一种电动商用车的整车热管理系统及纯电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动商用车的整车热管理系统。

背景技术

现行的多数电动商用车的驾驶室空调系统使用一套制冷机组，而电池包热管理系统使用另一套制冷机组，这无疑是部件冗余也导致成本的增加。另外冬季驾驶室取暖及电池包加热，都增大了电量的消耗，使冬季电动车的续航里程缩减严重，与此同时，电机电控冷却回路的热量则直接散失到外界环境中，导致热量的浪费，降低了整车的能量利用率。如申请号为202211331362X公开的新能源汽车的整车热管理系统，包括电驱动冷却循环装置、采暖循环装置、电池包水循环装置以及空调冷却系统，能够满足整车及动力系统各主要部件在不同工作模式下的制冷和制热需求。

对目前电动商用车存在的以上问题，需要开发一种电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，实现整车系统的综合配置和热量利用，达到提高续航里程又可以降低整车成本的目的。

因此，针对目前现有技术中存在的“电动商用车热管理中，驾驶室空调系统、暖风系统、电池包热管理系统、电机电控冷却系统各个系统相互独立，部件冗余，热量利用率低，冬季续航里程缩减严重”的现状，研发一种电动商用车的整车热管理系统及电动汽车是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中“电动商用车热管理中，驾驶室空调系统、暖风系统、电池包热管理系统、电机电控冷却系统各个系统相互独立，部件冗余，热量利用率低，冬季续航里程缩减严重”的问题，提出并设计一种电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，实现整车系统的综合配置和热量的合理规划。

一方面，本发明为解决上述技术问题所采用的方案是：一种电动商用车的整车热管理系统，空调系统、热泵系统、电池包热管理系统、电机电控冷却系统、暖风系统。以下各个系统包含但不局限于图1中所展示的部件。

a)空调系统包含：压缩机、水冷冷凝器、常开电磁阀一、室外换热器、常开电磁阀三、热力膨胀阀、蒸发器、电子膨胀阀二、板式换热器、气液分离器。空调回路制冷剂的流路为：压缩机→水冷冷凝器→常开电磁阀一→室外换热器→常开电磁阀三→热力膨胀阀→蒸发器→气液分离器→压缩机和压缩机→水冷冷凝器→常开电磁阀一→室外换热器→电子膨胀阀二→板式换热器→气液分离器→压缩机。热泵系统包含：压缩机、水冷冷凝器、电子膨胀阀一、室外换热器、常闭电磁阀二、气液分离器。热泵回路制冷剂流路为：压缩机→水冷冷凝器→电子膨胀阀一→室外换热器→常闭电磁阀二→气液分离器→压缩机。

b)暖风系统主要包含：水泵一、水冷冷凝器、水PTC、暖风水箱、三通阀一、板式换热器、膨胀水箱一。暖风回路冷却液的流路为：水泵一→水冷冷凝器→水PTC→暖风水箱→三通阀一→(板式换热器)→水泵一。

c)电池包热管理系统主要包含：液冷电池、三通阀二、板式换热器、单向阀一、散热器、常闭电磁阀四、水泵二、膨胀水箱二。电池包回路冷却液流路为：液冷电池→三通阀二→板式换热器→水泵二→液冷电池和液冷电池→三通阀二→单向阀一→散热器→常闭电磁阀四→水泵二→液冷电池。

d)电机电控冷却系统主要包含：电机电控、单向阀二、散热器、水泵三、膨胀水箱三。电机电控回路冷却液流路为：电机电控→单向阀二→散热器→水泵三→电机电控。电机电控零部件间的冷却液流路串并联均可，根据实车需求设计，电机包含但不局限于中央电机、电驱桥等，电控元件包含但不局限于电机控制器、多合一、逆变器、充电器等。

热管理系统还包含串于各系统中的传感器，如制冷剂回路中的温度压力传感器，冷却液回路中的温度传感器，所述传感器与控制组件电连接，根据感应到的温度/压力信号相应控制组件开关，实现对应的系统功能。

当电池包和驾驶室均需要制冷的情况时，制冷剂侧的电磁阀开闭处于默认状态，电磁阀一和电磁阀三开启，电磁阀二关闭，另外，电子膨胀阀一关闭，电子膨胀阀二和热力膨胀阀根据需求调节开度，三通阀二AB通，电磁阀四关闭。在空调模式下，室外换热器相当于冷凝器的作用，将制冷剂的热量散发到环境，水冷冷凝器无热交换，蒸发器向驾驶室提供冷量，电池包热管理系统的冷却液在板式换热器中与制冷剂发生热交换，将热量传递给制冷剂侧。空调系统实现给驾驶室和电池包提供冷量，一部分冷量流向驾驶室，制冷剂流路为压缩机→水冷冷凝器→电磁阀一→室外换热器→电磁阀三→热力膨胀阀→蒸发器→气液分离器→压缩机；一部分冷量流向电池包冷却液回路，制冷剂流路为压缩机→电磁阀一→室外换热器→电子膨胀阀二→板式换热器→气液分离器→压缩机。电池包冷却液流路为液冷电池→三通阀二→板式换热器→水泵二→液冷电池。

当驾驶室需要制热的情况时，制冷剂侧的电磁阀调控开闭状态，电磁阀一和电磁阀三关闭，电磁阀二开启，另外，电子膨胀阀二关闭，电子膨胀阀一根据需求调整开度。电池包需要暖风系统加热时，三通阀一AB通，若电池包不需要暖风系统加热时，三通阀一AC通。此时，制冷剂回路实现热泵循环，制冷剂通过室外换热器从外界环境吸收热量，通过水冷冷凝器将热量传递到暖风系统的冷却液侧，实现为驾驶室制热。制冷剂流路为压缩机→水冷冷凝器→电子膨胀阀一→室外换热器→电磁阀二→气液分离器→压缩机。暖风系统的冷却液流路为水泵一→水冷冷凝器→水PTC→暖风水箱→三通阀一→(板式换热器)→水泵一。

当电池包需要加热的情况时，可利用暖风系统的热量，通过板式换热器将暖风系统的热量传递到电池包冷却液回路，或者利用电机电控冷却液回路的热量，通过将电池包回路的冷却液和电机电控回路的冷却液混合，提高流入电池包回路中冷却液的温度，本发明中采用这两种方式为电池包加热。当利用暖风系统热量时，三通阀一AB通，三通阀二AB通，电磁阀四关闭，电池包热管理回路的冷却液流路为液冷电池→三通阀二→板式换热器→水泵二→液冷电池；暖风系统的冷却液流路为水泵一→水冷冷凝器→水PTC→暖风水箱→三通阀一→板式换热器→水泵一。当利用电机电控冷却液回路的热量时，三通阀一AC通，三通阀二AC通，电磁阀四开启，电池包热管理回路的冷却液流路为液冷电池→三通阀二→单向阀一→散热器→电磁阀四→水泵二→液冷电池；暖风系统的冷却液流路为水泵一→水冷冷凝器→水PTC→暖风水箱→三通阀一→水泵一。

暖风系统的水PTC是为了满足驾驶室除霜及驻车热泵等工况下的需求，以及冬季电池起步等工况下需要响应快的热量。

另一方面，本发明还提供了一种电动汽车，安装有上述的电动商用车的整车热管理系统。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明所述的电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，实现了驾驶室制冷与电池包冷却共用一套制冷机组，同时兼具了热泵系统，从外界环境吸热，可为驾驶室及电池包提供热量，水PTC的加入，可满足极端及特殊工况各系统的安全有效的运行，也实现了驾驶室取暖与电池包加热同时依靠一套暖风系统，这都减少了部件冗余，节省了整车布置空间以及降低了整车成本。HVAC系统与现行电动商用车空调系统结构相似，不会造成HVAC系统过大的改变，减少这部分的投入。另外，电池包加热也可利用电机电控冷却液回路的热量，既合理有效利用电机电控的废热，避免浪费，减少冬季因加热需求的电耗，保障电池冬季的放电能力的同时，提高续航里程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地展示出本发明所述的电动商用车的整车热管理系统的示意图。

图2示例性地展示出夏季行车时所响应零部件情况的示意图：空调系统为驾驶室制冷和电池包冷却，电机电控通过散热器冷却。

图3示例性地展示出冬季行车时所响应零部件情况的示意图：热泵系统从外界环境吸热为驾驶室制热，电机电控冷却液回路地热量给电池加热。

图4示例性地展示出热泵系统从外界环境吸热以及水PTC的热量一同给驾驶室制热和电池包加热。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

现行电动商用车的热管理系统中，电池包热管理系统、电机电控冷却系统、空调系统、暖风系统相互独立，部件冗余，热量利用率低，尤其在冬季，续航里程缩减明显。本发明所述的电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，根据各个系统的需求，合理规划系统的构成及热量的利用，既降低了成本，又提高了热量利用率，使更多的电量得到了利用。

本发明所述的热管理系统的设计思路为：一套制冷系统同时为驾驶室和电池包提供热量；一套暖风系统同时为驾驶室和电池包提供热量，其中暖风系统的热量来自热泵系统从外界环境吸的热，以及极端特殊工况利用水PTC加热，满足快响应或大功率的热量；电机电控冷却系统通过散热器冷却；另外，电机电控冷却液回路的流体与电池包热管理系统的冷却液混合，使电池包回路的冷却液温度增高，加热电池。

本发明所述的主要零部件：

车外换热器为风冷式换热器，仅有1条制冷剂换热管道，具有在0.1-2.8MPa压力下吸热/放热的性能，制冷剂在空调系统中向外界环境散热，在热泵系统中从外界环境吸热，车外换热器可自电子扇。蒸发器为风冷式换热器，仅有1条制冷剂换热管道。水冷冷凝器为液冷式换热器，有2条换热管道，一侧介质为制冷剂，另一侧介质为冷却液，冷却液从高温制冷剂侧吸热。板式换热器为液冷式换热器，有3条换热管道，1条制冷剂换热管道，2条冷却液管道，低温制冷剂给相邻通道的冷却液降温，较高温度的冷却液给相邻通道的冷却液加热。压缩机为电动压缩机，压缩机驱动制冷剂的循环。电子膨胀阀一和电子膨胀阀二调节所在回路的流量。热力膨胀阀调节驾驶室制冷回路的流量。气液分离器位于压缩机的入口管处，防止压缩机液击和缺油。电磁阀一和电磁阀三常开，电磁阀二常闭，阀门管径与制冷剂管路适配，在默认状态下，制冷剂流通的是空调制冷通道。

暖风水箱为风冷式换热器，1条冷却液管道，向驾驶室内提供热量。水PTC为正温度系数热敏电阻加热器，加热所串回路的冷却液。三通阀一为一位两通通断三通水阀，可实现AB或者AC通断，控制对应流道的通断。水泵一为可调速电子水泵，控制回路的流量。散热器为风冷式散热器，可自带电子风扇，1条冷却液管道，通过散热器将冷却液的热量散失到外界环境。水泵二为可调速电子水泵，控制回路的流量。单向阀二为单向阀或者止回阀，实现流体按预定方向流动而不能逆流，预防冷却液回流造成危害。三通阀二为一位两通通断三通水阀，可实现AB或者AC通断，控制对应流道的通断。水泵二为可调速电子水泵，控制回路的流量。电磁阀四常闭，阀门管径与冷却液管路适配。膨胀水箱一、膨胀水箱二及膨胀水箱三在所在回路中起到稳压补水作用，置于水泵进口前，并联于冷却液回路中。

本发明所述的电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，除上述零部件，还包含串于回路中的传感器等。

图1所示为本发明阐释的一种电动商用车的整车热管理系统示意图，包括空调系统、热泵系统、暖风系统、电池包热管理系统、电机电控冷却系统。

本发明所述的“连接”含义为制冷剂或冷却液管路的物理连接。为方便描述零部件间的连接，将管路交叉点称之为“结点”，如图1所示。

本发明所述的空调系统分为压缩机、水冷冷凝器、电磁阀一、室外换热器、电磁阀三、热力膨胀阀、蒸发器、气液分离器组成的驾驶室制冷循环和压缩机、水冷冷凝器、电磁阀一、室外换热器、电子膨胀阀二、板式换热器、气液分离器组成的电池包制冷循环。本发明所述的热泵系统为压缩机、水冷冷凝器、电子膨胀阀一、室外换热器、电磁阀二、气液分离器组成的热泵循环。

空调系统及热泵系统的各零部件连接如下：压缩机的输出口与水冷冷凝器制冷剂侧的输入口连接，水冷冷凝器制冷剂侧的输出进口与结点1连接，结点1的另外两端分别与电磁阀一输入口、电子膨胀阀一输入口连接，室外换热器的输入口与结点2连接，结点2的另外两端分别与电磁阀一的输出口、电子膨胀阀一的输出口连接，室外换热器的输出口与结点3连接，结点3的另外两端分别于电磁阀二的输入口、结点4连接，电磁阀二的输出口与结点6连接，结点4的另外两端分别与电磁阀三的输入口、电子膨胀阀二的输入口连接，电磁阀三的输出口与热力膨胀阀输入口连接，热力膨胀阀输出口与蒸发器的输入口连接，蒸发器输出口与结点5连接，电子膨胀阀二输出口与板式换热器制冷剂侧的输入口连接，板式换热器制冷剂侧的输出口与结点5来连接，结点6的另外两端分别与气液分离器的输入口、结点5的第三端连接，气液分离器的输出口与压缩机的输入口连接。

通过控制电子膨胀阀一、电子膨胀阀二、电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三的通断，实现热管理系统中空调制冷模式和热泵模式的切换。若电磁阀一、电磁阀三开启，电磁阀二与电子膨胀阀一关闭，调控电子膨胀阀二的开度，为空调制冷循环，经压缩机压缩后的高温高压制冷剂流向车外换热器散热，分别通过蒸发器和板式换热器为驾驶室和电池包热管理系统制冷。若电磁阀二开启，电磁阀一、电磁阀三、电子膨胀阀二均关闭，调控电子膨胀阀一的开度，制冷剂通过室外换热器从外界环境吸热，经压缩机压缩后的高温高压制冷剂，由水冷冷凝器传递到暖风系统的冷却液回路中。

暖风系统包括水泵一、水冷冷凝器、水PTC、暖风水箱、三通阀一、板式换热器、膨胀水箱一。连接如下：水泵一的输出口与水冷冷凝器冷却液侧的输入口连接，水冷冷凝器冷却液侧的输出口与水PTC的输入口连接，水PTC的输出口与暖风水箱的输入口连接，暖风水箱的输出口与三通阀一的入口连接，三通阀一的一端输出口与板式换热器1层冷却液输入口连接，板式换热器1层冷却液输出口与结点10连接，结点10的另外两端分别与三通阀一的另一输出口、水泵一的输入口连接。三通阀一的两种模式，控制暖风系统的冷却液是否流经板式换热器，即是否给电池包热管理回路加热，当三通阀一AB通，暖风系统给电池包加热，反之亦然。

电池包热管理系统包括液冷电池、三通阀二、板式换热器、电磁阀四、水泵二、单向阀一、散热器、膨胀水箱二。连接如下：水泵二的输出口与液冷电池冷却管路主路输入口连接，液冷电池冷却管路主路输出口与三通阀二的输入口连接，三通阀二的输出口分别与单向阀一的输入口、板式换热器2层冷却液的输入口连接，板式换热器2层冷却液的输出口与结点7连接，单向阀一的输出口与结点9连接，结点9的另外两端分别与单向阀二的输出口、散热器的输入口连接，散热器的输出口与结点8连接，结点8的另外两端分别与水泵三的输入口、电磁阀四的输入口连接，结点7的另外两端分别与电磁阀四的输出口、水泵二的输入口连接。三通阀二的两种模式实现电池包制冷与不同加热方式的控制，当三通阀二AB通，可为电池包冷却或者暖风系统为电池包加热，当三通阀二AC通，电机电控冷却液回路的热量为电池包加热。当利用电机电控冷却系统的热量给电池加热时，电磁阀四开启，否则关闭。

电机电控冷却系统包括电机、电控元件、散热器、单向阀2、水泵三、膨胀水箱三。连接如下：电机电控部件间的冷却管路串并联均可，电机电控冷却液管路主路出口与单向阀二输入口连接，水泵三的输出口与电机电控冷却液管路主路入口连接。

需要说明的时，图1所示零部件的位置关系仅为示例性的说明，不代表实际的安装方位和安装顺序。

本发明所述的电动商用车的整车热管理系统及电动汽车，可实现在不同工况下的多种工作模式，包含但不局限于图2、图3、图4所示的三种典型工况。

图2工况下，电磁阀一、电磁阀三开启，电磁阀二、电子膨胀阀一关闭，调控电子膨胀阀二的开度以及热力膨胀阀的自行调控，实现冷量的分配。经车外换热器向外界环境散热变为中温高压的制冷剂，一部分制冷剂经电磁阀三和热力膨胀阀变为低温低压的制冷剂，通过蒸发器从驾驶室内吸热后的制冷剂与另一部分经过电子膨胀阀二变为低温低压制冷剂在板式换热器中吸收电池包冷却液回路热量后的制冷剂汇集流入压缩机中，压缩后变为高温高压的制冷剂，流经水冷冷凝器，不进行换热，进入车外换热器中。此空调制冷系统既可满足驾驶室处于适宜的温度可使电池包温度维持在正常的工作温度区间。

三通阀二AB通，电磁阀四关闭，从液冷电池出来的冷却液进入板式换热器冷却，再经水泵二进入液冷电池，冷却电芯温度。可调节电子水泵二的转速，控制该回路中冷却液的流量，使电池包温度维持在正常温度区间。冷却完电机电控后的冷却液流经散热器向外界环境散热，降温后的冷却液经水泵流入电机电控部件中。可调节电子水泵三的转速，控制该回路中冷却液的流量，使电机电控部件维持再正常工作区间。

图3示例性的展示出冬季行车工况下，热泵系统从外界环境吸热，将热量传递给暖风系统为驾驶室制热，电机电控冷却回路的冷却液与电池包热管理系统的冷却液混合，给电池包加热。

图3工况下，电磁阀一、电磁阀三、电子膨胀阀二关闭，电磁阀二开启，调控电子膨胀阀一的开度，实现热泵循环。低温低压的制冷剂通过车外换热器从外界环境中吸热，进入压缩机中变为高温高压的制冷剂，流入水冷冷凝器向另一侧冷却液散热，变为中温高压制冷剂，再经电子膨胀阀一变为低温低压制冷剂。

三通阀一AC通，三通阀二AC通，电磁阀四开启，暖风系统的冷却液通过暖风水箱给驾驶室制热。电池包热管理系统的冷却液与电机电控冷却液混合流经散热器后，一部分冷却液流向电机电机电控冷却回路，相当于混流后给电机电控冷却液的温度降低，继续冷却电机电控部件；一部分冷却液流向电池包热管理回路，相当于混流后给电池包热管理系统的冷却液温度升高，进入电池包加热电芯。

图4示例性的展现出极端特殊工况下，热泵系统从外界环境吸热以及水PTC加热，一同为驾驶室制热和电池包加热，电机电控冷却系统进行自循环。

图4工况下，电磁阀一、电磁阀三、电子膨胀阀二关闭，电磁阀二开启，调控电子膨胀阀一的开度，热泵系统从外界环境吸热通过水冷冷凝器传递到暖风系统的冷却液侧。

三通阀一AB通，三通阀二AB通，四通阀4关闭，水PTC开启加热，使冷却液温度升高，通过暖风水箱给驾驶室制热以及板式换热器给电池包热管理系统回路加热，使电池包热管理系统冷却液温度升高来加热电池。电机电控冷却系统进行自循环。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等(如果存在)是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。