车辆及其热管理系统的制作方法

本实用新型涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种车辆及其热管理系统。

背景技术：

新能源纯电动汽车或混合动力汽车有别于传统的燃油汽车，其能量完全由电池系统所储存的电能提供，而电池本身对于温度要求又非常严格。在用车过程中，电池本身是一个持续发热系统，其温度控制需求取决于自身发热以及与外部的换热量差值。大多数情况下，夏季的时候，电池需要冷却；冬季的时候，电池需要加热，由于电池在工作过程中的持续发热，即使在冬季，长时间用车也会导致电池温度持续升高，这时，电池又会产生冷却需求。

乘员舱的舒适度对于温度的要求也比较高，乘员舱的温度控制则完全取决于环境温度。大多数情况下，乘员舱的温度需求和电池的温度需求基本一致，夏季的时候，乘员舱需要冷却；冬季的时候，乘员舱需要加热，乘员舱的温度控制需求也主要靠空调系统来满足。一般而言，在环境温度低于10℃时，乘员舱会产生加热需求。

而电机作为汽车的主要部件，则是一个持续需要散热的系统，一般而言，电机设置有独立的冷却系统，以控制电机的运行温度。

目前现有的电动汽车，电池、乘员舱和电机都分别设置有温度控制系统。一般而言，电池和乘员舱可以采用一套空调系统实现冷却，通过切换，来分别控制电池和乘员舱的冷却。电池和乘员舱的加热一般都采用PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)来实现，或者电池采用PTC来实现、乘员舱采用热泵来实现。可以看出，在温度控制方面，现有的电动汽车并没有对上述三个系统进行综合考虑，这势必造成能源的浪费。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种热管理系统，旨在解决现有车辆各部件独立进行温度控制而造成的能源浪费。本实用新型还提出了一种车辆。

一个方面，本实用新型提出了一种车辆热管理系统，该系统包括：乘员舱加热回路、电池热管理回路和制冷剂回路，还包括：第一蒸发器；其中，所述第一蒸发器的第一通道串接入所述电池热管理回路中，并且，所述第一通道的第一端口与所述电池热管理回路中的第一水泵的入口相连通，第二端口与所述电池热管理回路中的电池包处冷却管道的出水口相连通；所述第一蒸发器的第二通道串接入所述制冷剂回路中，并且，所述第二通道的第一端口与所述制冷剂回路中的气液分离器的入口相连接，第二端口与所述制冷剂回路中的第一冷凝器的出口相连接；所述第一蒸发器用于将所述电池热管理回路中产生的热量热交换至所述制冷剂回路中；所述制冷剂回路中的第一冷凝器串接于所述乘员舱加热回路中，用于加热所述乘员舱。

进一步地，上述车辆热管理系统中，还包括：电机冷却回路；其中，所述第一蒸发器的第一通道还串接于所述电机冷却回路中，并且，所述第一通道的第一端口与所述电机冷却回路中的第二水泵的入口相连通，第二端口与所述电机冷却回路中的电机处冷却管道的出水口相连通。

进一步地，上述车辆热管理系统中，还包括：第一三通阀；其中，所述第一三通阀串接入所述制冷剂回路中，并且，第一三通阀第一端口与所述制冷剂回路中的第一冷凝器的出口相连通，第一三通阀第二端口与所述制冷剂回路中的第二冷凝器的入口相连通，第一三通阀第三端口与所述蒸发器的第二通道的第二端口相连通。

进一步地，上述车辆热管理系统中，还包括：第二三通阀和第三三通阀；其中，所述第二三通阀串接于所述电机冷却回路中，并且，第二三通阀第一端口与所述电机冷却回路中的散热水箱的入口相连通，第二三通阀第二端口与所述电机冷却回路中电机处的冷却管道的出水口相连通，第二三通阀第三端口与所述蒸发器的第一通道的第二端口相连通；所述第三三通阀串接于所述电池热管理回路中，并且，第三三通阀第一端口与所述电池热管理回路中的电池包处冷管管道的出水口相连通，第三三通阀第二端口与所述电池热管理回路中的第一电加热器的入口相连通，第三三通阀第三端口与所述第二三通阀的第二端口相连通。

进一步地，上述车辆热管理系统中，所述电池热管理回路包括通过管道依次连接的第一电加热器、第一水泵、电池冷却器、电池包处冷却管道以及第三三通阀。

进一步地，上述车辆热管理系统中，所述电机冷却回路包括通过管道依次连接的散热水箱、第二水泵、电机处冷却管道和第二三通阀。

进一步地，上述车辆热管理系统中，所述制冷剂回路包括：依次连接的气液分离器、空气压缩机、第一冷凝器和第二冷凝器、以及第二蒸发器；其中，所述第一冷凝器和第二冷凝器之间的连通管道上依次设置有第一电磁阀和第一三通阀，并且，所述第一电磁阀的第一端口与所述第一冷凝器的出口相连通，所述第一电磁阀的第二端口与所述第一三通阀的第一端口相连通；所述第二冷凝器的出口与所述气液分离器的入口之间通过三条并联的管道相连通；其中，第一条并联管道上设置有第二电磁阀，第二条并联管道上设置有串接的第一膨胀阀和第二蒸发器，第三条并联管道上设置有第二膨胀阀和电池冷却器；所述第二蒸发器用于对所述乘员舱进行冷却，所述电池冷却器用于对所述电池包进行冷却。

进一步地，上述车辆热管理系统中，所述乘员舱加热回路包括通过管道依次连接的第三水泵、第二电加热器和热风散热器；其中，所述第三水泵的入口与所述第一冷凝器的出口相连通，所述热风散热器的出口与所述第一冷凝器的入口相连通；所述第一冷凝器用于对所述乘员舱进行加热；所述热风散热器与所述制冷剂回路中的第二蒸发器进行热交换，用于对所述乘员舱进行制冷。

进一步地，上述车辆热管理系统中，所述第一膨胀阀为电子膨胀阀；和/或，所述第二膨胀阀为电子膨胀阀。

在冬季时，本实用新型将电机和/或电池产生的热量交换至制冷系统中，充分利用了电机和/或电池产生的热量，提高了整车的电量利用效率。当采用电机和/或电池回路的热量作为热源时，制冷系统的效率会明显高于以空气作为热源的热泵系统。此外，在温度适宜的时候，使用三散热水箱同时对电池和电机进行散热，不需额外启动压缩机，大大地节省了电能。

另一方面，本实用新型还提出了一种车辆，该车辆设置有上述任一种的热管理系统。

由于热管理系统具有上述效果，所以具有该热管理系统的车辆也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例中提供的热管理系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第一种工况下的工作状态示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第二种工况下的工作状态示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第三种工况下的工作状态示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第三种工况下的又一工作状态示意图；

图6为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第四种工况下的工作状态示意图；

图7为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第四种工况下的又一工作状态示意图；

图8为本实用新型实施例中提供的热管理系统在第四种工况下的又一工作状态示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参见图1，图中示出了本实用新型实施例提供的车辆用热管理系统的优选结构。该车辆可以为电动汽车、混合动力汽车等。热管理系统一般包括：乘员舱加热回路、电池热管理回路、电机冷却回路和制冷剂回路。

一般而言，乘员舱加热回路用于控制乘员舱的温度，具体可以包括通过管道依次连接的第三水泵21、第二电加热器22和热风散热器23。第三水泵21 的入口与制冷剂回路中的第一冷凝器5的出口相连通，热风散热器23的出口与第一冷凝器5的入口相连通，制冷剂回路通过第一冷凝器5对乘员舱进行加热。热风散热器23与制冷剂回路中的第二蒸发器16进行热交换，用于对乘员舱进行制冷。另外，当在较低温度下乘员舱有进一步加热需求时，还可以启动第二电加热器22，以对乘员舱进一步加热。具体实施时，还设置有第一水箱 24，以对乘员舱加热回路中输入冷却液。

电池热管理回路用于控制电池包3的温度，具体可以包括通过管道依次连接的第一电加热器13、第一水泵2和电池冷却器14。电池包3处的冷却管道设置在第一水泵2和第一电加热器13之间。第一水泵2使热水在管道内循环，以对电池包3进行加热。当热水的加热量不足以满足电池包3的热量需求时，可以启动第一电加热器13，以对管道中的循环水进一步加热。电池冷却器14 与制冷剂回路进行热交换，以对电池包3进行制冷。

电机冷却回路包括通过管道依次连接的散热水箱12和第二水泵6。电机的冷却水管设置在第一水泵6和散热水箱12之间。第一水泵6输出的冷却液首先对第一电机7进行冷却，从第一电机7输出的冷却液温度升高，然后通过散热水箱12进行散热变为低温冷却液，之后再经过第一水泵2进行循环。一般而言，电动汽车的电机可能为两个或多个，图1所示结构中包括第一电机7和第二电机29。一般而言，电机还对应设置有电机控制器。电机冷却回路还对第一电机7的电机控制器26、第二电机29的电机控制器28均进行冷却。此外，电机回路一般还设置有充电器27、电机控制器等发热部件，电机冷却回路对这些部件也均进行冷却。具体实施时，还应设置有第一水箱21，以对电机冷却回路加入冷却液。

制冷剂回路可以用于对乘员舱和电池包3进行制冷，同时，也可以对乘员舱进行制热。具体可以包括气液分离器4、空气压缩机15、第一冷凝器5和第二冷凝器9、以及第二蒸发器16。其中，第二冷凝器9的出口与气液分离器4 的入口之间通过三条并联的管道相连通，第一条并联管道上设置有第二电磁阀 18，第二条并联管道上设置有串接的第一电子膨胀阀19和第二蒸发器16，第三条并联管道上设置有第二电子膨胀阀20和电池冷却器14。第一冷凝器5与乘员舱加热回路中的第三水泵21和热风散热器23相连接，用于对乘员舱进行制热。第二蒸发器16用于与乘员舱加热回路中的热风散热器23进行热交换，用于对乘员舱进行制冷，电池冷却器14用于对电池包3进行冷却。

如图所示，该热管理系统，还可以增设：第一蒸发器1。其中，第一蒸发器1的第一通道(图1所示的右侧通道)串接入电池热管理回路中，并且，第一通道的第一端口(图1所示的上方端口)与电池热管理回路中的第一水泵2 的入口相连通，第二端口(图1所示的下方端口)与电池热管理回路中的电池包3处冷却管道的出水口相连通。可选择地，第一蒸发器1的第一通道还可以串接于电机冷却回路中，并且，第一通道的第一端口与电机冷却回路中的第二水泵6的入口相连通，第一通道的第二端口与电机冷却回路中的电机处冷却管道的出水口相连通。

当第一蒸发器1的第一通道还串接于电机冷却回路中，第一蒸发器1的第一通道可以通过第二三通阀10和第三三通阀11连接入电池热管理回路和电机冷却回路中。其中，第二三通阀10串接于电机冷却回路中，并且，第二三通阀第一端口d与电机冷却回路中的散热水箱12的入口相连通，第二三通阀第二端口e与电机冷却回路中第一电机7和第二电机29处的冷却管道的出水口相连通，第二三通阀第三端口f与蒸发器1的第一通道的第二端口相连通。第三三通阀11串接于电池热管理回路中，并且，第三三通阀第一端口h与电池热管理回路中的电池包3处冷管管道的出水口相连通，第三三通阀第二端口i 与电池热管理回路中的第一电加热器13的入口相连通，第三三通阀第三端口g 与第二三通阀第二端口e相连通。

第一蒸发器1的第二通道(图1所示的左侧通道)串接入制冷剂回路中，并且，第二通道的第一端口(图1所示的上方端口)与制冷剂回路中的气液分离器4的入口相连接，第二端口(图1所示的下方端口)与制冷剂回路中的第一冷凝器5的出口相连接。

具体地，可以通过第一三通阀8实现第一蒸发器1的第二通道与制冷剂回路之间的连接。第一三通阀第一端口a与制冷剂回路中的第一冷凝器5的出口相连通，第一三通阀第二端口b与制冷剂回路中的第二冷凝器9的入口相连通，第一三通阀第三端口c与第一蒸发器1的第二通道的第二端口相连通。在第一三通阀第一端口a与第一冷凝器5的出口之间的连通管路上，还可以设置第一电磁阀17。此外，还可以设置第三电子膨胀阀25，第三电子膨胀阀25与第一电磁阀17并联。

第一蒸发器1用于将电池热管理回路中产生的热量热和/或电机回路中产生的热量交换至制冷剂回路中。

下面对本实施例在各中工况下的具体工作过程进行详细说明。

第一种情况：在夏季高温情况下，电池包和乘员舱均只有制冷需求，空调系统以制冷模式运转，制冷剂回路分为两个支路运行，分别为乘员舱和电池提供制冷。电机冷却回路和电池冷却回路分别独立运行，乘员舱冷却液回路停止工作。具体工作管道如图2中虚线所示，此时，第一电磁阀17开启，第二电磁阀18关闭，第一三通阀8连通a，b端，第一电子膨胀阀19和第二电子膨胀阀20分别作为乘员舱的第二蒸发器16和电池冷却器14的节流阀根据各自需求正常决定是否启用。乘员舱冷却液回路的第三水泵21不工作，整个冷却液回路关闭。第三三通阀11连通h、i端，电池冷却液回路单独运行。第二三通阀10连通d、e端，电机冷却液回路单独运行。

此时的工作过程为：从空气压缩机15出来的高温高压气体，依次经过第一冷凝器5和第二冷凝器9后分为两路，一路经过第二蒸发器16，以对乘员舱进行制冷，另一路经过电池冷却器14，以对电池包3进行冷却，然后经过气液分离器4后进行气液分离后回至空气压缩机15进行循环。

第二种情况：春秋季节，气温介于10～20℃(TBD)，乘员舱不需要冷却，也不需要加热，此时电机需要冷却，电池也会有冷却需求，由于外界温度不高，所以两者的冷却需求均可以由电机冷却回路中的散热水箱12进行散热冷却。此时的工作管道如图3中虚线所示。空气压缩机15不工作，整个制冷剂回路不工作。第二三通阀10连通d、e端，第三三通阀11连通g、h端，第一水泵 2和第二水泵6工作，电机、电池的冷却液均流经散热水箱12，由散热水箱12 向空气散热来冷却。若电池不需要冷却，则第二三通阀10保持连通d、e端不变，第三三通阀11连通i、h端，电池回路、电机回路单独运行，第一水泵2 和第二水泵6根据需求单独进行控制、运行，电池需要加热的时候第一电加热器13工作。

此时的工作过程为：在第二水泵6的驱动下，电机冷却液回路运行，同时，在第一水泵2的驱动下，电池冷却回路中的冷却液依次经过第三三通阀11、第二三通阀10、散热水箱12后，回流至第一水泵2中。

第三种情况：当气温继续降低至0～10℃，乘员舱需要进行加热，电机需要冷却，电池只有长时间大功率运行时，才需要冷却。该环境温度下，乘员舱使用空气作为热源，启动热泵，可以有较高的效率，具体工作的管道如图4和图 5中虚线所示，图4所示为电池需要冷却的情况，图5所示为电池不需要冷却的情况。电池需要冷却时，电机、电池回路的控制方式和第二种情况相同，故不赘述。电池不需要冷却时，电池的冷却液回路独立运行。

此时，通过制冷剂回路对乘员舱进行加热，制冷剂回路工作方式为：空气压缩机15工作，第一电磁阀17关闭，第一电子膨胀阀25开启使用，第二电磁阀18打开，第一电子膨胀阀19、第二电子膨胀阀20和第三电子膨胀阀25 均关闭，第一三通阀8连通a、b端。

乘员舱冷却回路第三水泵21开始工作，若热泵提供的热水水温不足，可以使用第二电加热器22作为辅助加热热源。

第四种情况：当冬季，环境温度进一步下降，乘员舱有较大的加热需求，使用空气作为热源，热泵效率已经比较低；电机需要散热；电池多数情况需要加热，少数情况需要散热。此时的工作管道如图6所示，此时，电机回路温度较低，不需要经过散热水箱12散热，水路可以通过第一蒸发器1的第一通道所在的旁路进行自然循环，并且在与运行过程中，水温和电机温度会逐渐升高，电机回路在累积热量。制冷剂回路为乘员舱提供热量，此时，制冷剂回路的工作方式和第三种情况下图4、图5所示的工作方式相同，故不赘述。

当电机回路温度升高至某一温度阈值时，制冷回路切换为使用电机回路累积的热量作为热源，为乘员舱供热，工作管道如图7中虚线所示，此时，空气压缩机15工作，第一电磁阀17关闭，第三电子膨胀阀25开启，第一三通阀8 连通a、c端，第二电磁阀18关闭，第一电子膨胀阀19和第二电子膨胀阀20 关闭。此时，制冷剂回路的冷却液依次经过空气压缩机15、第一冷凝器5、第一蒸发器1的第二通道和气液分离器4进行循环。电机回路中，第二三通阀10 连通e、f两端，第二水泵6工作，电机回路中的冷却液依次经过第二水泵6、电机处冷却管道、第二三通阀10、第一蒸发器1的第一通道后回流至第二水泵 6。该方式中，电机回路中的热量通过第一蒸发器7换热至制冷剂回路中。此时电池回路的冷却液独立运行。

当电池温度较高时，也可将电池回路中的冷却液切换至第一蒸发器1的第一通道中进行热交换，具体工作管道如图8中虚线部分所示。此时，电机回路和制冷剂回路的工作方式与图7所示状态完全相同，电池回路的工作方式为：第三三通水阀11连通g、h端，第一水泵2工作，第一电加热器13不工作。电池回路内冷却液依次经过第一水泵2、电池冷却器14、电池包3处的冷却管道、第三三通阀11、第二三通阀10、第一蒸发器1的第一通道后回流至第一水泵2中。

在冬季时，本实施例将电机和/或电池产生的热量交换至制冷系统中，充分利用了电机和/或电池产生的热量，提高了整车的电量的利用效率。当采用电机和/或电池回路的热量作为热源时，热泵的效率会明显高于以空气作为热源的热泵系统。此外，在温度适宜的时候，使用散热水箱同时对电池和电机进行散热，不需额外启动压缩机，大大地节省了电能。

可以看出，本实施例通过合理的电动汽车空调系统设计，将电动汽车空调系统的运行工况和动力电池组的加热、冷却需求以及电机的冷却需求综合起来考虑和解决，对提高纯电动汽车用性能，加快电动汽车产业发展意义重大。

车辆实施例：

本实用新型实施例还提出了一种车辆，该车辆上设置有上述任一种热管理系统。其中，热管理系统的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。具体实施时，车辆可以为电动汽车、混合动力汽车等。

由于热管理系统具有上述效果，所以具有热管理系统的车辆也具有相应的技术效果。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。