一种纯电动汽车的整车热管理系统的制作方法

1.本发明属于电动车热管理技术领域，具体涉及一种纯电动汽车的整车热管理系统。


背景技术：

2.随着纯电动车对低温环境下续航里程的追求不断提升，纯电动车的热管理方案日趋复杂化，能量控制也更加精细化。低温环境下，乘员舱及电池都有加热需求，整车能耗会大幅提升。因此，整车热管理系统如何充分应用电机、电池的余热对提升低温续航里程显得尤为重要。现有的纯电动车，普遍应用热泵系统，通过中间换热器(chiller)将电机系统多余的热量转移进乘员舱或电池，实现采暖及低温电池加热的目的。相比于电加热器将冷却液加热，再给乘员舱提供暖风。空调热泵系统的能效比(cop)更高，更加节能，从而提升电动车低温续航里程。为实现热泵系统功能，现有电动车冷却系统基本具备四种模式，分别为电机冷却模式、电池冷却模式、电池加热模式、电机、电池和中间换热器(chiller)同时串联模式即电机余热利用模式。
3.一般车型的冷却系统其存在问题是电机、电池、中间换热器(chiller)串联时，当电池工作在适宜温度时，电机却有多余的热量可利用时，电机系统出水口温度约70℃，经过中间换热器(chiller)冷却后，冷却液温度约50℃，而电池的最高耐温仅为43℃，高温冷却液流经电池不仅会增加电池热失控风险，还会限制电池输出功率。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明提供一种纯电动汽车的整车热管理系统，通过两个四通阀，在实现上述四种模式的基础上，还能够实现电机单独给中间换热器(chiller)提供热量(短路电池)，保证电池温度不降低的同时，将电机余热全部提供给乘员舱，避免能量损失，从而提升整车续航里程。
5.一种纯电动汽车的整车热管理系统，包括第一四通阀、散热器、电机系统、电池系统、第二四通阀、中间换热器、高压电热器、电机水泵和电池水泵，其中散热器出水口与第一四通阀的c号管口连接，散热器进水口与电机系统出水口连接，电机系统入水口与电机水泵的出水口连接，电机水泵的进水口分别与第一四通阀的b号管口和第二四通阀的e号管口连接，电机系统出水口在与散热器进水口连接的同时还与第一四通阀的a号管口连接，中间换热器进水口分别与第一四通阀的d号管口和第二四通阀的g号管口连接，中间换热器出水口分别与电池水泵的入水口和第二四通阀的f号管口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口与第二四通阀的h号管口连接。
6.第一种工作模式为：电机系统利用散热器冷却模式，具体地：第一四通阀的c、b管口相通，此时电池系统与电机系统为两个独立回路，电机系统出水口与散热器进水口连接，散热器出水口经第一四通阀的c号、b号管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口
与电机系统进水口连接。
7.第二种工作模式为：电机系统自循环模式，即不走散热器，第一四通阀的a、b管口连通，电机系统出水口经第一四通阀的a、b管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口与电机系统进水口连接。
8.第三种工作模式为：电机系统和电池系统同时冷却模式，第一四通阀的c、d管口相连，第二四通阀h、e管口相连，此时高压电热器不工作，电机系统出水口与散热器进水口连接，散热器出水口经第一四通阀的c、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口经第二四通阀h、e管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接。
9.第四种工作模式为：电池系统独立冷却模式，第二四通阀的h、g管口相通，高压加热器不工作，电池系统出水口经第二四通阀h、g管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接。
10.第五种工作模式为：电池系统独立加热模式，第二四通阀的h、g管口相通，高压加热器工作，中间换热器不工作，电池系统出水口经第二四通阀h、g管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接。
11.第六种工作模式为：利用空气热量和电机热量加热乘员舱，此模式第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的f、e管口相通，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口经第二四通阀的f、e管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接；中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量，在室内冷凝器冷凝放热从而加热乘员舱。
12.第七种工作模式为：电机和电池的余热同时加热乘员舱，此模式下，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的h、e管口相通，电池系统出水口经第二四通阀的h、e管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口与电机系统进水口连接，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵的入水口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接。
13.第八种工作模式为：电机余热加热乘员舱和电池模式，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的h、e管口相通，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵的入水口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口经第二四通阀的h、e号管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接；
14.将电机回路与电池回路串联，从而将电机系统的多余热量传递给电池系统以及中间换热器，中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量蒸发，在室内冷凝器冷凝放热为乘员舱提供暖风。
15.第九种工作模式为：电机余热只给乘员舱加热模式，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的f、e管口相通，具体为：电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口经第二四通阀的f、e管口与电机水泵进水口连接，电机水
泵出水口与电机系统进水口连接；
16.将电机系统的多余热量传递给中间换热器，中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量蒸发，在室内冷凝器冷凝放热为乘员舱提供暖风。
17.本发明的有益效果：
18.本发明能够实现9种模式的切换，能够实现电机余热给乘员舱和电池加热以及单独给乘员舱加热，通过电机余热利用降低整车能耗，从而提升整车续航里程。
19.本发明将传统的两个阀实现的功能集成至一个四通阀，集成化程度高，降低整车空间占用及重量。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
23.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
25.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
26.实施例1
27.如图1所示，一种纯电动汽车的整车热管理系统，包括第一四通阀、散热器、电机系统、电池系统、第二四通阀、中间换热器(chiller)、高压电热器(ptc)、电机水泵和电池水泵，其中散热器出水口与第一四通阀的c号管口连接，散热器进水口与电机系统出水口连
接，电机系统入水口与电机水泵的出水口连接，电机水泵的进水口分别与第一四通阀的b号管口和第二四通阀的e号管口连接，电机系统出水口在与散热器进水口连接的同时还与第一四通阀的a号管口连接，中间换热器进水口分别与第一四通阀的d号管口和第二四通阀的g号管口连接，中间换热器出水口分别与电池水泵的入水口和第二四通阀的f号管口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口与第二四通阀的h号管口连接。
28.第一种工作模式为：电机系统利用散热器冷却模式，具体地：电机系统利用散热器冷却模式，具体地：第一四通阀的c、b管口相通，此时电池系统与电机系统为两个独立回路，电机系统出水口与散热器进水口连接，散热器出水口经第一四通阀的c号、b号管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口与电机系统进水口连接。通过水泵驱动冷却液循环，从而将冷却液的热量置换到空气中。
29.第二种工作模式为：电机系统自循环模式即不走散热器，第一四通阀的a、b管口连通，电机系统出水口经第一四通阀的a、b管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口与电机系统进水口连接。
30.第三种工作模式为：电机系统和电池系统同时冷却模式，该模式一般应用于电池超充时，电池生热功率较大，仅依靠中间换热器(chiller)很难满足电池的冷却需求，故需利用散热器进行辅助散热。第一四通阀的c、d管口相连，第二四通阀h、e管口相连，此时高压电热器不工作，电机系统出水口与散热器进水口连接，散热器出水口经第一四通阀的c、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口经第二四通阀h、e管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接。
31.第四种工作模式为：电池系统独立冷却模式，此模式电机系统与电池系统为两个独立系统，第二四通阀的h、g管口相通，高压加热器不工作，电池系统出水口经第二四通阀h、g管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接。
32.第一四通阀的哪两个管口连接取决于电机系统的冷却需求，当电机系统有冷却请求时，第一四通阀的c、b管口连通，进入第一种模式，当电机系统自循环时，第一四通阀的a、b管口连接，进入第二种模式。
33.中间换热器(chiller)为目前普遍新能源汽车上都会采用的电池冷却装置，其可利用冷媒吸热蒸发为冷却液降温，从而达到降低水温为电池系统散热的目的，此时ptc不工作。
34.第五种工作模式为：电池系统独立加热模式，此模式电机系统与电池系统为两个独立系统，第二四通阀的h、g管口相通，高压加热器工作，中间换热器不工作，电池系统出水口经第二四通阀h、g管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵进水口连接，电池水泵出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接。
35.电池在低温充电时，需要先加热电池，保证电池在适宜的温度下充电，才能保证电池寿命及充电速度。电池加热时与电池系统独立冷却工况水路拓普结构一致，ptc(高压水暖加热器)工作，中间换热器(chiller)不工作。
36.第六种工作模式为：通过热泵系统利用空气热量和电机热量加热乘员舱，此模式第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的f、e管口相通，电机系统出水口与第一四通阀a管口连接，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口经第二四通阀的f、e管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接；中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量，在室内冷凝器冷凝放热从而加热乘员舱。
37.第七种工作模式为：电机系统和电池系统的余热同时加热乘员舱，此模式下，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的h、e管口相通，电池系统出水口经第二四通阀的h、e管口与电机水泵的进水口连接，电机水泵的出水口与电机系统进水口连接，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵的入水口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接；将电机系统和电池系统的余热传通过中间换热器(chiller)传递给乘员舱。
38.第八种工作模式为：电机余热加热乘员舱和电池模式，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的h、e管口相通，电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口与电池水泵的入水口连接，电池水泵的出水口与高压电热器进水口连接，高压电热器出水口与电池系统进水口连接，电池系统出水口经第二四通阀的h、e号管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接；
39.将电机回路与电池回路串联，从而将电机系统的多余热量传递给电池系统以及中间换热器，中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量蒸发，在室内冷凝器冷凝放热为乘员舱提供暖风。
40.第九种工作模式为：电机余热只给乘员舱加热模式，当电机系统有余热可利用，电池系统工作在适宜温度时，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的f、e管口相通，具体为：电机系统出水口经第一四通阀的a、d管口与中间换热器进水口连接，中间换热器出水口经第二四通阀的f、e管口与电机水泵进水口连接，电机水泵出水口与电机系统进水口连接；
41.将电机系统的多余热量传递给中间换热器，中间换热器中的冷媒吸收冷却液的热量蒸发，在室内冷凝器冷凝放热为乘员舱提供暖风。
42.实施例2
43.本发明通过两个四位四通阀，控制水阀的位置，可实现电池系统与电机系统独立运行、电机-电池同时与中间换热器(chiller)串联、以及电机系统单独与中间换热器(chiller)串联四种回路。当电机有余热可利用时，乘员舱和电池同时需要加热。此时电机-电池同时与中间换热器(chiller)串联，当电机有余热可利用时，仅乘员舱有加热需求时，电机系统单独与中间换热器(chiller)串联。充分利用电机余热的同时，又有效避免了电池发生热失控的概率。
44.如图1所示，每个四通阀有四种状态，以第一四通阀为例，四种状态分别为a-b连通，b-c连通，c-d联通，d-a联通，其余两管口堵塞。
45.本发明具有9种工作模式，分别为电机利用散热器独立冷却、电机自循环模式、电机和电池同时冷却、电池独立冷却、电池独立加热、通过热泵系统利用空气热量和电机热量加热乘员舱、电机和电池的余热同时加热乘员舱、电机余热加热乘员舱和电池以及电机余热只给乘员舱加热。
46.1.电机系统利用散热器冷却模式。第一四通阀的c-b管口相通，通过水泵驱动冷却
液循环，从而将冷却液的热量置换到空气中。
47.2.电机自循环模式即不走散热器，第一四通阀的a-b管口连通。
48.3.电机和电池同时冷却模式。该模式一般应用于电池超充时，电池生热功率较大，仅依靠中间换热器(chiller)很难满足电池的冷却需求，利用散热器进行辅助散热。第一四通阀的d-c管口相连，h-e管口相连，此时ptc不工作。
49.4.电池系统独立冷却时，第二四通阀的h-g管口相通，中间换热器(chiller)为目前普遍新能源汽车上都会采用的电池冷却装置，其可利用冷媒吸热蒸发为冷却液降温，从而达到降低水温为电池散热的目的，此时ptc不工作。
50.5.电池独立加热模式，电池在低温充电时，需要先加热电池，保证电池在适宜的温度下充电，才能保证电池寿命及充电速度。电池加热时与电池系统独立冷却工况水路拓扑结构一致，ptc(高压水暖加热器)工作，中间换热器(chiller)不工作。
51.6.通过热泵系统利用空气热量和电机热量加热乘员舱。此模式第一四通阀的d-a管口相通，第二四通阀的f-e管口相通。液态冷媒流经中间换热器(chiller)蒸发吸热带走冷却液的热量，气态冷媒再进入室内冷凝器，冷凝放热，从而加热乘员舱。
52.7.电机和电池的余热同时加热乘员舱。此模式下，第一四通阀的a-d管口相通，第二四通阀的h-e管口相通，将电机和电池的余热传通过中间换热器(chiller)传递给乘员舱。
53.8.电机余热加热乘员舱和电池。当乘员舱和电池同时需要加热时，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的h、e管口相通，短接散热器。将电机回路与电池回路串联，从而将多余热量传递给电池以及chiller，chiller中的冷媒吸收冷却液的热量蒸发，在室内冷凝器冷凝放热为乘员舱提供暖风，
54.9.电机余热只给乘员舱加热。当电机有余热可利用，电池工作在适宜温度时，第一四通阀的a、d管口相通，第二四通阀的f、e管口相通，从而短接电池系统和ptc。
55.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
56.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
57.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。