一种基于水源热泵电池热管理热系统架构的制作方法

1.本发明属于电动汽车热管理技术领域，具体涉及一种基于水源热泵电池热管理热系统架构。


背景技术：

2.传统燃油车正逐步向电动化、智能化转型，新能源汽车市场占有率和保有量也逐步提高。随着汽车电动化和智能化发展，电动汽车热管理系统也向着集成化方向发展。其中热管理系统不仅影响乘用车驾乘舒适性，也牵涉能耗问题。热系统如何实现低能耗和全工况全气候运行，成为行业一大挑战。
3.现技术的电动车整车热管理乘员舱制冷通常采用电动压缩机+冷凝器+蒸发器架构，通过压缩机压缩制冷剂在整车前端冷凝，乘员舱蒸发吸热制冷，电池制冷主要通过一个换热器与制冷剂发生热交换降低电池舱温度，这块基本架构是类似的，没有特别大的差异化。
4.如图1所示为现技术电动汽车热管理乘员舱制热和动力电池加热架构：
5.乘员舱加热普遍采用电加热辅助空调系统，外加正温度系数热敏电阻(英文简称ptc)加热器辅助加热。ptc加热器的缺点是，ptc加热器的电转换成热的效率理论上限为1.0，实际的转换率cop《0.9，制热效率较低，对汽车续航里程影响较大。
6.电池舱加热通常采用水加热器辅助加热(英文简称是wptc)，水加热器的特点是通过外加高压热敏电阻对电池冷却液进行加热，缺点是低温时制热效率低，耗电量大，对整车续航里程影响大。
7.整个热系统架构中，有两个ptc，一个是空气ptc负责乘员舱加热，一个是wptc负责电池加热，两个部件功能一样，热系统比较冗余，占用整车布置空间和增加整车成本。
8.或采用热泵系统给乘员舱加热和电池制冷，空气源热泵给乘员舱加热+电池制冷+电池wptc加热增加室外换热器，将空气中的热量带给乘员舱进行加热，电池包仍然采用wptc进行加热。采用空气源热泵技术，可以有效降低-7℃及以上乘员舱采暖cop(消耗能量与制取热量比值)，通过制冷剂形成热量泵的形式，将车外空气中热量带给车内,降低系统能耗。但是该热系统架构的缺点是：1：空调主机(hvac)需要增加车内散热器+ptc，hvac无法沿用燃油车，需要重新开发hvac(需要大量开模费用)，技术可移植性较差；2：电池内部热量较多(高倍率放电)，需要通过制冷剂带出，无法将电池内部热量带给乘员舱采暖。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种基于水源热泵电池热管理热系统架构，以解决上述背景技术中所存在的问题。
10.为实现上述目的，本技术是通过以下技术方案实现的：
11.一种基于水源热泵电池热管理热系统架构，包括空调换热器、wptc、第一电子水泵、第二电子水泵、第一三通阀、第二三通阀、前蒸发器总成、暖风芯体、后蒸发器总成、二合
一chiller、电动压缩机、及液体冷凝器；
12.所述空调换热器的出口通过冷媒管路分别与前蒸发器总成进口、后蒸发器总成进口及二合一chiller的冷媒进口连接，所述前蒸发器总成出口、后蒸发器总成出口及二合一chiller的冷媒出口均通过冷媒管路与电动压缩机进口连接，电动压缩机出口通过冷媒管路与液体冷凝器的冷媒进口连接，液体冷凝器的冷媒出口中通过冷媒管路与空调换热器进口连接；
13.膨胀水壶出口通过空调水管路与第一电子水泵进口连接，第一电子水泵出口通过空调水管路与wptc进口连接，wptc出口通过空调水管路与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的二个出口分别通过空调水管路与暖风芯体进口及二合一chiller的热水进口连接，暖风芯体出口及二合一chiller的热水出口通过空调水管路与第二三通阀的进口连接，第二三通阀的第一出口通过空调管路与液体冷凝器的热水进口连接，液体冷凝器的热水出口及第三三通阀的第二出口均通过空调水管路与膨胀水壶进口连接；
14.膨胀水壶出口通过电池水管路与动力电池冷却系统进口连接，动力电池冷却系统出口通过电池水管路与第二电子泵进口连接，第二电子泵出口通过电池水管路与二合一chiller的冷却液进口连接，二合一chiller的冷却液出口通过电池水管路与膨胀水壶进口连接。
15.进一步的，二合一chiller分为两层，第一层实现空调制冷剂与电池冷却液热交换，第二层实现加热器热水与电池冷却液进行热交换。
16.进一步的，热系统架构包括乘员舱和电池制冷循环系统，乘员舱和电池制热循环系统，乘员舱制热、电池制冷循环系统，乘员舱制冷、电池制热循环系统，乘员舱制热、电池余热回收循环系统。
17.进一步的，乘员舱和电池制冷循环系统包括：
18.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器总成、后蒸发器总成及二合一chiller后，再汇合进入气液分离器后再返回电动压缩机，此循环中，液体冷凝器不工作仅为通道；
19.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池；
20.空调水循环：完全停止。
21.进一步的，乘员舱和电池制热循环系统包括：
22.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后返回电动压缩机；
23.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、第一三通阀后，并列进入暖风芯体及二合一chiller后再返回液体冷凝器；
24.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
25.进一步的，乘员舱制热、电池制冷循环系统包括：
26.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；
27.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯
体后返回液体冷凝器；
28.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
29.进一步的，乘员舱制冷、电池制热循环系统包括：
30.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器及后蒸发器后汇合进入气液分离器后返回电动压缩机；
31.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc后并列进入暖风芯体及二合一chiller后现返回液体冷凝器；
32.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
33.进一步的，乘员舱制热、电池余热回收循环系统包括：
34.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；
35.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯体后返回电动压缩机；
36.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
37.进一步的，wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作。
38.本发明的有益效果是：
39.本技术方案通过使用水源热泵热系统架构、对于传统空调主机可以不做任何变更，通过管路连接原燃油车空调主机，空调主机基本结构不变，开发效率高；使用热泵提升电池加热效率，降低电池加热能耗；使用热泵提升乘员舱加热效率，降低乘员舱加热能耗；将乘员舱和动力电池加热部件ptc合二为一，减少部件降低成本；在春秋(-5～20℃)季可以利用电池余热加热乘员舱，降低能耗。
附图说明
40.图1为现技术热系统框架示意图。
41.图2为本发明热系统架构示意图。
42.图3为乘员舱和电池制冷循环系统示意图。
43.图4为乘员舱和电池制热循环系统示意图。
44.图5为乘员舱制热、电池制冷循环系统示意图。
45.图6为乘员舱制冷、电池制热循环系统示意图。
46.图7为乘员舱制热、电池余热回收循环系统示意图。
47.附图标记说明：
48.1、电动压缩机；2、液体冷凝器；3、空调换热器；4、膨胀水壶；5、第一电子水泵；6、wptc；7、第一三通阀；8、第二三通阀；9、前蒸发器总成；10、暖风芯体；11、后蒸发器总成；12、气液分离器；13、第二电子水泵；14、动力电池；15、二合一chiller。
具体实施方式
49.以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
50.如图2所示，本技术包括一种基于水源热泵电池热管理热系统架构，包括空调换热器3、wptc6、第一电子水泵5、第二电子水泵13、第一三通阀7、第二三通阀8、前蒸发器总成9、暖风芯体10、后蒸发器总成11、二合一chiller15、电动压缩机1及液体冷凝器2。
51.空调换热器的出口通过冷媒管路分别与前蒸发器总成进口、后蒸发器总成进口及二合一chiller的冷媒进口连接，前蒸发器总成出口、后蒸发器总成出口及二合一chiller的冷媒出口均通过冷媒管路与电动压缩机进口连接，电动压缩机出口通过冷媒管路与液体冷凝器的冷媒进口连接，液体冷凝器的冷媒出口中通过冷媒管路与空调换热器进口连接。
52.还包括空调换热器的出口通过冷媒管路与气液分离器进口连接。
53.膨胀水壶出口通过空调水管路与第一电子水泵进口连接，第一电子水泵出口通过空调水管路与wptc进口连接，wptc出口通过空调水管路与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的二个出口分别通过空调水管路与暖风芯体进口及二合一chiller的热水进口连接，暖风芯体出口及二合一chiller的热水出口通过空调水管路与第二三通阀的进口连接，第二三通阀的第一出口通过空调管路与液体冷凝器的热水进口连接，液体冷凝器的热水出口及第三三通阀的第二出口均通过空调水管路与膨胀水壶进口连接。
54.膨胀水壶出口通过电池水管路与动力电池冷却系统进口连接，动力电池冷却系统出口通过电池水管路与第二电子泵进口连接，第二电子泵出口通过电池水管路与二合一chiller的冷却液进口连接，二合一chiller的冷却液出口通过电池水管路与膨胀水壶进口连接。在上述的每个管路上均设置有对应的阀门，在本热系统框架上还包括相应的温度、压力等传感器，用于对相应系统的监控。
55.本技术的二合一chiller为现有技术，其工作原理为：总共分为两层，三进三出总共6个进出口，一层主要实现空调制冷剂与电池冷却液热交换，第二层主要实现燃油加热器热水与电池冷却液进行热交换。交换器主要由板式换热器通过一层一层堆叠在一起，形成热交换通道，实现冷媒与电池冷却液热交换，加热器热水与电池冷却液加热。
56.本技术的液体冷凝器主要是用来冷却制冷剂，利用冷却液将冷媒中热量带走。
57.本技术的热系统架构如图3至图7所示，包括乘员舱和电池制冷循环系统，乘员舱和电池制热循环系统，乘员舱制热、电池制冷循环系统，乘员舱制冷、电池制热循环系统，乘员舱制热、电池余热回收循环系统。
58.如图3所示，乘员舱和电池制冷循环系统包括：
59.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器总成、后蒸发器总成及二合一chiller后，再汇合进入气液分离器后再返回电动压缩机，此循环中，液体冷凝器不工作仅为通道。
60.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
61.空调水循环：完全停止。
62.如图4所示，乘员舱和电池制热循环系统包括：
63.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后返回电动压缩
机；说明：冷媒循环主要作用是空调换热器吸收空气中热量，再通过液体冷凝器(lcc)将热量传递到空调水循环回路。
64.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、第一三通阀后，并列进入暖风芯体及二合一chiller后再返回液体冷凝器；(wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作，wptc工作时第一三通阀(简单开闭)1和2导通)。
65.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
66.如图5所示，乘员舱制热、电池制冷循环系统包括：
67.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；说明：冷媒循环主要作用是空调换热器吸收空气中热量，再通过lcc将热量传递到空调水循环回路。
68.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯体后返回液体冷凝器；(wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作，wptc工作时第一三通阀(简单开闭)1和2导通)。
69.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
70.如图6所示，乘员舱制冷、电池制热循环系统包括：
71.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器及后蒸发器后汇合进入气液分离器后返回电动压缩机；说明：冷媒循环主要作用是空调换热器吸收空气中热量，再通过lcc将热量传递到空调水循环回路。
72.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc后并列进入暖风芯体及二合一chiller后现返回液体冷凝器；(wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作，wptc工作时第一三通阀(简单开闭)1和2导通)。
73.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
74.如图7所示，乘员舱制热、电池余热回收循环系统包括：
75.冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；说明：冷媒在二合一chiller内部吸收电池热量，再通过lcc将热量传递给暖风芯体加热乘员舱。
76.空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯体后返回电动压缩机；(wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作，wptc工作时第一三通阀(简单开闭)1和2导通)。
77.电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
78.以上为本发明较佳的实施方式，以上显示和描述了本发明的基本原理和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化以及改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，包括空调换热器、wptc、第一电子水泵、第二电子水泵、第一三通阀、第二三通阀、前蒸发器总成、暖风芯体、后蒸发器总成、二合一chiller、电动压缩机、及液体冷凝器；所述空调换热器的出口通过冷媒管路分别与前蒸发器总成进口、后蒸发器总成进口及二合一chiller的冷媒进口连接，所述前蒸发器总成出口、后蒸发器总成出口及二合一chiller的冷媒出口均通过冷媒管路与电动压缩机进口连接，电动压缩机出口通过冷媒管路与液体冷凝器的冷媒进口连接，液体冷凝器的冷媒出口中通过冷媒管路与空调换热器进口连接；膨胀水壶出口通过空调水管路与第一电子水泵进口连接，第一电子水泵出口通过空调水管路与wptc进口连接，wptc出口通过空调水管路与第一三通阀的进口连接，第一三通阀的二个出口分别通过空调水管路与暖风芯体进口及二合一chiller的热水进口连接，暖风芯体出口及二合一chiller的热水出口通过空调水管路与第二三通阀的进口连接，第二三通阀的第一出口通过空调管路与液体冷凝器的热水进口连接，液体冷凝器的热水出口及第三三通阀的第二出口均通过空调水管路与膨胀水壶进口连接；膨胀水壶出口通过电池水管路与动力电池冷却系统进口连接，动力电池冷却系统出口通过电池水管路与第二电子泵进口连接，第二电子泵出口通过电池水管路与二合一chiller的冷却液进口连接，二合一chiller的冷却液出口通过电池水管路与膨胀水壶进口连接。2.根据权利要求1所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，二合一chiller分为两层，第一层实现空调制冷剂与电池冷却液热交换，第二层实现加热器热水与电池冷却液进行热交换。3.根据权利要求1所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，热系统架构包括乘员舱和电池制冷循环系统，乘员舱和电池制热循环系统，乘员舱制热、电池制冷循环系统，乘员舱制冷、电池制热循环系统，乘员舱制热、电池余热回收循环系统。4.根据权利要求3所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，乘员舱和电池制冷循环系统包括：冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器总成、后蒸发器总成及二合一chiller后，再汇合进入气液分离器后再返回电动压缩机，此循环中，液体冷凝器不工作仅为通道；电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池；空调水循环：完全停止。5.根据权利要求3所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，乘员舱和电池制热循环系统包括：冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后返回电动压缩机；空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、第一三通阀后，并列进入暖风芯体及二合一chiller后再返回液体冷凝器；电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。
6.根据权利要求3所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，乘员舱制热、电池制冷循环系统包括：冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯体后返回液体冷凝器；电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。7.根据权利要求3所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，乘员舱制冷、电池制热循环系统包括：冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器后并列进入前蒸发器及后蒸发器后汇合进入气液分离器后返回电动压缩机；空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc后并列进入暖风芯体及二合一chiller后现返回液体冷凝器；电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。8.根据权利要求3所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，乘员舱制热、电池余热回收循环系统包括：冷媒循环：冷媒依次通过电动压缩机、液体冷凝器、空调换热器、二合一chiller、气液分离器后返回电动压缩机；空调水循环：空调水依次通过液体冷凝器、膨胀水壶、第一电子水泵、wptc、暖风芯体后返回电动压缩机；电池水循环：电池水依次通过动力电池、第二电子水泵、二合一chiller、膨胀水壶后返回动力电池。9.根据权利要求5至8中任一项所述的基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，wptc在环境温度＜-7℃工作，其余温度不工作。

技术总结
本发明涉及一种基于水源热泵电池热管理热系统架构，其特征在于，包括空调换热器、WPTC、第一电子水泵、第二电子水泵、第一三通阀、第二三通阀、前蒸发器总成、暖风芯体、后蒸发器总成、二合一chiller、电动压缩机、及液体冷凝器。本技术方案通过使用水源热泵热系统架构、对于传统空调主机可以不做任何变更，通过管路连接原燃油车空调主机，空调主机基本结构不变，开发效率高；使用热泵提升电池加热效率，降低电池加热能耗；使用热泵提升乘员舱加热效率，降低乘员舱加热能耗；将乘员舱和动力电池加热部件PTC合二为一，减少部件降低成本；在春秋季可以利用电池余热加热乘员舱，降低能耗。降低能耗。降低能耗。


技术研发人员：陈昌瑞 王海萍 迟玉华 严瑞财 罗世成 姚学森 孙强 李秋实 杨栋 左炜晨
受保护的技术使用者：安徽江淮汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/13