双风门空调箱及具有其的热管理系统、电动车辆

1.本发明涉及空调热泵技术领域，特别涉及一种双风门空调箱及具有其的热管理系统、电动车辆。


背景技术：

2.凭借节能环保等优点，电动车辆取代燃油车辆逐渐成为未来的发展方向，其中，车辆空调系统、电池热管理系统以及电机电控热管理系统，是保证车辆安全、节能高效和舒适驾乘的核心技术；为了节电提高续航里程，电动车辆采用了热泵实现供热和供冷，因为没有燃油发动机的余热，制冷供热的同时还需要最大限度的回收电池、电机等部件的热量、优先利用舱外空气为发热部件降温，避免或减少热泵压缩的耗电，如附图6所示，现有技术的电动车辆依然沿用燃油汽车的空调箱结构，其热管理系统需要使用多个换热器，且阀门切换十分复杂，导致车辆成本、重量居高不下。
3.申请号为202121768281.7在先申请的中国专利，公开一种三介质换热器结构，如附图2、附图3所示，这种换热器中的三个通道钎焊一体，可实现第一热扁管通道、第二热扁管通道、翅片导热通道间的相互高效换热；使用这种三介质换热器设计空调箱及热管理系统，减少热管理系统中的换热器、管路及阀门组件数量，达到简化系统结构、减重增效、降低成本的目的，是本领域研究的重要方向。


技术实现要素：

4.本发明提供一种双风门空调箱及具有其的热管理系统、电动车辆，解决现有技术中的热管理系统复杂、管阀多、成本高的缺陷。
5.本发明提供一种双风门空调箱，包括箱体、主风道、冷交换器、热交换器，沿主风道的气流方向，冷交换器、热交换器依次设置在主风道中，所述冷交换器、热交换器的其中至少一个是三介质换热器，具有翅片钎焊双扁管的平行流结构。
6.进一步的，所述双风门空调箱，还包括热风门，所述热风门设置在热交换器的上游，所述热交换器是三介质换热器，具有第一热扁管通道、第二热扁管通道、翅片导热通道。
7.进一步的，所述双风门空调箱，还包括冷风门，所述冷风门设置在冷交换器的上游，所述冷交换器是三介质换热器，具有第一冷扁管通道、第二冷扁管通道、翅片导热通道。
8.本发明提供一种热管理系统，包括第一压缩机、主节流阀，还包括前述的双风门空调箱，所述冷交换器的第一冷扁管通道、第一压缩机、热交换器的第一热扁管通道、主节流阀连通，构成热泵循环。
9.优选的，所述热管理系统，还包括第二循环泵、舱外换热器、第二热管理单元，所述第二循环泵、第二热管理单元、热交换器的第二热扁管通道、舱外换热器的舱外第一通道串联，构成第二热管理循环。
10.优选的，所述热管理系统，还包括舱外换热器，舱外换热器是三介质换热器，具有翅片钎焊双扁管的平行流结构，其包括舱外第一通道、舱外第二通道和翅片导热通道。
11.优选的，所述热管理系统，还包括第一循环泵、第二循环泵、舱外换热器、第一热管理单元、第二热管理单元，还包括循环换向阀，所述第一循环泵、循环换向阀、热交换器的第二热扁管通道、第一热管理单元串联，构成第一热管理循环；所述第二循环泵、循环换向阀、第二热管理单元、舱外换热器的舱外第一通道串联，构成第二热管理循环；循环换向阀换向，第一热管理循环、第二热管理循环构成串联的液泵循环。
12.进一步的，所述热管理系统，还包括中间换热器，所述中间换热器的第一通道并联在热泵循环中，热泵循环构成双制热或双制冷的一拖二结构，所述中间换热器的第二通道串联在液泵循环中。
13.进一步的，所述热管理系统，还包括第二压缩机、第三节流阀，所述冷交换器是具有第一冷扁管通道、第二冷扁管通道、导热翅片的三介质换热器，舱外换热器是具有舱外第一通道、舱外第二通道、导热翅片的三介质换热器；所述舱外第二通道、第二压缩机、第二冷扁管通道、第三节流阀连通构成前级热泵循环，前级热泵循环与热泵循环构成双级复叠热泵结构。
14.本发明提供一种电动车辆，包括前述的双风门空调箱。
15.本发明提供的一种双风门空调箱，由于其中的冷交换器、热交换器具有三通道相互换热结构，无需阀门切换，即可完成冷媒-循环液-空气、或冷媒-冷媒-空气三种介质之间的相互独立换热、或同时换热，系统控制简单、成本低。
16.冷风门、热风门的双风门启闭调节控制，可进一步提高单独制冷或制热模式的换热效率，增加空调箱的通风换热模式,同时降低主风道循环风阻。
17.本发明提供的一种热管理系统，由于采用前述结构的具有三介质换热器的双风门空调箱，既简单实现热泵循环回路与电池热管理回路之间的耦合、电池热管理回路与电机热管理回路之间的耦合，又实现了电池、电机两个热管理单元直接与舱内、外空气回路的热交换，热能综合利用回收率高、系统简单稳定，提高能效的同时降低了系统成本。
18.本发明提供的一种电动车辆，由于采用前述结构的双风门空调箱，整车安全舒适、续航里程增加、成本低、重量轻。
附图说明
19.图1是本发明一种双风门空调箱的具体实施例结构示意图；图2是本发明一种双风门空调箱所采用三介质换热器的局部结构示意图之一；图3是本发明一种双风门空调箱所采用三介质换热器的局部结构示意图之二；图4是本发明一种热管理系统的具体实施例一结构示意图；图5是本发明一种热管理系统的具体实施例二结构示意图；图6是背景技术中所述现有技术空调箱的一种热管理方案结构示意图。
20.附图标记：1：热泵循环；10：第一压缩机；11：冷交换器；111： 第一冷扁管通道；112： 第二冷扁管通道； 12：热交换器；121：第一热扁管通道；122：第二热扁管通道；130：主节流阀；131：第一节流阀；132：第二节流阀；141：冷风门；142：热风门；15：中间换热器；151：第一通道；152：第二通道；161：第一低压阀；162：第一高压阀；171：第二低压阀；172：第二高压阀；2：液泵循环；20：外风机；201：第一循环泵；202：第二循环泵；203：冷交换循环泵；21：舱外换热
器；211：舱外第一通道； 23：第一热管理单元；24：循环换向阀；25：第二热管理单元； 26：第一三通阀；260：第一旁通管；27：第二三通阀；270：第二旁通管；28：单向阀；3：箱体；30：内风机；300：主风道。
具体实施方式
21.本发明一种双风门空调箱的具体实施例如图1所示，包括箱体3、主风道300、冷交换器11、热交换器12，沿主风道300的气流方向，冷交换器11、热交换器12依次设置在主风道300中，所述冷交换器11、热交换器12的其中至少一个是三介质换热器，具有翅片钎焊双扁管的平行流结构。
22.如附图2、附图3所示，所述翅片钎焊双扁管的平行流结构的三介质换热器，具有平行排列的第一扁管与翅片，还具有平行排列在第一扁管与翅片之间的第二扁管，第二扁管与第一扁管的换热表面贴合形成一个间壁直接换热、或通过翅片形成两个间壁经翅片导热，第一扁管、翅片、第二扁管间隔排列，构成两个管内流体通道、一个翅片间流体通道相互换热的三介质换热器结构。
23.本实施例的一种双风门空调箱，由于其中的冷交换器11、热交换器12具有三通道相互换热结构，无需阀门切换，即可完成冷媒-循环液-空气、或冷媒-冷媒-空气三种介质之间的相互独立换热、或同时换热，系统控制简单、成本低。
24.本实施例中，为避免双风门空调箱内发生冷热抵消，进一步提高单独制冷效率、除湿能力，同时回收冷凝废热，在主风道300中热交换器12的上游，增设热风门 142 ，用于调节控制从主风道300分配通过热交换器12的气流量。
25.本实施例中，为避免双风门空调箱内发生冷热抵消，进一步提高单独制热能力，同时回收外部废热或对外输出冷量，在主风道300中冷交换器11的上游，增设冷风门 141，用于调节控制从主风道300分配通过冷交换器11的气流量。
26.上述实施例中，冷风门 141、热风门 142的双风门启闭调节控制，进一步提高了单独制冷或制热模式的换热效率，增加空调箱的通风换热模式,同时降低主风道循环风阻。
27.本实施例中，箱体3上设有主风道300的进风口、出风口，进风口设置内风机30，用于舱内空气循环或将外部新风吸入舱内，位于冷交换器11的上游，出风口位于热交换器12的下游。
28.本发明一种热管理系统具体实施例一如图4所示，包括前述的双风门空调箱、第一压缩机10、主节流阀130，所述冷交换器11的第一冷扁管通道111、第一压缩机10、热交换器12的第一热扁管通道121、主节流阀130连通，构成热泵循环1。
29.本实施例一的热管理系统，还包括第二循环泵202、舱外换热器21、第二热管理单元25，所述第二循环泵202、第二热管理单元25、热交换器12的第二热扁管通道122、舱外换热器21的舱外第一通道211串联，构成第二热管理循环。
30.本实施例一中的第二热管理单元25是电动车辆的电机、电控等纯需散热降温的多个部件的组合。
31.本实施例一中的舱外换热器21上，还设有外风机20，用于增强舱外第一通道211与舱外环境的换热能力。
32.本实施例一的热管理系统，热泵循环1通过所述第一冷扁管通道111、第一热扁管
通道121，实现电动车辆舱内制冷、除湿、回热。
33.本实施例一的热管理系统，所述第二循环泵202、第二热管理单元25、第二热扁管通道122、舱外换热器21的舱外第一通道211串联，构成第二热管理循环；热泵循环1与第二热管理循环，通过热交换器12内的第一热扁管通道121、第二热扁管通道122和翅片导热通道，完成冷媒-循环液-空气三种介质之间的相互独立换热、或同时换热。
34.本实施例一的热管理系统，一方面，第二热管理循环通过舱外第一通道211，将热泵循环1、第二热管理循环多余的废热散发到空气中；另一方面，第二热管理循环通过第二热扁管通道122，将电机运转废热回收转移到舱内用于取暖。
35.本实施例一的热管理系统，还设有冷交换循环泵203、第二三通阀27，切换第二三通阀27，冷交换循环泵203、第二冷扁管通道112、舱外第一通道211第二循环泵202、第二热管理单元25、第二三通阀27构成蒸发串联循环；启动内风机30、开启热风门 142 、关闭冷风门 141，热泵循环1吸收舱外空气热量、同时回收电机废热，为舱内供热。
36.本实施例一的热管理系统，蒸发串联循环中还设有单向阀28，保障蒸发串联循环的单向流动，避免混流。
37.为满足大功率、高性能电动车辆的电池恒温精控需要，本实施例一的热管理系统，还设有第一循环泵201、第一热管理单元23、循环换向阀24；第一循环泵201、第一热管理单元23、循环换向阀24串联构成电池均温循环；第二三通阀27、循环换向阀24换向，第一热管理循环、第二热管理循环、蒸发串联循环，通过第二三通阀27、循环换向阀24构成串联的液泵循环2。
38.本实施例一的热管理系统，第一热管理单元23是电动车辆中既需要散热降温、又需要加热保温的恒温部件
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电池热管理单元。
39.本实施例一的热管理系统，热泵循环1与液泵循环2通过热交换器12内的第一热扁管通道121、第二热扁管通道122和翅片导热通道，或通过冷交换器11内的第一冷扁管通道111、第二冷扁管通道112和翅片导热通道，完成冷媒-循环液-空气三种介质之间的相互独立换热、或同时换热，实现电池系统恒温、电机系统散热、舱内制冷、除湿、回热、恒温。
40.本发明一种热管理系统具体实施例二如图5所示，包括前述的双风门空调箱、第一循环泵201、第二循环泵202、舱外换热器21、第一热管理单元23、第二热管理单元25、循环换向阀24，所述第一循环泵201、循环换向阀24、热交换器12的第二热扁管通道122、第一热管理单元23串联，构成第一热管理循环；所述第二循环泵202、循环换向阀24、第二热管理单元25、舱外换热器21的舱外第一通道211串联，构成第二热管理循环；循环换向阀24换向，第一热管理循环、第二热管理循环构成串联的液泵循环2。
41.本实施例二的热管理系统，第一热管理单元23是电动车辆中既需要散热降温、又需要加热保温的恒温部件
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电池热管理单元，第二热管理单元25是电动车辆的电机、电控等纯需散热降温的多个部件的组合。
42.本实施例二的热管理系统，第一循环泵201、第一热管理单元23、循环换向阀24串联构成电池均温循环；所述第一循环泵201、循环换向阀24、第二热扁管通道122、第一热管理单元23串联，构成第一热管理循环；所述第二循环泵202、循环换向阀24、第二热管理单元25、舱外换热器21的舱外第一通道211串联，构成第二热管理循环；循环换向阀24换向，第一热管理循环、第二热管理循环构成串联的液泵循环2。
43.本实施例二的热管理系统，热泵循环1与液泵循环2通过热交换器12内的第一热扁管通道121、第二热扁管通道122和翅片导热通道，完成冷媒-循环液-空气三种介质之间的相互独立换热、或同时换热。
44.本实施例二的热管理系统，舱外换热器21上设有外风机20，用于增强舱外第一通道211与舱外环境的换热能力。
45.本实施例二的热管理系统，通过均温循环可实现电池系统均温，第一热管理单元23、第二热管理单元25、第一热扁管通道121通过舱外第一通道211向舱外空气散热，实现舱内制冷、除湿、回热、恒温；第一热管理单元23、第二热管理单元25的余热通过第二热扁管通道122为舱内空气加热，实现舱内供热恒温；第一冷扁管通道111通过循环气流间接冷却第二热扁管通道122，实现第一热管理单元23的制冷降温。
46.本实施例二的热管理系统，为实现热泵循环1的双制热或双制冷功能，冷交换器11、热交换器12的其中一个是传统双介质扁管翅片换热器时，还包括中间换热器15，所述中间换热器15的第一通道151并联在热泵循环1中，热泵循环1构成双制热或双制冷的一拖二结构，所述中间换热器15的第二通道152串联在液泵循环2中，有效提高舱内制冷、取暖效率，增加第一热管理单元23散热降温强度。
47.本实施例二的热管理系统，热泵循环1还设有第一低压阀161、第一高压阀162、第一节流阀131，所述第一热交换通道121气相口经第一低压阀161与压缩机10吸气口连通，第一高压阀162串联在压缩机10排气口与第一热交换通道121气相口之间的管路中，第一热交换通道121液相口经第一节流阀131与主节流阀130的高压侧管路连通。
48.本实施例二的热管理系统，热泵循环1还设有第二低压阀171、第二高压阀172、第二节流阀132，所述第一通道151气相口经第二低压阀171与压缩机10吸气口连通，第二高压阀172串联在压缩机10排气口与第一通道151气相口之间的管路中，第二节流阀132串联在第一通道151液相口与主节流阀130高压侧之间的管路中。
49.本实施例二的热管理系统，冷交换器11、热交换器12的其中一个是传统双介质扁管翅片换热器时，在舱外换热器21中，增设舱外第二通道212，所述舱外换热器21成为舱外第一通道211、舱外第二通道212和翅片导热通道集成一体的三介质平行流换热器，舱外换热器21的三个通道相互换热；所述舱外第二通道212并联在热泵循环1中，热泵循环1构成双制热或双制冷的一拖二结构，热泵循环1通过舱外第二通道212和翅片导热通道，与舱外环境直接换热，有效提高舱内制冷、取暖效率，增加第一热管理单元23散热降温强度。
50.本实施例二的热管理系统，增设第一三通阀26、第一旁通管260，所述第一三通阀26的第一、第二接口串联在第二热扁管通道122的第一端口管路中，第一三通阀 26 的第三接口经第一旁通管260与第二热扁管通道122的第二端口管路连通，有效避免液泵循环2与热泵循环1发生有害换热。
51.本实施例二的热管理系统，增设第二三通阀27、第二旁通管270，所述第二三通阀27的第一、第二接口串联在舱外第一通道211的第一端口管路中，第二三通阀27的第三接口经第二旁通管270与舱外第一通道211的第二端口管路连通，有效避免液泵循环2通过舱外第一通道211与舱外环境发生有害漏热。
52.本实施例二的热管理系统，还包括第二压缩机、第三节流阀，所述冷交换器11是具有第一冷扁管通道111、第二冷扁管通道112、导热翅片的三介质换热器，舱外换热器21是具
有舱外第一通道211、舱外第二通道、导热翅片的三介质换热器；所述舱外第二通道、第二压缩机、第二冷扁管通道112、第三节流阀连通构成前级热泵循环，前级热泵循环与热泵循环1构成双级复叠热泵结构。
53.本实施例二的热管理系统，通过热泵空调系统与驱动电机和动力电池热管理系统耦合，实现利用热泵系统回收动力电池、驱动电机系统的废热，结合热泵从环境取热向轿舱供热，提高系统的供热能力；在低温环境下保证车辆系统可迅速正常启动并保证动力电池运行在高效温度区间；在除湿工况下，同时利用系统余热和热泵系统冷凝热作为再热热源，有效回收废热避免冷热抵消，提高系统能效；利用第二循环回路与第一循环回路解耦，实现单级模式与复叠模式的自由切换，解决汽车在严寒气候的大压缩比工况下系统制热能力差、能效比低的问题，降低系统能耗，提高汽车续航里程。
54.本发明热管理系统的上述具体实施例，与背景技术中所述现有技术空调箱热管理系统如附图6相比，由于采用前述结构的具有三介质换热器的双风门空调箱，既简单实现热泵循环回路与电池热管理回路之间的耦合、电池热管理回路与电机热管理回路之间的耦合，又实现了电池、电机两个热管理单元直接与舱内、外空气回路的热交换，热能综合利用回收率高、系统简单稳定，提高能效的同时降低了系统成本。
55.本发明一种电动车辆的实施例，具有前实施例所述的双风门空调箱，整车安全舒适、续航里程增加、成本低、重量轻。