一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统，属于低温汽车空调技术领域。包括空气调节系统和水循环系统；空气调节系统包括压缩机、制冷剂储液罐、冷凝器换热器的冷凝侧、蒸发器换热器的蒸发侧；水循环系统室外换热器、循环水储液罐、四个水泵、电机换热器、电池换热器、蒸发器换热器的水循环侧、第一舱内换热器、第二舱内换热器、冷凝器换热器的水循环侧和九通阀。本发明专利技术实现九种工作模式，其中自增焓式制热模式，突破了纯电动汽车在严寒地区的制热困难的难题，解决纯电动汽车采用PTC制热耗电高和电池电机余热浪费等问题；运用九通阀灵活切换九种工作模式，提高整车能源利用率，合理规划整车热量的分配。合理规划整车热量的分配。合理规划整车热量的分配。

A self increasing enthalpy heat pump mode and the thermal management system of modular pure electric vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统


[0001]本专利技术属于低温汽车空调
，具体涉及一种自增焓的制热模式以及整车热管理系统优化系统。

技术介绍

[0002]我国汽车产业正面临着从燃油汽车向新能源转型的机遇和挑战。新能源汽车通常利用电能作为整车能源，如何提高车辆的电能储备量和能量利用效率是决定新能源汽车能否快速取代传统燃油汽车的关键问题之一。
[0003]现阶段新能源汽车的电能储备量获得了大幅提升，但整车能量利用效率却未见明显改进，其主要原因有两方面。一方面，整车能量利用的架构设计理念缺失，电能未能获得充分利用。例如：电池热控分系统和座舱空调分系统缺乏能量调配，电池产生的热量不仅未能用于实现座舱空调功能，反而需要使用风机或水泵等耗能器件实现散热，造成了能源浪费。另一方面，纯电动汽车在各温度区间的热能需求复杂，比如，电机在超过65℃时效能下降，需要对其降温保护；电池的适宜工作温度期间是25～35℃；舱内适宜温度是15～25℃。
[0004]由于当前运用的汽车空调热泵不能在低于
‑
15℃情况下良好运行，新能源汽车在冬季所需的电池低温启动和座舱供暖两项功能均依赖能量效率低下的电加热手段，导致车辆的冬季能耗急剧增加。
[0005]上述两个问题，说明我国新能源汽车的热管理系统在整车和关键部件级别均亟需技术提升。

技术实现思路

[0006]为了解决纯电动新能源汽车热需求复杂、冬季制热效率低等问题，优化纯电动新能源汽车的热管理系统，本专利技术提供一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统。
[0007]本专利技术采用自增焓的方式实现热泵在低温情况下的运用，同时利用电池废热驱动热泵，探索一种简便、节能、环保的新能源汽车热管理系统设计方法。本专利技术的应用，有助于提高新能源汽车在全气象条件下的能量利用效率，取代传统电加热手段提升车辆续航，为新能源汽车的应用和市场推广提供技术基础。
[0008]一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统包括空气调节系统和水循环系统；所述空气调节系统包括压缩机19、制冷剂储液罐17、电子膨胀阀11、冷凝器换热器20的冷凝流道、蒸发器换热器13的蒸发流道；所述压缩机19的出口通过串联着的冷凝器换热器20的冷凝流道连通着制冷剂储液罐17，且出口端位于制冷剂液面下方；压缩机19的进口通过串联着的同轴管第一支路14、蒸发器换热器13的蒸发流道、电子膨胀阀11、同轴管第二支路16连通着制冷剂储液罐17，且进口端位于制冷剂液面上方；所述同轴管第一支路14与同轴管第二支路16构成同轴管中间换热器。
[0009]所述冷凝器换热器20为双流体流道结构，由各自独立的冷凝流道和水循环流道组成；所述蒸发器换热器13为三流体流道结构，由各自独立的蒸发流道、蒸发第一水循环流道36、蒸发第二水循环流道37；其中蒸发第一水循环流道36和蒸发第二水循环流道37构成蒸发器换热器13的水循环侧；所述空气调节系统的工质为制冷剂；所述水循环系统包括室外换热器1、循环水储液罐2、第一水泵3、第二水泵7、第三水泵8、电机换热器9、电池换热器10、第四水泵12、蒸发器换热器13的水循环侧、第一舱内换热器15、第二舱内换热器18、冷凝器换热器20的水循环侧和九通阀22；所述九通阀22的第一端口为第一管路阀24、第二端口为第二管路阀25、第三端口为第三管路阀26、第四端口为第四管路阀27、第五端口为第五管路阀28、第六端口为第六管路阀29、第七端口为第七管路阀30、第八端口为第八管路阀31、第九端口为第九管路阀32；所述水循环系统的工质为防冻液；所述室外换热器1的一端连接着九通阀22的第一管路阀24的端口，另一端位于循环水储液罐2内的水面以下；室外换热器1的外部设有室外风机23；连接管33的一端位于循环水储液罐2内的水面以上，连接管33的另一端通过三通管分别连通着第一支管34和第二支管35；所述冷凝器换热器20的水循环流道的一端连通着九通阀22的第二管路阀25的端口，另一端连通着第一水泵3的出水口，第一水泵3的进水口连通着第一支管34；所述第二舱内换热器18的一端连通着九通阀22的第三管路阀26的端口，另一端连通着第一支管34；第二舱内换热器18的外部设有舱内鼓风机21；所述第一舱内换热器15的一端连通着九通阀22的第四管路阀27的端口，另一端连通着第一支管34；所述蒸发器换热器13的蒸发第一水循环流道36的一端连通着第四水泵12的出口，第四水泵12的进口连通着九通阀22的第五管路阀28的端口，蒸发器换热器13的蒸发第一水循环流道的另一端分别连通着第一支管34和第二支管35；所述蒸发器换热器13的蒸发第二水循环流道37的一端连通着九通阀22的第六管路阀28的端口，另一端连通着九通阀22的第七管路阀29的端口和第二支管35；所述电池换热器10的一端连通着九通阀22的第八管路阀31的端口，另一端连通着所述第二水泵7的进口，第二水泵7的出口连通着第七管路阀29的端口；所述电机换热器9的一端连通着九通阀22的第九管路阀32的端口，另一端连通着所述第三水泵8的进口，第三水泵8的出口连通着第二支管35；所述热管理系统实现九种工作模式：自增焓式低温热泵模式、自增焓余热回式收热泵模式、普通热泵模式、余热回收热泵模式、第一制冷模式、第二制冷模式、第三制冷模式、普通热泵除湿、余热回收热泵除湿。
[0010]进一步的技术方案如下：所述第二舱内换热器18的另一端和第一支管34之间设有第一流量阀4。
[0011]所述第一舱内换热器15的另一端和第一支管34之间设有第二流量阀5。
[0012]所述蒸发器换热器13的蒸发第一水循环管路36的另一端和第一支管34之间设有
第三流量阀6。
[0013]所述室外换热器1、电机换热器9、电池换热器10、第一舱内换热器15和第二舱内换热器18均为管翅式换热器。
[0014]所述冷凝器换热器20为板式换热器。
[0015]所述蒸发器换热器13为三路板式换热器。
[0016]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.纯电动汽车，由于缺少内燃机为蒸发器提供吸热量，环境温度在
‑
15℃以下时，热泵循环不能提供足够的制热量，所以目前运用PTC电加热为纯电动汽车提供供暖，目前广泛应用的PTC电加热效率在0.9左右。本专利技术中自增焓式制热模式突破纯电动汽车在严寒地区的制热困难的难题，将冷凝器的热量按优先级分配给车舱内和蒸发器，来提高蒸发器工作环境温度，使制热量可以爬升到所需供应的热量值。以制冷剂为1234yf为例，在
‑
20℃环境下电热转化效率可以达到0.85，随着补热值升高，蒸发器工作温度上升，所能提供的制热量上升，可以基本满足需求；当电池、电机留有余热时，余热供给到蒸发器，进一步提高了效率，在环境温度为
‑
10～
‑
20℃时，空气调节循环效率大约在1.2～1.5在低环境温度下，余热回收优势更为明显；环境温度为
‑
5～10℃时，切换到普通热泵模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自增焓热泵模式和模块化纯电动汽车的热管理系统，其特征在于：包括空气调节系统和水循环系统；所述空气调节系统包括压缩机（19）、制冷剂储液罐（17）、电子膨胀阀（11）、冷凝器换热器（20）的冷凝流道、蒸发器换热器（13）的蒸发流道；所述压缩机（19）的出口通过串联着的冷凝器换热器（20）的冷凝流道连通着制冷剂储液罐（17），且出口端位于制冷剂液面下方；压缩机（19）的进口通过串联着的同轴管第一支路（14）、蒸发器换热器（13）的蒸发流道、电子膨胀阀（11）、同轴管第二支路（16）连通着制冷剂储液罐（17），且进口端位于制冷剂液面上方；所述同轴管第一支路（14）和同轴管第二支路（16）构成同轴管中间换热器；所述冷凝器换热器（20）为双流体流道结构，由各自独立的冷凝流道和水循环流道组成；所述蒸发器换热器（13）为三流体流道结构，由各自独立的蒸发流道、蒸发第一水循环流道（36）、蒸发第二水循环流道（37）；其中蒸发第一水循环流道（36）和蒸发第二水循环流道（37）构成蒸发器换热器（13）的水循环侧；所述空气调节系统的工质为制冷剂；所述水循环系统包括室外换热器（1）、循环水储液罐（2）、第一水泵（3）、第二水泵（7）、第三水泵（8）、电机换热器（9）、电池换热器（10）、第四水泵（12）、蒸发器换热器（13）的水循环侧、第一舱内换热器（15）、第二舱内换热器（18）、冷凝器换热器（20）的水循环侧和九通阀（22）；所述九通阀（22）的第一端口为第一管路阀（24）、第二端口为第二管路阀（25）、第三端口为第三管路阀（26）、第四端口为第四管路阀（27）、第五端口为第五管路阀（28）、第六端口为第六管路阀（29）、第七端口为第七管路阀（30）、第八端口为第八管路阀（31）、第九端口为第九管路阀（32）；所述水循环系统的工质为防冻液；所述室外换热器（1）的一端连接着九通阀（22）的第一管路阀（24）的端口，另一端位于循环水储液罐（2）内的水面以下；室外换热器（1）的外部设有室外风机（23）；连接管（33）的一端位于循环水储液罐（2）内的水面以上，连接管（33）的另一端通过三通管分别连通着第一支管（34）和第二支管（35）；所述冷凝器换热器（20）的水循环流道的一端连通着九通阀（22）的第二管路阀（25）的端口，另一端连通着第一水泵（3）的出水口，第一水泵（3）的进水口连通着第一支管（34）；所述第二舱内换热器（18）的一端连通着九通阀（22）的第三管路阀（26）的端口，另一端连通着第...

【专利技术属性】
技术研发人员：程文龙，王昆茹，朱冒冒，赵锐，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：