理，能够有效缩短整车的热平衡时间，大幅优化热管理系统整车空间布局，降低整车能耗。
附图说明
[0010]
图1为本发明结构原理图。
具体实施方式
[0011]
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，结合不同的工况，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0012]
参见图1，本发明包括电机散热模块，电池散热模块，发动机散热模块，电机冷却水出口的管路上装有电机出水温度传感器，用于监测出口处的水温；电机冷却出口管分为两路，一路通过三通阀一2与低温散热器二7及四通三向阀一23连通，经四通三向阀一23的b端与d端，进入电池，可供电池加热使用；另一路通过低温散热器一6后与比例三通阀10相连
通，经比例三通阀10中的a端与b端，与电机水泵4相连接，电机冷却进口端装有电机冷却进口管，在进口管上装有电机进水温度传感器，用于监测进水端的水温。
[0013]
在电池散热模块中，电池冷却出口端上装有电池冷却出口管，在出口管上装有电池出水温度传感器，用于监测电池出水温度，电池冷却出口端的管路通过水泵以后经四通三向阀二26分为三路，分别与液液换热器21、比例三通阀10和电池冷却器27相连。与液液换热器相连21是利用发动机或者水加热器进行电池加热，与比例三通阀10相连接，是利用电机热量预热电池；同时三通阀一2的b端与c端相通，比例三通阀10中的b端与c端相通，将低温散热器二7连接至电池回路，在低温环境下供电池散热使用。与电池冷却器27相连，是利用电池冷却器中的低温冷媒吸收电池冷却液中的热量，给电池进行降温。电池的进水端装有电池进水管，电池进水管上装有电池进水温度传感器，用于监测电池进水温度。
[0014]
在发动机散热模块中，发动机冷却液出口与发动机水泵13相连接，出水泵后一分为二，一路连接三通阀二14进行发动机余热回收供电池预热和驾驶室采暖使用，其中发动机余热回收主要是通过液液换热器，将发动机冷却液中的热量传递给电池冷却液中，供电池加热使用；另一路与高温散热器8相连接，通过电子风扇9将冷却液中的热量与空气进行换热。
[0015]
在冷媒侧中，通过压缩机1做功，将低温低压的气态制冷剂转换为高温高压状态，经冷凝器5后在电子风扇9的做功下与空气进行换热，制冷剂由气态转换为液态，经热力膨胀阀节流或者电子膨胀阀节流，经蒸发器吸收驾驶室内的热量或经电池冷却器吸收电池冷却液中的热量后回到压缩机。如此循环往复，给驾驶室制冷以及电池冷却。
[0016]
本发明共有7种工作模式，具体实施例如下。
[0017]
模式一分为四个散热模块，空调制冷、电池制冷、发动机散热及电机散热。其中空调制冷和电池制冷可通过电磁阀20与电子膨胀阀28的调节，使其同时进行，也可只进行纯电池制冷或者纯驾驶室制冷。发动机散热和电机散热可共用一个电子风扇，降低生产成本，降低整车能耗。
[0018]
首先空调制冷需电磁阀20开启，压缩机1给冷媒介质做功，将低温低压的气态制冷剂转换为高温高压状态，从压缩机的排气口排出，经过冷凝器总成5散热，将制冷剂由气态转换为液态制冷剂，然后通过热力膨胀阀19节流，将液态制冷剂节流降压，经过蒸发器总成18吸收驾驶室空气侧热量，回到压缩机1；电池制冷需电子膨胀阀28开启，液态制冷剂通过电子膨胀阀28节流，将液态制冷剂节流降压，经过电池冷却器27吸收电池水侧的热量，回到压缩机1；tms控制器控制四通三向阀一23的c和d导通，四通三向阀二26的b与c导通，冷却液从动力电池总成24出水口通过电池水泵25的驱动，经过四通三向阀二26进入电池冷却器27的水侧入口，冷却液与冷媒产生热交换，降低冷却液温度，然后再经过四通三向阀一23流入动力电池总成24入水口，如此循环往复，给电池散热。
[0019]
发动机散热需tms控制三通阀二14中b与c导通，发动机冷却液由发动机总成11出水口通过发动机水泵13的驱动，经过高温散热器总成8与电子风扇9将热量散发到空气中，发动机冷却液经节温器12回到发动机总成11入水口，冷却液在发动机水泵13的驱动循化下，持续给发动机散热。
[0020]
电机散热需tms控制三通阀一2中b与c导通，比例三通阀10中a与b导通，电机冷却
液经过电机电控3出水口进入低温散热器一6中，经过电子风扇9做工，冷却液与空气换热降低温度后经比例三通阀10和电机水泵4的驱动下回到电机电控3的入水口，冷却液在电机水泵4的驱动循化下，持续给电机散热。
[0021]
模式二为发动机余热回收供电池预热和驾驶室采暖模式。tms控制器控制三通阀二14中a与b导通，四通三向阀一23中a与d导通以及四通三向阀二26中a与b导通。发动机冷却液经过发动机水泵13的驱动后，一分为二，一路流入高温散热器总成8进行正常的发动机冷却循化，一路经过三通阀二14进入到液液换热器21的a入口，发动机冷却液与电池冷却液在液液换热器21中进行充分的换热，将发动机冷却液中的热量传递给电池冷却液中，电池冷却液从液液换热器c出口经过四通三向阀一23后流入动力电池总成24入水口，给动力电池总成14升温后流入电池水泵25中，经四通三向阀二26回到液液换热器21的d入口，如此循坏，将发动机的余热用于电池预热。
[0022]
发动机冷却液进入液液换热器21的a入口与电池冷却液换热后，从液液换热器21的b出口流出，进入空调箱中的暖风芯体17，在鼓风机22的做工下，冷却液中的热量与驾驶室内的空气进行换热，将热量由冷却液传递给驾驶室内的空气，供驾驶室采暖，冷却液由暖风芯体17流出后进去水加热器16中，此时水加热器16不工作，冷却液经空调水泵15回到节温器12中，冷却液在空调水泵15的驱动下，如此循化，将发动机的余热用于驾驶室采暖。在冬季利用内燃机余热为动力电池预热和给驾驶室采暖是一种提高整车能源利用率有效方法。
[0023]
模式三为电机余热回收供电池预热模式。tms控制器控制三通阀一2中a与b导通，四通三向阀一23中b与d导通，四通三向阀二26中b与d导通，比例三通阀10中a与c导通。电机冷却液经三通阀一2，穿过四通三向阀一23进入动力电池总成24中，电机冷却液温度在65℃左右，可以充分利用电机的余热来预热电池，提高了能量的使用效率。不用再开启ptc给电池预热，可以节省电量，增加续航，降低油耗。
[0024]
模式四为水加热器供电池预热模式。此模式应用于冬季车辆在充电工况下，电池温度较低，车辆未启动，没有其它热量的来源前提下，开启水加热器16预热电池。tms控制器控制三通阀二14中的b与c导通，四通三向阀一23中a与d导通，四通三向阀二26中a与b导通。冷却液经过水加热器16加热后经空调水泵15驱动，经三通阀二14进入液液换热器21的a入口中，与电池侧的冷却液充分换热后，将热量传递给电池侧的冷却液，用于电池预热。空调侧冷却液从液液换热器21的b出口流出进入空调箱中的暖风芯体17后回到水加热器16。此模式下电池预热可与空调水侧共用一个水加热器16，可降低一定的经济成本。
[0025]
模式五为低温散热器一6给电机散热，低温散热器二7给电池散热模式。环境温度≤10℃时，电池冷却不启动压缩机1工作，利用低温散热器和电子风扇9将冷却液中的热量与空气进行换热，将热量传递至空气中，降低电机电控3与动力电池总成24的温度。tms控制器控制三通阀一2中的b与c导通，四通三向阀一23中的b与d导通，四通三向阀二26中的b与d导通，比例三通阀10中的a与b导通。电机冷却液经低温散热器一6与空气进行换热，电池冷却液经低温散热器二7与空气换热，两个低温散热器共用一个电子风扇9。由于压缩机最低工作温度是-20℃以上，而且一般r134a冷媒系统压缩机都不能在-10℃以下稳定工作（流量低，排气温度高），常规的单电池冷却机组都采用的是压缩机给电池冷却。这对压缩机的使用寿命有很大的影响，制冷效果也很差。而且压缩机-20℃以下不能工作，但有的电池在此
温度下仍有制冷需求，所以本架构采用的方案节能且可靠性好。
[0026]
模式六为除霜模式。利用发动机的余热或ptc加热冷却液，为驾驶室除霜提供热量来源。在车辆刚开始启动时，发动机温度未上升，这时开启水加热器16加热冷却液，冷却液经空调箱中的暖风水箱与驾驶室内的空气进行换热，可以及时的为车窗除霜，缩短司机的等待时间。待发动机温度上升后，可通过切换三通阀二14由b与c导通
→
a与b导通，将水加热器16关闭。以上冷却液循环可详细见模式二中的驾驶室采暖工况。
[0027]
模式七为除雾模式。在除霜模式的基础上，开启电动压缩机1制冷，启动驾驶室制冷循环。当车内空气的湿度比较大，并且和车外产生温差后，车窗就会起雾。空调暖风先将车窗上的水珠加热蒸发成气态，然后电动压缩机1制冷降低车内空气湿度（电动压缩机1工作时，车内潮湿的空气经过蒸发器总成18时，车内空气中的水蒸气遇冷液化，凝结成水滴最终排出车外），而后出风口不断吹出干热的空气，就可以保持车内空气的干燥，进而防止车内玻璃起雾。

技术特征：
1.一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，包括电机散热模块，电池散热模块，发动机散热模块，其特征在于：电机散热系统包括电机出水温度传感器、低温散热器、电子风扇、电机水泵和管路，电机冷却水出口的管路上装有电机出水温度传感器，电机冷却出口管分为两路，一路通过三通阀一与低温散热器二及四通三向阀一连通，经四通三向阀一的b端与d端，给电池加热；另一路通过低温散热器一后与比例三通阀相连通，经比例三通阀中的a端与b端，与电机水泵相连接，电机冷却进口端装有电机冷却进口管，在进口管上装有电机进水温度传感器，用于监测进水端的水温；电池散热系统包括电池出水温度传感器、电池冷却器、电池水泵、管路以及冷媒侧的电动压缩机，冷凝器总成。其中电池冷却出口端上装有电池冷却出口管，在出口管上装有电池出水温度传感器，电池冷却出口端的管路通过水泵后经四通三向阀分为三路，分别与液液换热器，比例三通阀和电池冷却器相连，用于对电池加热和降温；发动机散热模块包括发动机水泵、高温散热器、电子风扇、管路，发动机冷却液出口与发动机水泵相连接，出水泵后一分为二，一路连接三通阀进行发动机余热回收供电池预热和驾驶室采暖使用；另一路与高温散热器相连接，将冷却液中的热量与空气进行换热。2.根据权利要求1所述的一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，其特征在于：电池散热系统中，与液液换热器相连的管路，利用发动机或者水加热器产生的热量进行电池加热；与比例三通阀连接的管路，利用电机热量预热电池；与三通阀一的b端与c端相通的管路，将低温散热器二连接至电池回路，在-20℃低温环境下供电池散热；电池的进水端装有电池进水管，电池进水管上装有电池进水温度传感器，用于监测电池进水温度。3.根据权利要求1或2所述的一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，其特征在于：冷媒侧通过压缩机做功，将低温低压的气态制冷剂转换为高温高压状态，经过冷凝器与空气进行换热，制冷剂由气态转换为液态，在热力膨胀阀或电子膨胀阀的节流作用下，经蒸发器吸收驾驶室内的热量或经电池冷却器吸收电池冷却液中的热量后回到压缩机，如此循环往复，给驾驶室制冷以及电池冷却。

技术总结
一种集成多运行模式的混动车型热管理系统，电机散热系统的电机冷却水出口的管路上装有电机出水温度传感器，电机冷却出口管分为两路，给电机散热；电池散热系统的电池冷却出口端的管路通过水泵后经四通三向阀分为三路，分别与液液换热器，比例三通阀和电池冷却器相连，用于对电池加热和降温；发动机冷却液出口与发动机水泵相连接，出水泵后一分为二，一路连接三通阀进行发动机余热回收供电池预热和驾驶室采暖使用；另一路与高温散热器相连接，将冷却液中的热量与空气进行换热。本发明解决了目前混合动力汽车热管理系统相互独立、整车热管理能耗高、装配工艺复杂等问题，实现整车降成本、节能和空间布置优化。节能和空间布置优化。节能和空间布置优化。


技术研发人员：聂祖强 赵建华 刘杰 汪伦
受保护的技术使用者：湖北美标汽车制冷系统有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/13