一种纯电动汽车热管理系统

技术领域

本发明属于新能源汽车节能领域，尤其是涉及一种纯电动汽车热管理系统。

背景技术

与传统燃油汽车相比，新能源汽车需要热管理的部件众多，热管理系统的复杂程度、控制难度和技术要求更高。热管理系统架构已成为新能源汽车研究与开发的核心关键技术之一，是影响新能源汽车动力性、经济性、安全性、可靠性、热舒适性、环境适应性、续驶里程等性能的重要因素，对新能源汽车发展具有至关重要的作用。随着新能源汽车的迅速发展以及国家对新能源汽车能耗和续驶里程相关政策和技术要求的不断调整，节能降耗和延长续驶里程成为新能源汽车技术发展方向。

热管理系统架构是车辆热管理性能优劣的基础，一个好的热管理系统架构不但可以满足电池、电机、空调等子系统性能的充分发挥，同时还可以降低电池能耗，提升车辆续驶里程，是新能源汽车热管理性能开发较为重要的一个设计环节。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种纯电动汽车热管理系统，以解决现有技术热交换装置与PTC串联增加能耗，空间布局不合理的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种纯电动汽车热管理系统，包括电子功率器件冷却子系统、空调制冷采暖子系统和电池包冷却加热子系统，所述空调制冷采暖子系统包括压缩机、冷凝器、热力膨胀阀、蒸发器和风式PTC，压缩机依次通过第一管体、冷凝器和第二管体连接至蒸发器的出口端，蒸发器的进口端通过第三管体连接至压缩机，蒸发器的出口端内部设置第一温度传感器，第二管体上安装热力膨胀阀，蒸发器安装至空调箱内部，且空调箱内部还安装风式PTC，电池包冷却加热子系统的一端通过第四管体与第三管体相连通，电池包冷却加热子系统的另一端通过第五管体与第二管体相连通，电子功率器件冷却子系统内的低温散热器位于冷凝器的一侧，且所述低温散热器与冷凝器相互平行设置。

进一步的，所述电子功率器件冷却子系统还包括第一电子水泵、充电机、电机控制器、第一电机和低温散热器，低温散热器的出水端与进水端之间通过第六管体串联第一电子水泵、充电机、电机控制器和第一电机，第六管体内部设置第二温度传感器，且第二温度传感器位于第一电机的出水端。

进一步的，所述低温散热器的一侧设置风扇，且低温散热器位于风扇和冷凝器之间，风扇与低温散热器相互平行设置。

进一步的，所述电池包冷却加热子系统包括电池组、水冷板、第二电子水泵、热交换装置和水式PTC，水冷板是凹槽结构，电池组安装至水冷板内部，热交换装置的第一入水端通过第五管体与第二管体相连通，热交换装置的第一出水端通过第四管体与第三管体相连通，水冷板出水端分别通过第七管体连接至热交换装置的第二进水端、通过第八管体连接至水式PTC的进水端，水冷板的进水端固定连接至第二电子水泵的出水端，第二电子水泵的进水端分别通过第九管体连接至水式PTC的出水端、通过第十管体连接至热交换装置的出水端，水冷板内安装第三温度传感器。

进一步的，所述电池包冷却加热子系统还包括三通电磁阀，三通电磁阀安装至第十管体，且三通电磁阀的一端通过第九管体连接至水式PTC的出水端。

进一步的，所述电池包冷却加热子系统还包括第一膨胀水壶，注水口接第二电子水泵的进水端，排水口接水冷板的进水端，

进一步的，所述电子功率器件冷却子系统还包括第二膨胀水壶，第二膨胀水壶的两端分别固定连接至低温散热器的进水口、出水口。

相对于现有技术，本发明所述的一种纯电动汽车热管理系统具有以下优势：电池包采用水冷冷却方式，并通过热交换装置与空调系统耦合，通过空调系统的高COP值将电池组的热量带出车外，提升冷却效率，降低能耗；对于电池包在低温下加热，同样也是采用水冷方式，利用水式PTC加热，电池组的加热和冷却共用一套水循环系统，通过一个切换电磁阀实现二者之间的切换，降低了流动阻力节省了布置空间；电子功率器件冷却子系统采用一套独立的水循环冷却，按照发热量的多少决定冷却次序，冷却先后顺序依次为充电机、电机控制器、电机，兼顾了每个部件的冷却，提升了冷却性能；电池组冷却加热水循环和电机冷却水循环各加有一个膨胀水壶，注水口接水泵的进水端，排气口接子系统换热器的进水端，在冷却液充注时可以充分注水排气，提升效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种纯电动汽车热管理系统的控制原理图；

附图标记说明：

1-冷凝器；2-蒸发器；3-风式PTC；4-低温散热器；5-第一电子水泵；6-充电机；7-电机控制器；8-第一电机；9-第二膨胀水壶；10-水冷板；11-第二电子水泵；12-风扇；13-热交换装置；14-水式PTC；15-三通电磁阀；16-热力膨胀阀；17-第一温度传感器；18-第二温度传感器；19-第三温度传感器；20-高低压传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种纯电动汽车热管理系统，包括电子功率器件冷却子系统、空调制冷采暖子系统和电池包冷却加热子系统，综合考虑了包含电池包冷却加热、电机冷却、空调制冷采暖等几大子系统的实际工作要求，以及系统能耗最优的特点，从系统架构的层面出发，兼顾了成本、布置、工艺等要求，结构简单易于控制；

空调制冷采暖子系统包括压缩机、冷凝器1、热力膨胀阀16、蒸发器2和风式PTC3，压缩机型号是E34P300，压缩机一端依次通过第一管体、冷凝器1和第二管体连接至蒸发器2的出口端，冷凝器1的型号是DWN-200，蒸发器2的进口端通过第三管体连接至压缩机，蒸发器2的型号是LT-9.52，蒸发器2的出口端内部设置第一温度传感器17，第二管体上安装热力膨胀阀16，热力膨胀阀16为现有技术的空调管道膨胀阀，蒸发器2安装至空调箱内部，且空调箱内部还安装风式PTC3，风式PTC3是还有吹风扇的电加热板，电池包冷却加热子系统的一端通过第四管体与第三管体相连通，电池包冷却加热子系统的另一端通过第五管体与第二管体相连通，电子功率器件冷却子系统内的低温散热器4位于冷凝器1的一侧，且所述低温散热器4与冷凝器1相互平行设置，压缩机、冷凝器1、热力膨胀阀16、蒸发器2、风式PTC3和第一温度传感器17均信号连接至车载中控，第一温度传感器17用于监测蒸发器2出口端的温度，并信号传输至车载中控，车载中控通过所述温度信号调节热力膨胀阀16的开度，提升蒸发器2的蒸发效率，第二管体内设置高低压传感器20，高低压传感器20用于监测所述系统内的压力并信号传输至控制器，当所述系统压力过高时开启外置的电子风扇12冷却所述系统，使所述系统在一个正常稳定的条件下运行，空调箱内部有一个风式PTC3，用于低温下乘员舱的采暖，电池组采用水冷冷却方式，并通过热交换装置与空调系统耦合，通过空调系统的高COP值将电池组的热量带出车外，提升冷却效率，降低能耗；对于电池包在低温下加热，同样也是采用水冷方式，利用水式PTC加热，电池组的加热和冷却共用一套水循环系统，通过一个切换电磁阀实现二者之间的切换，降低了流动阻力节省了布置空间。

空调制冷采暖子系统相关控制为当驾乘人员通过仪表板上的按钮给出空调制冷要求时，压缩机开始工作，压缩机工作档位由仪表板制冷档位决定，同时，膨胀阀温感探头实时监控蒸发器2出口冷媒温度，并信号传输至车载中控，车载中控调节膨胀阀开口大小，风扇12档位由空调制冷采暖子系统内部压力决定，当空调制冷采暖子系统开启时，风扇12即开始低档位工作，当空调制冷采暖子系统高压超过15bar时，风扇12高档运行，当驾乘人员通过仪表板上的按钮给出空调采暖要求时，空调箱内的风式PTC3开始工作，制热档位的调节通过混合风门实现。

电子功率器件冷却子系统还包括第一电子水泵5、充电机6、电机控制器7、第一电机8和低温散热器4，低温散热器4的出水端与进水端之间通过第六管体串联第一电子水泵5、充电机6、电机控制器7和第一电机8，第六管体内部设置第二温度传感器18，且第二温度传感器18位于第一电机8的出水端，充电机6、电机控制器7、第一电机8均为现有技术，低温散热器4的型号是散热器LR0078，第一电子水泵5、充电机6、电机控制器7、第一电机8和低温散热器4均信号连接至车载中控，第二温度传感器18用来监控电子功率器件冷却子系统内部的温度并信号传输至车载中控，一旦温度达到设定阈值，车载中控信号开启第一电子水泵5或者提升第一电子水泵5档位，同时开启风扇12参与冷却，电子功率器件冷却子系统采用一套独立的水循环冷却，按照发热量的多少决定冷却次序，冷却先后顺序依次为充电机、电机控制器、电机，兼顾了每个部件的冷却，提升了冷却性能。

电子功率器件冷却子系统的相关控制为：当电动汽车上电后，车载中控控制第一电子水泵5低档运行，当第二温传感器监测到水温达到45℃时，车载中控控制第一电子水泵5档位提升一档，同时风扇12开启，当第二温传感器监测到水温达到55℃时，车载中控控制第一电子水泵5转速最高档运行，同时风扇12转速再提升一档。

低温散热器4的一侧设置风扇12，且低温散热器4位于风扇12和冷凝器1之间，风扇12与低温散热器4相互平行设置，风扇12信号连接至车载中空，冷凝器1为低温散热器4提供了冷却环境，风扇12用于交换气流，降低了流动阻力节省了布置空间，兼顾了每个部件的冷却，提升了冷却性能。

电池包冷却加热子系统包括电池组、水冷板10、第二电子水泵11、热交换装置13和水式PTC14，水冷板10是凹槽结构，水冷板10内填充冷却水，电池组为现有技术车用锂电池，电池组安装至水冷板10内部，热交换装置为NB-18板式热交换器，热交换装置13的第一入水端通过第五管体与第二管体相连通，热交换装置13的第一出水端通过第四管体与第三管体相连通，水冷板10出水端分别通过第七管体连接至热交换装置13的第二进水端、通过第八管体连接至水式PTC14的进水端，水冷板10的进水端固定连接至第二电子水泵11的出水端，第一电子水泵5和第二电子水泵11的型号均为P620812E02,第二电子水泵11的进水端分别通过第九管体连接至水式PTC14的出水端、通过第十管体连接至热交换装置13的出水端，水冷板10内安装第三温度传感器19，电池包冷却加热子系统还包括三通电磁阀15，三通电磁阀15安装至第十管体，且三通电磁阀15的一端通过第九管体连接至水式PTC14的出水端，水式PTC14为储水式热水器，第二电子水泵11、热交换装置13、水式PTC14和第三温度传感器19均信号连接至车载中控，第三温度传感器19用于监测水冷板10内冷却水的温度并信号传输至车载中控，当高温下电池包需要冷却时，车载中控控制三通电磁阀15切换到含有热交换装置13和冷却器一端，车载中控控制第二电子水泵11工作，利用热交换装置13将冷却水和空调冷媒进行热交换，达到冷却电池组的目的，当低温下电池组需要加热时，车载中控控制三通电磁阀15切换到含有水式PTC14加热器一端，车载中控控制第二电子水泵11工作，利用水式PTC14加热水的方式，达到加热电池的目的。

电池包冷却加热子系统相关控制为：当水冷板10内部电池组温度超过40℃时，第三温度传感器19监测温度并信号传输至车载中控，车载中控打开第二电子水泵11，并通过三通电磁阀15导通热交换装置13和水冷板10；当水冷板10内部电池组温度传感器监测温度低于0℃时，车载中控车载中控打开第二电子水泵11，并通过三通电磁阀15导通水式PTC14和水冷板10，车载中控通过控制三通电磁阀15实现了电池组冷却和加热的功能切换。

电池包冷却加热子系统和电子功率器件冷却子系统分别设置结构相同的第一膨胀水壶和第二膨胀水壶，第一膨胀水壶注水口接第二电子水泵11的进水端，排水口接水冷板10的进水端，第二膨胀水壶9的两端分别固定连接至低温散热器4的进水口、出水口，在冷却液充注时可以充分注水排气，提升效率。

夏季高温环境，车辆行驶状态下：

①车载中控控制第一电子水泵5打开，电子功率器件冷却子系统打开，由第一电机8后的第二温度传感器18监控循环回路的冷却温度，当温度过高时，提升第一电子水泵5转速和风扇12转速，反之调低第一电子水泵5转速和风扇12转速，使电机、电机控制器7、充电机6工作在一个最佳的温度范围。

②车载中控控制空调压缩机打开，第二电子水泵11打开，车载中控通过第三温度传感器19传输的信号将三通电磁阀15切换到热交换装置13一路，车载中控通过通过蒸发器2前的膨胀阀控制空调制冷的冷媒流量，达到乘员舱制冷目标要求，热交换装置13配合第二电子水泵11共同实现电池包冷却性能要求。

夏季高温环境，车辆驻车充电状态下：

①充电机6工作，车载中控控制第一电子水泵5打开，第二温度传感器18监控循环回路的水温，实时调节第一电子水泵5转速和风扇12转速，满足充电机6工作温度要求。

②车载中控控制空调压缩机打开，第二电子水泵11打开，车载中控通过第三温度传感器19传输的信号将三通电磁阀15切换到热交换装置13一路，利用空调制冷采暖子系统对电池组提供冷却能量。

冬季低温环境，车辆行驶状态下：

①车载中控控制第一电子水泵5打开，冷却水在回路中循环流动，避免由于局部过热导致的零部件损坏，同时通过第二温度传感器18监控水温，车载中控调节第一电子水泵5和风扇12转速。

②车载中控通过第三温度传感器19传输的信号将三通电磁阀15根据水冷板10内的温度切换到水式PTC14一路，车载中控控制第二电子水泵11打开，水式PTC14接通，水式PTC14提供电池组加热所需的热量。

③车载中控控制空调箱内风式PTC3打开，通过混合风门控制乘员舱出风口暖风温度。

冬季低温环境，车辆驻车充电状态下：

①充电机6工作，车载中控控制第一电子水泵5打开，冷却水在回路中循环流动，避免由于局部过热导致的零部件损坏，同时通过第二温度传感器18监控水温，车载中控调节第一水泵和风扇12转速。

②车载中控通过第三温度传感器19传输的信号将三通电磁阀15根据水冷板10内的温度切换到水式PTC14一路，车载中控控制第二电子水泵11打开，水式PTC14接通，水式PTC14提供电池组加热所需的热量。

春秋季常温环境，车辆行驶/驻车充电状态下：

①车载中控控制第一电子水泵5打开，冷却水在回路中循环流动，避免由于局部过热导致的零部件损坏，同时通过第二温度传感器18监控水温，车载中控调节第一电子水泵5和风扇12转速。

②车载中控通过第三温度传感器19传输的信号决定是否切换到热交换装置13的一路，当检测电池组温度较高时车载中控控制第二电子水泵11打开，同时控制压缩机工作，将三通电磁阀15切换到热交换装置13一路，利用空调制冷采暖子系统对电池组提供冷却能量，否则压缩机和第一电子水泵5不工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。