一种具有除霜功能的整车热管理系统

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车热管理技术领域，为一种具有除霜功能的整车热管理系统。

背景技术

在现如今的环境背景下，节能减排已成为未来必然趋势，新能源汽车是实现未来目标的重要手段，其中，燃料电池汽车利用氢能发电，实现排放零污染，是未来新能源汽车发展的关键。在冬季时，由于外部环境温度较低，燃料电池会出现冷启动困难，同时若室外换热器的表面温度低于空气的露点温度，此时空气中的水分会在室外换热器的表面结霜，结霜会减小换热面积，降低可通过的风量。随着结霜的不断增加，会影响到空气和换热器的热交换效果，因此换热器结霜是影响热泵空调冬季制热性能的重要因素。

对于现有的燃料电池汽车整车热管理系统，由于燃料电池反应慢，需配合动力电池一同使用，各个系统独立使用，使得能量利用不合理，造成能量浪费，其次当环境温度过低时，燃料电池汽车会出现冷启动困难，室外换热器结霜严重，现有的热泵除霜技术大多采用停机除霜，除霜效率低，且严重影响舱内制热，降低了舱内的舒适度。

发明内容

本发明提供一种具有除霜功能的整车热管理系统，目的在于解决以上现有技术中的多个问题。

本发明是这样实现的：

提供一种具有除霜功能的整车热管理系统，应用于汽车内乘员舱和动力部件的热管理，所述动力部件包括燃料电池、动力电池和驱动电机组件；包括与所述汽车内乘员舱和所述燃料电池、所述动力电池和所述驱动电机组件对应配置的燃料电池热管理回路、动力电池热管理回路、舱内热管理回路和驱动电机热管理回路，所述燃料电池热管理回路、所述动力电池热管理回路、所述驱动电机热管理回路之间设置有多个换向阀，通过多个所述换向阀控制多个回路的散热工况。

进一步的，燃料电池热管理回路包括依次连通的第二电子水泵、压气机、燃料电池本体、第一散热器、散热风扇、第二膨胀水箱和第一低温制冷循环器。

进一步的，所述第二膨胀水箱通过第一六通换向阀与所述压气机连接。

进一步的，所述燃料电池通过第二六通换向阀与所述第一低温制冷循环器连接。

进一步的，所述动力电池热管理回路包括依次连通的第三电子水泵、动力电池本体、第一散热器、散热风扇、第一膨胀水箱和第一低温制冷循环器。

进一步的，所述动力电池本体通过第二六通换向阀与所述第一散热器连接；所述第一膨胀水箱通过第一六通换向阀与所述第一散热器连接。

进一步的，所述舱内热管理回路包括依次连通的PTC加热器、第一低温制冷循环器、舱内换热组件、第一电子水泵、压缩机、水冷式冷凝器、第一电子膨胀阀、第二低温制冷循环器、室外换热器、第一二通阀、第二电子膨胀阀、蒸发器和气液分离器。

进一步的，所述第二低温制冷循环器分别连接有第一三通换向阀和第二三通换向阀，所述第一三通换向阀与所述第二三通换向阀连接，所述第二三通换向阀通过所述第一电子膨胀阀与所述水冷式冷凝器连接，所述水冷式冷凝器与所述压缩机连接，所述压缩机与所述气液分离器连接，所述气液分离器通过所述第一二通阀与所述室外换热器连接，所述气液分离器与所述蒸发器连接，所述蒸发器通过所述第二电子膨胀阀与所述室外换热器连接。

进一步的，所述驱动电机热管理回路包括依次连通的第四电子水泵、驱动电机组件本体、第四三通换向阀、第三膨胀水壶、四通换向阀、第二六通换向阀、第二散热器、散热风扇和第二两通阀。

进一步的，所述驱动电机组件本体一端通过第一六通换向阀、所述四通换向阀、所述第二两通阀并入主线连接有室外换热器；所述驱动电机组件本体另一端通过第四三通换向阀分别与第二六通换向阀连接，并通过所述第二六通换向阀与所述第二散热器连接，所述第二散热器与所述散热散热器对应设置，所述第四三通换向阀与所述第三膨胀水壶连接，所述第三膨胀水壶通过所述四通换向阀连接并入主线。

上述方案的有益效果：

本发明提供的整车热管理系统，通过配置多个阀体以及功能部件，能够解决燃料电池热管理系统、动力电池热管理系统、驱动电机热管理系统的能量利用不合理，能量浪费问题，使得整车热管理能量充分利用。克服了外界环境温度较低时，燃料电池汽车存在的冷启动困难问题，提高燃料电池响应速度。解决室外换热器结霜，影响舱内舒适度的技术问题，提高除霜效率。能够有效的整合能量利用，克服环境温度较低时，燃料电池汽车出现冷启动困难的问题，解决室外换热器结霜，影响舱内舒适度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为发明提供的具有除霜功能的整车热管理系统管路示意图；

图标：

1-水冷式冷凝器；2-压缩机；3-气液分离器；4-PTC加热器；5- 舱内换热组件；6-动力电池；7-燃料电池；8-驱动电机组件；9-室外换热器；10-蒸发器；11-第一低温制冷循环器；12-第二低温制冷循环器；13-第一膨胀水壶；14-第二膨胀水壶；15-第三膨胀水壶；16-第一散热器；17-第二散热器；18-散热风扇；19-第一电子水泵；20- 第二电子水泵；21-第三电子水泵；22第四电子水泵；23-第一三通换向阀；24-第二三通换向阀；25-第三三通换向阀；26-第四三通换向阀；27-第五三通换向阀；28-第一电子膨胀阀；29-第二电子膨胀阀；30-第一两通阀；31-第二两通阀；32-第一六通换向阀；33-第二六通换向阀；34-四通换向阀；35-第三电子膨胀阀；36-压气机；37- 热交换器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本实施例提供一种具有除霜功能的整车热管理系统，应用于汽车内乘员舱和动力部件的热管理，所述动力部件包括燃料电池、动力电池和驱动电机组件；包括与所述汽车内乘员舱和所述燃料电池、所述动力电池和所述驱动电机组件对应配置的燃料电池热管理回路、动力电池热管理回路、舱内热管理回路和驱动电机热管理回路，所述燃料电池热管理回路、所述动力电池热管理回路、所述驱动电机热管理回路之间设置有多个换向阀，通过多个所述换向阀控制多个回路的散热工况。

具体的，在本实施例中，燃料电池热管理回路包括依次连通的第二电子水泵、压气机、燃料电池本体、第一散热器、散热风扇、第二膨胀水箱和第一低温制冷循环器。其中，第二膨胀水箱通过第一六通换向阀与所述压气机连接，燃料电池通过第二六通换向阀与所述第一低温制冷循环器连接。

第一六通换向阀与第二六通换向阀可以控制燃料电池热管理回路的大小循环，当燃料电池处于适宜工作温度时，第一六通换向阀的 b、d口连通，第二六通换向阀的a、c口连通，散热风扇不工作，实现燃料电池热管理回路的小循环，当燃料电池温度超过适宜工作温度范围后，第一六通换向阀的d、e口连通，第二六通换向阀a、f连通，散热风扇开始工作，实现对燃料电池的散热。

具体的，动力电池热管理回路包括依次连通的第三电子水泵、动力电池本体、第一散热器、散热风扇、第一膨胀水箱和第一低温制冷循环器。其中，动力电池本体通过第二六通换向阀与所述第一散热器连接，所述第一膨胀水箱通过第一六通换向阀与所述第一散热器连接。

第一六通换向阀与第二六通换向阀可以控制动力电池热管理回路的散热工况，当动力电池处于适宜工作温度时，第一六通换向阀的 b、c口连通，第二六通换向阀的b、c口连通，散热风扇不工作，实现动力电池热管理回路的正常工作，当动力电池温度超过适宜工作温度范围后，第一六通换向阀的c、e口连通，第二六通换向阀b、e 连通，散热风扇开始工作，实现对动力电池的散热。

具体的，舱内热管理回路包括依次连通的PTC加热器、第一低温制冷循环器、舱内换热组件、第一电子水泵、压缩机、水冷式冷凝器、第一电子膨胀阀、第二低温制冷循环器、室外换热器、第一二通阀、第二电子膨胀阀、蒸发器和气液分离器。其中，第二低温制冷循环器分别连接有第一三通换向阀和第二三通换向阀，所述第一三通换向阀与所述第二三通换向阀连接，所述第二三通换向阀通过所述第一电子膨胀阀与所述水冷式冷凝器连接，所述水冷式冷凝器与所述压缩机连接，所述压缩机与所述气液分离器连接，所述气液分离器通过所述第一二通阀与所述室外换热器连接，所述气液分离器与所述蒸发器连接，所述蒸发器通过所述第二电子膨胀阀与所述室外换热器连接。

当舱内温度较低时，PTC加热器开始工作，第三三通换向阀a、b 口连通，为舱内进行加热处理，若当环境温度较低时，燃料电池汽车存在冷启动困难的问题，此时，PTC加热器工作，第一六通换向阀b、 d口连通，第二六通换向阀a、c口连通，通过第一低温制冷循环器实现热交换，对燃料电池进行加热。同时，为了降低室外换热器结霜的概率，方便后续的除霜工作，在对燃料电池进行预热的同时，第二三通换向阀的b、c口连通，为室外换热器提供热交换的媒介，通过第一低温制冷循环器与第二低温制冷循环器为室外换热器进行预热。同时，第三电子膨胀阀开启，将压气机产生的高温废气通过热交换器与冷却液进行热交换后再通过第一低温制冷循环器与室外换热器进行热交换，实现对室外换热器的预热，降低结霜概率。

具体的，在本实施例中，驱动电机热管理回路包括依次连通的第四电子水泵、驱动电机组件本体、第四三通换向阀、第三膨胀水壶、四通换向阀、第二六通换向阀、第二散热器、散热风扇和第二两通阀。其中，驱动电机组件本体一端通过第一六通换向阀、所述四通换向阀、所述第二两通阀并入主线连接有室外换热器；所述驱动电机组件本体另一端通过第四三通换向阀分别与第二六通换向阀连接，并通过所述第二六通换向阀与所述第二散热器连接，所述第二散热器与所述散热散热器对应设置，所述第四三通换向阀与所述第三膨胀水壶连接，所述第三膨胀水壶通过所述四通换向阀连接并入主线。

当驱动电机处于适宜工作温度范围内时，第四三通换向阀a、c 口连通，四通换向阀a、b口连通，此时处于正常工作状态，当驱动电机需要散热时，此时，第四三通换向阀a、b口连通，第一六通换向阀a、f口连通，第二六通换向阀d、e口连通，散热风扇开始工作，通过第二散热器进行散热处理。

当需要驱动电机余热利用时，第五三通换向阀c、b口连通，通过第一低温制冷循环器可以与舱内以及动力电池、燃料电池进行热交换，实现能量合理利用，同时，当室外换热器产生结霜现象时，通过第二低温制冷循环器可以对室外换热器进行除霜。

在对室外换热器进行除霜工作时，首先使用压气机产生的高温废气，PTC加热器优先对燃料电池加热，保证燃料电池汽车启动正常，其次确保舱内温度适宜，最后剩余热量传递给室外换热器进行预热，当驱动电机温度升高后，主要通过驱动电机的废热，以及压气机产生的高温废气进行后续除霜工作，这样既可以确保整车热管理的正常运行，整车能量的合理利用，还可以实现室外换热器的高效除霜工作。

本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。本实施例中，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。