冷媒侧集成模块、具有该模块的热管理系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及汽车热管理系统技术领域，具体涉及一种冷媒侧集成模块、具有该模块的热管理系统及其工作方法。


背景技术：

2.现有技术主要用新能源汽车热管理方面，通过热管理技术实现电池、电机、电控、空调（驾驶室）的冷却降温，同时可实现冬季电池、空调等升温功能，2、目前市场处带热泵车型空调布置复杂，每个热管理单元之间通过不同管路连接，大大占用机舱内的布置空间，同时管路之间连接会产生冷媒泄漏风险。热泵各零部件在整车上布置，并通过管路连接，增加整车重量，对整车续航等有一定影响。每个热管理零部件通过螺钉固定在整车上，对可靠性存在一定风险，同时对售后维修较困难且成本较高。


技术实现要素：

3.技术目的：针对现有车辆热管理系统的热管理单元通过管路连接，占用空间大，重量大，影响车辆续航的不足，本发明公开了一种功能全面，占用空间小，并能够实现样件通用与不同车型之间互换的冷媒侧集成模块、具有该模块的热管理系统及其工作方法。
4.技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：一种冷媒侧集成模块，包括电动压缩机，冷媒从电动压缩机的进口端进入，经电动压缩机压缩后，从电动压缩机的出口端排出，最后重新回到电动压缩机的进口端；电动压缩机的出口端通过第一电磁阀与车辆的室内冷凝器连通，电动压缩机的出口端通过第二电磁阀与车辆的室外换热器连通，电动压缩机的进口端通过第三电磁阀与车辆的室外换热器连通，室内冷凝器和室外换热器端部汇集在储液干燥器的进口端，通过储液干燥器与电动压缩机的进口端连通，在储液干燥器的出口端与电动压缩机的进口端之间依次设有第二电子膨胀阀和冷却器，车辆的电池换热回路通过冷却器与冷媒侧集成模块之间进行换热，车辆的蒸发器并联在第二电子膨胀阀与冷却器的两端；储液干燥器的出口端设有三条支路，第一条支路与第二电子膨胀阀连通，第二条支路与室外换热器的出口端连通，在第二条支路上设有第一电子膨胀阀，第三条支路与车辆的蒸发器相连通，冷媒经车辆的蒸发器换热后在冷却器的出口端汇集进入电动压缩机的进口端。
5.优选地，本发明的第二电磁阀和第三电磁阀均通过板式换热器与车辆的室外换热器连通，第二电磁阀、第三电磁阀共同与板式换热器的进口端连通，在板式换热器的进口端设有低压温度传感器；在储液干燥器的进口端设有高压温度传感器。
6.优选地，本发明的冷媒侧集成模块包括集成有连接接口的基板，通过基板与车辆的室外换热器、室内冷凝器、蒸发器连通对接。
7.一种热管理系统，具备上述冷媒侧集成模块，包括室内冷凝器、蒸发器、室外换热器、鼓风机以及电池换热回路和辅助换热回路，在辅助换热回路上设有用于与室外换热器之间进行换热的前端散热器，所述电池换热回路包括水泵，水泵的进口端与出口端通过管
路与电池包内的换热管路相互连通，冷却器位于水泵的出口端与电池包之间，水泵的水先经过冷却器，再流经电池包，最后回流至水泵的进口端；电池包与水泵之间通过四通阀连通，四通阀的其中两个接口分别与水泵的进口端以及电池包连接，另外两个接口与辅助换热回路连通，使水泵的水经过辅助换热回路后，再回流至水泵的进口端。
8.优选地，本发明的辅助换热回路包括三通比例阀、三通阀、辅助电驱和第二水泵，三通比例阀连通四通阀和板式换热器，三通阀连通板式换热器和前端散热器，三通比例阀的另一接口越过板式换热器后直接在板式换热器的出口端与板式换热器共同与三通阀连通；前端散热器通过辅助电驱、第二水泵与四通阀连通，共同形成辅助换热回路；在辅助换热回路和电池换热回路上均设有膨胀水箱优选地，本发明的蒸发器与储液干燥器之间设有第三电子膨胀阀。
9.一种热管理系统工作方法，使用上述的热管理系统，通过电磁阀、电子膨胀阀以及四通阀之间的切换，实现电池降温模式、空调制冷加电池降温模式、电池液冷模式、电池均温模式、电池均温加驾驶室制冷模式、制热除湿模式、余热利用模式、余热利用加驾驶室加热模式、余热利用加驾驶室制热除湿模式、以及电池均温加驾驶室加热模式。
10.优选地，在电池降温模式下：电池换热回路的四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵的水从四通阀进入三通比例阀，再通过三通阀进入前端散热器对水温进行散热，冷却后的水流经辅助电驱和第二水泵后，重新通过四通阀进入电池换热回路，被水泵依次输送流经冷却器和电池包，对电池包内的电池电芯进行冷却；在空调制冷加电池降温模式下：第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态，储液干燥器依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空调风在蒸发器处与蒸发器之间进行换热；此时，电池换热回路的四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵的水从四通阀进入三通比例阀，然后经过板式换热器，再通过三通阀进入前端散热器对水温进行散热，冷却后的水流经辅助电驱和第二水泵后，重新通过四通阀进入电池换热回路，被水泵依次输送流经冷却器和电池包，对电池包内的电池电芯进行冷却；在电池液冷模式下：第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，四通阀直接将电池包与水泵连通，水不经过辅助换热回路，冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，再从储液干燥器依次经过第二电子膨胀阀和冷却器回到压缩机，第一电子膨胀阀和第三电子膨胀阀处于关闭状态，电池换热回路的水在冷却器内与冷媒间进行换热，然后流经电池包对电池电芯进行降温；在电池均温模式下：电动压缩机不启动，四通阀不将电池换热回路与辅助换热回路连通，水仅在电池换热回路内流动，通过水泵驱动水在电池换热回路内循环，实现电池包内电芯之间的温度平衡；在电池均温加驾驶室制冷模式下：电池换热回路维持电池均温模式的运行工况，第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，高温高压的冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态，冷媒从储液干
燥器依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空调风在蒸发器处与蒸发器之间进行换热；在制热除湿模式下：第一电磁阀和第三电磁阀开启，第二电磁阀关闭，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀进入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第一电子膨胀阀和第三电子膨胀阀开启，冷媒从储液干燥器出来后分成两路，一路依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空气在蒸发器处水分吸出进行除湿，另一路从储液干燥器出来后经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器，再经板式换热器和低压温度传感器后经第三电磁阀流进气液分离器后进入压缩机进口；在余热利用模式下：四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵将辅助电驱产生的热水经四通阀吸入电池换热回路，热水依次流经冷却器和电池包，对电池包的电池电芯进行加热后经四通阀进入三通比例阀，再通过三通阀进入辅助电驱进行下一循环；在余热利用加驾驶室加热模式下：电池换热回路和辅助换热回路按照余热利用模式维持运行，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀进入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀关闭，冷媒经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器蒸发后经板式换热器和低压温度传感器，再经第三电磁阀后进入电动压缩机；在余热利用加驾驶室制热除湿模式下：热管理系统按照余热利用模式与制热除湿模式共同运行；在电池均温加驾驶室加热模式下：第一电磁阀开启和第三电磁阀开启，第二电磁阀关闭，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀送入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第一电子膨胀阀开启，从储液干燥器出来后经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器，再经板式换热器和低压温度传感器后经第三电磁阀流进气液分离器后进入压缩机进口，电池换热回路按照电池均温模式工况运行。
11.有益效果：本发明所提供的一种冷媒侧集成模块、具有该模块的热管理系统及其工作方法具有如下有益效果：1、本发明通过将冷媒侧集成在基板上，减小热管理零部件占用的机舱空间，便于组装与装配，维修更换简单，也可以降低因使用管路连通产生的冷媒泄漏的风险。
12.2、本发明通过冷媒集成，节省使用的管理，降低整体重量，可以有效提高车辆的续航能力。
13.3、本发明通过集成式的冷媒结构，可以实现各个车型或者模块间的互换通用，降低车辆的设计、组装难度，提高效率。
14.4、本发明在室外换热器的进口增加板式换热器，在在-20℃环境下，压缩机能正常启动和使用制热，在降温时能提高过冷度，提升冷却器和蒸发器的制冷性能。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
16.图1为本发明冷媒侧集成模块原理图；图2为本发明基板结构图；
图3为本发明热管理系统结构示意图；图4为本发明热管理系统电池降温模式原理图；图5为本发明热管理系统空调制冷加电池降温模式原理图；图6为本发明热管理系统电池液冷模式原理图；图7为本发明热管理系统电池均温模式原理图；图8为本发明热管理系统电池均温加驾驶室制冷模式原理图；图9为本发明热管理系统制热除湿模式原理图；图10为本发明热管理系统余热利用模式原理图；图11为本发明热管理系统余热利用加驾驶室加热模式原理图；图12为本发明热管理系统余热利用加驾驶室制热除湿模式原理图；图13为本发明热管理系统电池均温加驾驶室加热模式原理图；其中，1-电动压缩机、2-第一电磁阀、3-室内冷凝器、4-第二电磁阀、5-室外换热器、6-第三电磁阀、7-储液干燥器、8-第二电子膨胀阀、9-冷却器、10-蒸发器、11-第一电子膨胀阀、12-板式换热器、13-低压温度传感器、14-高压温度传感器、15-基板、16-鼓风机、17-前端散热器、18-水泵、19-电池包、20-四通阀、21-三通比例阀、22-三通阀、23-辅助电驱、24-第二水泵、25-膨胀水箱、26-第三电子膨胀阀、27-第一电磁阀接口、28-电动压缩机出口接口、29-高压温度传感器、30-第二电磁阀接口、31-压缩机进口与蒸发器出口接口、32-第三电磁阀接口、33-室外换热器出口接口、34-第一电子膨胀阀接口、35-蒸发器进口接口、36-第二电子膨胀阀接口、37-低压温度传感器接口、38-储液干燥器出口接口、39-储液干燥器进口接口、40-室内冷凝器出口接口、41-冷却器进口接口、42-单向阀接口、43-冷却器出口接口、44-第二低压温度传感器接口、45-板式换热器进口接口、46-室内冷凝器进口接口、47-第二低压温度传感器、48-第一单向阀、49-第二单向阀、50-板式换热器出口接口。
具体实施方式
17.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
18.如图1和图2所示为本发明所公开的一种冷媒侧集成模块，包括电动压缩机1，冷媒从电动压缩机1的进口端进入，经电动压缩机1压缩后，从电动压缩机1的出口端排出，最后重新回到电动压缩机1的进口端；电动压缩机1的出口端通过第一电磁阀2与车辆的室内冷凝器3连通，电动压缩机1的出口端通过第二电磁阀4与车辆的室外换热器5连通，电动压缩机1的进口端通过第三电磁阀6与车辆的室外换热器5连通，室内冷凝器3和室外换热器5端部汇集在储液干燥器7的进口端，通过储液干燥器7与电动压缩机1的进口端连通，在室外换热器5的出口端与储液干燥器7的进口端之间设有第一单向阀48，在室内冷凝器3的出口端与储液干燥器7的进口端之间设有第二单向阀49，在储液干燥器7的出口端与电动压缩机1的进口端之间依次设有第二电子膨胀阀8和冷却器9，在冷却器9的出口端设有第二低压温度传感器，车辆的电池换热回路通过冷却器9与冷媒侧集成模块之间进行换热，车辆的蒸发器10并联在第二电子膨胀阀8与冷却器9的两端；储液干燥器7的出口端设有三条支路，第一条支路与第二电子膨胀阀8连通，第二条支路与室外换热器5的出口端连通，在第二条支路上设有第一电子膨胀阀11，第三条支路与车辆的蒸发器10相连通，蒸发器10与储液干燥器7
之间设有第三电子膨胀阀26，冷媒经车辆的蒸发器10换热后在冷却器9的出口端汇集进入电动压缩机1的进口端。
19.本发明的第二电磁阀4和第三电磁阀6均通过板式换热器12与车辆的室外换热器5连通，第二电磁阀4、第三电磁阀6共同与板式换热器12的进口端连通，在板式换热器12的进口端设有低压温度传感器13；在储液干燥器7的进口端设有高压温度传感器14，通过板式换热器12使得热管理系统在-20℃环境下，压缩机能正常启动和使用制热，在降温时能提高过冷度，提升冷却器和蒸发器的制冷性能。
20.同时为了实现冷媒侧集成模块的整体安装，降低车辆的组装难度，本发明实用如图2所示的基板将冷媒侧集成模块均集成在基板15上，在进行热管理系统组装时，只需要将基板15与车辆热管理系统的其他功能部件通过对应的连接接口连接即可，通过基板15与车辆的室外换热器5、室内冷凝器3、蒸发器10连通对接，而对应的冷媒侧集成模块之间的连通，均是通过在基板内预设相关的流道来进行实现，从而避免使用管路进行连接，降低冷媒泄漏的风险，同时简化组装过程。
21.具体的，在基板15上设置第一电磁阀接口27、电动压缩机出口接口28、高压温度传感器接口29、第二电磁阀接口30、压缩机进口与蒸发器出口接口31、第三电磁阀接口32、室外换热器出口接口33、第一电子膨胀阀接口34、蒸发器进口接口35、第二电子膨胀阀接口36、低压温度传感器接口37、储液干燥器出口接口38、储液干燥器进口接口39、室内冷凝器出口接口40、冷却器进口接口41、单向阀接口42、冷却器出口接口43、第二低压温度传感器接口44、板式换热器进口接口45、室内冷凝器进口接口46、板式换热器出口47、板式换热器出口接口50。
22.如图3所示，本发明公开一种具备上述冷媒侧集成模块的热管理系统，热管理系统包括室内冷凝器3、蒸发器10、室外换热器5、鼓风机16以及电池换热回路和辅助换热回路，在辅助换热回路上设有用于与室外换热器5之间进行换热的前端散热器17，所述电池换热回路包括水泵18，水泵18的进口端与出口端通过管路与电池包19内的换热管路相互连通，冷却器9位于水泵18的出口端与电池包19之间，水泵18的水先经过冷却器，再流经电池包19，最后回流至水泵18的进口端；电池包19与水泵18之间通过四通阀20连通，四通阀20的其中两个接口分别与水泵18的进口端以及电池包19连接，另外两个接口与辅助换热回路连通，使水泵18的水经过辅助换热回路后，再回流至水泵18的进口端。辅助换热回路包括三通比例阀21、三通阀22、辅助电驱23和第二水泵24，三通比例阀21连通四通阀20和板式换热器12，三通阀22连通板式换热器12和前端散热器17，三通比例阀21的另一接口越过板式换热器12后直接在板式换热器12的出口端与板式换热器12共同与三通阀22连通；前端散热器17通过辅助电驱23、第二水泵24与四通阀20连通，共同形成辅助换热回路；在辅助换热回路和电池换热回路上均设有膨胀水箱25。
23.本发明通过电磁阀、电子膨胀阀以及四通阀20之间的切换，实现电池液冷模式、空调制冷加电池降温模式、电池均温模式、电池均温加驾驶室制冷模式、制热除湿模式、余热利用模式、余热利用加驾驶室加热模式、余热利用加驾驶室制热除湿模式、以及电池均温加驾驶室加热模式。
24.具体的，如图4-图13所示，在电池降温模式下：电池换热回路的四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵的水从四通阀进入三通比例阀，再通过三通阀进入前端散
热器对水温进行散热，冷却后的水流经辅助电驱和第二水泵后，重新通过四通阀进入电池换热回路，被水泵依次输送流经冷却器和电池包，对电池包内的电池电芯进行冷却；在空调制冷加电池降温模式下：第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态，储液干燥器依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空调风在蒸发器处与蒸发器之间进行换热；此时，电池换热回路的四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵的水从四通阀进入三通比例阀，然后经过板式换热器，再通过三通阀进入前端散热器对水温进行散热，冷却后的水流经辅助电驱和第二水泵后，重新通过四通阀进入电池换热回路，被水泵依次输送流经冷却器和电池包，对电池包内的电池电芯进行冷却；在电池液冷模式下：第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，四通阀直接将电池包与水泵连通，水不经过辅助换热回路，冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，再从储液干燥器依次经过第二电子膨胀阀和冷却器回到压缩机，第一电子膨胀阀和第三电子膨胀阀处于关闭状态，电池换热回路的水在冷却器内与冷媒间进行换热，然后流经电池包对电池电芯进行降温；在电池均温模式下：电动压缩机不启动，四通阀不将电池换热回路与辅助换热回路连通，水仅在电池换热回路内流动，通过水泵驱动水在电池换热回路内循环，实现电池包内电芯之间的温度平衡；在电池均温加驾驶室制冷模式下：电池换热回路维持电池均温模式的运行工况，第二电磁阀开启，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，高温高压的冷媒从电动压缩机的出口端经第二电磁阀、低压温度传感器、进入板式换热器，再经室外换热器换热后，经过高压温度传感器进入储液干燥器，第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态，冷媒从储液干燥器依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空调风在蒸发器处与蒸发器之间进行换热；在制热除湿模式下：第一电磁阀和第三电磁阀开启，第二电磁阀关闭，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀进入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第一电子膨胀阀和第三电子膨胀阀开启，冷媒从储液干燥器出来后分成两路，一路依次经过第三电子膨胀阀和蒸发器回到压缩机，空气在蒸发器处水分吸出进行除湿，另一路从储液干燥器出来后经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器，再经板式换热器和低压温度传感器后经第三电磁阀流进气液分离器后进入压缩机进口；在余热利用模式下：四通阀将电池换热回路与辅助换热回路连通，水泵将辅助电驱产生的热水经四通阀吸入电池换热回路，热水依次流经冷却器和电池包，对电池包的电池电芯进行加热后经四通阀进入三通比例阀，再通过三通阀进入辅助电驱进行下一循环；在余热利用加驾驶室加热模式下：电池换热回路和辅助换热回路按照余热利用模式维持运行，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀进入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第二电子膨胀阀和第三电子膨胀阀关闭，冷媒经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器蒸发后经板式换热器和低压温度传感器，再经第三电磁阀后进入电动压缩机；
在余热利用加驾驶室制热除湿模式下：热管理系统按照余热利用模式与制热除湿模式共同运行；在电池均温加驾驶室加热模式下：第一电磁阀开启和第三电磁阀开启，第二电磁阀关闭，电动压缩机将高温高压的冷媒经第一电磁阀送入室内冷凝器散热，驾驶舱内空调吹出热风，冷媒到达储液干燥罐后，第一电子膨胀阀开启，从储液干燥器出来后经第一电子膨胀阀节流后进入室外换热器，再经板式换热器和低压温度传感器后经第三电磁阀流进气液分离器后进入压缩机进口，电池换热回路按照电池均温模式工况运行。
25.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。